新工科環(huán)境工程專業(yè)實驗教學改革
——以廣東石油化工學院為例

毛玉鳳，聶麗君，謝文玉，江利梅，劉正輝

(廣東石油化工學院 環(huán)境科學與工程學院，廣東 茂名 525000)

“新工科”是將科學、人文和工程的進行交叉融合，培養(yǎng)復合型、綜合型、創(chuàng)新型人才，涵蓋傳統(tǒng)工科教育的改革升級以及新工科專業(yè)的建立。根據(jù)教育部高等教育司要求本科院校應(yīng)圍繞傳統(tǒng)工科教育進行改革，將企業(yè)生產(chǎn)和課堂教育進行深度融合，不斷推進人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新性改革，為國家培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需求的人才。

實驗教學在新工科人才培養(yǎng)中的作用十分重要。在新工科背景下進一步推進實驗教學改革和平臺建設(shè)，是對工科教育新理念、人才培養(yǎng)新模式的探索，有助于提高學生在知識交叉融合、批判性思維、終身學習等方面的綜合素質(zhì)，提升應(yīng)用型本科專業(yè)教學水平和教學質(zhì)量。

廣東石油化工學院是華南地區(qū)唯一石油化工特色高校，從2015年啟動國家工程教育認證，2018年環(huán)境工程專業(yè)通過國家工程認證的專業(yè)。環(huán)境工程專業(yè)實驗教學的改革方向是建成符合國家經(jīng)濟發(fā)展的“新工科”，而改革的標準就是國家工程教育認證標準。如何將石油化工行業(yè)特色和新工科背景開展環(huán)境工程專業(yè)教學實驗改革和平臺建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才，需要重點研究。

1 我校環(huán)境工程專業(yè)“新工科”教學實驗改革與平臺建設(shè)需探討的關(guān)鍵性問題

1.1 行業(yè)特色不明顯

本校的定位是華南地區(qū)唯一石油化工特色高校，環(huán)境工程專業(yè)領(lǐng)域依托石化行業(yè)優(yōu)勢，在科學研究、人才培養(yǎng)等方面形成了鮮明的石油化工特色。教師團隊研究方向均與石油化工行業(yè)相關(guān)，設(shè)置了石油化工廢水處理與回用、石油化工廢物處置與利用、石化污染環(huán)境修復等研究方向。但是這些行業(yè)特征在學生培養(yǎng)環(huán)節(jié)體現(xiàn)得卻遠遠不足。就現(xiàn)有的實驗教學體系來看，雖然涵蓋了水、氣、聲、固等方面，但均為常規(guī)污染物的分析、監(jiān)測與治理，并未涉及到石化特點。

1.2 工程性、綜合性實驗開設(shè)不足

環(huán)境工程專業(yè)工程實踐性較強，有很強的專業(yè)特性和實用性，目前開設(shè)的實驗教學主要以驗證性為主，涉及少量綜合性實驗，完全沒有自主設(shè)計實驗方案，學生只能按部就班完成既定的實驗方案，無法培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和分析問題、解決問題的能力。

1.3 實習基地不允許學生動手操作

環(huán)境工程專業(yè)所實習實踐的工程往往是國有大型企業(yè)，這些大型企業(yè)有嚴格的規(guī)則制度，出于安全的考慮，在實習和實踐環(huán)節(jié)學生只能是“眼看手勿動”；同時，企業(yè)自身還有繁重的工作安排，企業(yè)師傅沒有辦法詳細指導，學生每天從入場到離場只是呆著廠區(qū)辦公室，參與度極低，實習和實踐效果較差。

目前學校正全力建設(shè)高水平理工科學校，隨著新校區(qū)的建成，更能體現(xiàn)石油行業(yè)特征的“新工科”實驗課程體系的完善和平臺建設(shè)對新校區(qū)實驗室的規(guī)劃具有極其重要的意義。環(huán)境工程專業(yè)作為我校優(yōu)勢重點學科，也是本校首批入駐新校區(qū)的理工科專業(yè)。以它為例，對實驗教學進行改革，構(gòu)建符合新工科背景的教學平臺，可為本校其他工科專業(yè)改革升級提供參考。

2 以“新工科”為理念改革環(huán)境工程專業(yè)教學實驗

本文針對以上存在的問題進行教學反思，從“新工科”教育出發(fā)，改進環(huán)境工程專業(yè)實驗，以滿足新時代人才培養(yǎng)的需求。

2.1 增加綜合設(shè)計性實驗

綜合設(shè)計性是培養(yǎng)學生綜合能力，創(chuàng)新意識的主要途徑[1-2]。目前，環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)實驗主要是驗證性實驗，培養(yǎng)的是學生儀器設(shè)備的使用和操作能力，學生的創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力鍛煉較少，為配合新工科教育理念，應(yīng)該加強綜合設(shè)計性和科學研究性實驗內(nèi)容的比重。因此，需要將現(xiàn)有開設(shè)的驗證性實驗通過知識點之間的相互聯(lián)系進行整合，同時融合石化行業(yè)特色。

以《環(huán)境監(jiān)測實驗》課程為例，目前開設(shè)的實驗包括廢水顏色的測定、濁度的測定、廢水中懸浮物固體的測定、化學需氧量的測定、水中六價鉻的測定、水中溶解氧的測定、環(huán)境噪音的監(jiān)測、氨氮的測定、廢水中苯系化合物的測定(演示實驗)、水中鎘的測定(演示實驗)這10個項目，其中苯系物和重金屬鎘的測定屬于演示實驗。分析這10個項目的開設(shè)存在如下問題：①實驗內(nèi)容相對傳統(tǒng)和簡單，測定廢水為實驗員為各個實驗項目單獨配置的特征廢物，不存在相互干擾的情況。②學生接觸、使用大型儀器的機會很少，最常使用的依然停留在分析天平、可見分光光度計等常規(guī)儀器上，沒有機會獨立操作原子吸收光譜儀或氣相色譜儀等相對大型儀器。③石化行業(yè)特征沒有得以體現(xiàn)。④各個指標點之間并未形成很好的關(guān)聯(lián)性，學生完成實驗后只是掌握了這些監(jiān)測指標的實驗方法，但是對這些指標背后反映的意義并沒有深入體會，當然實驗結(jié)束后對他們的綜合能力和解決實際問題的并沒有較大的提升。針對上述問題提出的改革思路。以實際廢水——石化煉制排放的廢水為監(jiān)測對象，要求學生完成廢水是否達標排放評價，學生按照3-4人/小組進行，學生必須自己查詢石化廢水評分標準，根據(jù)標準確定測定指標，實驗方法，最后根據(jù)實驗結(jié)果完成廢水是否達標排放評價。通過這個過程的訓練，學生對這些測定指標的意義以及實驗操作，如何減少實驗過程中存在的干擾，如何評價廢水是否達標排放等有了深刻的認識，也培養(yǎng)了他們利用現(xiàn)代工具解決復雜問題的能力、團隊協(xié)作能力。拉近了學校理論學習和企業(yè)實際運用的距離，使學生真正做到畢業(yè)即上崗，上崗能擔事，成為具有新工科特色的、綜合能力強的應(yīng)用型人才。

2.2 開展創(chuàng)新研究性實驗

21世紀教育的重點在于創(chuàng)新教育，高校是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才的搖籃。目前，全國各地均開展高水平理工科大學建設(shè)，我校亦為培育學校。環(huán)境工程專業(yè)作為我校優(yōu)勢學科，是廣東省綜合改革試點專業(yè)，廣東省特色重點學科，擁有4個省級重點實驗室和1個院士工作站，教師隊伍博士比例高達76%，承擔國家、省部級及企業(yè)等科研項目50余項。環(huán)境工程專業(yè)有著一支教學、科研實力非常雄厚的教師隊伍，如何將教師進行的科學研究實驗應(yīng)用于教學，讓學生參與到國家、省級自然科學基金等高水平項目中，以科研帶動教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新研究能力，需要對現(xiàn)有學生實驗課程評價機制進行修訂。

2.3 開展虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗[3]是指在計算機上用仿真軟件模擬現(xiàn)實效果，在接近真實的環(huán)境下進行實驗教學。虛擬仿真實驗系統(tǒng)具有直觀、形象生動、圖文并茂等特點，可以彌補傳統(tǒng)實驗安全性差、污染性高等缺點。虛擬仿真實驗可以模式真實的環(huán)境污染控制工藝、參數(shù)以及操作方法，學生可以真正動手操作廢水、廢氣、固廢處理工藝，建立理論學習和實際應(yīng)用之間的聯(lián)系，提高學生分析問題和解決問題的能力。

2.4 轉(zhuǎn)變實驗教學方法，改革實驗考核制度

①現(xiàn)有的驗證性實驗考核存在很大弊端，實驗原理、實驗方法、實驗步驟均是指定，唯一能夠體現(xiàn)學生素質(zhì)的地方只有實驗操作和實驗結(jié)果及分析，學生評分不夠完整，不能夠真實反應(yīng)學生掌握知識的水平。②綜合設(shè)計性實驗是“啟發(fā)式”教育，實驗教學過程中教師下達課程任務(wù)和要求，學生根據(jù)目標獨立思考、相互討論，激發(fā)學習積極性和主動性。而且教師可以從學生的標準選用、方案設(shè)計、實驗操作、實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)處理以及整體評價等多維度考核學生，反應(yīng)學生真實水平，同時，可以實時發(fā)現(xiàn)學生知識構(gòu)架中的缺陷，及時指導完善。③對于創(chuàng)新研究性實驗，專業(yè)目前并沒有學時學分的要求，當然也就不存在考核。但是作為高水平理工科建設(shè)高校，應(yīng)該體現(xiàn)出學生對創(chuàng)新研究能力的培養(yǎng)，因此，單獨分列出創(chuàng)新研究性學時、學分要求非常必要。創(chuàng)新研究性實驗的考核可以從學生表現(xiàn)、選題思路、實驗思路、論文完成和發(fā)表、課題匯報等多個方面綜合給出。

2.5 加強實驗室專職人員團隊及實驗條件的建設(shè)

相比于驗證性實驗，綜合設(shè)計性實驗的難度毫無疑問是成倍增加的，這對實驗指導教師和實驗室管理員均是一個挑戰(zhàn)。為了綜合實驗的多樣性，實驗指導教師必須給出多個任務(wù)供學生選擇、完成。同時，學生在正式實驗前，指導教師必須審核提交的實驗方案是否可行，是否存在安全隱患，學生方可實驗。這就要求實驗指導教師必須具備堅實的理論知識和熟練地實驗技能。實驗室管理員則需要為學生提供完備的實驗儀器和耗材。

學?，F(xiàn)有的大型儀器數(shù)量不多，除了教學中的使用，還運用于教師科研，所以大型儀器是十分緊缺的，為了讓學生熟練掌握大型儀器的使用，必須增加儀器設(shè)備臺套數(shù)以及實行實驗室開放管理。開放實驗室是高校實驗室改革的重要舉措，可以有效提高學生創(chuàng)新能力和實操能力。實驗室開放包括時間、空間、儀器設(shè)備等全方位開放[4-5]〗。實驗室開放可以保障綜合設(shè)計性和創(chuàng)新研究性實驗的順利開展，充分發(fā)揮實驗室的作用，提升學生動手能力、綜合能力和創(chuàng)新意識。

3 結(jié)語

以新工科為背景，結(jié)合專業(yè)自身定位，通過重新構(gòu)建實驗課程體系，縮減驗證性實驗課程、增加綜合設(shè)計性實驗，并增設(shè)創(chuàng)新研究性實驗課程體系，完善課程評價制度、完善實驗教師團隊建設(shè)和實驗室條件建設(shè)，以培養(yǎng)學生使用現(xiàn)代工具解決復雜問題進行分析、研究的能力，可以培養(yǎng)學生自主學習的意識、創(chuàng)新意識，進而培養(yǎng)學生成為具備扎實的環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。