基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革

張吉強(qiáng)，張晨曦，榮 琨，李甲亮

(1.濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲生態(tài)脆弱帶工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603；2.濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲野生植物資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603)

1 引言

環(huán)境工程專業(yè)是以理工學(xué)科理論知識為基礎(chǔ)的新興專業(yè)，主要培養(yǎng)從事工程設(shè)計、施工與運(yùn)行、監(jiān)測與評價、規(guī)劃與管理、教育和研發(fā)等工作的工程技術(shù)人才。環(huán)境工程專業(yè)作為一門學(xué)科交叉性非常強(qiáng)的工科專業(yè)，不但要求學(xué)生具有扎實的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、生物等基礎(chǔ)自然科學(xué)知識，還要求學(xué)生掌握堅實的環(huán)境監(jiān)測和水、氣、固、物理性污染控制等專業(yè)知識，更需要學(xué)生具有執(zhí)行環(huán)境工程實踐所需技術(shù)、技巧和工具開發(fā)解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力[1]。在中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會公布的最新中國工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中，明確提出了工科類本科生畢業(yè)時所需要達(dá)到的工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究等12項相關(guān)能力要求。這就對環(huán)境工程本科生綜合能力的培養(yǎng)提出了非常高的要求。

然而在我國目前的環(huán)境工程本科生修讀的課程體系中，各門課程之間關(guān)聯(lián)度相對有限，不能對學(xué)生的綜合能力進(jìn)行很好地培養(yǎng)。環(huán)境工程實驗教學(xué)以專業(yè)理論知識為基礎(chǔ)，以實驗操作為手段，是理論聯(lián)系實踐，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和解決環(huán)境工程專業(yè)問題綜合能力的良好教學(xué)載體。本文在傳統(tǒng)課堂實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，借助信息化教學(xué)手段，通過增設(shè)文獻(xiàn)調(diào)研、實驗設(shè)計、耗材選擇、數(shù)據(jù)處理、問題討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，對環(huán)境工程專業(yè)實驗進(jìn)行開放性、綜合性教學(xué)改革設(shè)計，以期滿足工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 主要教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

在實驗課程開始前兩周，通過在線課程平臺向?qū)W生發(fā)布實驗任務(wù)書，在實驗任務(wù)書中向?qū)W生提出課前學(xué)習(xí)要求。實驗任務(wù)書中包括實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容和簡要的實驗原理和步驟等。通過實驗任務(wù)書，讓學(xué)生對整個實驗建立整體的知識框架結(jié)構(gòu)，明確所要完成的課程任務(wù)。

2.1 文獻(xiàn)調(diào)研

在實驗任務(wù)書中首先要求學(xué)生通過中國知網(wǎng)、百度學(xué)術(shù)等檢索平臺進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研。要求學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研掌握實驗的原理、影響因素和主要工藝步驟等。通過文獻(xiàn)調(diào)研引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，充分調(diào)動了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也是對工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“能夠基于科學(xué)原理，通過文獻(xiàn)研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析相關(guān)工程問題的解決方案”能力培養(yǎng)實踐[2～6]。

2.2 實驗設(shè)計

該階段的目標(biāo)要求學(xué)生自行選定實驗因素和實驗水平，進(jìn)行實驗設(shè)計。在進(jìn)行實驗設(shè)計時，由于實驗學(xué)時的限制，建議教師在開放的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的限制，給學(xué)生提供基本的設(shè)計思路。以小組為單位形成初步實驗設(shè)計方案后發(fā)送給教師，教師再根據(jù)學(xué)生設(shè)計情況與學(xué)生進(jìn)一步確定明確的實驗因素和水平，以形成可實際操作的實驗設(shè)計。通過開展實驗設(shè)計，給予學(xué)生更大的自主權(quán)，鍛煉了學(xué)生的實驗設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、溝通協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊合作能力，也是對工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“研究”、“個人和團(tuán)隊”、“溝通”等能力要求的具體踐行。

實驗耗材是實驗開展的載體和手段，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)一般都是在實驗中給學(xué)生提供指定的耗材，學(xué)生根據(jù)實驗要求進(jìn)行選用，學(xué)生只是“傻瓜式”的選用實驗耗材。在本次實驗教學(xué)設(shè)計中，可以完全讓學(xué)生根據(jù)實驗要求自主選擇實驗耗材，也可以給學(xué)生實驗耗材(可多于或少于基本實驗需求)，讓學(xué)生去篩選或增補(bǔ)相應(yīng)的耗材。通過教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，是對工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“使用現(xiàn)代工具”一項能力要求的良好培養(yǎng)實踐，該項要求學(xué)生了解專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具的使用原理和方法，能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算與設(shè)計[7，8]。

2.3 實驗操作

實驗操作能力是實驗課程教學(xué)的核心目標(biāo)，要求學(xué)生能熟練、準(zhǔn)確的利用實驗儀器和材料，開展實驗，獲得所需的實驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)象。在實驗操作環(huán)節(jié)，可采用以下多種教學(xué)手段相結(jié)合。①教師演示，學(xué)生觀察，然后開展實驗；②教師講解，學(xué)生自行實驗，實驗過程中教師及時指導(dǎo)糾正，③挑選學(xué)生代表演示，學(xué)生觀察，學(xué)生互評+教師指導(dǎo)，學(xué)生開展實驗。多種教學(xué)手段的結(jié)合，在培養(yǎng)學(xué)生核心操作能力的基礎(chǔ)上，還讓學(xué)生學(xué)會觀察，發(fā)現(xiàn)自己在實驗操作中難以發(fā)現(xiàn)的問題，也可以實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生體驗老師的角色，更大程度的鍛煉自己。建議對實驗進(jìn)行分組，每3～6人為一組，每組推選小組長，實驗小組中的分工與合作，角色定位，團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色，是對工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中 “個人和團(tuán)隊”能力項培養(yǎng)的良好途徑。

2.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)的處理是學(xué)生實驗?zāi)芰Φ难由旌屯卣?，在傳統(tǒng)的實驗課程中，學(xué)生往往只是日記式的記流水賬，往實驗表格中機(jī)械填寫實驗數(shù)據(jù)。但是對工科類的畢業(yè)生，僅僅只會填表是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到畢業(yè)要求的。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生利用Excel、Origin等繪圖軟件繪制如折線圖、柱狀圖、散點圖等多種數(shù)據(jù)圖表，培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力。此外，還要讓學(xué)生能針對具體的對象建立一些數(shù)學(xué)模型并求解，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學(xué)模型用于專業(yè)問題的解決?？蓾M足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“工程知識”、“問題分析”、“研究”等能力的培養(yǎng)[9～12]。

2.5 問題討論

孔子有云“吾日三省吾身”，問題和反思是人和科技不斷進(jìn)步的有效手段。在實驗結(jié)束后，對整個實驗流程進(jìn)行回顧和分析，是使實驗技能進(jìn)步和提高的有效手段。在實驗結(jié)束后，可設(shè)置針對具體實驗項目的具體問題，當(dāng)然也可超出實驗項目的范疇，讓學(xué)生通過查閱資料、交流討論進(jìn)行知識拓展，獲得更深層次的新知識。也可設(shè)置一般的通用問題，例如請對本次實驗結(jié)果進(jìn)行評價，實驗操作中哪些步驟容易出錯，實驗各個環(huán)節(jié)哪些地方還有待改進(jìn)，實驗結(jié)束后的廢液廢料如何環(huán)保的進(jìn)行處理等。通過這些問題的設(shè)置，以小見大，舉一反三，能讓學(xué)生評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，樹立社會責(zé)任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任?？膳囵B(yǎng)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“工程與社會”、“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”、“職業(yè)規(guī)范”等能力要求。

3 結(jié)語

環(huán)境工程專業(yè)本科生綜合能力的培養(yǎng)是一項復(fù)雜的工程，本文以環(huán)境工程實驗項目為教學(xué)載體，對傳統(tǒng)實驗教學(xué)進(jìn)行開放性和綜合性設(shè)計，并輔以在線課程等現(xiàn)代化信息教學(xué)手段，在文獻(xiàn)調(diào)研、實驗設(shè)計、耗材選擇、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、問題討論等教學(xué)環(huán)節(jié)中，以培養(yǎng)學(xué)生解決環(huán)境工程專業(yè)問題的綜合能力，理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，以期滿足工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求。