基于一流本科專業建設下“環境工程原理”理論與實驗相結合課程建設模式探索①

張 軼

(浙江工商大學環境科學與工程學院)

一、環境工程一流本科專業的課程建設模式探討

(一)課程建設以學生為本

一流本科專業的建設中課程建設是其中非常重要的一環，是凸顯學生能力培養的基礎環節。浙江工商大學環境工程專業的課程設置以培養學生能力為本，專業課程的建設均圍繞學生的能力、素質培養，為了對標環境工程一流本科專業的標準，與環境工程相關的課程建設需要進一步改革。

(二)課程建設以教師團隊為核心

教師團隊的建設是課程建設中必不可少的一個重要環節，可以說是課程建設的核心部分。以“環境工程原理”為例，該門課程是環境工程專業的基礎大課，環境類專業的學生均需要學習，該課程的設置為后續的專業課程學習打下非常堅實的基礎，因此教師團隊的設置也至關重要?！碍h境工程原理”的教師團隊成員由具有教授、副教授職稱，具備環境工程、化工、化學專業相關背景，并具有10年左右教齡的資深教師組成，教學經驗豐富、理論知識全面、實踐操作熟練，教師團隊是這門課程教學改革的核心部分。

(三)課程建設以教研組、系為輔助

如果說教師團隊是課程建設的核心，那么課程所在的工程基礎教研組和環境科學與工程系為課程的建設擔起相應的輔助和指導工作。定期的課程分析總結、持續改進等相關工作也需要在教研組和系室討論中進行匯報，找出不足之處，持續改進，也可以與后續課程進行知識點對接，起到承上啟下的作用，同時把課堂相關的學生學習情況進行反饋，為后續課程的教師提供學生的基礎學習能力資料。課程的建設并不只是一門課的建設，更是一個專業的前瞻后續的課程系統的連貫性構架，通過一門課的改革為整個環境工程專業的專業建設起到重要的承接作用。

二、“環境工程原理”理論與實驗相結合教學模式

(一)課堂理論基礎對實驗教學的支撐作用

“環境工程原理”是一門理論和實驗配套的基礎性課程，理論包括流體流動、分離過程、化學反應等三個篇章，里面涉及的內容都是工程相關的基礎性理論知識，因此有大量的公式計算，但又不是純理論的計算過程，因此需要有實驗課程進行理論知識的應用。實驗課的操作建立在理論學習的基礎上，只有全面掌握理論知識，具備復雜環境工程的基本原理分析能力，才能在實踐中具備使用研究方法和研究技術進行實際操作的能力，可見實驗課是理論學習的強化階段。

1.課前預習很重要

在上課之前，教師團隊會做好課前輔導工作，要求學生在課前對下節課的課本知識進行預習，特別是在開課時，對學生提出自學的要求，例如第一篇的質量衡算與能量衡算，是前期物理、化學等相關基礎課程學習過的內容，因此完全可以通過自學來掌握。當然在后續課程中，教師會對用到的相關內容再進行講解，穿插在后續課程的授課中。這大大提高了學生的自主學習能力，想要跟上課程的節奏則必須提前進行預習。

2.課堂理論打基礎

課堂教學是學生能力培養的關鍵，因此課堂教學的質量非常重要。我們的教師團隊都是具有10年以上教學經驗的教師，但每期開課前仍然會認真備課，挑選、增加新的案例。為了對標環境工程專業認證的要求，教師對課堂的講課模式改為教師與學生共同上課，將大量的實際環境工程問題拋給學生，讓學生在解決實際工程問題時掌握知識。這是一個讓學生從被動學習知識的過程轉變為帶著問題思考并培養其解決問題的能力的過程。例如第三篇反應器循環比的內容，先將污水處理過程中污泥回流的工程問題拋給學生，讓學生討論回流比在不同范圍內對污水處理的影響，培養其在后續污水處理廠中回流比設計的能力。

3.課后習題要跟上

課后的作業和大型案例分析也是理論課程學習必不可少的環節，除了每章內容之后有基礎作業要求之外，還有7個大型案例題涵蓋了流體流動、熱量傳遞、沉降分離、過濾分離、吸收分離、化學反應和生物反應方面的實例，讓學生在學習過程中并不是枯燥地進行公式記憶和公式計算，而是將所有的公式具象化應用到工程問題上，使學生能夠進行復雜環境工程問題的原理分析及關鍵技術問題分析。

(二)實驗教學是理論知識掌握的延伸

實驗教學目的是讓學生能充分應用所學到的理論知識解決環境工程相關問題。通過對單元操作系統進行實訓操作，尋找正確的方法進行現象分析，并能應用相關的計算公式和計算軟件進行數據的分析，同時對實驗結果進行結論分析，從實踐的角度培養學生在分析復雜環境問題中傳遞、分離和反映的能力。因此，實驗教學是理論學習的延伸，是學生具備靈活應用理論知識分析實驗操作原理，解決實驗過程中的不確定因素的能力體現。

1.實驗教學目標改革

實驗課的安排晚于理論課，是為了能先學習理論內容，但也有部分學生在實驗課前遺忘了理論課的相關內容，因此需要學生進行課前預習。通過實物的介紹讓學生直觀理解理論內容，在實驗中了解具體測定數據的意義，以及實驗后應用理論公式進行數據分析，整個實驗過程強化理論知識掌握。同樣地，對標環境工程專業認證要求，實驗教學也要突出學生的能力培養，對于以前靠教師手把手操作，學生只從旁邊觀看協助的模式，轉變為學生自主動手能力的培養。例如，在氣液傳質解吸過程中，就采用學生自己設計實驗表格、兩人一組完成實驗操作，并現場獨立完成數據處理和問題回答等模式。

2.虛擬仿真實驗輔助操作

虛擬仿真實驗是實驗教學的輔助手段，對于實驗課程能實不虛，但對于大型設備操作、有危險性的實驗操作等則可借助虛擬仿真實驗來進行學習。在“環境工程原理”實驗課程中，也加入了虛擬仿真實驗軟件，對于污水處理廠的液體流動過程、沉降過濾系統以及化學反應設備等進行虛擬仿真。這些都是大型復雜的工業化設備，無法在實驗室中完全體現出來，為了達到理論學習與實踐的結合，采用虛擬仿真能很好地還原現場3D環境，通過對模擬現場設備的問題解決，來培養學生分析判斷并解決環境工程基本問題的能力。

(三)理論與實驗相輔相成，共同促進學生能力培養

理論教學是實驗操作的基石，實驗教學又是理論教學的延伸，兩者相輔相成，缺一不可，因此要使得課程體系完整，對于教師的要求也非常高，采用理論實驗同組教師進行整體教學過程把控。由于從理論學習到實驗教學都需要銜接，而同課程組教師能充分掌握學生學習的進度，回顧課堂上的薄弱環節，在實驗教學中再一次進行實例解釋，真正做到對學生能力的培養。因此課程組教師的連貫性是實驗和理論教學的重要橋梁。通過教師作為橋梁，將學生聯結到理論學習和實驗操作的兩端，可以自由地進行傳輸溝通，只有打通了理論和實踐的道路，才能使得學生將知識融會貫通，理論聯系實際，共促學生工科思維能力的培養。

三、“環境工程原理”課程體系突出“新工科”特點

環境工程作為一流本科專業，對標專業認證要求，突出“新工科”特點，對于課程的學習需要進行學生能力達成度的評價，只有通過達成度評價才能掌握學生能力培養的程度以及后續的持續改進方向，因此達成度的分析至關重要。在理論教學中，對于學生的能力達成度評價要通過多方位全面考察的方式進行，不但有平時作業成績和期末成績，還增加了案例成績，以及彈性的學生自我評價，通過多種途徑客觀地評價學生的學習能力。實驗課考查了學生的實驗設計、數據獲得與處理，以及問題分析解決的能力，真正達成“新工科”實驗及動手方面的能力，因此實驗課的能力達成并不單單是完成實驗報告，還要有實驗綜合以及虛擬仿真模擬解決問題的能力測試。通過對“環境工程原理”理論及實驗這兩門課的教學探索，對標一流本科建設，達到“新工科”的培養目標，為環境工程培養具備實踐能力、創新能力和強競爭力的實用性復合型人才做出基礎支撐。