蔡瑋，程浩淼，朱騰義

（揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州）

近年來(lái)，隨著我國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”等戰(zhàn)略的提出，以新技術(shù)、新模式、新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)為代表的環(huán)境新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對(duì)環(huán)境工程教育的改革和發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。“新工科”建設(shè)的提出積極回應(yīng)了這一挑戰(zhàn)。在環(huán)境經(jīng)濟(jì)牽引的新工科道路的探索中，高校環(huán)境工程專業(yè)人才被賦予更高的期待。社會(huì)對(duì)環(huán)境專業(yè)人才要求的變化使得教師學(xué)者們不斷對(duì)環(huán)境工程課程設(shè)置、教育模式、授課方法等提出創(chuàng)新與改進(jìn)策略，然而環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為應(yīng)用型本科教學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵部分，其創(chuàng)新與改革仍沒(méi)有引起重視。本科教育以教學(xué)為主，應(yīng)用型本科更應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在“新工科”建設(shè)的背景之下，環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革勢(shì)在必行，迫切需要以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)而對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教學(xué)模式進(jìn)行重新規(guī)劃與設(shè)計(jì)。本研究通過(guò)對(duì)當(dāng)前高校環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題的分析，探討基于OBE（outcome based education）成果導(dǎo)向教育理念結(jié)合新興VR（Virtual Reality）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的措施，以期進(jìn)一步改進(jìn)并完善環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性，提升學(xué)生應(yīng)對(duì)行業(yè)需求的綜合實(shí)踐能力，為培養(yǎng)環(huán)境工程應(yīng)用型本科人才提供參考。

一 環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)環(huán)境工程類實(shí)踐課程，將“水污染控制工程”“環(huán)境微生物學(xué)”“環(huán)境化學(xué)”“大氣污染控制工程”等重要環(huán)境類課程有機(jī)聯(lián)系在一起，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的一門基礎(chǔ)課程，也是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生將理論與現(xiàn)實(shí)相連接的渠道。雖然當(dāng)前越來(lái)越多的高校意識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，提高了環(huán)境試驗(yàn)課程的學(xué)分，增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)比重，但仍存在一些客觀問(wèn)題，導(dǎo)致應(yīng)用型不強(qiáng)。

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的滯后性

雖然在當(dāng)前新工科背景下環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)不斷發(fā)展，但環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)更新緩慢，內(nèi)容陳舊，多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)而缺乏拓展性，更有甚者與其他學(xué)科如化學(xué)或流體力學(xué)相重復(fù)，因此教學(xué)設(shè)計(jì)并不合理。同時(shí)，環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)應(yīng)涉及大氣污染控制工程、水污染控制工程及固體廢棄物資源化中常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)，然而目前很多高校主要開(kāi)設(shè)了水污染相關(guān)實(shí)驗(yàn)，而對(duì)其他關(guān)注較少，對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)更是匱乏。此外，為防患實(shí)驗(yàn)室安全事故和保障學(xué)生人身安全，高校實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有嚴(yán)格的限制，很多實(shí)驗(yàn)無(wú)法切身進(jìn)行，限制了學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc創(chuàng)造性思維。

（二）教學(xué)方式的單一性

雖然傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式方法不斷在改善，但其實(shí)質(zhì)仍是以“教”為主導(dǎo)，填鴨式教學(xué)方式成為理論部分的主要講解方式。教師有時(shí)更注重知識(shí)點(diǎn)的解析而忽略學(xué)生的理解，因此在此過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)自思考能力依然缺失。同時(shí)，部分實(shí)驗(yàn)由于缺乏相應(yīng)客觀條件，學(xué)生只能通過(guò)觀看教師演示進(jìn)行學(xué)習(xí)，并無(wú)實(shí)際操作演練的機(jī)會(huì)，繼而降低了自主學(xué)習(xí)的積極性與實(shí)際操作的動(dòng)手能力，導(dǎo)致無(wú)法掌握相關(guān)專業(yè)技能。

（三）教學(xué)條件的局限性

目前，各高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的教學(xué)條件還有待改善。首先，實(shí)驗(yàn)課程教師普遍具備較好的理論知識(shí)基礎(chǔ)較好而缺乏專業(yè)綜合實(shí)踐能力，無(wú)法很好地結(jié)合工程生產(chǎn)指導(dǎo)學(xué)生技能學(xué)習(xí)。同時(shí)，高校環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的軟件與硬件配置還不完善，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫離環(huán)境工程的實(shí)際運(yùn)行背景，與應(yīng)用型高校人才的培養(yǎng)目標(biāo)相背離，主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?zé)o法滿足環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)的要求。由于環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)涉及很多實(shí)際工程中的技術(shù)實(shí)驗(yàn)，具有交叉性和綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地要求較高，而一些高校由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制而無(wú)法單獨(dú)開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)；第二，儀器設(shè)備無(wú)法滿足學(xué)生實(shí)踐要求。在很多環(huán)境類實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們往往幾人共享一臺(tái)儀器或者合作完成實(shí)驗(yàn)，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)流程、儀器原理等不能全面了解。高校的一些大型儀器或者精密儀器，由于價(jià)格昂貴且數(shù)量稀少，并不會(huì)在環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程中安排相關(guān)涉及的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能通過(guò)書(shū)本或其他媒體了解其原理、使用方法及操作注意事項(xiàng)。因此在后期進(jìn)入相關(guān)工作單位時(shí)，學(xué)生無(wú)法勝任有關(guān)工作，單位必須投入部分人力物力對(duì)新員工進(jìn)行崗前培訓(xùn)。這在一定程度上降低了環(huán)境工程專業(yè)本科人才的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使得單位寧愿選擇有基礎(chǔ)有實(shí)踐經(jīng)歷的其他人員。

二 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)意見(jiàn)

“新工科”建設(shè)要求高校需要有針對(duì)性地根據(jù)行業(yè)領(lǐng)域要求培養(yǎng)“適銷對(duì)路”的應(yīng)用型人才。因此OBE教育理念，又稱成果導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育或者需求導(dǎo)向教育，十分符合當(dāng)前應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。當(dāng)前，OBE 已成為很多發(fā)達(dá)國(guó)家教育改革的主導(dǎo)教育理念，特別對(duì)于工程教育更加具有意義。教育需要憑借科學(xué)的技術(shù)手段來(lái)實(shí)施。VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要通過(guò)控制計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)為使用者提供沉浸式三維虛擬環(huán)境，進(jìn)行實(shí)際操作模擬。通過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，VR 技術(shù)已進(jìn)入到高速發(fā)展推廣時(shí)期。隨著VR 技術(shù)的低成本化，越來(lái)越多的行業(yè)引進(jìn)此技術(shù)進(jìn)行行業(yè)革新。在教育改革之路中，VR 技術(shù)也逐漸開(kāi)始滲透。在環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)中，基于OBE 理念借助VR 技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革，可以緩解上述相關(guān)問(wèn)題，對(duì)新工科背景下應(yīng)用型環(huán)境工程人才的培養(yǎng)具有十分重要的推進(jìn)作用。

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更新教育理念

OBE 成果導(dǎo)向教育以培養(yǎng)學(xué)生獲得知識(shí)后所具有的實(shí)踐能力和應(yīng)用能力為目標(biāo)，因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上必須要遵循能力本位的教育理念，以使得學(xué)生在就業(yè)中具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。利用“工程應(yīng)用—基礎(chǔ)知識(shí)—實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的逆向教學(xué)模式，首先分析污水處理廠、自來(lái)水廠、環(huán)保企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的工程應(yīng)用項(xiàng)目，引入需要解決的工程問(wèn)題，有針對(duì)性的篩選符合工程能力培養(yǎng)需要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，替代原有無(wú)實(shí)際操作應(yīng)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)向?qū)W生傳授與之相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生利用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作并進(jìn)行科學(xué)分析，提升實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展性、綜合性和應(yīng)用性，與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)相契合。

（二）改進(jìn)教學(xué)方式，完善課程結(jié)構(gòu)

為培養(yǎng)應(yīng)用型環(huán)境工程本科人才，需要從教師教的方式及學(xué)生學(xué)的方式兩方面進(jìn)行改革。首先，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須起著積極的引導(dǎo)作用。適當(dāng)削減理論課學(xué)習(xí)的內(nèi)容而篩選重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行介紹，與此同時(shí)增加工程案例的講解，使得學(xué)生對(duì)環(huán)境工程生產(chǎn)過(guò)程有直觀的了解。在課堂講授中，教師可以首先介紹本實(shí)驗(yàn)的工程應(yīng)用背景，傳輸與之相關(guān)的實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)，隨后引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)探究的能力，通過(guò)提問(wèn)與提示的方式循循善誘，逐步鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。另一方面，隨著課程信息量的增加，傳統(tǒng)教學(xué)方式需要結(jié)合新興科學(xué)技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提升。因此在結(jié)合“以學(xué)生為本”和OBE 成果導(dǎo)向這兩個(gè)教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，除了在課堂教學(xué)中融合多媒體信息化教學(xué)形式之外，還可以引入新興VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)中污水處理廠、自來(lái)水廠等環(huán)境中真實(shí)的工程運(yùn)行過(guò)程展示在學(xué)生面前，進(jìn)行沉浸式工程體驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)整個(gè)工藝狀況可以有全方位的了解。同時(shí)，學(xué)生可以運(yùn)用VR 技術(shù)對(duì)相關(guān)涉及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬練習(xí)，并進(jìn)行大型精密儀器的仿真模擬操作，保證每個(gè)學(xué)生都有親手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，大大提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力并激發(fā)出學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

（三）改善教學(xué)條件，提升教學(xué)效果

首先，實(shí)驗(yàn)教師需要根據(jù)當(dāng)前環(huán)境工程發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的更新，緊密跟隨環(huán)境類工程單位對(duì)人才的培養(yǎng)需求，既能針對(duì)性地講授學(xué)科專業(yè)知識(shí)，又能結(jié)合工程生產(chǎn)指導(dǎo)技能學(xué)習(xí)，成為具備專業(yè)綜合素質(zhì)的“雙師型”教師，繼而可以游刃有余地培養(yǎng)新工科專業(yè)人才。第二，構(gòu)建超時(shí)空虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)引進(jìn)新興VR 技術(shù)裝置，建立VR 工程實(shí)驗(yàn)機(jī)房，設(shè)計(jì)VR 實(shí)訓(xùn)軟件，構(gòu)建超時(shí)空虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境工程仿真運(yùn)行環(huán)境，建立針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的虛擬工程訓(xùn)練平臺(tái)，形成圍繞VR 技術(shù)的環(huán)境工程專業(yè)產(chǎn)、學(xué)、研、用相融合的創(chuàng)新體系，使得學(xué)生通過(guò)云平臺(tái)可以隨時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)大小型實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，包括原來(lái)處于安全性考慮而沒(méi)有納入實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的技術(shù)也同樣可以得到訓(xùn)練，并可重復(fù)進(jìn)行。通過(guò)基于VR 技術(shù)的實(shí)踐操作，不僅可以突破場(chǎng)地、儀器設(shè)備及其他客觀條件的限制，同時(shí)也可以保證學(xué)生人身安全，并滿足“新工科”背景下環(huán)境產(chǎn)業(yè)相關(guān)企事業(yè)單位對(duì)畢業(yè)生無(wú)縫對(duì)接到工作崗位的要求。

三 結(jié)語(yǔ)

在建設(shè)“新工科”的背景下，培養(yǎng)具備專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)踐能力的應(yīng)用型本科環(huán)境工程人才已成為工程教育界一致的共識(shí)，因此環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革勢(shì)在必行。通過(guò)在環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)中引入OBE 成果導(dǎo)向教學(xué)理念和VR 超時(shí)空虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以開(kāi)發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性，增強(qiáng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和職業(yè)能力，以期為培養(yǎng)合格的環(huán)境工程人才提供參考。