基于工程教育認(rèn)證的環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

趙俊英 趙立新 王曉麗 秦松巖

摘 ?要：文章依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、教師的工程實(shí)踐能力以及實(shí)驗(yàn)室管理五個(gè)方面分析了天津理工大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，進(jìn)而提出提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體性、教學(xué)方式的多樣性，實(shí)驗(yàn)考核方式的科學(xué)性和可評(píng)價(jià)性、教師實(shí)踐能力等方面的可行性改革措施，構(gòu)建了以培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)人才為目標(biāo)，大氣污染控制、水污染控制、固體廢物處理和處置為核心內(nèi)容的認(rèn)知性、驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性五層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程;工程教育認(rèn)證;五層次;實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）S1-0130-04

Abstract： Based on the engineering education certification standards， the problems existing in the experimental teaching of Environmental Engineering major in Tianjin University of Technology are analyzed from five aspects： experimental teaching content， teaching method， assessment method， teachers' engineering practice ability and laboratory management. The suggestion is proposed to improve the integrity of experimental teaching， the diversity of teaching methods. Feasibility reform measures in the scientific and evaluability of experimental assessment methods and teachers' practical ability. Finally， experimental teaching system is founded to take air pollution control， water pollution control， solid waste treatment and disposal as the core content. The system comprises the cognitive， verification， comprehensive， design， innovative five levels experiments and aims to cultivate environmental engineering professionals to solve complex engineering problems.

Keywords： Environmental Engineering; engineering education certification; five-level; experimental teaching system

工程教育認(rèn)證是工程教育學(xué)位和工程師執(zhí)業(yè)資格國(guó)際互認(rèn)的基礎(chǔ)要求和前提條件，《華盛頓協(xié)議》 是國(guó)際上最具權(quán)威和影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)體系[1]，我國(guó)于2016年6月成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員，開(kāi)展工程教育認(rèn)證不僅可以提高我國(guó)工科專(zhuān)業(yè)在國(guó)際上的認(rèn)可度，而且對(duì)于提高工科專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量有著重要的指導(dǎo)意義[2-3]。

我國(guó)環(huán)境工程作為20世紀(jì)70年代成立的專(zhuān)業(yè)，涉及到化學(xué)、材料、生物等多種學(xué)科，因此其實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與其他多數(shù)專(zhuān)業(yè)相比更為復(fù)雜，許多高校對(duì)該專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)進(jìn)行了嘗試。黃毅[4]基于OBE教育理念構(gòu)建了多層次、系統(tǒng)化環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系;張瑋等人[5]構(gòu)建了集常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新活動(dòng)三位一體的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式;藍(lán)惠霞等人[6]在充分整合校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)資源的前提下，對(duì)實(shí)踐教學(xué)體系的目標(biāo)、內(nèi)容具體安排等方面做了全面的探索，大大地改變了以前放羊式的實(shí)習(xí)模式，較好地提高了時(shí)間效果;張洪鑫[7]在高等職業(yè)教育前提下提出了教育工作者還需以工作要求為導(dǎo)向確認(rèn)實(shí)訓(xùn)目標(biāo)，以此確保各項(xiàng)教育教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的針對(duì)性、科學(xué)性的建議;東北電力大學(xué)的徐小惠等人[8]構(gòu)建了教學(xué)、科研和生產(chǎn)相互滲透、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力協(xié)同培養(yǎng)的“5+3”實(shí)踐教育體系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐教學(xué)體系的重要組成部分，在環(huán)境工程人才培養(yǎng)中起到了非常重要的作用，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，基于工程教育認(rèn)證理念，針對(duì)該校環(huán)境工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題提出有針對(duì)性的措施，其成果也可為其他高校提供借鑒。

一、環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)體系的重要組成部分，是理論知識(shí)和實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、科技創(chuàng)新活動(dòng)的紐帶，起到了承上啟下的關(guān)鍵作用，根據(jù)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)教育認(rèn)證對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題如下。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中存在的問(wèn)題

1. 實(shí)驗(yàn)整體性差

環(huán)境工程培養(yǎng)計(jì)劃的學(xué)科基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的實(shí)驗(yàn)共開(kāi)設(shè)11門(mén)，其中有8門(mén)是課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分別是無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、環(huán)境工程微生物學(xué)、水資源分析與評(píng)價(jià)、水泵與泵站設(shè)計(jì)、工程力學(xué)，另外3門(mén)分析與監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)為獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)課程體系會(huì)導(dǎo)致不同課程之間的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互孤立，整體性差，很難將較復(fù)雜的工程問(wèn)題設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)中，有悖于工程教育認(rèn)證的解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排不合理

在開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏向水污染控制方向，以獨(dú)立設(shè)課的環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)為例，其中涉及水污染控制的內(nèi)容高達(dá)80%，而大氣污染控制和固體廢棄物處理處置的內(nèi)容不足20學(xué)時(shí)，與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求符合度低，不能達(dá)到均衡發(fā)展的效果。

3. 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型比例不協(xié)調(diào)

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型以觀察性和驗(yàn)證性為主，綜合與設(shè)計(jì)型比例明顯過(guò)少，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)處于被動(dòng)的地位，思考的機(jī)會(huì)少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程能力。

4. 教學(xué)方法落后

工程教育認(rèn)證主要采用成果導(dǎo)向（Outcome Based Education，OBE）教育理念。但是因?yàn)檎n程的實(shí)驗(yàn)類(lèi)型驗(yàn)證性和認(rèn)知性的比例較高，所以大多數(shù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過(guò)程采用教師先講，學(xué)生再做，講和做分離的教學(xué)模式，難以體現(xiàn)OBE的教學(xué)理念，學(xué)生的獨(dú)立工作能力得不到提高，教學(xué)效率低，教學(xué)效果也受到影響。

5. 考核方式單一

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的考核與理論課同時(shí)進(jìn)行，根據(jù)實(shí)驗(yàn)課時(shí)的數(shù)量在期末試卷以5%～10%比例考核，根本無(wú)法體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)及實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)效果;單獨(dú)設(shè)課的實(shí)驗(yàn)同樣是以閉卷考試的形式進(jìn)行，過(guò)程性的考核只占期末成績(jī)的一部分，雖然部分考察了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)具體操作中的各項(xiàng)能力，但是仍然存在科學(xué)性、客觀性差的問(wèn)題。

（二）教師方面

教師的工程實(shí)踐能力偏低。專(zhuān)業(yè)教師絕大多數(shù)具有博士學(xué)位，博士畢業(yè)后直接進(jìn)入高校任教，在學(xué)術(shù)研究方面的能力毋庸置疑，但是缺少企業(yè)環(huán)境工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與實(shí)踐脫節(jié)，對(duì)于提高學(xué)生解決實(shí)際環(huán)境工程問(wèn)題能力的效果不夠顯著。

（三）實(shí)驗(yàn)室管理方面

課程體系內(nèi)的實(shí)驗(yàn)要求在實(shí)驗(yàn)課規(guī)定的時(shí)間完成，實(shí)驗(yàn)室的使用和管理采用傳統(tǒng)的模式，僅在實(shí)驗(yàn)課期間開(kāi)放，與《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中的“教室、實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備使得學(xué)生能夠方便地使用”要求不符。

二、基于工程教育認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

（一）改革的思路

基于工程教育認(rèn)證的理念，以培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)人才為目標(biāo)，構(gòu)建以大氣污染控制、水污染控制、固體廢棄物處理和處置為主的認(rèn)知性、驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性五層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

實(shí)驗(yàn)課程考核基于OBE的理念從重結(jié)果輕過(guò)程向全過(guò)程多元化評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變，關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，全面考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整體情況，這樣才能保證考核的客觀性與公正性[9]。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

針對(duì)以上問(wèn)題，我們對(duì)本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系從內(nèi)容、類(lèi)型、考核等方面進(jìn)行了調(diào)整。具體措施如下。

1. 實(shí)驗(yàn)體系改革及構(gòu)建

（1）調(diào)整開(kāi)設(shè)方式，整合內(nèi)容，提高系統(tǒng)性

將原來(lái)的工程制圖、電工與電子技術(shù)C課程由原來(lái)的公共基礎(chǔ)課調(diào)整為學(xué)科基礎(chǔ)課，仍以課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行。

四大化學(xué)中的實(shí)驗(yàn)全部以獨(dú)立設(shè)課的方式進(jìn)行。

學(xué)科基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課必修部分實(shí)驗(yàn)全部以獨(dú)立設(shè)課的方式開(kāi)課，將環(huán)境工程微生物學(xué)、水資源分析與評(píng)價(jià)、分析與監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容整合為環(huán)境工程微生物學(xué)、環(huán)工綜合原理、環(huán)境工程基礎(chǔ)、環(huán)境工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)課程。

增加了部分專(zhuān)業(yè)選修課實(shí)驗(yàn)，主要是以計(jì)算機(jī)軟件編程內(nèi)容為主。

改革后的培養(yǎng)計(jì)劃中實(shí)驗(yàn)課程及課時(shí)安排見(jiàn)圖1，形成了學(xué)科基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)兩大模塊，學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中又分為兩部分，基礎(chǔ)技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)的必修部分基本能完成本專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，而選修實(shí)驗(yàn)要求相對(duì)較高，學(xué)生可根據(jù)自己的基礎(chǔ)和興趣選擇。

（2）提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排的合理性

從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排以基礎(chǔ)課——專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課——專(zhuān)業(yè)課——拓展為主線，水污染、大氣污染、固體廢棄物處理處置能力協(xié)調(diào)發(fā)展為原則。比如環(huán)境工程原理課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括環(huán)境工程所涉及到的吸收、精餾、過(guò)濾等工藝過(guò)程;環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程包括水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、固廢樣品處理及污染物含量測(cè)定、大型儀器分析等內(nèi)容，除實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有所增加外，對(duì)水、氣和固廢三部分比例進(jìn)行了協(xié)調(diào)。

專(zhuān)業(yè)選修的內(nèi)容將環(huán)境工程與現(xiàn)代信息技術(shù)相融合，充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先進(jìn)性和前瞻性，為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力提供平臺(tái)。

（3）大幅提高設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)比例

為切實(shí)培養(yǎng)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置方面，均要求任課老師以實(shí)例為參考，結(jié)合環(huán)境工程設(shè)計(jì)及自身污染控制研究課題，增加綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和開(kāi)放性的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可變性，提高學(xué)生興趣。

經(jīng)過(guò)以上的調(diào)整，構(gòu)建了大氣污染控制、水污染控制、固體廢棄物處理和處置為核心內(nèi)容的認(rèn)知性、驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性五層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（圖2）。

2. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

英國(guó)著名教育家懷特海說(shuō)過(guò)：“自我發(fā)展才是最有價(jià)值的智力發(fā)展?！备鶕?jù)不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)采用不同的以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，真正地讓學(xué)生從實(shí)踐中受益。

比如一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)可以采取與現(xiàn)代教育技術(shù)相融合的方式，輕松地實(shí)現(xiàn)從教師講解向?qū)W生自我學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變[10]。應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)可以讓學(xué)生清晰地理解實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，不懂的地方教師再加以重點(diǎn)講解，既能夠體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，更能夠提高學(xué)生的參與感、成就感和獲得感。

3. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式改革

獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)課程取消期末閉卷考試，采用過(guò)程性考核方式，并結(jié)合工程教育認(rèn)證中的基本要求之一，即可評(píng)價(jià)性，根據(jù)每門(mén)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，初步形成單個(gè)實(shí)驗(yàn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。以環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)課程為例，評(píng)分項(xiàng)目分為課堂表現(xiàn)（20%）、原始數(shù)據(jù)（30%）、數(shù)據(jù)處理結(jié)論（40%）和報(bào)告格式（10%）四個(gè)部分（詳見(jiàn)表1），比較客觀地反應(yīng)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的總體表現(xiàn)情況。而該門(mén)課程的總成績(jī)?yōu)槿繉?shí)驗(yàn)的加權(quán)平均分，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的權(quán)重可根據(jù)學(xué)時(shí)或?qū)嶒?yàn)類(lèi)型計(jì)算。

（三）教師工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)措施

1. 借助企業(yè)特派員制度，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研基地的建設(shè)，提高教師的工程實(shí)踐能力

每年派專(zhuān)業(yè)教師深入企業(yè)將科研成果應(yīng)用于工程實(shí)踐中，一方面可能達(dá)到幫助企業(yè)解決環(huán)境工程方面的技術(shù)難題，另一方面將實(shí)踐中遇到的問(wèn)題作為新的研究課題，達(dá)到共贏的效果，企業(yè)提高生產(chǎn)效益，教師提高實(shí)踐能力，學(xué)生從中獲益。

2. 加強(qiáng)傳幫帶制度，培養(yǎng)高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍

環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)有專(zhuān)業(yè)教師18人，企業(yè)和行業(yè)兼職教師7人，其中正高級(jí)專(zhuān)職教師5人，占教師總數(shù)的 28%;副高級(jí)職稱(chēng)教師占33%;具有博士學(xué)位的教師占78%，還有專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)教師7人。每門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)均由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的教師和新授課或新入職的教師相結(jié)合的方式，促進(jìn)本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作穩(wěn)步開(kāi)展，是培養(yǎng)高素質(zhì)師資隊(duì)伍的有效手段。

（四）實(shí)驗(yàn)室管理模式改革措施

1. 建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室制度

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)一般會(huì)綜合運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法和多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因此不能局限于課時(shí)，應(yīng)給于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間上足夠的自由。建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室制度是解決以上問(wèn)題的最佳途徑，當(dāng)然也給任課教師的工作提出了更高的要求。在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室里，允許學(xué)生以小組的形式完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備和實(shí)施的一系列過(guò)程，非常有利于全面提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

2. 完善實(shí)驗(yàn)室管理制度與監(jiān)控體系，切實(shí)做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)保障工作

為保證開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室制度的實(shí)施，確保各類(lèi)儀器正常安全的使用，尤其是大型儀器設(shè)備的完好率和利用率，學(xué)院完善了各種管理措施，包括實(shí)驗(yàn)室房間責(zé)任制、大型儀器使用管理制度等。為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)室管理的先進(jìn)性和實(shí)效性，建立了24小時(shí)的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，為實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行提供技術(shù)支持。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文在對(duì)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求，深入分析了存在的問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、考核方式、教師工程實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)室管理五個(gè)方面提出了切實(shí)可行的改革措施，為培養(yǎng)學(xué)生解決環(huán)境工程領(lǐng)域復(fù)雜問(wèn)題的能力提供保障。

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