基于工程范式環(huán)境工程專業(yè)實(shí)踐課程改革的思考

張軍　白少元　游少鴻　林華　張杏鋒

摘 要 環(huán)境工程專業(yè)是我國(guó)工程高等教育的重要組成部分，但由于本專業(yè)多學(xué)科和應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜的特點(diǎn)，近年來出現(xiàn)本專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量工程實(shí)踐能力不足、難以滿足行業(yè)需求的矛盾。工程教育從科學(xué)范式向工程范式的變革為解決上述矛盾提供了機(jī)遇。在基于工程范式理念下，以實(shí)踐課程為對(duì)象，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式和課程結(jié)構(gòu)等三方面開展課程教學(xué)改革，為通過專業(yè)實(shí)踐課程改革來強(qiáng)化和提高人才培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的合理實(shí)施路徑。

關(guān)鍵詞 環(huán)境工程 人才培養(yǎng) 工程范式

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.017

Reflections on the Practice Course Reform of Environmental

Engineering Specialty Based on Engineering Paradigm

ZHANG Jun， BAI Shaoyuan， YOU Shaohong， LIN Hua， ZHANG Xingfeng

（College of Environmental Science and Engineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004）

Abstract Environmental engineering specialty is an important part of Higher Engineering Education in China. However， due to its multi-disciplinary and complex application scenarios， there has been a contradiction in recent years between the lack of practical ability in quality engineering training and the difficulty in meeting the needs of the industry. The transformation of engineering education from scientific paradigm to engineering paradigm provides an opportunity to solve the above contradictions. Based on the concept of Engineering paradigm， taking practical courses as the object， the curriculum reform is carried out from three aspects： teaching objectives， teaching methods and curriculum structure， so as to strengthen and improve the rational implementation path of engineering practice ability of personnel training through professional practice curriculum reform.

Keywords environmental engineering； talent cultivation； engineering paradigm

隨著我國(guó)各類產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速擴(kuò)展，我國(guó)高等工程教育的人才培養(yǎng)規(guī)模已經(jīng)迅速上升到世界首位，使工程高等教育已經(jīng)成為我國(guó)高等教育的主要組成部分。環(huán)境工程專業(yè)是我國(guó)工程教育的重要組成部分，為我國(guó)環(huán)保行業(yè)的發(fā)展提供了有力的人才支撐。[1]40多年來，伴隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的環(huán)境工程專業(yè)經(jīng)歷了從無到有、從小到大的發(fā)展歷程。從1977年全國(guó)僅有清華大學(xué)一所大學(xué)開辦環(huán)境工程專業(yè)，增加至目前300所以上。[2]每年全國(guó)環(huán)境工程專業(yè)高校約向全社會(huì)輸送2萬多名本科畢業(yè)生，為各類型的環(huán)保單位提供源源不斷的生力軍。如今，我國(guó)的環(huán)保行業(yè)正處于從低端制造向全球高端制造升級(jí)的重要階段，對(duì)環(huán)境工程專業(yè)人才的水平和質(zhì)量提出了更高的要求。在此過程中，由于環(huán)境工程專業(yè)的自身特點(diǎn)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的不足，出現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量難以完全滿足行業(yè)發(fā)展需求的矛盾。

1 環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)及人才培養(yǎng)的不足

1.1 環(huán)境工程專業(yè)的特點(diǎn)

多學(xué)科交叉的工程應(yīng)用和工程場(chǎng)景復(fù)雜多變是環(huán)境工程專業(yè)主要特點(diǎn)。環(huán)境工程專業(yè)起源于解決人類社會(huì)共同面臨的各種污染和環(huán)境惡化問題，為工程、科學(xué)和社會(huì)多等學(xué)科交叉而形成的新型學(xué)科。在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，人類劇烈的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化活動(dòng)，對(duì)自然環(huán)境造成各種不利影響，典型表現(xiàn)為各種環(huán)境介質(zhì)如水、空氣和土壤等受到不同程度的污染。在為解決上述環(huán)境問題，需要具備傳統(tǒng)的市政工程、化學(xué)工程、機(jī)械工程、電氣工程、大氣科學(xué)、土壤學(xué)等多種科學(xué)和工程專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，在工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，還需要考慮到工程目標(biāo)的社會(huì)和環(huán)境影響。此外，環(huán)境工程專業(yè)還具有工程應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多變的特點(diǎn)。在處理這些問題的過程中，往往需設(shè)計(jì)精密、復(fù)雜的工藝流程，而且不同地區(qū)和行業(yè)的具體情況還存在較大差異，使得工程應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性進(jìn)一步加劇。此外，隨著全球變暖、塑料污染等問題的出現(xiàn)，環(huán)境工程專業(yè)的工程內(nèi)涵與外延還在擴(kuò)展中。

1.2 環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的不足

應(yīng)屆畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力欠缺，不具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐所需的綜合知識(shí)和技能，是我國(guó)目前的環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的主要不足。[3]由于環(huán)境工程應(yīng)用具有多學(xué)科交叉和場(chǎng)景復(fù)雜多變的特點(diǎn)，因此要求本專業(yè)的畢業(yè)生具有非常強(qiáng)的工程綜合知識(shí)和技能，及與多個(gè)其它專業(yè)的團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行良好溝通的能力。但是，長(zhǎng)期以來環(huán)境工程專業(yè)收到中國(guó)工程教育以“科學(xué)范式”為主的影響，在課程體系中過于強(qiáng)調(diào)向?qū)W生傳授理論知識(shí)，而對(duì)于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)忽視。在已有課程實(shí)踐教學(xué)模式中，也還存在“教學(xué)目標(biāo)偏向知識(shí)傳授”、“教學(xué)方式以教師為中心”、“實(shí)踐教學(xué)結(jié)構(gòu)以學(xué)校教學(xué)為主”等現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇了學(xué)生工程實(shí)踐能力的缺乏。

2 工程教育工程范式為解決人才培養(yǎng)中工程實(shí)踐能力不足的問題提供了機(jī)遇

在基于工程范式的課程教學(xué)過程中，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)可從原有的理論學(xué)習(xí)為主過渡到理論與實(shí)踐并重，特別是通過面向工程場(chǎng)景的工程設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作技巧訓(xùn)練，可強(qiáng)化學(xué)生的工程應(yīng)用意識(shí)，逐步建立從工程應(yīng)用的角度進(jìn)行專業(yè)理論和技能學(xué)習(xí)的視角和能力提升。

2.1 傳統(tǒng)的工程教育科學(xué)范式的缺點(diǎn)

工程教育科學(xué)范式興盛于20世紀(jì)60年代-20世紀(jì)80年代，其從工程教育技術(shù)范式發(fā)展而來。在上世紀(jì)60年，電子信息等新興行業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)高等教育培養(yǎng)的工程師提出更強(qiáng)創(chuàng)造能力的要求，這就使得工程教育中增加對(duì)學(xué)生科學(xué)方面的訓(xùn)練。在此階段，大批原本以本科教育為主的工程院校逐步變成研究性大學(xué)，典型的例子就是麻省理工學(xué)院一躍成為全球首屈一指的工程科學(xué)研究大學(xué)。在此理念下，工程教育中科學(xué)性被不斷強(qiáng)化，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)和學(xué)術(shù)研究技能的培訓(xùn)，但相應(yīng)地人才培養(yǎng)的工程實(shí)踐能力方面對(duì)應(yīng)地被削弱。隨著該范式的發(fā)展，工程教育逐漸偏離工程實(shí)踐的軌道，導(dǎo)致所培養(yǎng)的人才工程實(shí)踐能力不足，達(dá)不到企業(yè)對(duì)工程教育畢業(yè)生的用人要求。[4]

2.2 工程教育工程范式的優(yōu)點(diǎn)

工程教育工程范式糾正了科學(xué)范式下過于突出科學(xué)性的弊端，通過人才培養(yǎng)過程中強(qiáng)化工程應(yīng)用的綜合能力教育和培訓(xùn)，提高人才培養(yǎng)的工程實(shí)踐能力。20世紀(jì)80年代至今，工程教育從科學(xué)范式進(jìn)入到工程范式階段，逐步全球工程教育的主流。在工程范式理念下，工程教育強(qiáng)調(diào)具有系統(tǒng)性思維并具有卓越技術(shù)、廣泛知識(shí)面、團(tuán)隊(duì)精神強(qiáng)的工程師，以適應(yīng)科技和經(jīng)濟(jì)全球化帶來的多元化產(chǎn)業(yè)升級(jí)。工程范式突出工程教育向工程實(shí)踐的回歸，面向工程應(yīng)用場(chǎng)景，沿著構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)營(yíng)的工程應(yīng)用全流程中重構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了融合技術(shù)、科學(xué)、交流、人際交往等多種綜合素質(zhì)的新型工程師。[5]目前，我國(guó)正在開展的新工科、工程教育認(rèn)證等教育改革項(xiàng)目，正是在工程范式的工程教育理念基礎(chǔ)上發(fā)展而來。

3 基于工程范式的實(shí)踐課程改革的實(shí)施路徑

基于工程范式理念，以實(shí)踐課程為對(duì)象開展教學(xué)改革，針對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式和教學(xué)結(jié)構(gòu)的不足進(jìn)行重構(gòu)，[6]是解決環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)中工程實(shí)踐能力不足問題的關(guān)鍵。

3.1 以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力目標(biāo)重構(gòu)實(shí)踐課程教學(xué)目標(biāo)

將課程教學(xué)目標(biāo)從“傳授工程應(yīng)用的專業(yè)知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆箤W(xué)生獲得工程實(shí)踐所需的綜合知識(shí)和技能”，是工程范式教育理念對(duì)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)課程教學(xué)目標(biāo)提出的改革要求。環(huán)境工程的實(shí)踐環(huán)節(jié)包括：通用性實(shí)踐課程、專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等三大類。其中，專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)工程范式教育理念的主要課程載體。在傳統(tǒng)的環(huán)境工程實(shí)踐教學(xué)過程中，課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐深度均不足，這與其教學(xué)目標(biāo)局限在“傳授工程應(yīng)用中的專業(yè)知識(shí)”有關(guān)，導(dǎo)致教師和學(xué)生的目標(biāo)偏重于工程實(shí)踐中的科學(xué)理論和技術(shù)知識(shí)，缺乏工程設(shè)計(jì)的整體觀念。通過重構(gòu)教學(xué)目標(biāo)，使課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)面向真實(shí)的工程應(yīng)用場(chǎng)景，訓(xùn)練學(xué)生在復(fù)雜的工程應(yīng)用背景下圍繞專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。重構(gòu)教學(xué)目標(biāo)后，學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅能學(xué)習(xí)工程應(yīng)用中的專業(yè)理論知識(shí)體系，還可學(xué)習(xí)如何將理論知識(shí)與復(fù)雜工程應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合進(jìn)行分析和開展設(shè)計(jì)的全流程技能，從而獲得工程實(shí)踐所學(xué)的綜合知識(shí)和技能，強(qiáng)化其工程實(shí)踐能力。

3.2 以學(xué)生為中心重構(gòu)實(shí)踐課程教學(xué)方式

將實(shí)踐課程教學(xué)方式從“教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為中心”，是實(shí)現(xiàn)工程范式教育理念下使環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生獲得工程實(shí)踐所需的綜合知識(shí)和技能的必經(jīng)之路。就環(huán)境工程專業(yè)而言，其實(shí)踐課程相比于理論課程部分具有更多的工程教育屬性，相對(duì)而言更枯燥，學(xué)生在被動(dòng)學(xué)習(xí)過程中更容易產(chǎn)生疲勞感，因此有必要以“學(xué)生為中心”來轉(zhuǎn)變教學(xué)方式。將問題導(dǎo)向與案例教學(xué)相結(jié)合，在實(shí)踐課程特別是課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中，以真實(shí)環(huán)境治理工程案例為出發(fā)點(diǎn)，從環(huán)境和社會(huì)意義出發(fā)過渡到工程技術(shù)問題，然后從易到難、從點(diǎn)到面逐步提出設(shè)計(jì)中可能遇到的工程實(shí)際問題，通過引導(dǎo)學(xué)生思考和自主分析、解決問題，可有效激發(fā)學(xué)生的興趣。在激發(fā)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上，不斷提高課程設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐深度，使學(xué)生在主動(dòng)學(xué)習(xí)的氛圍下獲得工程實(shí)踐所需的綜合知識(shí)和技能，有效強(qiáng)化其工程實(shí)踐能力。

3.3 以校企聯(lián)合實(shí)踐重構(gòu)實(shí)踐課程教學(xué)結(jié)構(gòu)

將實(shí)踐課程教學(xué)結(jié)構(gòu)從“學(xué)校教學(xué)為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶Ｆ舐?lián)合實(shí)踐”，是實(shí)現(xiàn)工程范式教育理念環(huán)境專業(yè)課程改革的重要發(fā)展方向。目前，環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)已開始重視校企協(xié)同對(duì)于提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的意義，并開展了初步探索。但是，已有的校企協(xié)同多集中在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等階段，仍為以往實(shí)踐教學(xué)結(jié)構(gòu)模式的拓展，并未在實(shí)踐課程教學(xué)結(jié)構(gòu)上形成較大的突破，對(duì)于學(xué)生工程實(shí)踐能力提升的效果有限。因此，有必要在更多的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)引入校企聯(lián)合，充分利用企業(yè)在工程人才培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語

環(huán)境工程多學(xué)科交叉和工程應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜等特點(diǎn)加劇了科學(xué)范式工程教育造成本專業(yè)人才培養(yǎng)中工程實(shí)踐能力不足的問題，需基于工程范式的理念開展本專業(yè)的課程改革。針對(duì)上述問題，提出了以實(shí)踐課程為對(duì)象，按照工程范式理念對(duì)其開展“教學(xué)目的、教學(xué)方式和教學(xué)結(jié)構(gòu)”重構(gòu)，為解決環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)中工程實(shí)踐能力不足的問題提供實(shí)施路徑的思路。

基金項(xiàng)目：2017年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目“基于工程能力培養(yǎng)的環(huán)境類專業(yè)課程改革與實(shí)踐”（編號(hào)：2017JGA204）；2017年度桂林理工大學(xué)本科教學(xué)改革項(xiàng)目“研究性教學(xué)方法在環(huán)境工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的探索與實(shí)踐”（2017B06）

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