新工科背景下環境工程專業的實驗教學改革*

劉沙沙，吳賢格，劉燕芳

(肇慶學院環境與化學工程學院，廣東 肇慶 526061)

2017年，教育部于正式提出了“新工科”的建設理念，為理工科教育的改革指出了新的方向和目標，高等學校是為社會輸出人才的重要陣地，加強創新創業人才的培養，是新工科背景下高等教育的核心目標[1-2]。實驗教學作為高等學校教學體系的關鍵組成部分，是培養大學生創新和實踐能力的重要環節[3-4]。

環境工程專業以培養適應環境保護發展的應用型工程技術和管理人才為任務[5]，開設的實驗主要以《環境監測與分析》、《水污染控制工程》和《大氣污染控制工程》等專業課程為基礎，將這些課程中的實踐教學內容進行提煉，開展相關的實驗，具有典型的工程和應用特點。但是，根據新工科建設的要求，目前環境工程專業的實驗教學存在如下問題：(1)實驗教學主要依附理論教學課程，采用驗證實驗的開課方式，教學方法落后于行業技術需要；(2)偏重于教材的傳統實驗，創新性和開拓性實驗項目較少，教學內容與社會經濟發展方向偏離；(3)對學生團隊合作意識和全局觀念的培養不夠重視，創新思維、技能和創業能力的培養還存在欠缺。因此，為適應新工科背景下對人才培養的要求，有必要對環境工程專業的實驗教學進行改革。

針對環境工程專業的實驗課程教學模式的現狀，筆者基于新工科建設的理念，以創新創業人才培養為導向，依托“三三”制的實驗教學模式，將實驗課程內容與學科發展前沿同步，加強學科間的深度交叉融合，促進學校和企業協同合作，構建具有基礎性、創新性和工程性的多元化實驗教學體系；同時以學生為中心，充分利用互聯網帶來的優勢，引導學生“發現-思考-創新”，在學習和掌握學科前沿技術的基礎上，進一步讓學生的創新思維和創業能力得到提高，能綜合運用多學科和專業的知識發現、分析和解決問題，以適應新基礎、新產業、新經濟發展的需求。為培養高素質的環境專業人才、具有創新精神和創業能力的應用型人才打下基礎，將有助于支撐國家的發展。

1 在實驗教學過程中引入創新創業教育理念，調整實驗教學內容

肇慶學院開設的《環境工程專業實驗》是環境工程專業學生的必修實驗課程，總學時數為48學時。學生通過進行實驗預習、實際操作、實驗設計、數據處理和分析等過程，可以進一步加深對《環境監測》、《大氣污染控制工程》和《水污染控制工程》的基礎理論知識的理解和認識，包括環境監測技術和方法、水污染控制工程構筑物和設備運行、大氣污染控制技術和工程應用，提高學生對環境監測、水污染和大氣處理工程設計與運行管理過程中存在的問題，分析原因、并提出解決方案的能力。

但在目前傳統的教學模式會導致培養人才的能力與企業和社會的需求不匹配，缺乏創新創業意識和能力。因此，需要緊密結合新工科的理念和要求，借鑒其它高校的實驗教學經驗，把創新創業人才的培養目標和實施真正落實到培養方案、教學設計和授課等關鍵環節中。重視基礎實驗，趨向學科前沿和新技術，打破學科壁壘、促進環境與化學、生物等學科的綜合交叉，整體優化實驗教學內容[3,6]。例如：在講授“氧化溝”實驗時，學生根據《水污染控制工程》和《環境監測》課程中學習的基礎知識提前進行預習，實驗課進行過程中，面對氧化溝的實驗模型，教師對氧化溝的結構、工藝機理和運行過程進行講解后進行操作演示。然后，學生們將從污水處理廠取得的活性污泥加入到氧化溝裝置中，加入人工模擬污染的生活污水，設置好曝氣機和水力助推器的轉速、進水流量等參數，開機運行，污水處理過程中，監測溶解氧的變化，定時取樣，對出水中的BOD5、COD含量進行測定，分析氧化溝工藝對生活污水的處理和凈化效果。根據實驗數據和結果分析，教師最后進行總結。實現了多學科專業知識的交叉和融合，促進各個學科的協調發展。

2 優化、改革實驗教學方法和教學模式

圖1 “三三”制的實驗教學模式

傳統的教學方法是以老師集中灌輸的授課方式，學生缺乏自主思考的時間和空間，實驗興趣不高，動手能力和創新能力不足[7]。針對以上弊端，在環境工程專業的實驗課教學過程中，基于精煉理論教學、強化實驗教學和活躍課外教學的思想，設計了“三三”制實驗教學模式，如圖1所示[8-9]。以“三三”制教學模式為驅動，綜合傳統環境實驗項目的基礎性實驗、基于學科前沿的創新性實驗和具有工程實踐背景的跨學科實驗。借助網絡教學資源，引導學生“發現-思考-創新”，通過自主、合作、探究式的學習過程，在參與實驗的過程中發現問題，并利用所學知識分析和解決問題；鼓勵學生自主設計實驗，激發實驗興趣，積極研究探索工程實踐實驗，引導學生運用多學科思維來解決問題，深化創新思維，提高實踐技能和創業能力。具體實施如下：根據每個同學的實際情況不同，因材施教，根據同學擅長的能力安排實驗內容，充分發揮潛能。并引導和鼓勵學生結合課程學習的知識，申報了國家級大學生創新訓練計劃《脫氮除磷菌的篩選及其強化生物生態耦合系統處理分散式農村生活污水》，并獲得立項，可以進一步激發學生的能力和實驗興趣，在創新實驗進行的過程中，學生可以自主進行文獻調研、實驗方案設計，學生通過團隊合作完成實驗過程、數據分析、論文撰寫和結題報告等，引導學生利用知網、萬方、維普等文獻數據庫，了解和熟悉研究方向的前沿動態和方向，在教師的引導和指導下，培養學生獨立發現問題、分析問題和解決問題的能力。

3 加強學校與企業的合作，協同育人

在國家相關政策的支持下環保產業得到了快速發展，國務院辦公廳在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》中指出“改革人才培養模式，提高高等教育人才培養質量，推進高校與地方、行業、企業合作共建。”的要求。為了響應國家關于高校人才改革的號召，適應環保行業對人才的需求，校企合作的培養模式應運而生。校企合作是學校與企業建立的一種互助共贏的合作模式[10]，學校和企業之間可以實現資源共享、互相扶持、共同發展[10]。校企合作可以提高教師的科研應用能力，并且通過科研與產業應用結合，還可以增強學生對專業知識的掌握和應用，為培養應用型人才奠定基礎[10]。

針對傳統的實驗教學方式是以固定的教材和實驗內容的弊端，加強實踐教學是鞏固和加深學生對理論知識認識的一種有效的途徑。因此，在教學過程中積極與企業對接聯合，強化雙師型教師隊伍建設，積極促進教師的實踐培訓和調研，在實踐中探索，不斷優化調整實驗教學的內容。在加強專任教師的創新創業教育的基礎上，引進具有成功經驗的雙創企業家作為兼職教師指導學生，并將學生輸送到專業對口的企業參加實訓，提高創新精神和實踐技能[1,3,11-12]。具體實施措施：(1)《環境工程專業實驗》的任課教師到企業擔任科技特派員，與相應的環保企業對接，滿足企業之急和產業之需，推動企業和高校科研成果的對接，同時提高教師的實踐水平和能力，更好的應用在實驗教學中；(2)環境學院從東方仿真軟件公司采購了一批水污染控制、大氣污染控制等相關的軟件，學生在電腦上安裝模擬軟件后，可以自主進行操作，提高學生的學習興趣和獨立思考的能力；(3)在培養學生的實習環節中，通過“環保企業/污水處理廠現場參觀+專業技術講解+任課教師組織討論”形式，分析環保企業的工程應用項目實施方案，污水處理廠對城鎮生活污水、工業廢水等采取的凈化工藝和處理流程等，增強了學生對水污染治理的理論知識的理解，實現了學校教學和企業實踐的統一，提高了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。(4)依托學校的創新創業學院和大學科技園，為學生開展創業實踐提供支撐平臺，在科研成果轉化應用過程中幫助學生尋找創業機會；鼓勵學生組建創業團隊，積極參加與創業有關的大賽，提高和鍛煉學生的創新意識、創業和實踐能力，增加創業項目的數量，加強與市場對接。

4 結 語

通過開展環境工程專業的實驗課程的教學改革，克服傳統實驗教學模式的弊端，打破學科專業的局限，優化實驗教學內容，通過不斷探索與實踐，構建一套行之有效的基于新工科理念的實驗教學和評價體系，建立以創新創業能力為導向的培養應用型人才的實驗教學方法。將教學、實踐緊密結合，把學生學習基礎知識、自主設計及研究探索的能力融為一體，提高環境工程專業實驗課程的教學效果和質量，形成交叉融合、創新開放、多元培養、協同育人的人才培養體制，實現高校基于新工科里面的創新創業人才的培養。