工程教育認證背景下地方高校環境工程專業實踐教學體系改革

周香君，王湖坤，馬 嘯，吳宏濤，王 楷

(湖北師范大學 城市與環境學院，湖北 黃石 435002)

0 引言

自我國加入《華盛頓協議》以來，以學生為中心、成果導向和持續改進的工程教育理念被迅速融入貫穿到人才培養體系的全過程建設中。工程教育專業認證的培養目標圍繞培養學生解決復雜工程問題能力展開，而實踐教學是解決復雜工程問題的重要支撐[1]。環境工程作為一門跨學科范圍廣、實踐性和綜合性強的工程學科，在我國起步較晚，但發展迅速。截止2021年，全國共有76所高校環境工程專業通過了工程教育專業認證。《工程教育專業認證標準解讀及使用指南(2020版)》要求設置完善的實踐教學體系，并與企業合作開展實習、實訓，培養學生的實踐能力、創新能力、工程意識、協作精神及綜合運用所學知識解決實際問題的能力，對環境類專業標準補充中重點提出“在實踐教學環節中受到足夠的專業實踐訓練”[2]。

湖北師范大學環境工程專業(以下簡稱“本專業”)開設于2000年，是湖北省一流本科建設專業、省級專業綜合改革試點專業、省資源環境特色優勢學科群主干專業。在人才培養方面，本專業已獲批荊楚卓越工程師協同育人計劃和湖北省戰略性新興(支柱)產業人才培養計劃。在實踐教學方面，本專業擁有省級實習實訓基地(大冶有色金屬集團控股有限公司實習實訓基地)，四個中心(國家環境保護工業污染地及地下水修復工程技術中心(黃石基地)、湖北省環境土壤樣品制備與流轉(黃石)中心、省級清潔生產中心、黃石市土壤污染防治技術中心)，省級虛擬仿真實驗教學項目(紫外分光光度計測定環境水樣中磷含量虛擬仿真實驗)以及黃石市土壤污染防治重點實驗室。本專業結合鄂東南地區環境領域人才需求，著重強化實踐教學環節，通過實驗、實習、實訓和設計等環節支持學生掌握解決復雜工程問題的能力。

1 地方本科院校環境工程專業實踐教學現狀分析

1.1 課程實驗偏向驗證，綜合設計型實驗比重少

環境工程專業課程實驗包含四大基礎化學實驗、大學物理實驗、電子電工實驗等基礎實驗課程群，環境監測實驗、環境化學實驗、環境工程原理實驗和環境工程微生物實驗等專業實驗課程群，以及“水、氣、固”污染控制工程及物理性污染控制工程實驗等專業應用型實驗課程群。大部分實驗偏重于對課堂內容的驗證，根據實驗教材按部就班完成實驗操作，缺乏對學生自主創新能力的培養。

1.2 實驗手段和儀器更新慢，與社會需求脫節

近年來，生態文明建設和環境保護產業從播種時代進入深耕時代，環境工程領域涉及到的概念、環境指標、儀器設備、技術方法等更新速度飛快，例如“大氣懸浮顆粒物”被“PM2.5”全面替代，“三廢污染治理”逐漸向“生態修復”理念轉變，等等[3]。而地方本科院校由于實驗場地、經費等條件有限，實驗設備更新緩慢，導致學校教授內容嚴重滯后于社會應用，學生掌握的知識不能滿足當前社會需求。

1.3 短期企業實習中學生難以接觸工程實際

環境工程專業實習單位包括城市污水處理廠、市生態環境局、環境檢測公司、固體廢物處理處置相關公司，但普遍存在安全系數低限制學生參與度的問題[4]。在安全第一的原則下，學生在實習過程中缺乏幫助企業解決復雜工程問題的機會，導致短期企業實習對工程實踐能力、創新能力和職業素養等方面的鍛煉與提升較為有限。

1.4 畢業設計(論文)選題單一，難度系數低

畢業設計(論文)實踐教學環節主要培養學生綜合運用環境工程專業基礎理論和工程實踐能力，進而解決實際復雜工程問題的能力。工程教育認證對畢業設計(論文)要求“畢業設計(論文)選題要結合本專業的工程實際問題，培養學生的工程意識、協作精神以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力。對畢業設計(論文)的指導和考核有企業或行業專家參與”。而當前地方院校生師比較高，本科畢業設計大多是一對多的非精準指導方式，部分設計題目類型相似、陳舊甚至脫離實際[5]。且部分學生在極短時間內突擊完成畢業設計(論文)，導致畢業設計(論文)欠缺創新性和深度。

2 環境工程專業實踐教學體系建設舉措

2.1 優化實踐教學體系

工程教育專業認證的核心價值在于推動教學變革，提升人才培養質量，著重培養學生解決復雜工程問題的能力。一方面，環境工程專業實踐教學體系建設融入以學生為中心、成果導向和持續改進的工程教育理念，全過程貫穿課程實驗、課程設計、實習實訓和科研創新訓練，覆蓋認知型、操作型、工程型和創新型實踐方式，分階段分目標逐步提高學生解決復雜工程問題的能力[6]。另一方面，專業認證標準中針對“3.5使用現代工具”提出“能夠選擇與使用恰當的儀器、信息資源、工程工具和專業模擬軟件，對復雜工程問題進行分析、計算與設計”。本專業將虛擬仿真技術引入實踐教學，打破原有實踐等于動手的傳統理念，將虛擬實踐與實體實踐有機結合，通過開發虛擬仿真模塊，構建虛擬實踐教學系統和平臺(見圖1)，健全實踐考核評價體系和實踐教學支撐體系，貫徹“能實不虛、以虛補實、虛實結合”的原則，通過激發學生主觀能動性，培養學生解決實際工程問題的能力。

圖1 環境工程專業實踐教學體系

學生前期實踐包含專業基礎實驗、金工實習和專業見習、大學生科研項目、創新創業訓練競賽等，其中通過無機化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、分析化學實驗、大學物理實驗、電工技術實驗、環境工程微生物、環境工程原理實驗等基本操作型實驗，強化鞏固專業基礎理論知識，結合金工實習、專業見習增強對環境工程專業和工程問題的認知，借助科研立項和創新創業訓練，激發學生自主學習的興趣，全過程鍛煉學生自主解決問題能力。中期實踐包括專業實驗、課程設計、生產實習和學科競賽，專業實驗操作逐步向工程應用過渡，包括環境監測實驗、工程流體力學實驗、水污染控制工程實驗、大氣污染控制工程實驗、固體廢物處理處置實驗以及環境綜合設計實驗，學生從解決問題逐步過渡到解決復雜工程問題，課程設計主要覆蓋“水、氣、固”三大核心課程，學生通過自主完成國家政策、污染現狀、方案比選、工藝設計、管網建設、環境影響評價、投資估算、保障措施，全方位解決復雜環境工程問題。生產實習主要通過頂崗實習，到企(事)業單位完成具體任務，深入解決工程問題。而畢業實習則由學生結合就業意向，自主選擇企(事)業單位針對性頂崗實踐鍛煉，實現就業過渡。

2.2 設計實踐教學內容

成果導向教育是工程教育專業認證的核心理念之一。傳統的實踐課程設置主要基于知識系統的完整性，而專業認證要求構建產出導向的實踐教學體系。實驗、設計、實習等各實踐環節都應符合“創新驅動發展”的時代要求。在課程實驗環節中，基礎實驗需與專業實驗有機結合，前后呼應。例如無機化學實驗和分析化學實驗是環境監測實驗的基礎，而有機化學在環境工程應用中相對較少，因此適當縮減了有機化學實驗學時，增加了分析化學實驗學時。專業實驗內容和分析手段需實時更新，與企業專業工程師溝通確定開設的實驗內容和操作方法。在課程設計、畢業設計和科技創新環節中，提高應用型課題比例，邀請企業工程師參與指導學生完成設計和科研項目。在實習實訓環節中，通過金工實習、專業見習、生產實習和畢業實習逐步深入，并開發污水處理廠、生態環境局、固體廢物處理處置和環境檢測相關企業作為實習基地，針對性培養學生工程能力。

2.3 創新實踐教學方法

互聯網高速發展帶來的教育信息化，促進了傳統課堂教學效果的顯著提升，也有利于實踐教學質量的提高。針對當前地方本科院校環境工程專業實驗教學中普遍存在的安全系數低、實踐教學體系單一、實驗手段和儀器與社會脫節、實驗場地經費等條件限制學生參與度等問題，我校環境工程專業充分利用現代化信息技術，建設“紫外分光光度計測定環境水樣中磷含量虛擬仿真實驗”獲批省級虛擬仿真實驗教學項目和“基于虛擬仿真技術的環境工程實驗創新平臺與資源建設”獲批教育部產學合作協同育人項目。將虛擬仿真技術融入環境工程實踐教學體系，搭建嵌入式實驗場景，一方面保證實踐模塊的科學性、時效性和多樣化，與社會接軌，另一方面激發學生學習的積極性和靈活性，提升學生解決復雜工程問題的能力，增強學生實踐創新能力和社會適應性。

2.4 促進學科競賽

環境工程以解決復雜環境問題為出發點，是一門綜合交叉型、應用性強的工科專業。學生根據各自興趣和職業規劃組建團隊，在導師指導下，通過查閱文獻、設計方案、自主探究、分析實驗結果等環節，設計解決環境污染問題的工藝方案，參加學科競賽。在此過程中，“以賽促學”，激發學生積極解決問題的主觀能動性，突出學以致用的理念，促進學生解決環境工程問題的綜合能力提升[7]。我校環境工程專業學生基于重金屬污染土壤的修復技術、室內甲醛吸附、工業廢氣處理、溫室氣體排放、碳達峰碳中和對策等相關研究，在全國大學生環境生態科技創新大賽、“挑戰杯”“互聯網+”、創新創業實踐等競賽中多次獲獎，全面鍛煉了學生解決實際問題的能力。學生通過參加學科競賽，鍛煉和養成創新思維，提高學習積極性和主動性，并逐步成長為較強學習能力、協作精神和學風優良的群體，在畢業論文環節中不再滿足于單一的選題，能夠逐漸通過自主創新獨立完成畢業論文。

3 建立健全實踐教學保障體系

3.1 實踐教學基地

針對短期企業實習，學生難以接觸工程實際的現狀問題，通過積極與企業對接建設長期穩定的實習基地，了解企業對人才的基本能力要求和需求，利用校內實踐活動提前進行針對性培養。通過調研鄂東南地區產業對環保人才的需求現狀，選擇黃石市環境保護局、黃石環境監測站、大冶有色金屬集團控股有限公司、黃石市環投污水處理有限責任公司等企事業單位和政府部門等，建設相對穩定的高水平實習基地；同時，積極與海南天鴻市政股份有限公司、光大綠色環保固廢處置(黃石)有限公司、瀚藍(黃石)固廢處理有限公司等上市公司建立校企合作人才培養基地；依托國家環境保護工業污染地及地下水修復工程技術中心(黃石基地)、湖北省環境土壤樣品制備與流轉(黃石)中心、湖北省清潔生產中心、黃石市土壤污染防治技術中心、黃石市土壤污染重點實驗室，教學型實驗室與科研型實驗室對學生全面開放，共同承擔基礎實驗和創新性實驗；建成了宜昌環境生態工程野外實習基地，打造“實驗室——實習基地——野外實習”的三元實踐教學平臺。

3.2 師資隊伍

建立高水平創新型師資隊伍是人才培養的基礎。作為地方應用型本科院校，我校環境工程專業作為荊楚卓越工程師協同育人計劃和湖北省戰略性新興(支柱)產業人才培養計劃單位，注重“雙師雙能型”師資隊伍的建設。通過師資培訓、訪學進修、掛職鍛煉等措施，提高實踐教學隊伍實踐能力。對教師進行現代化教學手段的培訓，要求所有專業教師能夠掌握現代化教學手段開展教學，提高實踐教學隊伍信息化水平；實行青年教師導師制，安排經驗豐富、能力突出的中老年教師指導年輕教師，通過指導備課、互聽講課、傳授經驗等方向提升教學水平，站穩講臺；從國內知名高校、地市環保局、監測站、設計/研究院所、大型企業、環保公司聘請“客座教授”到校授課、講座；專業任課教師參加國家環保部清潔生產審核中心舉辦的清潔生產審核師培訓班并獲得清潔生產資格證；每年選派2～3名教師為重點環保企業提供科技服務，解決企業發展過程中存在的技術難題。通過提高教師實踐教學的素質，有利于幫助學生操作過程中加深對原理的理解，將生產最新技術引入教學，同時促進學生轉化更多的實踐經驗，從而有效提升實踐教學效果。

3.3 考評機制

在強化“雙一流”建設和創新創業與卓越人才培養的大背景下，傳統的教學常規管理模式亟待創新。專業認證標準1.3要求“對學生整個學習過程中的表現進行跟蹤與評估，并通過形成性評價保證學生畢業時達到畢業要求”，即根據評價有針對性改進教學，以提升教學效果。本專業貫徹持續改進的工程教育理念，完善成果檢驗機制，針對不同的實踐內容，靈活自主采用多種形式，對學生的理論基礎、基本技能以及分析解決問題能力等進行綜合考核，建設教學目標、教學資源、教學過程和教學效果全面覆蓋的教學質量評價體系，形成評價-反饋-改進的良性循環[8]。實踐效果檢驗可通過校內校外結合，其中校內檢驗通過學生參加創新創業項目、大學生科研項目、發表科研論文、申請專利及畢業論文完成質量等實踐創新過程中的產出達到評價目的。校外通過實習單位和工作單位對學生滿意度、畢業生質量反饋等路徑檢驗。

4 結語

隨著工程教育認證的快速推進和生態環境行業的迅猛發展，地方應用型高校環境工程專業本科教育實踐教學體系應不斷調整優化。我校環境工程專業通過構建線上線下結合的實踐教學體系，合理設計實踐教學內容，創新實踐教學手段和方法，多途徑鼓勵學生參加學科競賽，不僅為培養高素質高水平環境工程專業人才提供有力支撐，也為地方院校環境工程專業實踐教學體系提供借鑒與參考。