基于OBE的“水污染控制工程实验”教学改革研究①

殷 峻 沈东升 吕 黎

(浙江工商大学环境科学与工程学院)

“水污染控制工程实验”是高等学校环境工程专业和给水排水工程专业学生的必修课，是水污染控制工程教学的重要组成部分，是体现环境工程专业学生知识结构和能力培养的标志性课程之一。然而，目前学院实验教学仍停留在验证性实验上，存在实验内容简单、知识点分散、实验设计不系统等问题。根据OBE的教学理念，不仅要求学生掌握牢固的水污染控制工程基本原理、基本理论和设计方法，而且要求学生具备动手能力，实验操作技能，观察及分析问题、解决问题的能力，同时通过信息综合得到合理有效结论，提出解决典型环境工程问题的方案。为此，我们对传统的实验教学环节进行了完善，以促进环境工程专业的可持续发展，为“水污染控制工程实验”教学的完善和发展提供参考。

一、目前实验教学中存在的问题

现有实验室的运行方式已不能适应新时期人才培养的要求。主要表现在：

(1)实验项目的设置没有考虑环境工程专业的性质和特点，更没有依据人才培养方案的要求，因此实验项目的布置缺乏一定的科学性，对提高学生的认识素养和能力水平没有帮助。实验内容单一，多为验证性实验，只是帮助学生理解原理，而设计性、综合性实验少。课堂教学与实验教学脱节，基础理论在学生实验过程中得不到加强和拓展；专业知识与实践脱节，实验结果无法升华到理论高度，理论知识和实践知识无法有机地融合于学生的知识体系中，实验教学只是理论教学的外延。

(2)实验经费投入不足、万元以上仪器设备台套数少、学生人数众多、专业实验室面积不足等，也是导致演示性实验、验证性实验多，设计性实验、综合性实验少的重要原因。

(3)教师设计实验目的、实验内容与步骤，教学方法落后，学生按部就班完成实验。实验前教师为学生准备好实验仪器，调整到正常工作状态。在教学过程中，教师先讲解实验目的、原理以及实验步骤，学生再进行机械式的重复。学生不能随便提出设想或要求改变实验条件，只能按实验指导书上刚学过的理论公式、书本上的现象结论计算出或抄写出实验开始前就知道的结果，最后提交一份实验报告。这是我们十分熟悉的以培养动手能力为目的的课程实验过程，这种实验学生根本不需要解决和分析什么问题，只要按规定就能完成实验要求，这必然使学生养成了被动、依赖的实验习惯，学生的创造性得不到发挥，个性得不到发展，创新意识和创新能力就此被湮灭。

二、基于OBE的实验教学体系的目标

以成果为导向(OBE)的教育理念是由美国教育家研究了近20年提出的，其主旨是一种强调能力培养与训练的系统教育，其中的能力是针对某给定的专业、职责或任务而言的综合能力，也可以说就是适应就业的能力。它的精华在于把焦点放在学生“学到了什么”，而不像以往强调的是学校“教了什么”，强调了毕业生实际能力，而不提具体课程要求。新的实验教学应达到以下四个目标：

(1)实验教学与理论教学相一致，转变课程实验过多依附于理论教学的传统实验课程设置模式，彻底实现从课程实验到实验教学的根本转变。

(2)紧跟时代和社会发展需求，结合学生的学习需求，在教学内容中及时反映学科领域的新发展、新动态，不断调整实验教学内容和模式，充分发挥实践在教学中的重要地位。

(3)将OBE教学理念充实到教育改革中，“以学生为主体”重视培养学生独立思考和解决实际问题的能力，提高创新意识和改革拓展的能力，用创新精神武装自己的头脑。

(4)从课堂实验、创新实验、科研试验等方面，全方位实现学生知识、能力、素质的协调发展。

三、优化实验教学内容与模式

(一)更新实验项目，加强能力培养

在传统的水处理实验教学中，为了方便理论教学的需要，将水处理的各个实验分开进行，这种验证性实验才能加深学生对水污染控制技术基本概念、基本原理、基本方法的理解，但是，却缺乏连贯性、系统性，不利于学科前沿内容的引入，更不利于学生综合能力和创新能力的提高。鉴于上述情况，我们首先要把水处理的实验内容加以汇总，优化实验内容，引入符合时代发展所需要的实验内容；其次，把实验内容从易到难、由浅入深，按照认识的规律分层次教学授课：

第一层次是工程类验证性实验，注重基本实验技能培养，学习基本的测试方法及其正确的实验数据记录、分析处理、实验结果的准确描述和规范实验报告，包括吸附实验、混凝沉淀实验等项目。

第二层次是工程类设计性实验，通过设计性实验，充分调动学生学习和探索热情，培养其独立思考问题，综合运用所学知识解决问题的能力，激发学生的创新思维，营造良好的创新氛围。比如我们有针对性地设计了染料废水的处理，学生通过分析水质，设计出自己认为的最佳处理方法，并通过实验加以验证。

第三层次是实验室模拟的工程类实验，通过模拟实际的废水处理工程，让学生充分理解实际工程的运行方式，掌握工艺参数的设置，了解参数的设置对于处理的影响，发挥学生的能动性、积极性与创造性。例如微污染水体的生态修复实验及活性污泥的驯化培养实验。

第四层次是工程类综合性实验，把紧密相连的各个知识点进行有机的统一，体现水处理工艺的系统性，通过这类实验，锻炼学生在动态、连续的实验中的操作技能，让学生把水处理实验加以综合地理解，接受其知识，掌握水处理的体系。例如城市污水处理及回用实验。

第五层次是虚拟仿真实验，在教学过程中，我们难免会遇到一些大型实验，这些实验有的成本高，实验设备维护费用高，有的难度过大，周期过长。在实际教学中难以大规模展开，而如果单从课本上进行学习，面对单调、枯燥、抽象的理论叙述，学生学习的积极性都将大打折扣。上述问题是当前“水污染控制工程实验”教学改革必须面对的一个问题，而应用多媒体仿真技术就是解决这类问题的一个有效手段。

通过以上五个层次的实验教学，由浅入深，先易后难，让学生逐渐形成科学的实验方法、科学的思维方法，培养创新能力。

(二)将实际工程项目引入实验教学

传统的实验教学，由于实验课时有限、实验设备不足、验证性实验多、设计性和综合性实验相对较少，对学生动手能力、思维能力及创新能力的提高都有很大的限制，而且造成学生所学知识与实际应用有一定的差距，不利于学生未来的发展。

在水处理控制工程实验中，我们把一些科研课题或者科研课题中的一些部分进行设计，转变为实验教学的一部分，让学生有机会参与进课题组中，能够更加有效地培养学生的创新能力。以河道生态修复技术的应用为题，在实验教学中，我们将一些工程项目设计为相应的处理目标，学生3—4人一组，集体动手，在一个较长的时间内完成。在这个过程中，学生以科研任务为主导，开动脑筋，设计实验方案，亲自动手，分析问题，完成整个工艺的实验研究，并递交研究报告。这样，不但可以为科研项目提供一定的参考，有利于科研任务的完成，而且，学生在这个环节中学习到了文献的检索方法、研究报告的写作方法，还增进了同学、老师之间的沟通交流，有利于激发学生学习的主动性、积极性，有利于实验教学的开展。

(三)改变实验教学方式

在传统实验教学的方式上，教师占主导地位，所有教学工作以教师为中心开展，从实验的准备到讲解，再到学生进行实验操作，都是按照教师预先设置的模式进行的，学生处于被动接受的地位。实验教学以小组方式进行，一些学生滥竽充数，培养不了学生的团队合作或独立进行实验的能力。因此，要对教学方式进行改革，将以教师为主的灌输模式改为以学生为主的开发学习模式。学生3—4人一组，每个实验小组需要进行实验预习工作，共同讨论和撰写实验预习报告，报告的内容要列出实验课上需要解决的理论问题。实验环节需要各组设计实验方案，且每个实验小组的实验对象和实验条件会有所不同，考察不同工况条件的处理效果。实验报告撰写时，要对实验结果进行讨论，不仅是对本组的实验结果进行分析讨论，而且要对组间的结果进行讨论。

(四)加强综合能力测评

传统的实验教学总被误认为是理论教学的附属品，无关紧要，使得有些学生重理论课，忽视了实验的学习。为此，传统的课程实验教学方式必须进行改革和更新，应彻底实现从课程实验到实验教学的根本性转变。课程实验必须从传统的“以教师为主”转变为“以学生为主体”的实验教学模式，从根本上解决学生创新能力培养空间不足的弊端。实验教学与理论教学应平等对待，课堂教学可以指导实验教学，反过来实验教学可以拓展和深化课堂教学。同时，还应进一步探索课程考试形式，比如在评定实验成绩时，不是光看学生的实验报告对错，更要重视整个实验过程，重视学生在分析数据中体现的思路并以此来评价学生的学习成绩，关注学生的综合能力测评。同时，要在教学中鼓励学生的创新性，避免以笔试决定成绩的单一方式，建立起更加科学的能力培养和评价机制。