新工科環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
——以廣東石油化工學(xué)院為例

毛玉鳳，聶麗君，謝文玉，江利梅，劉正輝

(廣東石油化工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

“新工科”是將科學(xué)、人文和工程的進(jìn)行交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型、綜合型、創(chuàng)新型人才，涵蓋傳統(tǒng)工科教育的改革升級以及新工科專業(yè)的建立。根據(jù)教育部高等教育司要求本科院校應(yīng)圍繞傳統(tǒng)工科教育進(jìn)行改革，將企業(yè)生產(chǎn)和課堂教育進(jìn)行深度融合，不斷推進(jìn)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新性改革，為國家培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需求的人才。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新工科人才培養(yǎng)中的作用十分重要。在新工科背景下進(jìn)一步推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和平臺建設(shè)，是對工科教育新理念、人才培養(yǎng)新模式的探索，有助于提高學(xué)生在知識交叉融合、批判性思維、終身學(xué)習(xí)等方面的綜合素質(zhì)，提升應(yīng)用型本科專業(yè)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

廣東石油化工學(xué)院是華南地區(qū)唯一石油化工特色高校，從2015年啟動國家工程教育認(rèn)證，2018年環(huán)境工程專業(yè)通過國家工程認(rèn)證的專業(yè)。環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方向是建成符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新工科”，而改革的標(biāo)準(zhǔn)就是國家工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。如何將石油化工行業(yè)特色和新工科背景開展環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革和平臺建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才，需要重點(diǎn)研究。

1 我校環(huán)境工程專業(yè)“新工科”教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革與平臺建設(shè)需探討的關(guān)鍵性問題

1.1 行業(yè)特色不明顯

本校的定位是華南地區(qū)唯一石油化工特色高校，環(huán)境工程專業(yè)領(lǐng)域依托石化行業(yè)優(yōu)勢，在科學(xué)研究、人才培養(yǎng)等方面形成了鮮明的石油化工特色。教師團(tuán)隊研究方向均與石油化工行業(yè)相關(guān)，設(shè)置了石油化工廢水處理與回用、石油化工廢物處置與利用、石化污染環(huán)境修復(fù)等研究方向。但是這些行業(yè)特征在學(xué)生培養(yǎng)環(huán)節(jié)體現(xiàn)得卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。就現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系來看，雖然涵蓋了水、氣、聲、固等方面，但均為常規(guī)污染物的分析、監(jiān)測與治理，并未涉及到石化特點(diǎn)。

1.2 工程性、綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)不足

環(huán)境工程專業(yè)工程實(shí)踐性較強(qiáng)，有很強(qiáng)的專業(yè)特性和實(shí)用性，目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以驗(yàn)證性為主，涉及少量綜合性實(shí)驗(yàn)，完全沒有自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生只能按部就班完成既定的實(shí)驗(yàn)方案，無法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和分析問題、解決問題的能力。

1.3 實(shí)習(xí)基地不允許學(xué)生動手操作

環(huán)境工程專業(yè)所實(shí)習(xí)實(shí)踐的工程往往是國有大型企業(yè)，這些大型企業(yè)有嚴(yán)格的規(guī)則制度，出于安全的考慮，在實(shí)習(xí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)生只能是“眼看手勿動”；同時，企業(yè)自身還有繁重的工作安排，企業(yè)師傅沒有辦法詳細(xì)指導(dǎo)，學(xué)生每天從入場到離場只是呆著廠區(qū)辦公室，參與度極低，實(shí)習(xí)和實(shí)踐效果較差。

目前學(xué)校正全力建設(shè)高水平理工科學(xué)校，隨著新校區(qū)的建成，更能體現(xiàn)石油行業(yè)特征的“新工科”實(shí)驗(yàn)課程體系的完善和平臺建設(shè)對新校區(qū)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃具有極其重要的意義。環(huán)境工程專業(yè)作為我校優(yōu)勢重點(diǎn)學(xué)科，也是本校首批入駐新校區(qū)的理工科專業(yè)。以它為例，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，構(gòu)建符合新工科背景的教學(xué)平臺，可為本校其他工科專業(yè)改革升級提供參考。

2 以“新工科”為理念改革環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

本文針對以上存在的問題進(jìn)行教學(xué)反思，從“新工科”教育出發(fā)，改進(jìn)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)，以滿足新時代人才培養(yǎng)的需求。

2.1 增加綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)

綜合設(shè)計性是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，創(chuàng)新意識的主要途徑[1-2]。目前，環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)的是學(xué)生儀器設(shè)備的使用和操作能力，學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力鍛煉較少，為配合新工科教育理念，應(yīng)該加強(qiáng)綜合設(shè)計性和科學(xué)研究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比重。因此，需要將現(xiàn)有開設(shè)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)通過知識點(diǎn)之間的相互聯(lián)系進(jìn)行整合，同時融合石化行業(yè)特色。

以《環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)》課程為例，目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)包括廢水顏色的測定、濁度的測定、廢水中懸浮物固體的測定、化學(xué)需氧量的測定、水中六價鉻的測定、水中溶解氧的測定、環(huán)境噪音的監(jiān)測、氨氮的測定、廢水中苯系化合物的測定(演示實(shí)驗(yàn))、水中鎘的測定(演示實(shí)驗(yàn))這10個項(xiàng)目，其中苯系物和重金屬鎘的測定屬于演示實(shí)驗(yàn)。分析這10個項(xiàng)目的開設(shè)存在如下問題：①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對傳統(tǒng)和簡單，測定廢水為實(shí)驗(yàn)員為各個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單獨(dú)配置的特征廢物，不存在相互干擾的情況。②學(xué)生接觸、使用大型儀器的機(jī)會很少，最常使用的依然停留在分析天平、可見分光光度計等常規(guī)儀器上，沒有機(jī)會獨(dú)立操作原子吸收光譜儀或氣相色譜儀等相對大型儀器。③石化行業(yè)特征沒有得以體現(xiàn)。④各個指標(biāo)點(diǎn)之間并未形成很好的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后只是掌握了這些監(jiān)測指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方法，但是對這些指標(biāo)背后反映的意義并沒有深入體會，當(dāng)然實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對他們的綜合能力和解決實(shí)際問題的并沒有較大的提升。針對上述問題提出的改革思路。以實(shí)際廢水——石化煉制排放的廢水為監(jiān)測對象，要求學(xué)生完成廢水是否達(dá)標(biāo)排放評價，學(xué)生按照3-4人/小組進(jìn)行，學(xué)生必須自己查詢石化廢水評分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定測定指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)方法，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成廢水是否達(dá)標(biāo)排放評價。通過這個過程的訓(xùn)練，學(xué)生對這些測定指標(biāo)的意義以及實(shí)驗(yàn)操作，如何減少實(shí)驗(yàn)過程中存在的干擾，如何評價廢水是否達(dá)標(biāo)排放等有了深刻的認(rèn)識，也培養(yǎng)了他們利用現(xiàn)代工具解決復(fù)雜問題的能力、團(tuán)隊協(xié)作能力。拉近了學(xué)校理論學(xué)習(xí)和企業(yè)實(shí)際運(yùn)用的距離，使學(xué)生真正做到畢業(yè)即上崗，上崗能擔(dān)事，成為具有新工科特色的、綜合能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才。

2.2 開展創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)

21世紀(jì)教育的重點(diǎn)在于創(chuàng)新教育，高校是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才的搖籃。目前，全國各地均開展高水平理工科大學(xué)建設(shè)，我校亦為培育學(xué)校。環(huán)境工程專業(yè)作為我校優(yōu)勢學(xué)科，是廣東省綜合改革試點(diǎn)專業(yè)，廣東省特色重點(diǎn)學(xué)科，擁有4個省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個院士工作站，教師隊伍博士比例高達(dá)76%，承擔(dān)國家、省部級及企業(yè)等科研項(xiàng)目50余項(xiàng)。環(huán)境工程專業(yè)有著一支教學(xué)、科研實(shí)力非常雄厚的教師隊伍，如何將教師進(jìn)行的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)，讓學(xué)生參與到國家、省級自然科學(xué)基金等高水平項(xiàng)目中，以科研帶動教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新研究能力，需要對現(xiàn)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程評價機(jī)制進(jìn)行修訂。

2.3 開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[3]是指在計算機(jī)上用仿真軟件模擬現(xiàn)實(shí)效果，在接近真實(shí)的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有直觀、形象生動、圖文并茂等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)安全性差、污染性高等缺點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以模式真實(shí)的環(huán)境污染控制工藝、參數(shù)以及操作方法，學(xué)生可以真正動手操作廢水、廢氣、固廢處理工藝，建立理論學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

2.4 轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改革實(shí)驗(yàn)考核制度

①現(xiàn)有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)考核存在很大弊端，實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟均是指定，唯一能夠體現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)的地方只有實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，學(xué)生評分不夠完整，不能夠真實(shí)反應(yīng)學(xué)生掌握知識的水平。②綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是“啟發(fā)式”教育，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中教師下達(dá)課程任務(wù)和要求，學(xué)生根據(jù)目標(biāo)獨(dú)立思考、相互討論，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和主動性。而且教師可以從學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)選用、方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)處理以及整體評價等多維度考核學(xué)生，反應(yīng)學(xué)生真實(shí)水平，同時，可以實(shí)時發(fā)現(xiàn)學(xué)生知識構(gòu)架中的缺陷，及時指導(dǎo)完善。③對于創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)，專業(yè)目前并沒有學(xué)時學(xué)分的要求，當(dāng)然也就不存在考核。但是作為高水平理工科建設(shè)高校，應(yīng)該體現(xiàn)出學(xué)生對創(chuàng)新研究能力的培養(yǎng)，因此，單獨(dú)分列出創(chuàng)新研究性學(xué)時、學(xué)分要求非常必要。創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)的考核可以從學(xué)生表現(xiàn)、選題思路、實(shí)驗(yàn)思路、論文完成和發(fā)表、課題匯報等多個方面綜合給出。

2.5 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室專職人員團(tuán)隊及實(shí)驗(yàn)條件的建設(shè)

相比于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的難度毫無疑問是成倍增加的，這對實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)室管理員均是一個挑戰(zhàn)。為了綜合實(shí)驗(yàn)的多樣性，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師必須給出多個任務(wù)供學(xué)生選擇、完成。同時，學(xué)生在正式實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)教師必須審核提交的實(shí)驗(yàn)方案是否可行，是否存在安全隱患，學(xué)生方可實(shí)驗(yàn)。這就要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師必須具備堅實(shí)的理論知識和熟練地實(shí)驗(yàn)技能。實(shí)驗(yàn)室管理員則需要為學(xué)生提供完備的實(shí)驗(yàn)儀器和耗材。

學(xué)?，F(xiàn)有的大型儀器數(shù)量不多，除了教學(xué)中的使用，還運(yùn)用于教師科研，所以大型儀器是十分緊缺的，為了讓學(xué)生熟練掌握大型儀器的使用，必須增加儀器設(shè)備臺套數(shù)以及實(shí)行實(shí)驗(yàn)室開放管理。開放實(shí)驗(yàn)室是高校實(shí)驗(yàn)室改革的重要舉措，可以有效提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)操能力。實(shí)驗(yàn)室開放包括時間、空間、儀器設(shè)備等全方位開放[4-5]〗。實(shí)驗(yàn)室開放可以保障綜合設(shè)計性和創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)的順利開展，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，提升學(xué)生動手能力、綜合能力和創(chuàng)新意識。

3 結(jié)語

以新工科為背景，結(jié)合專業(yè)自身定位，通過重新構(gòu)建實(shí)驗(yàn)課程體系，縮減驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課程、增加綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，并增設(shè)創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)課程體系，完善課程評價制度、完善實(shí)驗(yàn)教師團(tuán)隊建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)，以培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代工具解決復(fù)雜問題進(jìn)行分析、研究的能力，可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識、創(chuàng)新意識，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生成為具備扎實(shí)的環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。