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)，從實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、教師的工程實踐能力以及實驗室管理五個方面分析了天津理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)中存在的問題，進而提出提高實驗教學(xué)的整體性、教學(xué)方式的多樣性，實驗考核方式的科學(xué)性和可評價性、教師實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)雜工程問題的環(huán)境工程專業(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、驗證性、綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性五層次的實驗教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程;工程教育認(rèn)證;五層次;實驗教學(xué)體系

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：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)資格國際互認(rèn)的基礎(chǔ)要求和前提條件，《華盛頓協(xié)議》 是國際上最具權(quán)威和影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)體系[1]，我國于2016年6月成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員，開展工程教育認(rèn)證不僅可以提高我國工科專業(yè)在國際上的認(rèn)可度，而且對于提高工科專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量有著重要的指導(dǎo)意義[2-3]。

我國環(huán)境工程作為20世紀(jì)70年代成立的專業(yè)，涉及到化學(xué)、材料、生物等多種學(xué)科，因此其實驗教學(xué)內(nèi)容與其他多數(shù)專業(yè)相比更為復(fù)雜，許多高校對該專業(yè)實踐教學(xué)體系的建設(shè)進行了嘗試。黃毅[4]基于OBE教育理念構(gòu)建了多層次、系統(tǒng)化環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)體系;張瑋等人[5]構(gòu)建了集常規(guī)實驗教學(xué)、設(shè)計實訓(xùn)、創(chuàng)新活動三位一體的新型實驗教學(xué)模式;藍惠霞等人[6]在充分整合校內(nèi)外實踐教學(xué)平臺資源的前提下，對實踐教學(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習(xí)模式，較好地提高了時間效果;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)實訓(xùn)目標(biāo)，以此確保各項教育教學(xué)活動開展的針對性、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”實踐教育體系。實驗教學(xué)作為實踐教學(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，針對該校環(huán)境工程的實驗教學(xué)存在的問題提出有針對性的措施，其成果也可為其他高校提供借鑒。

一、環(huán)境工程實驗教學(xué)中存在的問題

實驗教學(xué)是實踐教學(xué)體系的重要組成部分，是理論知識和實習(xí)、實訓(xùn)、科技創(chuàng)新活動的紐帶，起到了承上啟下的關(guān)鍵作用，根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)教育認(rèn)證對實驗教學(xué)的要求，本專業(yè)實驗教學(xué)存在的主要問題如下。

（一）實驗教學(xué)體系中存在的問題

1. 實驗整體性差

環(huán)境工程培養(yǎng)計劃的學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課的實驗共開設(shè)11門，其中有8門是課內(nèi)實驗，分別是無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、環(huán)境工程微生物學(xué)、水資源分析與評價、水泵與泵站設(shè)計、工程力學(xué)，另外3門分析與監(jiān)測實驗、環(huán)境工程系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境工程綜合實驗為獨立設(shè)課實驗。這種實驗課程體系會導(dǎo)致不同課程之間的實驗內(nèi)容相互孤立，整體性差，很難將較復(fù)雜的工程問題設(shè)計到實驗中，有悖于工程教育認(rèn)證的解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

2. 實驗內(nèi)容安排不合理

在開設(shè)的實驗課程中，實驗內(nèi)容偏向水污染控制方向，以獨立設(shè)課的環(huán)境工程綜合實驗為例，其中涉及水污染控制的內(nèi)容高達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，與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求符合度低，不能達到均衡發(fā)展的效果。

3. 實驗類型比例不協(xié)調(diào)

實驗類型以觀察性和驗證性為主，綜合與設(shè)計型比例明顯過少，導(dǎo)致學(xué)生實驗時處于被動的地位，思考的機會少，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。但是因為課程的實驗類型驗證性和認(rèn)知性的比例較高，所以大多數(shù)實驗課程的教學(xué)過程采用教師先講，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)實驗的考核與理論課同時進行，根據(jù)實驗課時的數(shù)量在期末試卷以5%～10%比例考核，根本無法體現(xiàn)實驗的培養(yǎng)目標(biāo)及實驗技能的培訓(xùn)效果;單獨設(shè)課的實驗同樣是以閉卷考試的形式進行，過程性的考核只占期末成績的一部分，雖然部分考察了學(xué)生在實驗具體操作中的各項能力，但是仍然存在科學(xué)性、客觀性差的問題。

（二）教師方面

教師的工程實踐能力偏低。專業(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)境工程實踐的經(jīng)驗，導(dǎo)致實驗內(nèi)容的設(shè)計與實踐脫節(jié)，對于提高學(xué)生解決實際環(huán)境工程問題能力的效果不夠顯著。

（三）實驗室管理方面

課程體系內(nèi)的實驗要求在實驗課規(guī)定的時間完成，實驗室的使用和管理采用傳統(tǒng)的模式，僅在實驗課期間開放，與《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中的“教室、實驗室及設(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)證的實驗教學(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)雜工程問題的環(huán)境工程專業(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、驗證性、綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性五層次的實驗教學(xué)體系。

實驗課程考核基于OBE的理念從重結(jié)果輕過程向全過程多元化評價轉(zhuǎn)變，關(guān)注學(xué)生實驗的全過程，全面考核學(xué)生實驗的整體情況，這樣才能保證考核的客觀性與公正性[9]。

（二）實驗教學(xué)改革措施

針對以上問題，我們對本專業(yè)實驗課程體系從內(nèi)容、類型、考核等方面進行了調(diào)整。具體措施如下。

1. 實驗體系改革及構(gòu)建

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

將原來的工程制圖、電工與電子技術(shù)C課程由原來的公共基礎(chǔ)課調(diào)整為學(xué)科基礎(chǔ)課，仍以課內(nèi)實驗的方式進行。

四大化學(xué)中的實驗全部以獨立設(shè)課的方式進行。

學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課必修部分實驗全部以獨立設(shè)課的方式開課，將環(huán)境工程微生物學(xué)、水資源分析與評價、分析與監(jiān)測實驗、環(huán)境工程系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境工程綜合實驗課程的內(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)境工程計算機輔助設(shè)計和環(huán)境工程綜合實驗課程。

增加了部分專業(yè)選修課實驗，主要是以計算機軟件編程內(nèi)容為主。

改革后的培養(yǎng)計劃中實驗課程及課時安排見圖1，形成了學(xué)科基礎(chǔ)和專業(yè)課實驗兩大模塊，學(xué)科基礎(chǔ)實驗中又分為兩部分，基礎(chǔ)技能訓(xùn)練實驗和專業(yè)技能訓(xùn)練實驗。專業(yè)課實驗的必修部分基本能完成本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，而選修實驗要求相對較高，學(xué)生可根據(jù)自己的基礎(chǔ)和興趣選擇。

（2）提高實驗內(nèi)容安排的合理性

從實驗內(nèi)容的安排以基礎(chǔ)課——專業(yè)基礎(chǔ)課——專業(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)境工程原理課程實驗內(nèi)容包括環(huán)境工程所涉及到的吸收、精餾、過濾等工藝過程;環(huán)境工程基礎(chǔ)實驗課程包括水質(zhì)分析監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、固廢樣品處理及污染物含量測定、大型儀器分析等內(nèi)容，除實驗學(xué)時有所增加外，對水、氣和固廢三部分比例進行了協(xié)調(diào)。

專業(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)了實驗內(nèi)容的先進性和前瞻性，為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力提供平臺。

（3）大幅提高設(shè)計性和綜合性實驗比例

為切實培養(yǎng)解決實際工程問題的能力，在實驗內(nèi)容設(shè)置方面，均要求任課老師以實例為參考，結(jié)合環(huán)境工程設(shè)計及自身污染控制研究課題，增加綜合性實驗項目和開放性的設(shè)計性實驗，提高實驗結(jié)果的可變性，提高學(xué)生興趣。

經(jīng)過以上的調(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、驗證性、綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性五層次的實驗教學(xué)體系（圖2）。

2. 實驗教學(xué)方式改革

英國著名教育家懷特海說過：“自我發(fā)展才是最有價值的智力發(fā)展?！备鶕?jù)不同類型的實驗采用不同的以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，真正地讓學(xué)生從實踐中受益。

比如一些驗證性的實驗可以采取與現(xiàn)代教育技術(shù)相融合的方式，輕松地實現(xiàn)從教師講解向?qū)W生自我學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變[10]。應(yīng)用計算機實驗仿真系統(tǒng)可以讓學(xué)生清晰地理解實驗的全過程，不懂的地方教師再加以重點講解，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. 實驗教學(xué)考核方式改革

獨立設(shè)課實驗課程取消期末閉卷考試，采用過程性考核方式，并結(jié)合工程教育認(rèn)證中的基本要求之一，即可評價性，根據(jù)每門實驗課程的特點，初步形成單個實驗的評分標(biāo)準(zhǔn)。以環(huán)境工程綜合實驗課程為例，評分項目分為課堂表現(xiàn)（20%）、原始數(shù)據(jù)（30%）、數(shù)據(jù)處理結(jié)論（40%）和報告格式（10%）四個部分（詳見表1），比較客觀地反應(yīng)了整個實驗過程中學(xué)生的總體表現(xiàn)情況。而該門課程的總成績?yōu)槿繉嶒灥募訖?quán)平均分，實驗項目的權(quán)重可根據(jù)學(xué)時或?qū)嶒烆愋陀嬎恪?/p>

（三）教師工程實踐能力的培養(yǎng)措施

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

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

2. 加強傳幫帶制度，培養(yǎng)高素質(zhì)的實驗教師隊伍

環(huán)境工程專業(yè)有專業(yè)教師18人，企業(yè)和行業(yè)兼職教師7人，其中正高級專職教師5人，占教師總數(shù)的 28%;副高級職稱教師占33%;具有博士學(xué)位的教師占78%，還有專職實驗教師7人。每門課程的實驗教學(xué)均由實踐經(jīng)驗豐富的教師和新授課或新入職的教師相結(jié)合的方式，促進本專業(yè)實驗教學(xué)工作穩(wěn)步開展，是培養(yǎng)高素質(zhì)師資隊伍的有效手段。

（四）實驗室管理模式改革措施

1. 建立開放實驗室制度

創(chuàng)新性實驗一般會綜合運用多種實驗方法和多項實驗內(nèi)容，因此不能局限于課時，應(yīng)給于學(xué)生在實驗時間和空間上足夠的自由。建立開放實驗室制度是解決以上問題的最佳途徑，當(dāng)然也給任課教師的工作提出了更高的要求。在開放實驗室里，允許學(xué)生以小組的形式完成實驗的設(shè)計、準(zhǔn)備和實施的一系列過程，非常有利于全面提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

2. 完善實驗室管理制度與監(jiān)控體系，切實做好實驗教學(xué)保障工作

為保證開放實驗室制度的實施，確保各類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，包括實驗室房間責(zé)任制、大型儀器使用管理制度等。為進一步提高實驗室管理的先進性和實效性，建立了24小時的實驗室監(jiān)控體系，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題，為實驗室的安全運行提供技術(shù)支持。

三、結(jié)束語

本文在對環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(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題，從實驗教學(xué)體系的構(gòu)建、實驗教學(xué)方法、考核方式、教師工程實踐能力和實驗室管理五個方面提出了切實可行的改革措施，為培養(yǎng)學(xué)生解決環(huán)境工程領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力提供保障。

參考文獻：

[1]黃正均，苗勝軍，張磊，等.基于工程教育認(rèn)證的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗室技術(shù)與管理，2019，36（1）：209-212+237.

[2]潘曉亮，謝世坤，曠虛波，等.工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對“工程材料”課程教學(xué)的引領(lǐng)與改革思考[J].教育教學(xué)論壇，2018（51）：104-106.

[3]荊妙蕾.適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程教學(xué)設(shè)計思考[J].紡織服裝教育，2018，33（3）：173-176.

[4]黃毅.多層次、系統(tǒng)化環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)體系構(gòu)建[J].廣州化工，2021，49（11）：161-162+184.

[5]張瑋，詹燕，王靜，等.構(gòu)建應(yīng)用型環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的研究[J].廣州化工，2021，49（20）：138-139.

[6]藍惠霞，張恒，王曉紅，等.環(huán)境工程校企合作實驗實訓(xùn)平臺的構(gòu)建與實踐教學(xué)體系的創(chuàng)新[J].黑龍江造紙，2015，43（3）：48-50.

[7]張洪鑫.環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新實踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實現(xiàn)[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究，2020（19）：184-185.

[8]徐小惠，張?zhí)m河，魯敏，等.環(huán)境工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的改革與探索[J].黑龍江造紙，2020，48（1）：43-46.

[9]崔芳.環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新實驗教學(xué)體系改革[J].實驗室技術(shù)與管理，2011，28（2）：139-142.

[10]于生慧，花莉，張蕾，等.OBE理念導(dǎo)向的虛擬仿真混合教學(xué)體系的構(gòu)建——以《固體廢物處理與處置》課程為例[J].廣東化工，2021，48（12）：240-241.