基于工程教育認證的環境工程專業實驗教學改革與實踐

趙俊英 趙立新 王曉麗 秦松巖

摘 ?要：文章依據工程教育認證標準，從實驗教學內容、教學方法、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環境工程專業實驗教學中存在的問題，進而提出提高實驗教學的整體性、教學方式的多樣性，實驗考核方式的科學性和可評價性、教師實踐能力等方面的可行性改革措施，構建了以培養解決復雜工程問題的環境工程專業人才為目標，大氣污染控制、水污染控制、固體廢物處理和處置為核心內容的認知性、驗證性、綜合性、設計性、創新性五層次的實驗教學體系。

關鍵詞：環境工程;工程教育認證;五層次;實驗教學體系

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：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

工程教育認證是工程教育學位和工程師執業資格國際互認的基礎要求和前提條件，《華盛頓協議》 是國際上最具權威和影響力的工程教育學位互認體系[1]，我國于2016年6月成為《華盛頓協議》的正式成員，開展工程教育認證不僅可以提高我國工科專業在國際上的認可度，而且對于提高工科專業人才的培養質量有著重要的指導意義[2-3]。

我國環境工程作為20世紀70年代成立的專業，涉及到化學、材料、生物等多種學科，因此其實驗教學內容與其他多數專業相比更為復雜，許多高校對該專業實踐教學體系的建設進行了嘗試。黃毅[4]基于OBE教育理念構建了多層次、系統化環境工程專業實驗教學體系;張瑋等人[5]構建了集常規實驗教學、設計實訓、創新活動三位一體的新型實驗教學模式;藍惠霞等人[6]在充分整合校內外實踐教學平臺資源的前提下，對實踐教學體系的目標、內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模式，較好地提高了時間效果;張洪鑫[7]在高等職業教育前提下提出了教育工作者還需以工作要求為導向確認實訓目標，以此確保各項教育教學活動開展的針對性、科學性的建議;東北電力大學的徐小惠等人[8]構建了教學、科研和生產相互滲透、創新與創業能力協同培養的“5+3”實踐教育體系。實驗教學作為實踐教學體系的重要組成部分，在環境工程人才培養中起到了非常重要的作用，本文在前人研究的基礎上，基于工程教育認證理念，針對該校環境工程的實驗教學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、環境工程實驗教學中存在的問題

實驗教學是實踐教學體系的重要組成部分，是理論知識和實習、實訓、科技創新活動的紐帶，起到了承上啟下的關鍵作用，根據環境工程專業教育認證對實驗教學的要求，本專業實驗教學存在的主要問題如下。

（一）實驗教學體系中存在的問題

1. 實驗整體性差

環境工程培養計劃的學科基礎課和專業課的實驗共開設11門，其中有8門是課內實驗，分別是無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、環境工程微生物學、水資源分析與評價、水泵與泵站設計、工程力學，另外3門分析與監測實驗、環境工程系統設計、環境工程綜合實驗為獨立設課實驗。這種實驗課程體系會導致不同課程之間的實驗內容相互孤立，整體性差，很難將較復雜的工程問題設計到實驗中，有悖于工程教育認證的解決復雜工程問題能力的培養目標。

2. 實驗內容安排不合理

在開設的實驗課程中，實驗內容偏向水污染控制方向，以獨立設課的環境工程綜合實驗為例，其中涉及水污染控制的內容高達80%，而大氣污染控制和固體廢棄物處理處置的內容不足20學時，與認證標準中的內容要求符合度低，不能達到均衡發展的效果。

3. 實驗類型比例不協調

實驗類型以觀察性和驗證性為主，綜合與設計型比例明顯過少，導致學生實驗時處于被動的地位，思考的機會少，不利于培養學生的綜合工程能力。

4. 教學方法落后

工程教育認證主要采用成果導向（Outcome Based Education，OBE）教育理念。但是因為課程的實驗類型驗證性和認知性的比例較高，所以大多數實驗課程的教學過程采用教師先講，學生再做，講和做分離的教學模式，難以體現OBE的教學理念，學生的獨立工作能力得不到提高，教學效率低，教學效果也受到影響。

5. 考核方式單一

課內實驗的考核與理論課同時進行，根據實驗課時的數量在期末試卷以5%～10%比例考核，根本無法體現實驗的培養目標及實驗技能的培訓效果;單獨設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，雖然部分考察了學生在實驗具體操作中的各項能力，但是仍然存在科學性、客觀性差的問題。

（二）教師方面

教師的工程實踐能力偏低。專業教師絕大多數具有博士學位，博士畢業后直接進入高校任教，在學術研究方面的能力毋庸置疑，但是缺少企業環境工程實踐的經驗，導致實驗內容的設計與實踐脫節，對于提高學生解決實際環境工程問題能力的效果不夠顯著。

（三）實驗室管理方面

課程體系內的實驗要求在實驗課規定的時間完成，實驗室的使用和管理采用傳統的模式，僅在實驗課期間開放，與《工程教育認證標準》中的“教室、實驗室及設備使得學生能夠方便地使用”要求不符。

二、基于工程教育認證的實驗教學改革措施

（一）改革的思路

基于工程教育認證的理念，以培養解決復雜工程問題的環境工程專業人才為目標，構建以大氣污染控制、水污染控制、固體廢棄物處理和處置為主的認知性、驗證性、綜合性、設計性、創新性五層次的實驗教學體系。

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

（二）實驗教學改革措施

針對以上問題，我們對本專業實驗課程體系從內容、類型、考核等方面進行了調整。具體措施如下。

1. 實驗體系改革及構建

（1）調整開設方式，整合內容，提高系統性

將原來的工程制圖、電工與電子技術C課程由原來的公共基礎課調整為學科基礎課，仍以課內實驗的方式進行。

四大化學中的實驗全部以獨立設課的方式進行。

學科基礎課和專業課必修部分實驗全部以獨立設課的方式開課，將環境工程微生物學、水資源分析與評價、分析與監測實驗、環境工程系統設計、環境工程綜合實驗課程的內容整合為環境工程微生物學、環工綜合原理、環境工程基礎、環境工程計算機輔助設計和環境工程綜合實驗課程。

增加了部分專業選修課實驗，主要是以計算機軟件編程內容為主。

改革后的培養計劃中實驗課程及課時安排見圖1，形成了學科基礎和專業課實驗兩大模塊，學科基礎實驗中又分為兩部分，基礎技能訓練實驗和專業技能訓練實驗。專業課實驗的必修部分基本能完成本專業的培養目標，而選修實驗要求相對較高，學生可根據自己的基礎和興趣選擇。

（2）提高實驗內容安排的合理性

從實驗內容的安排以基礎課——專業基礎課——專業課——拓展為主線，水污染、大氣污染、固體廢棄物處理處置能力協調發展為原則。比如環境工程原理課程實驗內容包括環境工程所涉及到的吸收、精餾、過濾等工藝過程;環境工程基礎實驗課程包括水質分析監測、大氣環境監測、固廢樣品處理及污染物含量測定、大型儀器分析等內容，除實驗學時有所增加外，對水、氣和固廢三部分比例進行了協調。

專業選修的內容將環境工程與現代信息技術相融合，充分體現了實驗內容的先進性和前瞻性，為提高學生的創新能力提供平臺。

（3）大幅提高設計性和綜合性實驗比例

為切實培養解決實際工程問題的能力，在實驗內容設置方面，均要求任課老師以實例為參考，結合環境工程設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計性實驗，提高實驗結果的可變性，提高學生興趣。

經過以上的調整，構建了大氣污染控制、水污染控制、固體廢棄物處理和處置為核心內容的認知性、驗證性、綜合性、設計性、創新性五層次的實驗教學體系（圖2）。

2. 實驗教學方式改革

英國著名教育家懷特海說過：“自我發展才是最有價值的智力發展。”根據不同類型的實驗采用不同的以學生為中心的教學方式，真正地讓學生從實踐中受益。

比如一些驗證性的實驗可以采取與現代教育技術相融合的方式，輕松地實現從教師講解向學生自我學習轉變[10]。應用計算機實驗仿真系統可以讓學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，既能夠體現以學生為中心的教學理念，更能夠提高學生的參與感、成就感和獲得感。

3. 實驗教學考核方式改革

獨立設課實驗課程取消期末閉卷考試，采用過程性考核方式，并結合工程教育認證中的基本要求之一，即可評價性，根據每門實驗課程的特點，初步形成單個實驗的評分標準。以環境工程綜合實驗課程為例，評分項目分為課堂表現（20%）、原始數據（30%）、數據處理結論（40%）和報告格式（10%）四個部分（詳見表1），比較客觀地反應了整個實驗過程中學生的總體表現情況。而該門課程的總成績為全部實驗的加權平均分，實驗項目的權重可根據學時或實驗類型計算。

（三）教師工程實踐能力的培養措施

1. 借助企業特派員制度，加強產學研基地的建設，提高教師的工程實踐能力

每年派專業教師深入企業將科研成果應用于工程實踐中，一方面可能達到幫助企業解決環境工程方面的技術難題，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，企業提高生產效益，教師提高實踐能力，學生從中獲益。

2. 加強傳幫帶制度，培養高素質的實驗教師隊伍

環境工程專業有專業教師18人，企業和行業兼職教師7人，其中正高級專職教師5人，占教師總數的 28%;副高級職稱教師占33%;具有博士學位的教師占78%，還有專職實驗教師7人。每門課程的實驗教學均由實踐經驗豐富的教師和新授課或新入職的教師相結合的方式，促進本專業實驗教學工作穩步開展，是培養高素質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

創新性實驗一般會綜合運用多種實驗方法和多項實驗內容，因此不能局限于課時，應給于學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，允許學生以小組的形式完成實驗的設計、準備和實施的一系列過程，非常有利于全面提高學生解決復雜工程問題的能力。

2. 完善實驗室管理制度與監控體系，切實做好實驗教學保障工作

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，尤其是大型儀器設備的完好率和利用率，學院完善了各種管理措施，包括實驗室房間責任制、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小時的實驗室監控體系，及時發現問題解決問題，為實驗室的安全運行提供技術支持。

三、結束語

本文在對環境工程專業實驗教學體系充分調研的基礎上，結合工程教育認證的要求，深入分析了存在的問題，從實驗教學體系的構建、實驗教學方法、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，為培養學生解決環境工程領域復雜問題的能力提供保障。

參考文獻：

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[3]荊妙蕾.適應工程教育專業認證標準的課程教學設計思考[J].紡織服裝教育，2018，33（3）：173-176.

[4]黃毅.多層次、系統化環境工程專業實驗教學體系構建[J].廣州化工，2021，49（11）：161-162+184.

[5]張瑋，詹燕，王靜，等.構建應用型環境工程專業實踐教學體系的研究[J].廣州化工，2021，49（20）：138-139.

[6]藍惠霞，張恒，王曉紅，等.環境工程校企合作實驗實訓平臺的構建與實踐教學體系的創新[J].黑龍江造紙，2015，43（3）：48-50.

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