工程教育認證下《環境監測》教學模式探索*

趙竹子, 葉招蓮, 馬帥帥, 周文鱗

工程教育專業認證是與工程技術行業有關協會聯合工程教育者, 對工程技術領域相關專業的高等教育質量進行控制, 從而保證工程技術行業的從業人員達到相應教育要求的過程[1]。我國的工程教育認證始于2006 年, 并與當年成立全國工程教育專業認證專家委員會, 標志著我國工程教育認證制度建設進入新階段[2]。 與傳統學科相比, 環境工程專業具有基礎口徑寬、 方向分散和教師工程經驗缺乏等特點[2]; 同時, 環境專業是一門涵蓋化學、 生物學、 氣象學、 規劃管理學等多學科相關的交叉學科, 不同學科之間的交叉盡管擴寬了學生的專業視野, 但有限的學時數也使得課程設置在深度上無法與母學科相比; 以上原因限制了學生在該方向上應用能力的深入培養, 導致環境專業學生實踐能力不足, 因此難以滿足當今企業的用人要求。

在社會需求的背景下, 以工程教育認證為契機, 環境專業課程的教學改革探索顯得尤為重要。 為建設更合理的環境工程專業教育體系, 自2007 年開始, 我國不同高等學校的環境工程專業都積極參與到環境工程專業認證的工作中, 環境專業本科教育和課程改革自此不斷推進[3]。 環境監測是環境科學與工程類專業的專業基礎課程, 其目標是讓學生能夠應用環境監測的基礎專業理論知識, 具備編制污染源監測方案、 識別關鍵污染物、 掌握污染物指標采樣與分析、 數據處理和結果表示等實際能力, 具有基礎性、 綜合性和應用性強的特點[4]。 本文從教學實踐出發, 針對環境監測課程教學模式進行思考和探索, 提出了工程教育認證背景下課程的改進方向與措施, 推動該課程教學方式改革, 以期培養出更多合格的環境監測專業技術人才, 從而適應社會及行業的發展。

1 《環境監測》教學現狀及存在問題分析

1.1 教學體系構建不恰當

環境監測課程教學內容廣泛, 涵蓋水、 氣、 固廢、 土壤、物理性污染等多種環境要素的監測、 分析、 質量控制與保證等基本理論和基礎方法的學習, 還包括對環境監測方法的實操、實踐和運用等實驗課程。 一方面, 在教學過程中, 若任課教師追求面面俱到, 全面講述課程內容, 籠統的將課本上的知識點講述給學生, 將導致學生無法從宏觀層面把握課程體系、 “學了后面忘記前面”, 難以形成知識網絡, 對知識點無法做到融會貫通[5]; 另一方面, 若一味追求某一知識點的深度, 又會影響整體教學進度, 導致學生對知識掌握不全面。 任課教師如何在有限的課時內, 既保證學生扎實掌握課程理論知識, 又能將理論知識點靈活運用, 并運用到后續實踐中是頗具難度和挑戰性的, 因此, 把握好教學方向和深度, 構建恰當的教學體系非常重要。

1.2 部分教學內容陳舊

教材作為教學內容的主要載體, 國內多數高校采用奚旦立先生主編的《環境監測 第五版》作為教材, 其內容全面、 完整,經過了多次修訂再版, 已經融入了近年新標準, 然而教材由于出版周期長, 更新仍具有一定的滯后性。 以大氣環境監測為例, 近10 年是我國大氣環境在線監測高速發展時期, 2012 年至2014 年, 環保部組織分三個階段完成了在全國338 個地級及以上城市的空氣質量六要素開展監測工作, 形成大氣環境質量全國監測網絡; 又如環保部于2018 年1 月印發了《2018 年重點地區環境空氣揮發性有機物監測方案》, 要求對污染較重的京津冀及周邊、 長三角、 珠三角、 成渝、 關中地區等開展VOCs監測, 有條件的城市可進行自動監測, 越來越多的監測新技術與新標準得到應用, 而這些內容均無法實時更新至教材中, 因此, 單純依賴教材的教學方法已不能完全反映環境監測方法和技術的進步, 需要在每年的教學實踐中予以重點關注并即時更新。

1.3 教學理念落后、 教學模式單調

環境監測理論知識部分與多門學科都有著交叉和滲透, 要求學生具備一定的化學、 物理和生物知識基礎, 教學內容繁雜, 部分高校任課教師沒有及時更新和完善教材與教法, 采用傳統課堂講授與多媒體教學相結合的教學方法, 盡管能讓學生在短時間內獲得大量基礎知識, 但由于學生的專業知識儲備積累度不足, 易導致學生難以及時消化課堂講述的理論知識, 更談不上如何去運用理論知識去解決實際問題; 其次, 對知識點進行“滿堂灌” 的教學方法, 難以激發學生的主動學習興趣,學生缺乏獨立思考問題的機會; 最后, 任課教師若不能準確認識到教學培養目標是以提高學生的應用能力為主向, 不能充分的結合環境工程專業特色, 只是單一的將其他學科的教學模式機械化的照搬到環境監測理論和實踐課程的教學工作當中, 沒有與多學科進行良好的交叉滲透, 長此以往其教學水平不能進行有效的提升, 也無法滿足新背景下大學生的學習需求, 必然造成教學效果不理想。

實驗教學是環境監測課程教學的重要環節。 現階段開展的實驗教學模式是學生根據已有的實驗講義開展實驗操作, 教師講解知識點、 并演示操作步驟, 學生簡單重復實驗步驟, 部分學生參與度低, 缺乏主動思考和探索, 對于實驗設計、 思路和原理等掌握不牢固, 實驗操作過于程序化, 對實驗結果也僅僅是數據記錄, 而缺乏對數據的深入分析討論[5-6]。 如此實驗教學仿佛獨立于理論教學存在, 筆者在教學過程中發現學生甚至無法將實驗內容與理論知識點進行一一關聯, 這種實驗和理論教學一定程度的脫節必然無法鍛煉學生對知識點的應用能力和探索精神。

落后的教學理念、 單調的教學過程無法真正鍛煉學生的實踐能力、 綜合知識應用能力, 也就不能培養出當前社會所需求的環境監測應用技術型專業人才。

1.4 評價方法單一

教學評價是教學的重要組成部分, 是促進學生主動學習、提升教學質量的有效手段[7]。 傳統的教學評價只針對學生課程考核, 理論課程成績評定通常采用平時成績(包括出勤、 課堂參與度、 平時作業)+期末考試成績的綜合評定方式, 過程性評價較少, 該方式重理論和知識的記憶, 較為片面, 無法真正評估學生對知識的應用水平。 這種考核方式不利于學生綜合素質的培養, 易養成學生平時不認真學, 臨近期末考試突擊復習、死記硬背的陋習。

綜上, 《環境監測》課程教學過程中存在的主要問題是傳統授課模式培養學生的能力與專業培養目標相脫節, 對學生要求僅停留在對知識點的記憶層面, 對于如何引導學生應用課程內容與實際環境監測工作相關聯做得遠遠不夠[8], 這也是當前組織環境監測教學改革的重點。

2 工程認證教育背景下環境監測課程教學改革措施

我國工程教育認證制度主要著眼于提高學生設計和解決實際復雜工程問題的能力, 并且以培養高等工程技術人才作為目標[9]。 從該角度出發, 不同高校的環境監測課程應根據當今社會需求并結合學校定位, 定位課程目標、 明確課程培養特色,對知識點有所取舍和側重, 同時, 任課教師應轉變教學理念,及時更新知識機構和授課內容, 構建多方位的考核體系。

2.1 課程目標定位

不同學校對同一門課程的目標定位略有差異, 不同學校的背景下, 其環境工程專業培養的特色也應有所不同[2]。 通過與學校強勢學科的交叉, 可有效提高學生在相關環境工程應用領域的競爭力, 如中國石油大學(北京)的環境工程專業培養目標為: 以適應國家能源與環境戰略需求為導向……能夠在相關領域(特別是石油、 石化和化工企業)從事環境監測、 環保管理和規劃……以及科學研究等工作的優秀專門人才和創新人才[10],可見中國石油大學(北京)的環境監測課程則側重于石油相關化工企業的監測知識傳授與相關能力培養; 除此之外, 地方院校作為培養服務地方經濟社會發展的應用型人才的中堅力量, 除考慮與學校強勢學科交叉外, 還應考慮到服務于地方的專業定位, 如東莞理工學院的環境監測課程目標則是針對粵港澳大灣區流域污染特點及東莞產業生產現狀提出[11]。

本校環境工程專業隸屬化學與環境工程學院, 在應用化學、 化工專業基礎上發展而來, 因此, 可扎實學生化學化工基礎知識、 基本理論和技能, 針對長三角區域化工企業(如紡織行業、 生物制藥、 新材料、 鋰電池制造等)、 環保領域企業,培養和強化學生在化學工程和工業中的環境監測和工程治理能力。

2.2 按照工程教育認證確定培養目標

以成果為導向(Outcome-Based Education, OBE)是工程教育認證的核心理念, OBE 遵循反向設計原則, 強調從學習成果入手反向設計教學目標, 將學習產出作為教學成果的評量依據, 并以此促進專業持續改進作為認證的最終目標, 其主要通過“預期學習產出-教育過程-評估學習產出” 線路, 來達到培養工程人才的目的[12]。 在OBE 理念的驅動下, 在指定環境監測課程教學目標時, 根據課程所支撐的畢業要求指標點, 提出學生知識、 能力和素質的具體要求, 在教學過程中通過全面考評體系進行教學目標達成評價, 從而實現持續改進[6,13]。

本校環境監測課程體系對工程教育專業認證之畢業要求中的“工程知識、 問題分析、 研究” 等能力的培養具有支撐作用, 那么改進后的理論課程教學目標確定為: (1)通過課程學習與學生學習主觀能動性的培養, 掌握水、 氣、 固廢、 土壤和噪聲監測的基本原理, 理解優化布點、 樣品采集、 運送保存和分析測試等監測方法的設置原則, 區別不同方法的適用范圍,根據具體監測任務選擇合適的監測方法, 具備編制區域環境及污染源監測方案的初步能力; (2)通過培養學生收集加工信息的能力, 分析監測區域環境污染的來源, 判斷環境污染的程度, 能夠識別影響環境質量或污染物排放質量的關鍵污染物;(3)熟練應用與環境質量和污染物排放相關的法律、 法規、 標準、 規范, 能對監測數據進行統計分析并進行環境質量評價。實驗教學課程目標為: (1)掌握環境樣品的預處理和分析方法,正確使用相關分析儀器和設備, 使學生具有基本的環境分析實驗技能, 熟悉環境監測過程中的質量保證要求; (2)準確理解不同環境介質污染物指標內涵, 擁有對實驗數據進行整理、 和實驗結果進行合理分析的能力。 各課程目標的達成對培養學生具備扎實可行的工程知識、 問題分析的能力、 科學研究能力具有支撐作用, 有助于專業培養目標的達成。

2.3 教學內容改革、 教學方法創新、 考核方式優化與持續改進

傳統《環境監測》課程教學已不能適應時代的發展和滿足社會的需求, 環境監測課程包括理論和實驗部分, 傳統的課堂教學將其一分為二, 不利于學生的理解和基本操作技能的掌握,如何理論聯系實際, 加深學生對環境監測理論基礎知識的理解和運用, 建立完整的知識體系、 以及教學重點從知識記憶轉到能力培養至關重要[14]。 隨著時代的發展與要求, 教師傳統的“內容知識+教學知識” 的二元知識結構已經難以適應未來人才培養的要求, 教師不再僅僅是傳授知識的存在, 而應培養出自主學習能力、 探究學習能力與創新能力的學生, 讓學生由“學會” 升級為“會學”, 因此, 作為教師盡快從傳統教學思想中轉變過來, 提升自我能力, 對以往教學設計與教學內容進行重組與改革。

和前十幾年相比, 近些年的信息化的高速發展, 為教學改革提供了良好的資源和途徑, 2020 年初, 由于新冠疫情導致高校學生無法按時返校, 高校教師只能通過線上教學方式開展教學活動, 這場疫情倒逼了我國整個教育體系的改革, 一場教學革命在全國陸續開展。 高校教師不得不意識到知識的獲取方式和學習方法在互聯網時代已經發生了根本性改變的事實, 盡管在這場教學改革中高校教師也面臨了教學策略和技能方面的挑戰等“陣痛”, 但未來教學活動改革勢在必行, 而現代信息技術與高等教育教學的深入融合則是進行教學改革的必由之路。

在社會需求的大背景下, 為有效提高人才培養質量, 高校教師應充分依托網絡上大量的優質資源、 互聯網強大的存儲性和交互性, 將互聯網技術與高等教育有效結合, 具體的教學改革措施包括但不限于以下幾點:

(1)基于互聯網資源背景構建環境監測多元化教學活動

在OBE 理念驅動下, 我們應以學生為中心, 基于互聯網資源背景構建環境監測多元化教學活動, 充分發揮學生的主觀能動性。 就《環境監測》課程而言, 國內關于其最典型的互聯網資源就是東華大學環境監測課程的負責人馬春燕副教授和奚旦立教授在國家級精品課程和國家精品資源共享課的基礎上構建的慕課。 我們可以網絡優質慕課資源為依托, 讓學生在課前通過網絡了解到一些重要概念, 教學內容不再局限于教材和教學大綱, 大膽對教學內容進行刪減和整合, 課堂上減少對基礎概念重復講述, 而是以教材和大綱為線索, 從豐富的網絡資源和生活實踐中尋找真實環境案例為切入點, 結合課堂分析和討論,靈活運用課時, 將學生從枯燥的知識點記憶中解放出來, 活躍課堂氣氛, 讓學生從“被動接受” 轉變為“主動探索”; 理論教學結束后, 立刻安排與知識點相關實驗課程, 實驗教學環節改變“不求甚解”、 “簡單重復” 的實驗方法, 培養學生設計和組織實驗的能力, 發展學生信息收集能力、 協作交流、 動手能力, 拓展理論與實踐一體化教學體系, 使教學達到事半功倍的效果。

(2)教學內容與一線實際、 科研創新相結合, 構建環境監測體系的完整性

由于OBE 理念的教學具有較大的開放性和靈活性, 因此課程教學組織也可進行相應的調整, 打破教師個人授課的教學模式, 積極邀請環境監測站、 相關化工、 環保企業等一線工作人員、 或具有相關專業背景的教師、 企業工程師進行講授, 分析企業實際工作中的具體內容給、 如何解決問題及其需求等, 讓學生能更好的理論聯系實際, 構建環境監測體系的完整性, 激發學生的學習興趣。

(3)優化考核模式、 建立全過程評價

傳統教學中學習效果主要依賴于課后習題的完成情況和考試成績, 其弊端是課后習題的知識相對滯后, 容易出現抄襲現象, 且考試只涉及到部分知識點, 很難對學生學習能力的提升進行評估; 為改變這種現象, 課程考核應充分考慮OBE 教育模式中的“評估學習產出” 環節, 盡量擯除“一卷定成績” 的單一考核方式, 考核方式多樣化, 增加過程性考核比例。 如在課堂教學過程中, 設計若干個難度相當的、 與課程知識密切相關的重點難點問題, 將全班學生分成若干小組, 每一組自由選擇1 ～2 個問題進行協作探究學習, 教師進行引導, 小組成員就問題進行自主合作探討, 在合作探究問題的過程中達到剖析問題、 掌握知識、 發揮學生主觀能動性的教學目標。 小組協作研討完成后, 向全班展示討論結果, 針對疑難問題與全班學生進行交流討論, 并互相評價, 實現相互啟發和共同提高的學習目標; 在期末考試中, 應減少名詞解釋、 客觀題的比例, 增加綜合知識運用的開放性題目, 如案例分析題的比例。

(4)教學反饋、 反思及優化調整

教學過程并不僅僅是授課結束就中止的過程, 而應是一個循環的教學模式。 OBE 理念秉持持續改進理念, 根據學生反饋和教學效果對教學活動環節進行評價, 通過對每個課程目標和學生個體達成度的計算和分析, 查找短板, 不斷反思和總結,并據此對教學內容進行優化調整, 形成教學過程正反饋, 不斷提高教學能力、 完善教學策略和教學技巧。

3 結 語

環境監測是一門理論方面較為成熟的學科, 具有很強的實踐性和綜合性, 但又是一門不斷發展和更新的學科。 隨著時代的發展, 不同發展階段面臨的環境問題也不相同, 因此社會對環境專業的人才要求也在不斷提高, 高校應主動開展教學模式探索, 在遵循環境監測課程的特點、 規律和目標基礎上, 結合學科和時代的特征, 將工程教育認證理念應用于環境監測教學的各個環節, 逐步構建體系完善、 內容豐富、 功能合理的教學新模式, 努力培養出符合社會需求的應用型專業技術人才, 推動環境監測事業的發展。