工程教育認證背景下的環(huán)境工程專業(yè)實驗教學改革

陳俊華 劉翠霞

經濟快速發(fā)展帶來的大氣污染、水污染、土壤污染等環(huán)境問題受到國家高度關注，也引起國內環(huán)境保護相關政策導向的改變。國家環(huán)境保護相關政策導向由之前的治理解決已存在的污染問題轉為從源頭控制污染源，減少污染排放，這就要求投身環(huán)境治理的技術人員利用新技術、新方法、新工藝從源頭上對環(huán)境問題進行調查，并通過多方案比選統(tǒng)籌考慮，從而解決問題。

環(huán)境工程專業(yè)主要研究環(huán)境污染防治工程設計與技術開發(fā)方面，比如對廢氣、廢水、固體廢物、噪聲以及對造成污染的放射性物質的防治，還研究環(huán)境系統(tǒng)工程、環(huán)境影響評價、環(huán)境工程經濟和環(huán)境監(jiān)測等方面。由此可見，環(huán)境工程專業(yè)是一個涵蓋面廣、知識體系復雜的新興學科，同時也是一門實踐性很強的應用型專業(yè)[1]。學生工程實踐能力與創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)是衡量人才培養(yǎng)質量的剛性指標，而工程教育認證的主要目標是保證和提高人才培養(yǎng)質量，對于環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展來說，這是一個挑戰(zhàn)，也是一個契機。

中原工學院環(huán)境工程專業(yè)教師團隊始終堅持“以學生為中心、以產出為導向、持續(xù)改進”的教育理念，結合環(huán)保市場對專業(yè)人才的需求，不斷更新教學方法，逐步形成了較為完善的環(huán)境工程專業(yè)實驗教學體系。

一、環(huán)境工程專業(yè)實驗教學中存在的問題

（一）教學內容陳舊，教學形式單一

中原工學院環(huán)境工程專業(yè)主要課程有大氣污染控制、水污染控制、固體廢物污染控制、環(huán)境工程微生物學、化工原理等。專業(yè)教學大綱要求環(huán)境工程主要專業(yè)課應設置實驗或實踐教學環(huán)節(jié)。目前中原工學院環(huán)境工程專業(yè)實驗課程設置如表1 所示。

表1 現有實驗課程一覽表

由表1 可以看出，目前中原工學院環(huán)境工程專業(yè)的綜合性和設計性實驗較少，且大部分實驗仍采取由實驗教師準備所需實驗物品、任課教師現場演示實驗操作過程、學生只是“照葫蘆畫瓢”地完成實驗操作的實驗教學模式。在這種教學模式下，學生只是機械地進行模仿和操作，并無任何思考和創(chuàng)新，不利于學生解決當下復雜環(huán)境問題能力的培養(yǎng)和提升[2]。

另外，中原工學院環(huán)境工程專業(yè)的很多實驗項目從2009年沿用至今，實驗項目有待更新，學生的相關操作技能有待提升。此外，部分實驗教師與主講教師缺少企業(yè)實踐經歷，參與工程實踐的經驗不足，導致很多實驗教學內容與環(huán)保行業(yè)中環(huán)境污染控制的新技術、新方法、新工藝脫節(jié)。

（二）實驗項目缺乏綜合性、創(chuàng)新性

中原工學院環(huán)境工程專業(yè)實驗教學在學時、場地、設備等方面存在一定問題，比如：部分實驗學時被縮短，實驗室人均使用面積不足，部分實驗需要多人一組使用同一臺設備。另外，環(huán)境工程專業(yè)實驗在學生掌握環(huán)境污染防治技術過程中是非常重要的環(huán)節(jié)，但考慮到安全因素，對實驗項目涉及的污染物種類有所限制。綜合上述多種原因，目前中原工學院環(huán)境工程專業(yè)實驗項目在學生親手設計創(chuàng)新實驗、獨立學習設備使用、完整進行綜合實驗等方面實現程度偏低。

（三）教學考評方式有待完善

在中原工學院環(huán)境工程專業(yè)實驗中，除環(huán)境工程實驗、環(huán)境監(jiān)測實驗是單獨實驗課程，其他實驗課程均依托理論課程，屬于理論課程的一部分。理論課程考評由過程性考核和期末考核組成，而理論課程中的實驗課程成績是過程性考核成績的一部分。但是，理論課程中的實驗環(huán)節(jié)僅僅是為了讓學生理解、鞏固理論知識，教師對學生實操能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)重視程度不高。

二、環(huán)境工程專業(yè)實驗教學改革實踐

工程教育認證背景下，實驗課程是培養(yǎng)學生制定復雜環(huán)境工程問題解決方案、選擇研究路線、設計實驗方案、構建實驗系統(tǒng)、開展實驗研究、采集實驗數據、分析和解釋實驗結果、得到合理有效的結論等方面能力的有力支撐環(huán)節(jié)。因此，針對實驗教學中存在的問題和不足，中原工學院環(huán)境工程專業(yè)教師團隊從培養(yǎng)目標出發(fā)，結合實驗課程與畢業(yè)要求指標點的關系，同時向通過工程教育認證的同類專業(yè)借鑒學習，大膽對專業(yè)實驗教學環(huán)節(jié)進行改革，包括實驗教學方法的優(yōu)化、實驗考評方式的完善等。

（一）實驗教學方法的優(yōu)化

一是調整實驗教學模式。結合目前本科教育現狀，對環(huán)境工程專業(yè)實驗教學內容和形式進行了調整和完善，對以往固定學時的實驗教學模式進行了改革創(chuàng)新。實驗教學不同于理論教學，大多數實驗存在一定難度，學生靠自己很難在2 個學時內順利完成。因此，經過研究和討論，設置環(huán)境工程實驗一、環(huán)境工程實驗二、環(huán)境工程原理實驗、環(huán)境工程微生物學實驗四門獨立的實驗課程（見表2），從而進行系統(tǒng)有序的環(huán)境工程專業(yè)實驗教學。將固定實驗學時的教學模式調整為實驗周教學與固定實驗學時教學相結合的新型教學模式，給予學生充分的時間進行探索和創(chuàng)新。

表2 優(yōu)化后的實驗課程一覽表

二是整合實驗教學內容。因為專業(yè)培養(yǎng)計劃的調整，所以整合實驗教學內容，將化工原理課程整合為環(huán)境工程原理課程，將新課程下的實驗整合為環(huán)境工程原理實驗，具體的實驗項目如表2 所示。在環(huán)境工程實驗二課程中增設物理性污染控制課程下的兩個實驗項目：生活中電磁輻射和電離輻射的測定、風機噪聲控制效果實驗。在環(huán)境工程微生物學實驗中增設市政污水處理廠污水處理指示性微生物觀測、水中細菌總數及大腸菌群的測定實驗項目，將科研元素、工程元素融入實驗教學中，鼓勵學生積極參與實驗設計、方案的調整，以培養(yǎng)學生的科研思維、創(chuàng)新能力、解決復雜工程問題的能力[3]。

三是采用多樣化實驗教學形式。結合實驗教學對安全的要求，以“虛實結合、能實不虛、優(yōu)勢互補”為原則，借助計算機、現代信息技術，開展虛擬仿真實驗教學，通過構建高度逼真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，模擬實驗場景，將一些難實現、危險性高、周期長的實驗虛擬化。這樣不僅有助于學生掌握相關原理，還能使學生將所學的理論知識與實際應用結合起來，培養(yǎng)和鍛煉學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

四是將實驗與實踐相結合。一些環(huán)保企業(yè)為了節(jié)約成本，在技術允許的條件下會采用一些新產品、新工藝、新方法。因此，教師可以積極鼓勵學生參與企業(yè)生產實踐，將實驗教學內容融入實踐環(huán)節(jié)，讓實踐環(huán)節(jié)不再是走馬觀花地看一看構筑物、聽一聽介紹，而是讓學生真正參與具體的工程實踐，比如某些典型的污水處理工藝中水質指標的測定、設備的調度、藥量的控制等具體操作。這樣不僅能夠拓寬學生視野，還便于學生進一步理解和掌握相關理論知識，提升自身專業(yè)素養(yǎng)[4]。

（二）實驗考評方式的完善

環(huán)境工程專業(yè)實驗考評內容主要包括三部分。一是平時成績。平時成績主要考查學生的出勤、實驗報告、課堂上的具體實驗操作情況，占總成績的20%。二是過程性小測試，占總成績的60%。將過程性小測試與綜合性實驗相結合，例如在進行SBR 反應器污水處理實驗教學的一周，分批對學生的基本操作技能進行測試，讓學生對水的濁度、色度、溶解氧、COD（化學需氧量）、電導率進行測定，考查學生對基本操作、常規(guī)儀器使用的掌握情況。在一周的綜合性實驗過程中，實驗室全天開放，便于學生合理安排時間進行基本操作技能的測試。三是期末考試成績，占總成績的20%。實驗操作相關知識的考核可以與理論課程考核相結合，也可以單獨出題，以閉卷的方式考查學生對實驗安全知識、實驗常用設備操作相關知識、實驗器皿使用相關知識的掌握情況。

中原工學院以學生為主體，以市場需求為導向，結合工程教育專業(yè)認證對工科專業(yè)畢業(yè)生的能力要求，對環(huán)境工程專業(yè)實驗教學進行了改革和探索。在整合實驗教學內容的同時，增設創(chuàng)新性、綜合性實驗，加入虛擬仿真實驗教學，并將以往固定實驗教學學時的傳統(tǒng)教學模式調整為實驗周教學與固定實驗學時教學相結合的新型教學模式，給學生提供充足的機會進行科學研究和探索，從而培養(yǎng)學生的科研思維和工程能力。新型教學模式和完善的考評方式極大地調動了學生參與實驗操作的積極性，實現了“讓學生動起手來”，能夠極大地提升學生的實驗能力，也能夠提高環(huán)境工程專業(yè)的就業(yè)率。為了讓學生順利進入社會，順利走進企業(yè)，還需進一步強化校企合作，給學生提供更多接觸工程項目的機會，更加深入地研究和探索產學研一體化教學模式。