基于工程教育認證標準的環境工程專業實驗教學改革

張吉強，張晨曦，榮 琨，李甲亮

(1.濱州學院 山東省黃河三角洲生態脆弱帶工程技術研究中心，山東 濱州 256603；2.濱州學院 山東省黃河三角洲野生植物資源開發利用工程技術研究中心，山東 濱州 256603)

1 引言

環境工程專業是以理工學科理論知識為基礎的新興專業，主要培養從事工程設計、施工與運行、監測與評價、規劃與管理、教育和研發等工作的工程技術人才。環境工程專業作為一門學科交叉性非常強的工科專業，不但要求學生具有扎實的數學、化學、物理、生物等基礎自然科學知識，還要求學生掌握堅實的環境監測和水、氣、固、物理性污染控制等專業知識，更需要學生具有執行環境工程實踐所需技術、技巧和工具開發解決復雜環境工程問題的能力[1]。在中國工程教育專業認證協會公布的最新中國工程教育認證通用標準中，明確提出了工科類本科生畢業時所需要達到的工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究等12項相關能力要求。這就對環境工程本科生綜合能力的培養提出了非常高的要求。

然而在我國目前的環境工程本科生修讀的課程體系中，各門課程之間關聯度相對有限，不能對學生的綜合能力進行很好地培養。環境工程實驗教學以專業理論知識為基礎，以實驗操作為手段，是理論聯系實踐，培養學生觀察、分析和解決環境工程專業問題綜合能力的良好教學載體。本文在傳統課堂實驗教學的基礎上，借助信息化教學手段，通過增設文獻調研、實驗設計、耗材選擇、數據處理、問題討論等教學環節，對環境工程專業實驗進行開放性、綜合性教學改革設計，以期滿足工程教育認證的標準要求。

2 主要教學環節設計

在實驗課程開始前兩周，通過在線課程平臺向學生發布實驗任務書，在實驗任務書中向學生提出課前學習要求。實驗任務書中包括實驗名稱、實驗目的、實驗內容和簡要的實驗原理和步驟等。通過實驗任務書，讓學生對整個實驗建立整體的知識框架結構，明確所要完成的課程任務。

2.1 文獻調研

在實驗任務書中首先要求學生通過中國知網、百度學術等檢索平臺進行文獻調研。要求學生通過文獻調研掌握實驗的原理、影響因素和主要工藝步驟等。通過文獻調研引導學生進行探究式學習，充分調動了學生的自主學習能力，也是對工程教育認證標準中“能夠基于科學原理，通過文獻研究或相關方法，調研和分析相關工程問題的解決方案”能力培養實踐[2～6]。

2.2 實驗設計

該階段的目標要求學生自行選定實驗因素和實驗水平，進行實驗設計。在進行實驗設計時，由于實驗學時的限制，建議教師在開放的基礎上進行一定的限制，給學生提供基本的設計思路。以小組為單位形成初步實驗設計方案后發送給教師，教師再根據學生設計情況與學生進一步確定明確的實驗因素和水平，以形成可實際操作的實驗設計。通過開展實驗設計，給予學生更大的自主權，鍛煉了學生的實驗設計能力、創新能力、溝通協調能力和團隊合作能力，也是對工程教育認證標準中“研究”、“個人和團隊”、“溝通”等能力要求的具體踐行。

實驗耗材是實驗開展的載體和手段，傳統的實驗教學一般都是在實驗中給學生提供指定的耗材，學生根據實驗要求進行選用，學生只是“傻瓜式”的選用實驗耗材。在本次實驗教學設計中，可以完全讓學生根據實驗要求自主選擇實驗耗材，也可以給學生實驗耗材(可多于或少于基本實驗需求)，讓學生去篩選或增補相應的耗材。通過教學環節的設計，是對工程教育認證標準中“使用現代工具”一項能力要求的良好培養實踐，該項要求學生了解專業常用的現代儀器、信息技術工具的使用原理和方法，能夠選擇與使用恰當的儀器、信息資源、工程工具對復雜工程問題進行分析、計算與設計[7，8]。

2.3 實驗操作

實驗操作能力是實驗課程教學的核心目標，要求學生能熟練、準確的利用實驗儀器和材料，開展實驗，獲得所需的實驗數據或現象。在實驗操作環節，可采用以下多種教學手段相結合。①教師演示，學生觀察，然后開展實驗；②教師講解，學生自行實驗，實驗過程中教師及時指導糾正，③挑選學生代表演示，學生觀察，學生互評+教師指導，學生開展實驗。多種教學手段的結合，在培養學生核心操作能力的基礎上，還讓學生學會觀察，發現自己在實驗操作中難以發現的問題，也可以實現翻轉課堂，讓學生體驗老師的角色，更大程度的鍛煉自己。建議對實驗進行分組，每3～6人為一組，每組推選小組長，實驗小組中的分工與合作，角色定位，團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色，是對工程教育認證標準中 “個人和團隊”能力項培養的良好途徑。

2.4 數據處理

實驗數據的處理是學生實驗能力的延伸和拓展，在傳統的實驗課程中，學生往往只是日記式的記流水賬，往實驗表格中機械填寫實驗數據。但是對工科類的畢業生，僅僅只會填表是遠遠達不到畢業要求的。在數據處理環節，要讓學生利用Excel、Origin等繪圖軟件繪制如折線圖、柱狀圖、散點圖等多種數據圖表，培養學生的繪圖能力。此外，還要讓學生能針對具體的對象建立一些數學模型并求解，能夠將相關知識和數學模型用于專業問題的解決。可滿足工程教育認證標準中“工程知識”、“問題分析”、“研究”等能力的培養[9～12]。

2.5 問題討論

孔子有云“吾日三省吾身”，問題和反思是人和科技不斷進步的有效手段。在實驗結束后，對整個實驗流程進行回顧和分析，是使實驗技能進步和提高的有效手段。在實驗結束后，可設置針對具體實驗項目的具體問題，當然也可超出實驗項目的范疇，讓學生通過查閱資料、交流討論進行知識拓展，獲得更深層次的新知識。也可設置一般的通用問題，例如請對本次實驗結果進行評價，實驗操作中哪些步驟容易出錯，實驗各個環節哪些地方還有待改進，實驗結束后的廢液廢料如何環保的進行處理等。通過這些問題的設置，以小見大，舉一反三，能讓學生評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，樹立社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范，履行責任。可培養工程教育認證標準中“工程與社會”、“環境和可持續發展”、“職業規范”等能力要求。

3 結語

環境工程專業本科生綜合能力的培養是一項復雜的工程，本文以環境工程實驗項目為教學載體，對傳統實驗教學進行開放性和綜合性設計，并輔以在線課程等現代化信息教學手段，在文獻調研、實驗設計、耗材選擇、實驗操作、數據處理、問題討論等教學環節中，以培養學生解決環境工程專業問題的綜合能力，理論教學與實踐教學相結合，以期滿足工程教育認證的標準要求。