基于CDIO培養模式的環境類專業實踐教學改革探索

陳雯?周宏倉

摘要：分析了目前環境類專業實踐教學過程中普遍存在的問題，借鑒CDIO工程教育方法中大工程理念、注重綜合素質培養和密切聯系產業等特點，從實驗教學內容、考核評價方式、教學手段、校企合作、實驗室管理和實驗教材等方面著手對環境類專業實踐教學進行改革探索。

關鍵詞：CDIO理念；環境專業；實踐教學

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0196-02

教育部《關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》中要求強化實踐教學環節和深化實踐教學方法改革，切實改變重理論輕實踐、重知識傳授輕能力培養的觀念。環境類專業是實踐性很強的交叉學科，當前需要解決的環境問題很多，需要大量的知識扎實、動手能力強且能解決實際問題的應用型環保人才。

一、環境類專業實踐教學存在的問題

1.實驗內容陳舊和方法落后

實驗內容多以驗證性實驗為主，綜合性和設計性實驗偏少。以某校環境類專業為例，環境科學專業必修實驗項目共59個，其中驗證性實驗占62.7%，綜合性實驗占30.5%，設計性實驗僅占6.8%；環境工程專業必修實驗項目共34個，其中驗證性實驗占50%，綜合性和設計性實驗占50%。實驗課程教師詳細說明實驗目的、實驗儀器、內容和步驟之后，再讓學生按照實驗教材或指導書中的步驟操作，這種呆板單一的教學方法和幾成定式的實驗項目會讓學生產生依賴心理，依葫蘆畫瓢即可完成實驗，從某種程度上限制了學生積極思考的熱情，減少了創造性思維的過程，削弱了實踐教學的積極作用，甚至導致學生的動手能力和發現問題、分析問題以及解決問題的能力得不到很好的培養。

2.考核方法不科學

實驗課教師往往根據學生的預習報告和實驗報告完成情況加以評判，這種方法存在一定的缺陷。因為僅從書面報告來評定，無法真正考查學生的實際操作水平和技能，可能會使學生對考核方法產生錯誤理解，從而對實驗過程不能給予足夠重視。

3.重結果輕過程

環境類專業實驗過程中會接觸到一些易燃易爆、有毒有害和腐蝕性藥品，必須要求學生正確使用化學藥品以及實驗儀器、設備和器械，掌握實驗室安全知識和事故應急處理知識，從而盡可能減少安全事故的發生。在實驗教學過程和相關活動中，對于實驗室安全知識、實驗基本操作技能、實驗習慣和實驗室規章制度等宣傳、強調和執行方面，則略顯薄弱。

4.設計和實習等實踐環節的工程意義缺失

作為培養學生工程實踐能力的關鍵環節，課程設計如“大氣污染控制工程課程設計”、“水污染控制工程課程設計”、“固體廢棄物處理與處置課程設計”往往可能因為教師缺乏企業鍛煉經歷、缺乏現場經驗而過于理論化，與實際脫節，工程意義嚴重缺失。

二、指導思想和基本思路

CDIO工程教育方法是近年來國際工程教育改革的最新優秀成果。它倡導Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實踐）、Operate（運行）的工程教育理念和以能力培養為目標。環境類專業是綜合性、多學科交叉和應用性專業，其實踐教學更應踐行“加強基礎、注重應用、培養能力、探索創新”理念。通過借鑒CDIO工程教育方法中大工程理念、注重綜合素質培養、密切聯系產業等特點，逐步轉變到以工程能力為目標和能力培養上，增加主動學習和動手實踐，強調分析問題和解決問題的能力，基于CDIO培養模式，對環境類專業實踐教學活動進行改革探索。

三、基于CDIO培養模式的環境類專業實踐教學改革探索

1.改革實驗教學內容，使之多樣化

（1）淘汰內容陳舊、方法落后以及與基礎實驗內容重復的實驗項目。從專業角度出發，對所有實驗項目進行審核和整合，打破傳統實驗教學中各實驗課程獨立設置的格局，從學科和專業的整體高度來把握實驗項目與實驗內容選擇，使眾多實驗內容有機地結合起來，避免實驗項目和內容的重復，避免學校教學資源以及學生時間的浪費。南京信息工程大學環境科學與工程學院根據專業特點并切合學生實際能力和知識水平，開展了校園水環境質量監測與綜合評價、校園周邊地區大氣污染物成分與來源分析、生活污水生化處理工藝運行與優化等實驗項目。[1]在大氣環境監測實驗課程中，考慮到大氣環境監測的多樣性，涵蓋了多種監測項目，響應國家對顆粒物特別是細顆粒物污染的重視，在實驗課程中顆粒物質量嘗試進行監測的項目，并采取分級采樣的方法，對從細到粗不同粒徑的顆粒物進行采樣、稱重和濃度計算。[2]

（2）減少驗證型實驗，增加設計型、綜合型實驗和專業創新性實驗。根據CDIO工程教育理念，將實驗課程劃分為四個類型：驗證型實驗、設計型實驗、綜合型實驗和專業創新性實驗。驗證型實驗旨在使學生對經典理論知識有感性認識，掌握實驗研究專門技能，并能靈活運用。設計型實驗與學生的個性化教育相結合，以培養學生的獨立思考能力和設計創新能力為目的，通過設計型實驗使學生獲得完整的實驗技能訓練。綜合型實驗是把知識點緊密相關的實驗內容連貫起來，體現出內容的系統性，通過綜合型實驗培養學生連貫的、動態的和有機組合的系列化操作技能，提高學生的實際操作能力和運用能力。[3]專業創新性實驗是學生個人或團隊自主選題設計、在教師的指導下組織實施并進行數據分析處理、撰寫學術論文或總結報告等。這四類實驗的實驗目的、實驗內容和實驗實施過程各有不同，并且層次逐漸提高。單純驗證型實驗已經無法滿足對環境類專業學生研究能力和工程實踐能力培養的要求，應考慮增加后三類實驗項目，從而有效地調動學生學習的主動性，促使學生積極思考和創新，逐漸掌握思考問題、分析問題和解決問題的方法，提高實踐能力和創新能力。

依托南京信息工程大學“大氣科學與環境氣象國家級實驗教學示范中心”、“環境科學與工程省級實驗教學示范中心”和“大學化學省級實驗教學示范中心”等項目的建設，建立了實驗技能訓練平臺。通過此平臺，按照基本操作技能訓練→驗證性實驗→設計性實驗→創新性實驗的順序對學生進行實驗技能培訓，不斷提高大學生的實驗技能水平。

（3）激勵科研與實踐教學結合。近年來學院教師積極申報縱向和橫向科研項目，國家級和省市級科研課題項目數達66項。教師們將實踐教學與科研項目相結合，實踐教學與科研實現資源共享，將教師科研成果反哺實踐教學，教學促進科研，及時將先進科技、工程實踐與教學密切聯系，融入實踐教學改革成果和科技創新，不僅可以豐富和更新實驗教學內容，激發學生的創造創新源動力，也使學生的探索能力和創新能力得到了培養，開拓了視野，提高了學生的學習興趣。另外，還需要制定切實可行的激勵政策，支持和鼓勵學生參與教師主持的各類科研項目。

依托“江蘇省優勢學科平臺”和“江蘇省大氣環境監測和污染控制高技術重點實驗室”等項目的建設，打造大學生科技創新能力培養平臺。通過此平臺，積極引導學生參加教師科研課題和大學生科技創新訓練計劃，親歷科學研究工作的全過程，使實踐教學延伸到科研基地，提高了學生科技創新的能力。

2.考核評價方式多樣化

考核評價方式應做到可以區分出做實驗與不做實驗、認真做與不認真做、思考與不思考的差別。采用不同方式和內容對學生進行考核，如采取筆試（閉卷、開卷、小論文、調查報告、實驗設計報告）、口試、實際操作等多種方式相結合的形式。實際操作分為基礎性實驗、綜合性及設計性實驗類型，它們分別占一定比例，后兩者的比例可以稍高，主要考察實驗參與情況、操作技能和實驗完成情況。采取多樣化的考核評價方式，不同實驗類別的評價標準和側重點有所不同，可以使學生更加重視實驗和工程應用，培養其工程思維能力。

3.教學手段多樣化

在水處理、大氣污染治理和固體廢棄物處理處置實驗等課程中采用計算機仿真系統，通過在計算機上模擬實際處理過程，使學生熟悉各處理單元的原理，并且可以通過仿真操作來反復練習操作過程，同時也可以對一些人為設置的非正常情況和生產故障進行應急處理、工藝參數調整以及故障處理等。學生可以根據自己的興趣和專業特長選擇實驗項目，向實驗中心提交實驗方案，并與專業教師聯系確立指導關系；開辟開放實驗室網絡預約系統，鼓勵學生參加“挑戰杯”、大學生創新訓練項目申報、創新基金申請、各類學科競賽、專利申請等，給予優先使用實驗室資源的支持，同時對于表現突出（如發表學術論文、專利、競賽獲獎等）的學生，給予評獎評優政策傾斜。

依托“國家級工程教育實踐中心”和“卓越工程師教育培養計劃”等項目的建設，打造多元化實習和實訓平臺。通過此平臺，按認識實習→動態仿真→中試操作→生產實習→工程設計的程序開展工程訓練，使學生全面認識生產工藝流程及實際工作過程，培養學生的工程觀念。

4.加強校企合作

利用與企業的合作、協作關系，與企業共建實驗室或研發中心，利用學校資源完成企業的一部分研發工作，或者選派學生前往企業進行鍛煉，完成實驗項目或課程設計。注重實踐教學與科研和社會實踐緊密結合，推進校企合作，建設實踐教學基地，遵循教學、科研和生產三結合的原則，取得了豐碩的成果。通過校企合作，建立了6個企業研究院，這些研究院既作為學生的實訓基地，又作為學生的科研創新平臺。通過這些實驗條件建設，提高了開放選修實驗、學生小科研和學生創新實驗比例，從而激發了學生學習的興趣和創新意識，學生的實踐技能與創新能力得到了極大提高。自2011年以來，本科生參加國家級大學生實踐創新訓練計劃項目7項，省級大學生實踐創新訓練計劃項目20多項，獲得江蘇省本科生優秀畢業設計（論文）二、三等獎和江蘇省本科生優秀畢業論文團隊等，學生參與研發申報專利60余項。

5.強化實驗室管理，完善實驗室規章制度培訓和宣傳

打破傳統教學實驗室管理的舊模式和各自獨立的實驗格局，整合實驗室資源，成立實驗中心和實踐訓練中心，對所有實驗課程進行統一規劃、管理和安排，同時滿足實驗教學和學生創新科研活動的資源共享。將實驗室安全教育常態化，每年為新生和即將進入實驗室的學生開設實驗室安全講座，通過一些實際發生的實驗室安全案例，警示學生們在實驗操作過程中每一步驟都需要嚴格遵守實驗室安全管理制度和實驗操作規范，不能有半點馬虎；并且向學生講授實驗室基本安全知識、常見危險化學品及危險操作、實驗儀器和藥品領用及使用等知識，為培養他們的安全責任意識打下基礎。

6.更新實踐教材內容

實踐教材建設對于提高實踐教學質量、完善實踐教學體系、全面實現人才培養目標、提升環境類專業辦學水平均具有積極的促進作用。重視實驗教材建設，利用專項教材建設基金，本著“科學性、適用性、針對性”的原則，教師們結合實際教學經驗，積極參編和主編特色鮮明的實驗教材、實驗指導書和課程設計教程多部。

四、結語

依托實驗教學示范中心、國家級工程教育實踐中心、卓越工程師教育培養計劃、優勢學科平臺和高技術重點實驗室等項目的建設，構建了“以培養學生實踐能力和創新創業能力為中心，理論實踐結合、模擬實踐結合、教學科研結合、一二課堂結合和學校企業結合”的環保人才實踐能力培養運行模式，在本科生實踐教學過程中進行了應用和檢驗，取得了顯著成效。

參考文獻：

[1]方華，徐德福，趙曉莉，等.環境工程專業開設綜合性實驗課程的實踐[J].中國校外教育，2009，（S3）：115.

[2]吳丹，劉剛，周宏倉，等.大氣環境監測實驗課程設置及教學方法探討[J].中國電力教育，2013，（10）：167-168，200.

[3]潘晶，李光哲，王艷，等.環境科學專業實驗教學的改革與實踐[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2013，31（3）：359-362.

（責任編輯：孫晴）