工程教育認證背景下地方高校環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系改革

周香君，王湖坤，馬 嘯，吳宏濤，王 楷

(湖北師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 引言

自我國加入《華盛頓協(xié)議》以來，以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進的工程教育理念被迅速融入貫穿到人才培養(yǎng)體系的全過程建設(shè)中。工程教育專業(yè)認證的培養(yǎng)目標圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力展開，而實踐教學(xué)是解決復(fù)雜工程問題的重要支撐[1]。環(huán)境工程作為一門跨學(xué)科范圍廣、實踐性和綜合性強的工程學(xué)科，在我國起步較晚，但發(fā)展迅速。截止2021年，全國共有76所高校環(huán)境工程專業(yè)通過了工程教育專業(yè)認證?！豆こ探逃龑I(yè)認證標準解讀及使用指南(2020版)》要求設(shè)置完善的實踐教學(xué)體系，并與企業(yè)合作開展實習(xí)、實訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力、工程意識、協(xié)作精神及綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，對環(huán)境類專業(yè)標準補充中重點提出“在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中受到足夠的專業(yè)實踐訓(xùn)練”[2]。

湖北師范大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)(以下簡稱“本專業(yè)”)開設(shè)于2000年，是湖北省一流本科建設(shè)專業(yè)、省級專業(yè)綜合改革試點專業(yè)、省資源環(huán)境特色優(yōu)勢學(xué)科群主干專業(yè)。在人才培養(yǎng)方面，本專業(yè)已獲批荊楚卓越工程師協(xié)同育人計劃和湖北省戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃。在實踐教學(xué)方面，本專業(yè)擁有省級實習(xí)實訓(xùn)基地(大冶有色金屬集團控股有限公司實習(xí)實訓(xùn)基地)，四個中心(國家環(huán)境保護工業(yè)污染地及地下水修復(fù)工程技術(shù)中心(黃石基地)、湖北省環(huán)境土壤樣品制備與流轉(zhuǎn)(黃石)中心、省級清潔生產(chǎn)中心、黃石市土壤污染防治技術(shù)中心)，省級虛擬仿真實驗教學(xué)項目(紫外分光光度計測定環(huán)境水樣中磷含量虛擬仿真實驗)以及黃石市土壤污染防治重點實驗室。本專業(yè)結(jié)合鄂東南地區(qū)環(huán)境領(lǐng)域人才需求，著重強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實驗、實習(xí)、實訓(xùn)和設(shè)計等環(huán)節(jié)支持學(xué)生掌握解決復(fù)雜工程問題的能力。

1 地方本科院校環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 課程實驗偏向驗證，綜合設(shè)計型實驗比重少

環(huán)境工程專業(yè)課程實驗包含四大基礎(chǔ)化學(xué)實驗、大學(xué)物理實驗、電子電工實驗等基礎(chǔ)實驗課程群，環(huán)境監(jiān)測實驗、環(huán)境化學(xué)實驗、環(huán)境工程原理實驗和環(huán)境工程微生物實驗等專業(yè)實驗課程群，以及“水、氣、固”污染控制工程及物理性污染控制工程實驗等專業(yè)應(yīng)用型實驗課程群。大部分實驗偏重于對課堂內(nèi)容的驗證，根據(jù)實驗教材按部就班完成實驗操作，缺乏對學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2 實驗手段和儀器更新慢，與社會需求脫節(jié)

近年來，生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)從播種時代進入深耕時代，環(huán)境工程領(lǐng)域涉及到的概念、環(huán)境指標、儀器設(shè)備、技術(shù)方法等更新速度飛快，例如“大氣懸浮顆粒物”被“PM2.5”全面替代，“三廢污染治理”逐漸向“生態(tài)修復(fù)”理念轉(zhuǎn)變，等等[3]。而地方本科院校由于實驗場地、經(jīng)費等條件有限，實驗設(shè)備更新緩慢，導(dǎo)致學(xué)校教授內(nèi)容嚴重滯后于社會應(yīng)用，學(xué)生掌握的知識不能滿足當(dāng)前社會需求。

1.3 短期企業(yè)實習(xí)中學(xué)生難以接觸工程實際

環(huán)境工程專業(yè)實習(xí)單位包括城市污水處理廠、市生態(tài)環(huán)境局、環(huán)境檢測公司、固體廢物處理處置相關(guān)公司，但普遍存在安全系數(shù)低限制學(xué)生參與度的問題[4]。在安全第一的原則下，學(xué)生在實習(xí)過程中缺乏幫助企業(yè)解決復(fù)雜工程問題的機會，導(dǎo)致短期企業(yè)實習(xí)對工程實踐能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)素養(yǎng)等方面的鍛煉與提升較為有限。

1.4 畢業(yè)設(shè)計(論文)選題單一，難度系數(shù)低

畢業(yè)設(shè)計(論文)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運用環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)理論和工程實踐能力，進而解決實際復(fù)雜工程問題的能力。工程教育認證對畢業(yè)設(shè)計(論文)要求“畢業(yè)設(shè)計(論文)選題要結(jié)合本專業(yè)的工程實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、協(xié)作精神以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。對畢業(yè)設(shè)計(論文)的指導(dǎo)和考核有企業(yè)或行業(yè)專家參與”。而當(dāng)前地方院校生師比較高，本科畢業(yè)設(shè)計大多是一對多的非精準指導(dǎo)方式，部分設(shè)計題目類型相似、陳舊甚至脫離實際[5]。且部分學(xué)生在極短時間內(nèi)突擊完成畢業(yè)設(shè)計(論文)，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(論文)欠缺創(chuàng)新性和深度。

2 環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系建設(shè)舉措

2.1 優(yōu)化實踐教學(xué)體系

工程教育專業(yè)認證的核心價值在于推動教學(xué)變革，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，著重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。一方面，環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系建設(shè)融入以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進的工程教育理念，全過程貫穿課程實驗、課程設(shè)計、實習(xí)實訓(xùn)和科研創(chuàng)新訓(xùn)練，覆蓋認知型、操作型、工程型和創(chuàng)新型實踐方式，分階段分目標逐步提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[6]。另一方面，專業(yè)認證標準中針對“3.5使用現(xiàn)代工具”提出“能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對復(fù)雜工程問題進行分析、計算與設(shè)計”。本專業(yè)將虛擬仿真技術(shù)引入實踐教學(xué)，打破原有實踐等于動手的傳統(tǒng)理念，將虛擬實踐與實體實踐有機結(jié)合，通過開發(fā)虛擬仿真模塊，構(gòu)建虛擬實踐教學(xué)系統(tǒng)和平臺(見圖1)，健全實踐考核評價體系和實踐教學(xué)支撐體系，貫徹“能實不虛、以虛補實、虛實結(jié)合”的原則，通過激發(fā)學(xué)生主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力。

圖1 環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系

學(xué)生前期實踐包含專業(yè)基礎(chǔ)實驗、金工實習(xí)和專業(yè)見習(xí)、大學(xué)生科研項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練競賽等，其中通過無機化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗、大學(xué)物理實驗、電工技術(shù)實驗、環(huán)境工程微生物、環(huán)境工程原理實驗等基本操作型實驗，強化鞏固專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，結(jié)合金工實習(xí)、專業(yè)見習(xí)增強對環(huán)境工程專業(yè)和工程問題的認知，借助科研立項和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，全過程鍛煉學(xué)生自主解決問題能力。中期實踐包括專業(yè)實驗、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)和學(xué)科競賽，專業(yè)實驗操作逐步向工程應(yīng)用過渡，包括環(huán)境監(jiān)測實驗、工程流體力學(xué)實驗、水污染控制工程實驗、大氣污染控制工程實驗、固體廢物處理處置實驗以及環(huán)境綜合設(shè)計實驗，學(xué)生從解決問題逐步過渡到解決復(fù)雜工程問題，課程設(shè)計主要覆蓋“水、氣、固”三大核心課程，學(xué)生通過自主完成國家政策、污染現(xiàn)狀、方案比選、工藝設(shè)計、管網(wǎng)建設(shè)、環(huán)境影響評價、投資估算、保障措施，全方位解決復(fù)雜環(huán)境工程問題。生產(chǎn)實習(xí)主要通過頂崗實習(xí)，到企(事)業(yè)單位完成具體任務(wù)，深入解決工程問題。而畢業(yè)實習(xí)則由學(xué)生結(jié)合就業(yè)意向，自主選擇企(事)業(yè)單位針對性頂崗實踐鍛煉，實現(xiàn)就業(yè)過渡。

2.2 設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容

成果導(dǎo)向教育是工程教育專業(yè)認證的核心理念之一。傳統(tǒng)的實踐課程設(shè)置主要基于知識系統(tǒng)的完整性，而專業(yè)認證要求構(gòu)建產(chǎn)出導(dǎo)向的實踐教學(xué)體系。實驗、設(shè)計、實習(xí)等各實踐環(huán)節(jié)都應(yīng)符合“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”的時代要求。在課程實驗環(huán)節(jié)中，基礎(chǔ)實驗需與專業(yè)實驗有機結(jié)合，前后呼應(yīng)。例如無機化學(xué)實驗和分析化學(xué)實驗是環(huán)境監(jiān)測實驗的基礎(chǔ)，而有機化學(xué)在環(huán)境工程應(yīng)用中相對較少，因此適當(dāng)縮減了有機化學(xué)實驗學(xué)時，增加了分析化學(xué)實驗學(xué)時。專業(yè)實驗內(nèi)容和分析手段需實時更新，與企業(yè)專業(yè)工程師溝通確定開設(shè)的實驗內(nèi)容和操作方法。在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和科技創(chuàng)新環(huán)節(jié)中，提高應(yīng)用型課題比例，邀請企業(yè)工程師參與指導(dǎo)學(xué)生完成設(shè)計和科研項目。在實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)中，通過金工實習(xí)、專業(yè)見習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)逐步深入，并開發(fā)污水處理廠、生態(tài)環(huán)境局、固體廢物處理處置和環(huán)境檢測相關(guān)企業(yè)作為實習(xí)基地，針對性培養(yǎng)學(xué)生工程能力。

2.3 創(chuàng)新實踐教學(xué)方法

互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展帶來的教育信息化，促進了傳統(tǒng)課堂教學(xué)效果的顯著提升，也有利于實踐教學(xué)質(zhì)量的提高。針對當(dāng)前地方本科院校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)中普遍存在的安全系數(shù)低、實踐教學(xué)體系單一、實驗手段和儀器與社會脫節(jié)、實驗場地經(jīng)費等條件限制學(xué)生參與度等問題，我校環(huán)境工程專業(yè)充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，建設(shè)“紫外分光光度計測定環(huán)境水樣中磷含量虛擬仿真實驗”獲批省級虛擬仿真實驗教學(xué)項目和“基于虛擬仿真技術(shù)的環(huán)境工程實驗創(chuàng)新平臺與資源建設(shè)”獲批教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目。將虛擬仿真技術(shù)融入環(huán)境工程實踐教學(xué)體系，搭建嵌入式實驗場景，一方面保證實踐模塊的科學(xué)性、時效性和多樣化，與社會接軌，另一方面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和靈活性，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，增強學(xué)生實踐創(chuàng)新能力和社會適應(yīng)性。

2.4 促進學(xué)科競賽

環(huán)境工程以解決復(fù)雜環(huán)境問題為出發(fā)點，是一門綜合交叉型、應(yīng)用性強的工科專業(yè)。學(xué)生根據(jù)各自興趣和職業(yè)規(guī)劃組建團隊，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，通過查閱文獻、設(shè)計方案、自主探究、分析實驗結(jié)果等環(huán)節(jié)，設(shè)計解決環(huán)境污染問題的工藝方案，參加學(xué)科競賽。在此過程中，“以賽促學(xué)”，激發(fā)學(xué)生積極解決問題的主觀能動性，突出學(xué)以致用的理念，促進學(xué)生解決環(huán)境工程問題的綜合能力提升[7]。我校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生基于重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)、室內(nèi)甲醛吸附、工業(yè)廢氣處理、溫室氣體排放、碳達峰碳中和對策等相關(guān)研究，在全國大學(xué)生環(huán)境生態(tài)科技創(chuàng)新大賽、“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐等競賽中多次獲獎，全面鍛煉了學(xué)生解決實際問題的能力。學(xué)生通過參加學(xué)科競賽，鍛煉和養(yǎng)成創(chuàng)新思維，提高學(xué)習(xí)積極性和主動性，并逐步成長為較強學(xué)習(xí)能力、協(xié)作精神和學(xué)風(fēng)優(yōu)良的群體，在畢業(yè)論文環(huán)節(jié)中不再滿足于單一的選題，能夠逐漸通過自主創(chuàng)新獨立完成畢業(yè)論文。

3 建立健全實踐教學(xué)保障體系

3.1 實踐教學(xué)基地

針對短期企業(yè)實習(xí)，學(xué)生難以接觸工程實際的現(xiàn)狀問題，通過積極與企業(yè)對接建設(shè)長期穩(wěn)定的實習(xí)基地，了解企業(yè)對人才的基本能力要求和需求，利用校內(nèi)實踐活動提前進行針對性培養(yǎng)。通過調(diào)研鄂東南地區(qū)產(chǎn)業(yè)對環(huán)保人才的需求現(xiàn)狀，選擇黃石市環(huán)境保護局、黃石環(huán)境監(jiān)測站、大冶有色金屬集團控股有限公司、黃石市環(huán)投污水處理有限責(zé)任公司等企事業(yè)單位和政府部門等，建設(shè)相對穩(wěn)定的高水平實習(xí)基地；同時，積極與海南天鴻市政股份有限公司、光大綠色環(huán)保固廢處置(黃石)有限公司、瀚藍(黃石)固廢處理有限公司等上市公司建立校企合作人才培養(yǎng)基地；依托國家環(huán)境保護工業(yè)污染地及地下水修復(fù)工程技術(shù)中心(黃石基地)、湖北省環(huán)境土壤樣品制備與流轉(zhuǎn)(黃石)中心、湖北省清潔生產(chǎn)中心、黃石市土壤污染防治技術(shù)中心、黃石市土壤污染重點實驗室，教學(xué)型實驗室與科研型實驗室對學(xué)生全面開放，共同承擔(dān)基礎(chǔ)實驗和創(chuàng)新性實驗；建成了宜昌環(huán)境生態(tài)工程野外實習(xí)基地，打造“實驗室——實習(xí)基地——野外實習(xí)”的三元實踐教學(xué)平臺。

3.2 師資隊伍

建立高水平創(chuàng)新型師資隊伍是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。作為地方應(yīng)用型本科院校，我校環(huán)境工程專業(yè)作為荊楚卓越工程師協(xié)同育人計劃和湖北省戰(zhàn)略性新興(支柱)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃單位，注重“雙師雙能型”師資隊伍的建設(shè)。通過師資培訓(xùn)、訪學(xué)進修、掛職鍛煉等措施，提高實踐教學(xué)隊伍實踐能力。對教師進行現(xiàn)代化教學(xué)手段的培訓(xùn)，要求所有專業(yè)教師能夠掌握現(xiàn)代化教學(xué)手段開展教學(xué)，提高實踐教學(xué)隊伍信息化水平；實行青年教師導(dǎo)師制，安排經(jīng)驗豐富、能力突出的中老年教師指導(dǎo)年輕教師，通過指導(dǎo)備課、互聽講課、傳授經(jīng)驗等方向提升教學(xué)水平，站穩(wěn)講臺；從國內(nèi)知名高校、地市環(huán)保局、監(jiān)測站、設(shè)計/研究院所、大型企業(yè)、環(huán)保公司聘請“客座教授”到校授課、講座；專業(yè)任課教師參加國家環(huán)保部清潔生產(chǎn)審核中心舉辦的清潔生產(chǎn)審核師培訓(xùn)班并獲得清潔生產(chǎn)資格證；每年選派2～3名教師為重點環(huán)保企業(yè)提供科技服務(wù)，解決企業(yè)發(fā)展過程中存在的技術(shù)難題。通過提高教師實踐教學(xué)的素質(zhì)，有利于幫助學(xué)生操作過程中加深對原理的理解，將生產(chǎn)最新技術(shù)引入教學(xué)，同時促進學(xué)生轉(zhuǎn)化更多的實踐經(jīng)驗，從而有效提升實踐教學(xué)效果。

3.3 考評機制

在強化“雙一流”建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與卓越人才培養(yǎng)的大背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)常規(guī)管理模式亟待創(chuàng)新。專業(yè)認證標準1.3要求“對學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)進行跟蹤與評估，并通過形成性評價保證學(xué)生畢業(yè)時達到畢業(yè)要求”，即根據(jù)評價有針對性改進教學(xué)，以提升教學(xué)效果。本專業(yè)貫徹持續(xù)改進的工程教育理念，完善成果檢驗機制，針對不同的實踐內(nèi)容，靈活自主采用多種形式，對學(xué)生的理論基礎(chǔ)、基本技能以及分析解決問題能力等進行綜合考核，建設(shè)教學(xué)目標、教學(xué)資源、教學(xué)過程和教學(xué)效果全面覆蓋的教學(xué)質(zhì)量評價體系，形成評價-反饋-改進的良性循環(huán)[8]。實踐效果檢驗可通過校內(nèi)校外結(jié)合，其中校內(nèi)檢驗通過學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、大學(xué)生科研項目、發(fā)表科研論文、申請專利及畢業(yè)論文完成質(zhì)量等實踐創(chuàng)新過程中的產(chǎn)出達到評價目的。校外通過實習(xí)單位和工作單位對學(xué)生滿意度、畢業(yè)生質(zhì)量反饋等路徑檢驗。

4 結(jié)語

隨著工程教育認證的快速推進和生態(tài)環(huán)境行業(yè)的迅猛發(fā)展，地方應(yīng)用型高校環(huán)境工程專業(yè)本科教育實踐教學(xué)體系應(yīng)不斷調(diào)整優(yōu)化。我校環(huán)境工程專業(yè)通過構(gòu)建線上線下結(jié)合的實踐教學(xué)體系，合理設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新實踐教學(xué)手段和方法，多途徑鼓勵學(xué)生參加學(xué)科競賽，不僅為培養(yǎng)高素質(zhì)高水平環(huán)境工程專業(yè)人才提供有力支撐，也為地方院校環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系提供借鑒與參考。