新工科背景下《環(huán)境工程學(xué)》課程教學(xué)存在的問(wèn)題及改革探索

，，，，

(1．吉林師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 四平 136000；2．吉林師范大學(xué) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育培訓(xùn)中心，吉林 四平 136000)

為把握世界新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革大勢(shì)，深入貫徹實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”、“中國(guó)制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大發(fā)展戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”?！靶鹿た啤敝械摹靶隆卑こ倘瞬排囵B(yǎng)的“新理念”、工程教育學(xué)科專業(yè)的“新結(jié)構(gòu)”、工程人才培養(yǎng)的“新模式”、工程教育的“新質(zhì)量”和工程教育各高校分類發(fā)展的“新體系”五個(gè)方面[1-2]。因此，在新工科建設(shè)不斷推進(jìn)的背景下，大學(xué)課程設(shè)置的調(diào)整及課程內(nèi)容的改革刻不容緩。

《環(huán)境工程學(xué)》是吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)開設(shè)的重要主干課程之一[3]，旨在讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)水處理工藝、大氣污染控制工藝、固體廢物處置工藝的基本原理和方法，用理論去指導(dǎo)實(shí)踐解決各種環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)它也是環(huán)境科學(xué)專業(yè)中為數(shù)不多的涉及到工程教育的課程。因此在新工科背景下，探究《環(huán)境工程學(xué)》課程的教學(xué)改革是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求的，以培養(yǎng)新工科人才為導(dǎo)向，著力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐動(dòng)手能力。

1 環(huán)境工程學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 教學(xué)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)大部分高校的環(huán)境科學(xué)專業(yè)都開設(shè)了《環(huán)境工程學(xué)》或相近課程，授課對(duì)象為三年級(jí)的本科生，課時(shí)60～120不等[4-6]。吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)根據(jù)自身的特點(diǎn)，將《環(huán)境工程學(xué)》這門課程分為兩學(xué)期開設(shè)，即環(huán)境工程學(xué)Ⅰ和環(huán)境工程學(xué)Ⅱ，共120學(xué)時(shí)，8個(gè)學(xué)分。環(huán)境工程學(xué)Ⅰ主要講授水污染控制技術(shù)的方法原理及常規(guī)水處理工藝，環(huán)境工程學(xué)Ⅱ主要講授大氣污染控制、固體廢物處置的技術(shù)原理和方法。除此之外，還配有24學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，兩周的課程設(shè)計(jì)和一周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。在教材的選用上，目前國(guó)內(nèi)高校主要以高等教育出版社出版的，蔣展鵬、楊宏偉老師主編的《環(huán)境工程學(xué)》為主[7]，吉林師范大學(xué)也不例外。教材的內(nèi)容豐富，涵蓋了水質(zhì)凈化與水污染控制、大氣污染控制工程、固體廢物污染控制工程及其他污染防治技術(shù)三個(gè)篇章，講述了環(huán)境領(lǐng)域常規(guī)的污染控制技術(shù)的原理、方法和工藝等。在對(duì)學(xué)生的考核評(píng)價(jià)方面，采用的是傳統(tǒng)的期末考試方式，在題庫(kù)中隨機(jī)抽取試題，通過(guò)試卷分?jǐn)?shù)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，平時(shí)的表現(xiàn)只占到總成績(jī)的10%～15%。

1.2 存在的問(wèn)題

通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐和研究，發(fā)現(xiàn)高?！董h(huán)境工程學(xué)》課程在教學(xué)過(guò)程中存在一些普遍性問(wèn)題，例如偏重于理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)流于形式，教學(xué)內(nèi)容陳舊、方法手段單一，信息化教學(xué)應(yīng)用落后等。

1.2.1 偏重于理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)流于形式

《環(huán)境工程學(xué)》是一門實(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，注重技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新。但是，從實(shí)際的課程設(shè)置來(lái)看，雖然有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但仍偏重于理論教學(xué)。《環(huán)境工程學(xué)》課程內(nèi)容涉及范圍很廣，理論課時(shí)的增加的確可以保障教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解深入、全面，但是如果實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不做相應(yīng)的調(diào)整，學(xué)生只是單純被灌輸各種技術(shù)的原理和方法，沒(méi)有實(shí)際的案例教學(xué)，很難將知識(shí)點(diǎn)理解、消化。此外，本來(lái)就很少的實(shí)踐環(huán)節(jié)也沒(méi)有得到重視，學(xué)生在工程現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有動(dòng)手操作環(huán)節(jié)，僅僅是工作人員或教師的講解，只是將課堂轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)場(chǎng)而已。在新工科背景下，這種偏重于理論知識(shí)的教學(xué)方式很難培養(yǎng)出能夠適應(yīng)新時(shí)代需求的人才。

1.2.2 教學(xué)內(nèi)容陳舊、方法手段單一

作為一門同時(shí)具備應(yīng)用性和學(xué)術(shù)性的課程，《環(huán)境工程學(xué)》課程體系中的理論在不斷發(fā)展和完善，新技術(shù)和新工藝層出不窮，學(xué)生所用教材的更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及世界先進(jìn)理論和技術(shù)的發(fā)展速度。在最近的一次校友活動(dòng)中，他們結(jié)合自己的工作經(jīng)歷，給學(xué)院提的建議中就有一條關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的，他們普遍認(rèn)為在大學(xué)里學(xué)的知識(shí)過(guò)于陳舊，很多在實(shí)際工程中不再適用。另外，在教學(xué)方式上，多數(shù)教師采用多媒體進(jìn)行“填鴨式”教學(xué)，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生一直處于被動(dòng)地接受知識(shí)，主觀能動(dòng)性沒(méi)有被調(diào)動(dòng)，更不用提及創(chuàng)新精神。

1.2.3 信息化教學(xué)應(yīng)用落后

《環(huán)境工程學(xué)》課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)流于形式還有另一個(gè)重要的原因，就是很多的工藝都是具有高污染、高危險(xiǎn)性的，企業(yè)和學(xué)校出于對(duì)學(xué)生的安全考慮，只是挑選一些危險(xiǎn)性低的實(shí)踐項(xiàng)目去現(xiàn)場(chǎng)參觀。在信息化高速發(fā)展的時(shí)代，大多數(shù)教師仍把目光局限于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)體設(shè)備和實(shí)踐基地現(xiàn)場(chǎng)，沒(méi)有與時(shí)俱進(jìn)，拓寬思路，使用虛擬仿真等一些高科技手段來(lái)配合實(shí)踐教學(xué)。此外，教師在PPT的制作過(guò)程中，仍以文字、公式和靜態(tài)的圖片為主，鮮有用先進(jìn)技術(shù)豐富教學(xué)內(nèi)容，吸引學(xué)生的注意力。

2 新工科背景下《環(huán)境工程學(xué)》教學(xué)模式的探索

為了適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”需求，加快提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和工程能力，《環(huán)境工程學(xué)》課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。

2.1 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力

針對(duì)《環(huán)境工程學(xué)》課程存在的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)脫節(jié)，偏重理論教學(xué)，忽視實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的問(wèn)題，一方面，修訂本科培養(yǎng)方案，增加實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)，保障學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程項(xiàng)目的時(shí)間；另一方面，在實(shí)驗(yàn)課的選題、實(shí)踐課的設(shè)計(jì)上，應(yīng)盡量選擇具備典型性的、綜合性的、研究探索性的課題，充分提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。除此之外，還應(yīng)加強(qiáng)校內(nèi)、外實(shí)踐基地的建設(shè)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需適當(dāng)延長(zhǎng)實(shí)習(xí)時(shí)間，讓學(xué)生全面了解見習(xí)單位的組織結(jié)構(gòu)、運(yùn)行情況及相關(guān)廢棄物的處理工藝流程等，盡可能讓學(xué)生得到充分的實(shí)踐鍛煉。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間多參與和課程相關(guān)的課外科研實(shí)踐活動(dòng)，為學(xué)生進(jìn)一步深造和就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 以學(xué)生為中心的多元化教學(xué)

由于《環(huán)境工程學(xué)》課程涉及水、大氣、固廢等多個(gè)領(lǐng)域，涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，而且隨著科技的不斷發(fā)展，環(huán)境領(lǐng)域的工藝技術(shù)也在不斷更新，因此在教學(xué)內(nèi)容整合和優(yōu)化時(shí)，應(yīng)注重教學(xué)內(nèi)容的前沿性和適用性，及時(shí)將新方法、新技術(shù)、新工藝等引入課堂教學(xué)。

在教學(xué)方法上應(yīng)突出學(xué)生的主體地位，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容分別采用傳統(tǒng)講授法、案例式教學(xué)、小組討論和工程實(shí)踐等不同的教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和創(chuàng)新意識(shí)。傳統(tǒng)講授法主要教師為主體，通過(guò)多媒體、板書等教學(xué)手段，向?qū)W生講解各種工藝技術(shù)的基本原理，讓學(xué)生對(duì)本課程的知識(shí)點(diǎn)有個(gè)整體的認(rèn)知。學(xué)習(xí)具體的工藝技術(shù)時(shí)可采用案例、討論和實(shí)踐相結(jié)合的方式。例如在講大氣的脫硫脫硝工藝時(shí)，教師根據(jù)章節(jié)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)課前將學(xué)生分組并布置好任務(wù)，學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間查閱相關(guān)案例，做好課堂展示和發(fā)言準(zhǔn)備；課堂上學(xué)生分組對(duì)查閱的案例進(jìn)行展示和分析，教師引導(dǎo)學(xué)生彼此之間相互學(xué)習(xí)、相互啟發(fā)、積極研討，并進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、給出相關(guān)建議；課后學(xué)生根據(jù)討論結(jié)果和教師給的建議撰寫案例分析報(bào)告。除此之外，還可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ虒?shí)際情況開展現(xiàn)場(chǎng)觀摩教學(xué)，例如在講水處理工藝時(shí)，可以組織學(xué)生帶著問(wèn)題到四平市污水處理廠、天成玉米開發(fā)有限公司廢水處理車間、四平金士百啤酒股份有限公司廢水處理車間等現(xiàn)場(chǎng)參觀，彌補(bǔ)課堂教學(xué)對(duì)相關(guān)工藝和設(shè)備直觀認(rèn)識(shí)的不足，同時(shí)能將理論知識(shí)和工程實(shí)踐及時(shí)有效結(jié)合，使學(xué)生的理論認(rèn)識(shí)和實(shí)踐能力提升到一個(gè)新的高度。

2.3 利用虛擬仿真等高新技術(shù)，進(jìn)一步完善實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

《環(huán)境工程學(xué)》課程的實(shí)踐教學(xué)流于形式還有一個(gè)很重要的原因就是，有些實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`過(guò)程存在高危、高毒、高風(fēng)險(xiǎn)性，學(xué)生在操作實(shí)踐時(shí)受到了很大的局限，很多環(huán)節(jié)學(xué)生只能想象，不能親身體會(huì)。結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和“新工科”對(duì)人才培養(yǎng)的需求，吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院以有機(jī)固體廢棄物資源化處理為主線，開發(fā)構(gòu)建了“有機(jī)固廢厭氧發(fā)酵3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)，學(xué)生利用多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，在高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)生動(dòng)形象，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性得到了極大的提高，學(xué)生還可以自主開展創(chuàng)新研究和訓(xùn)練，學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新素養(yǎng)都得到了顯著提升。我院還會(huì)進(jìn)一步將虛擬仿真等高新技術(shù)應(yīng)用到水處理和廢氣治理領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程，為新工科人才培養(yǎng)提供保障。

3 小結(jié)

在新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的大環(huán)境下，新工科教育順勢(shì)興起，許多高等院校的教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)方案也應(yīng)及時(shí)調(diào)整，以更好地為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供服務(wù)。《環(huán)境工程學(xué)》是環(huán)境科學(xué)專業(yè)的主干課程，也是為數(shù)不多的涉及到工程教育的課程，涉及水、大氣和固廢等多個(gè)領(lǐng)域，實(shí)踐性很強(qiáng)。本文結(jié)合新工科背景下人才培養(yǎng)的新要求，分析了當(dāng)前《環(huán)境工程學(xué)》課程存在的主要問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討，采用以學(xué)生為中心的多元化教學(xué)模式，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中的局限環(huán)節(jié)輔助虛擬仿真等高新技術(shù)，切實(shí)提高學(xué)生的工程實(shí)踐和科技創(chuàng)新能力，積極推進(jìn)新工科建設(shè)。