基于知識融合的環境科學專業課程實習改革探討

王小敏，郭艷杰，楊志新，寧國輝，劉春敬

(河北農業大學 資源與環境科學學院，河北 保定 071001)

人類社會的發展，使人類對資源的消耗及污染物的排放急劇增加，環境問題日益突出并成為全球關注的熱點問題之一。1962年《寂靜的春天》一書的出版，標志著近代環境科學的誕生。經過五十多年的發展，環境科學融合了自然科學、社會科學和技術科學三大學科，逐步發展成為一門交叉性、綜合性學科。目前全國已有300多所高校設置了環境科學學科[1]，環境科學專業就是要探究環境問題的表現、起因及發展趨勢，并為環境工程專業尋求環境問題解決的工程技術提供科學依據和理論支撐[2,3]。

隨著社會和經濟的不斷發展，我國環境問題呈現為復合化特征，環境保護形勢日益嚴峻，因而對環境保護專業人才的要求也越來越高[4,5]。這就要求高校把培養復合應用型環保人才作為重要使命和責任，強化實踐教學，培養學生智力活動的習慣、自主學習及專業融會貫通的能力，進一步培養學生理論聯系實踐能力、創新能力及系統整體優化的思維能力，使其成為適應當前環保形勢需求的專業人才。實踐是創新的重要來源，實踐教學是高等學校實現人才知識、能力、素質協同發展的有效途徑和手段，是大學生創新能力培養與發展的主要引擎和源泉，是全面提升高校教育教學質量的重要內容和關鍵環節[6-7]。而目前國內高校環境科學專業實踐性教學環節中的實習教學相對薄弱，一定程度上影響了環境科學本科專業人才培養的質量[8]。

河北農業大學1998年設置環境保護專業，2002年環境科學專業開始本科招生，至今已有20多年的發展歷史。自專業招生以來，環境科學教研組不斷探索和實踐，歷經3次專業人才培養方案的改革和完善，不斷夯實專業理論課程基礎，強化專業實踐能力培養。當前，隨著學科的交叉、綜合與滲透，以及社會對復合型人才需求的增加，環境科學專業實習內容必須由單一專業課程向綜合優化的專業課程群建設方向轉化，充分發揮專業課程群整體功能效益[9]。2017年的專業人才培養方案調整，除對課程體系進行改革外，在分析以往課程實習方案存在問題的基礎上，創新性地將“環境監測”“環境影響評價”“環境工程學”“環境規劃學”4門專業核心課程的實習內容有機串聯，統一規劃，進一步加大了學生主動發現問題并解決問題能力的培養力度，加強了對學生實踐和創新能力的鍛煉，經兩輪實施后取得了滿意的教學效果。本文以河北農業大學環境科學專業課程實習為討論對象，剖析原教學方案(2013年版本)中存在的問題及新的改革方案的實施過程和效果，以期為進一步提高課程實習質量，突出農業院校環境科學專業特色，培養符合社會和市場需要的復合創新型環保專業人才提供專業建設改革的思路和借鑒，并通過引入以課程組為單位的基于知識融合的綜合實習，為兄弟院校拓展環境科學專業實踐教學提供更加廣泛的思路。

一、原有環境科學課程實習存在的問題

2013版人才培養方案中，“環境監測”未安排課程實習，“環境工程學”在第6學期進行實習，而“環境質量評價”和“環境規劃學”則在第7學期開展教學實習(表1)。在教學實施過程中，主要存在以下幾個問題。

表1 環境科學專業實踐性教學進程表

(一)實習環節孤立欠銜接

原人才培養方案中各門課程實習地點和內容均由各課程實習指導老師確定，如“環境質量評價”實習主要針對某一建設類項目(如房地產項目)進行環境影響評價，僅限于校園內利用網絡資源進行相關資料的收集和匯總分析，并撰寫環境質量評價報告(表)，學生實踐創新能力不能得到很好的鍛煉和提升；“環境規劃學”以校園周邊的村莊為實習基地進行村級環境規劃，主要靠查閱文獻進行規劃設計，設計基礎與實際情況存在一定的偏差；而“環境工程學”實習點雖選擇保定市銀定莊污水處理廠作為校外實習地點，但由于客觀原因，主要是典型城市生活污水工藝流程的認知實習，要求學生能進行流程中主要構筑物的初步設計計算，并不能將整個工藝流程有機聯系起來，解決實際問題的能力還不能得到充分的訓練。另外，實習內容的時間分配上，原人才培養方案中各門課程實習均安排在課程講授結束以后，由于方案中上述課程均安排在不同學期或同學期的不同時段，故實習均為分散進行(表1)，這就導致了各課程實習內容之間的銜接性和聯系性較差，限制了學生系統解決問題的專業思維模式的培養。如對環境質量現狀評價是環境規劃的基礎，為了達到環境規劃目標也需要設計對應的污染治理工程，原有教學方案分散實習模式割裂了多課程內容之間的聯系，無法形成科學、系統的實踐教學體系。

(二)實習項目單一欠豐富

隨著經濟社會的不斷發展，環保部門及相關企事業單位對于人才能力的要求不斷提高，尤其是在實際具體工作中的實踐能力。原教學計劃中，4門課程實習內容單一，系統性差，如“環境質量評價”課程實習中，主要以學生查閱相關資料為主，同時輔以專業環境影響評價工程師案例講座、指導教師適時指導，雖然學生掌握了環境質量評價的基本程序、內容和重難點，但在對實際環評工作中環境質量評價從立項到審批的工作流程如何，涉及到的責任方都是誰，相互之間如何溝通，如何進行現場踏勘等問題，還是不能充分了解和掌握，實踐能力得不到很好的鍛煉。再如“環境工程學”，學生通過參觀保定市銀定莊污水處理廠和以垃圾填埋處理為主的保定市無害化中心，可對當前城市污水處理工藝及垃圾填埋流程形成直觀認識，并初步了解工藝流程設計過程。然而隨著經濟的快速發展，環境問題復合化趨勢明顯，污染治理標準和技術不斷提高，工藝方向也發生了明顯改變，如十幾年前我國主要以垃圾填埋作為生活垃圾無害化處理工藝，但隨著生活垃圾的快速增長，填埋場占地問題突出，造成選址困難，導致在中東部土地資源緊張地區，垃圾焚燒發電廠數量呈現井噴式增長。垃圾焚燒工藝是包括了垃圾焚燒發電和焚燒煙氣凈化的綜合工藝流程，代表了我國垃圾處理技術的前沿，但由于時間和條件等客觀原因，原教學方案中未能安排這一工藝的實習內容。

(三)實習基地分散欠統一

實習基地是實習順利開展的重要保障。對于環境科學專業的學生，基于專業要求和特點，沒有必要像環境工程專業一樣利用大量時間安排學生到多個實習基地進行實習或專業課程設計。因此，在有限的實習時間內，選擇有代表性、典型性的實習基地，滿足學生專業需要尤為重要[10,11]。環境科學專業學生之所以要對各種污染處理工藝進行了解，是為后續的環境規劃、環境管理工作打下基礎，如在環境規劃中需要通過采用一定的水污染治理工程技術才能達到預期水環境規劃目標，這就需要對水處理工藝的選擇、工程技術經濟、技術可行性等有充分的了解。因此，原有實習基地也主要以環境工程為主，如污水處理廠、垃圾填埋場等，其他如環境監測、環境評價和環境規劃課程等沒有適宜的校外實習基地。另外，現有的實習基地更多涉及的是認知方面，具體的實踐和操作等鍛煉基地還有待進一步拓展。

(四)實習內容平淡少特色

2014年的全國農業工作會議提出了農業面源污染“一控兩減三基本”的防治目標，其中“三基本”即基本實現秸稈、畜禽糞便和農膜的資源化。河北農業大學作為農業院校，建校118年來，一直秉承“農業教育非實習不能得真諦，非試驗不能探精微，實習試驗二者不可偏廢”的辦學理念，開創了享譽全國的“太行山道路”，涌現出了以李保國教授為代表的一批扎根基層、服務“三農”的知名專家教授，成為高等教育的一面旗幟。同時，堅持“太行山道路”，弘揚“太行山精神”，實現育人、興校、富民目標成為學校的矢志追求。

基于學校農業背景，環境科學專業培養出的學生要既掌握所規定的專業必需的知識和能力，達到環境科學專業的共性要求，又可在農村環境保護中發揮自己的特長，才能提高其就業競爭力。在保證專業學科內涵要求的基礎上，結合專業建設需要，環境科學專業實習應突出農業環境特色。而原實習方案中，實習點的選擇與“農”字關系不緊密，內容上很少涉及農業肥料、農藥等等面源污染問題，農業廢棄物資源化利用、農村生活污水和垃圾處理、農村環境評價與規劃等在原實習計劃中涉及不多，對于可服務于農村或小城鎮的應用型環境科學專業人才培養的支撐力度不夠。

綜上，“環境監測”“環境影響評價”“環境工程學”和“環境規劃學”作為本校環境科學專業培養計劃中4門重要的專業核心課程，其課程實習的實習時間、地點(實習基地)相對分散，實習項目和實習內容相對單一且缺乏銜接，特色欠缺，不利于學生通過課程實習從整體上把握專業內容，也不利于學生綜合實踐能力和系統思維能力的培養，因此，經授課教師討論，將4門課程組成課程組，開展了以專業知識融合為目的的課程實習改革(圖1)。

圖1 改革前后課程實習主要任務和培養目標對比

二、課程教學實習創新性改革

(一)實習內容體系的優化與改進

為了強化專業核心課程內容之間的聯系，培養學生系統思維能力及宏觀思想，圍繞農村環境開展4門課程的實習內容優化。

首先，第1周進行“環境監測”課程實習，以保定市周邊20個村莊為實習地點，5～6個學生為一組，每組分配1個村莊開展環境監測實習。要求學生對所分配的村莊以土壤、水、大氣、噪聲為模塊自主設計環境監測方案，包括采樣點布設、樣品采集、保存運輸、樣品前處理、樣品分析測定等全過程并實施，改原有以驗證性實驗為主的教學模式為設計性、綜合性教學實習模式。

以學生創新能力培養為重點，遵循“研究性學習”教學理念，布置綜合性或設計性實驗監測任務，共設計了土壤、生活污水、大氣、噪聲監測以及農產品污染監測5大監測模塊。學生以小組為單位，從5個模塊中自主選擇1個模塊，通過查閱相關資料并進行組內討論后，制定初步監測設計方案并以PPT形式進行匯報，經指導教師提問、論證后，各小組完善環境監測方案并完成監測任務，最后將獲得的數據進行匯總、整理和分析，得出結論，形成環境監測實習成果報告并以PPT形式匯報。在實習過程中，教師對監測方案可行性、監測相關方法、數據處理方面給予適時適度引導，讓學生充分認識到環境監測過程的整體性、綜合性及系統性。學生是學習的主體，獨立完成樣品采集、前處理、分析測試、數據處理及分析等全流程的監測工作，由此使學生對采樣點布設、樣品采集與保存運輸、樣品前處理、分析測定、質量控制以及數據處理等監測工作的全過程進行梳理歸類，查閱文獻、分析資料的能力、實踐能力、創新能力、團隊協作能力得到提升。通過實習報告撰寫、PPT制作及匯報，學生對知識的融會貫通能力、概括分析能力、語言表達能力也得到了充分鍛煉。教師的引導作用以及“教”與“學”的互動性得到了充分的體現。

第2周進入“環境影響評價”課程實習。學生在分析總結環境監測數據的基礎上，進一步對農村區域土壤、水、大氣環境進行現狀評價，在所實習村莊開展適宜建設項目的影響評價，提出主要環境問題的防治措施。在此過程中，創新性地提出“情景模擬+角色扮演”環節，在以往PPT匯報的基礎上，要求學生以項目小組(5～6人組成)形式，自主設計環境影響評價情境，扮演環評工作中所涉及到的建設單位、環評公司和政府環保部門等各方人員，模擬實際真正環評整個流程和程序，進行匯報演出，并由企業專職環評工程師或技術人員現場點評。另外，輔以一線環評技術人員選定適宜環境影響評價建設類項目，進行現場踏勘培訓與實地指導，組織學生參觀環評公司，跟蹤環評流程，改原有以室內課程設計為主的教學模式為室內課程設計與情景模擬、現場實習相結合的綜合教學實習模式。

第3周開展“環境工程學”課程實習，組織學生到保定市銀定莊(或西魯崗)污水處理廠及中節能(保定)環保能源有限公司參觀實習。通過實習，學生對污水處理工藝流程、垃圾焚燒工藝及垃圾焚燒煙氣處理和滲濾液處理工藝流程、設備、運行參數等有了直觀且深刻的認識。通過工程師講解，拓展了學生進行廢水及垃圾處理工藝設計的思路。基于“環境監測”實習中獲取的生活污水水質、水量及生活垃圾產生量及組成特性等數據，以及“環境影響評價”實習獲取的村莊環境現狀數據，學生提出污染治理技術方案，并在教師指導下，完成農村生活污水或垃圾處理工藝流程設計、造價及運行費用估算，分析工藝運行后可達到的污染物減排效果，為判斷后續環境規劃指標的完成與否提供依據。通過認知實習及后續設計計算，學生將課上掌握的專業技術知識和實驗技能與生產實際進行比較驗證和思考，專業素養和實踐能力迅速提升。

第4周為“環境規劃學”課程實習。學生根據前3周的監測、評價和污染治理工藝設計結果，明確實習調查點的主要環境問題，提出環保目標及擬采取的環境工程措施，對農村區域進行功能區劃，優選出技術可行、經濟合理的環境保護措施，完成農村環境規劃報告，從而提高了學生的科學思維及知識集成能力。

另外，2017年新培養方案中，改變以往“環境監測”“環境影響評價”“環境規劃學”和“環境工程學”4門專業核心課程不同學期、不同實習點單獨實習訓練的方式，選擇校園周邊村莊為實習點，實習環節圍繞村莊環境進行設計，有機整合4門課程的實習內容，形成了“監測-評價-污染治理工藝設計-規劃方案制定”全面、具體、一體化的專業實習訓練體系(表2)。同時實習安排在講授課程全部結束以后，集中于第7學期連續進行，歷時4周，由此保證了課程實習在時間上和內容上的連續性和銜接性。

表2 改革后課程實習安排及主要任務

(二)實習教學基地的更新與完善

生活垃圾焚燒處理反映了當前垃圾處理工藝的前沿，改革后的教學計劃實習點中增加了中節能(保定)環保能源有限公司，該公司主要對保定市區生活垃圾進行焚燒無害化處理，后期也將建成餐余垃圾資源化處理生產線。此外，針對農業院校特色，新實習方案中還增加了某有機肥公司作為實習基地，該公司主要對秸稈、農膜等廢棄物進行資源化利用，建有完整的以秸稈和畜禽糞污為主要原料的有機肥生產線、以尾菜為主要原料的液肥生產線、農膜回收生產線等多條農業有機廢棄物資源化生產線。除此之外，為拓展實習面，專業在已有的實習基地的基礎上，將進一步與環境保護相關部門加強聯系，定期向這些單位輸送學生進行專業技術實習，讓學生親身體驗專業崗位工作，將課堂理論知識融于實踐，了解專業實際需求及自身的不足，明確學習目的，激發學習動力，為進入專業工作崗位奠定了一定的理論和技術基礎，同時還可增加學生的潛在就業機會，實現“雙贏”。

1.校企共建認知實習基地的確立。依托課程組任課教師與相關企業的緊密關系以及校友資源，在保定市及周邊地區建立了包括保定市銀定莊污水處理廠、保定市無害化處理中心、中節能(保定)環保能源有限公司、河北欣玖環保科技有限公司、廊坊市大耕源肥業有限公司、河北潤沃生物技術有限公司等6家校企共建集中式實習基地。

2.利用科研資源建立研究實踐一體化實習基地。依托本校的研究機構承擔的國家、地方等重大科研項目及應用研究項目，充分利用這些資源進行實習基地的建設。目前，建設的研究實踐一體化實習基地主要有華北作物改良與調控國家重點實驗室、河北省農田環境重點實驗室、邸洪杰土壤與環境實驗室等3個。

通過增加實習基地，豐富了實習內容，使學生從更多角度、更多層面了解環境科學專業前沿的污染治理及廢棄物資源化方法，有利于開闊學生眼界，激發創新思維和探索精神。

(三)實習教學方法的重塑與轉變

首先，采用“走出去，請進來”相結合的方式。“走出去”是到校外實習基地進行現場實習，由工程師等技術人員講解實習內容，使學生對污染治理或廢棄物資源化利用的工藝流程有了直觀認識；統一講解結束后安排學生與實習單位技術人員座談，雙向互動，培養了學生積極思考能力及專業思維能力。“請進來”是邀請本行業的專家或工程技術人員進行相關的學術講座、實習指導和成果點評，進一步補充學生的專業知識，提升學生的專業素養。

其次，采用“任務式”實習教學方法。教師把實習任務安排到小組，由小組自行決定任務分工，如“環境監測”實習任務是要求學生通過監測獲取調查點的污水排放及成分等相關數據，學生會根據課上的理論知識進行采樣點布設、樣品采集并對樣品進行分析測定，而教師則是在實習各關鍵階段給予學生必要的指導，由此可充分發揮學生的主觀能動性。學生只有通過主動思考、積極研討并認真操作或執行才能完成實習任務。實習任務結束后，各組制作PPT并抽簽確定小組代表進行講解展示，由此鍛煉了學生的團隊協作能力、概括分析能力及表達能力；每組學生也通過對比本組和其他組的實習過程及結果，進一步對實習內容進行了梳理和系統化。

三、改革實施效果

實習結束后，通過課程相關教師與實習學生的座談可知，學生普遍認為改革后的實習模式時間緊湊、內容豐富，且強化了課程內容之間的邏輯關系。而在實習成績方面，改革后的學生實習成績評判較往年提高5%以上。具體實施效果主要體現在以下3方面。

(一)提高了學生自主學習和創新能力

在新人才培養方案的綜合實習中，環境監測實習為后續3門課程實習提供了重要的數據支撐，使得學生對于環境監測數據的科學性和準確性更為重視，自主學習能力大幅提高；另外，學生圍繞選題自主設計方案，輔以實習教師指導，明顯提升了學生的創新能力。

(二)提升了學生對多門課程內容的融會貫通能力

綜合實習涉及4門環境科學專業核心課程，通過這種4周連排、內容銜接的實習模式，學生在明確各門課程知識點的基礎上，建立了4門課程內容之間的聯系，更好地提升了學生對于環境科學專業知識的理解及融會貫通能力。

(三)增強了學生“監測-評價-工程治理-規劃管理”的綜合實踐技能

本次改革，使學生系統回顧了環境科學與管理方面的基本理論和基本知識，接受了環境監測、環境影響評價、環境污染與防治、環境規劃等方面的專業訓練，增強了環境監測、環境評價與規劃、環境工程設計與治理等綜合實踐技能。基于本實習改革，課程組老師編寫了環境科學專業綜合實習指南1冊，發表教研論文1篇，申請校級創新創業專項課題1項，進入工作崗位或考取研究生的畢業生職業適應能力提升明顯。

四、結語

通過對環境科學專業課程實習進行基于知識融合的改革，將“環境監測”“環境工程”“環境影響評價”和“環境規劃學”4門課程的實習內容有機聯系起來，強化了學生的環境科學理論基礎，培樹了學生的環境科學觀，鍛煉了學生的思辨能力和環境科學技術的應用創新能力。具體而言，既強化了學生對環境科學基本理論和基本知識的認知，又培養了學生污染物監測與分析、環境影響評價、環境規劃和管理的初步能力，還訓練了學生大氣、水、固體廢棄物污染防治的基本原理和工藝流程設計的能力，大幅提高了學生的學習積極性和主動性，全面提升了學生的觀察能力、實踐能力、創新能力及團隊協作能力等綜合素質。下一步，課程組將進一步開展研討和實地勘察，對4門課程的實習項目進一步整合，優化實習內容設計，提升實習基地對實習項目和內容的支撐力，同時加強年度間實習數據的比較分析和信息反饋，修正偏差，繼續從專業知識、實踐能力和綜合素質培養等3方面提升實習效果。

本改革將環境科學專業人才培養方案中的4門主要核心課程聯合起來，以課程組為單位集中開展課程教學實習改革實踐，該模式可為兄弟院校教學實習的思路拓展提供借鑒和參考。各院校可以根據自己院校環境科學專業課程實習體系設置、實習基地情況等，確定課程群實習內容，整合出既具本校特色又能實現課程內容銜接融合的綜合實習體系。