新工科建設背景下面向工程教育認證的環境監測課程實踐教學體系探索

李琳　江敏　黃華軍

［摘 要］新工科建設和工程教育認證對學生的工程實踐與創新能力的培養提出了較高要求。文章系統闡述了江西農業大學環境科學與工程專業環境監測課程在新工科建設和工程教育認證背景下重構實踐教學體系的探索。針對實踐教學內容缺乏完善體系，構建了基于項目驅動的環境監測課程實踐教學體系；針對實踐教學方法單一，探索了“線上+線下”交互教學、實踐基地現場教學和實踐技能大賽應用教學三種教學路徑；針對實踐教學平臺投入有限，開發了“四維”線上線下實踐教學平臺，具體包括超星泛雅教學平臺、教學示范中心教學平臺、虛擬仿真實驗教學平臺和重點實驗室教學平臺；針對“雙師型”教師缺乏，打造了模塊化實踐教學團隊，囊括了本科生導師和環境監測/檢測企事業單位的一線專家。本課程實踐教學體系運行效果良好，能夠很好地保證學生工程實踐和創新能力的培養，并具有一定的參考和借鑒意義。

［關鍵詞］新工科建設；工程教育認證；環境監測課程；實踐教學

［中圖分類號］G642.3［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）03-0016-05

新工科建設始于2017年，教育部先后發布了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，構成了新工科建設“三部曲”。新工科建設旨在主動應對新工業革命的加速發展，更好地服務國家重大發展戰略，面向新經濟產業的興起，推動工程教育的改革創新，培養符合新時代要求的工程技術人才，為國家發展提供人才保障。工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。我國的工程教育認證工作始于2006年，是工程師制度改革工作的基礎和重要組成部分[1]。工程教育認證旨在提升工程教育質量，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性，培養學生解決復雜工程問題的能力，提升學生的國際競爭力。工程教育認證強調針對復雜工程問題，培養學生的分析、設計、開發、研究和管理等多重能力[2]。新工科建設和工程教育認證對學生的工程實踐與創新能力培養都提出了較高的要求，而學生的工程實踐和創新能力培養離不開實踐教學[3]。因此，按照新工科建設和工程教育認證的要求，構建科學規范的實踐教學新體系對于推動新時代工程教育發展來說意義重大。

環境科學與工程專業是一門新興的工科專業，主要研究如何利用科學和工程手段解決環境問題，提高環境質量，促進社會和諧發展[4]。我國環境類工程教育雖開展廣泛，但仍存在一些問題，即部分學生的實踐能力、創新能力及解決工程實際問題的能力不足，這主要與目前該專業實踐教學體系不夠科學和完善有關。

環境監測課程是環境科學與工程專業的一門專業基礎課，兼具較強的綜合性和實踐性特點，是學習后續水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理工程、物理性污染控制工程等專業主干課程的基礎。該課程涉及知識面較廣，包括水和廢水監測、空氣和廢氣監測、固體廢棄物監測、土壤監測、物理性污染監測、突發性環境污染事故監測、環境污染自動監測、環境監測的目的、監測過程中的質量控制等，學習難度較大，因此只有構建科學合理的實踐教學體系，才能保證學生解決環境監測實際問題能力的培養質量[4]。本文總結了近年來江西農業大學（以下簡稱我校）環境科學與工程專業環境監測課程實踐教學體系建設成果，以期為我國環境科學與工程專業環境監測課程教育改革提供有益的參考。

一、環境監測課程實踐教學體系存在的主要問題

對照新工科建設和工程教育認證要求，環境監測課程實踐教學體系仍存在一些問題[5-7]（見圖1）。

一是實踐教學內容缺乏完善體系。實踐教學內容多為驗證性實驗，實驗項目內容多注重水和大氣環境指標，對固體廢棄物和土壤環境指標涉及較少，各實驗教學內容分散孤立，尚未形成較為完善的體系，綜合性、創新性實驗較少。

二是實踐教學方法單一。目前實驗教學多采用傳統的方法，以教師講授為主，學生按照既定的步驟進行實驗操作，較難發揮學生的主觀能動性。由于實驗條件限制，往往只有部分學生進行了實驗操作，多數學生的動手操作能力沒能得到全面的培養，更談不上創新意識和能力的培養。

三是實踐教學平臺投入有限。目前校內實驗場地面積不足，實驗設備較少，只能基本滿足常規實驗要求，新型大型精密監測設備多用于科研，教學使用較少，在一定程度上影響了學生實踐能力的提升。

四是“雙師型”教師缺乏。專業教師中具備行業背景的“雙師型”教師不多，特別是近年來新引進的年輕教師，多為應屆博士（博士后）畢業生，較為缺乏行業實際的生產工作經驗，難以保證實踐教學質量。

二、環境監測課程實踐教學體系重構

（一）環境監測課程實踐教學內容重塑

教學團隊構建了基于項目驅動的環境監測課程實踐教學體系（見圖2），包括三個層次，即基礎實踐教學體系、拔高實踐教學體系和拓展實踐教學體系。

1.基于實際或虛擬調查監測項目的基礎實踐教學體系

環境監測課程以教授監測技能和流程為主要目標，具有很強的實踐屬性[8]。教學團隊依據實際場地調查項目的內容，通過將課程知識點整合、連接，為學生設立實際或虛擬的調查監測項目。一般情況下，一個完整的場地調查項目包括水和廢水監測、空氣和廢氣監測、土壤監測、固體廢棄物監測、遙感監測等幾個模塊。每個模塊又包含若干個調查步驟，如水和廢水監測模塊包含水質監測方案的制訂、水樣采集、運輸與保存、樣品分析測定、監測報告編制等。學生可以先自主在線學習各模塊的內容，再以小組協作的方式，根據調查監測項目的總要求，在教師的指導下通過實驗實習進行全過程實操。

2.基于教師科研項目的拔高實踐教學體系

教學團隊注意到，環境科學與工程專業教師所申請的國家、省級科學項目多圍繞污染控制和防治技術、生態安全與風險控制、農業廢棄物處理與處置三個方向開展。這些研究都依賴于水、土壤、生物質等環境污染水平數據，需要多種環境監測技術的聯合應用。同時，大多數常規污染物的監測操作難度并不高，以此為突破點，使學生快速融入科學研究中。這樣既能實現學生監測技能的提高，也能讓學生在實驗過程中學習并理解最前沿科學研究項目的內涵和意義，激發學生的學習興趣和科學探索精神。

3.基于“雙創”項目的拓展實踐教學體系

以教師主導的科研項目數量仍較少，不能實現對各類學生的有效覆蓋，同時在選題上專注于基礎研究，實踐應用性較弱。因此，教學團隊每年指導學生組織團隊，圍繞濕地處理效果評估、土壤環境修復、農產品安全檢測等內容申報大學生“雙創”項目。“雙創”項目要求學生基于自己已掌握的知識進行外延拓展，學生采用本學科乃至跨學科知識，解決具體問題，注重學生對現有理論和技術的有效應用。“雙創”項目覆蓋面廣，且能夠讓學生看到實際的應用成果，更能激發學生的學習興趣，培養學生的創新意識和創新能力。

自環境監測課程開設以來，教學團隊就著手編制環境監測實驗實習指導用書，現已經是第5稿。該指導用書符合實踐教學需要，結合了各類環境監測實驗和實習教程的優勢，具有較為完善的立體化實踐教學內容，可為學生開展實驗和實習提供全方位的指導。為了更好地將其推廣與應用，教學團隊近年來以該指導用書為基礎，編撰了《環境監測實踐教程》一書。

（二） 環境監測課程實踐教學方法改革

教學團隊突破了傳統實驗教學中以“教師講授+學生驗證”為主的模式，改革了實踐教學方法，改革后的實踐教學方法包括“線上+線下”交互教學、實踐基地現場教學和實踐技能大賽應用教學。

1.“線上+線下”交互教學

學生通過超星泛雅學習平臺對實驗教學內容進行預習，掌握實驗原理、關鍵試劑的配置方法和實驗操作的要點。教師在線下實際課堂中針對學生線上學習遇到的疑問和實際實驗過程中遇到的問題進行答疑解惑與指導。此外，學生還可以在教師的引導下通過國家虛擬仿真實驗平臺進行自主拓展學習。

2.實踐基地現場教學

依托校內人工濕地實踐教學基地進行現場教學，該實踐基地現有生活污水人工濕地處理系統三套（表流池、潛流池和五級池），設計處理規模為600 m3/d，主要處理校區教職工生活污水。另外，基地建有實驗樓一棟（總面積200平方米），可實現對教學基地的水質、土壤和空氣的監測。學生分組組建水質、土壤和空氣監測團隊，在團隊指導教師的引導下完成一輪對基地的水質、土壤和空氣的監測，并出具相應的監測報告。

3.實踐技能大賽應用教學

堅持“以賽促學、以賽促教、學賽結合”的教學理念，一方面，依托所在學院主辦或承辦環境監測類技能大賽并鼓勵學生參賽，另一方面，積極組織學生參加環境監測類相關的國家級/省級技能大賽（見圖3）。通過各類實踐技能大賽，激發學生的自主學習興趣和專業學習熱情，全面提升學生的環境監測理論水平和實踐能力。

一方面，教學團隊依托所在學院主辦或承辦了江西農業大學環境類實驗操作技能大賽、江西省植物生產類實踐技能操作大賽以及江西省“紅土地”土壤學實驗技能大賽。其中，江西農業大學環境類實驗操作技能大賽面向本校環境類學生舉辦，江西省植物生產類實踐技能操作大賽和江西省“紅土地”土壤學實驗技能大賽面向全省資源環境類學生舉辦。另一方面，教學團隊組織優秀學生積極參加全國性的環境監測類大賽，如全國大學生市政環境類創新實踐能力大賽等。通過上述賽事的舉辦或參與，充分調動了學生的主觀能動性。學生要想獲得好成績，就必須通過學習、討論和協作完成項目任務，并主動參與項目研究。這在很大程度上促使學生從被動學習轉變為主動學習，培養了學生的互助互享意識和團隊合作精神。同時，通過實踐技能大賽可全面考核學生的理論和實踐水平，既能考核學生的專業技能和毅力，又能了解學生的身體素質和心理健康情況。這不但提升了學生的職業素養和操作技能，也提高了學生的綜合素質和創新能力。

實踐技能大賽應用教學對指導教師提出了更高要求，不僅要求教師有豐富的理論知識，而且要求教師有精湛的專業技能。教師在平時的實訓教學中，要“以項目為目標，以任務為驅動”，采取“做中學，做中教”的方法，不僅要“言傳”，更要“身教”。指導學生參賽時，教師需要完成對學生選手的層層選拔和專業集訓，這使得教師既是教練員、又是陪練員，教師要從原來的課程知識教學轉向研讀專業標準、掌握競賽規程等，并“手把手”地指導學生，教師的示范教學能有效提高學生的技能水平，這同樣需要教師具有較高的實際操作能力。

（三）環境監測實踐教學平臺拓展

教學團隊通過構建環境監測課程“四維”線上線下實踐教學平臺（見圖4），實現學生隨時隨地開心學，教師隨時隨地盡心教。

1.超星泛雅教學平臺

借助超星泛雅教學平臺，學生隨時可以登錄“學習通”手機App或電腦端網頁版，預習教師發布的實驗學習材料，對實驗目的、原理、操作要點和注意事項等進行提前學習。針對線上學習過程中遇到的疑惑，學生可以自行查閱資料或與教師交流溝通，大大節省線下教師講解時間，把有限的課時留給學生自主去配置試劑及進行實驗操作[5]。

2.教學示范中心教學平臺

以我校國土資源與環境學院的省級教學示范中心為依托，開展線下實驗教學，學生在規定的學時內完成相應的實驗項目設計及操作，并根據實驗結果完成監測報告。為了保證學生順利完成創新性實驗和綜合性實驗，教學示范中心建立了空閑實驗室預約制，允許學生與實驗室教師預約實驗室，自主安排時間完成創新性和綜合性實驗。

3.虛擬仿真實驗教學平臺

利用實驗空間國家虛擬仿真實驗教學平臺，構建環境監測虛擬仿真實驗課，彌補學校在實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的不足，尤其是對于無法完成的真實實驗、較難完成的實驗，以及具有危險性、破壞性或復雜性的實驗，都能夠利用虛擬實驗技術進行模擬操作[4]。

4.重點實驗室教學平臺

以本科生導師制為依托，學生可提前參與教師的科研課題，通過跟隨課題組高年級學生或研究生學習，鍛煉復雜檢測分析的設計和操作技能。學生通過親自接觸和操作大型精密檢測儀器，可解決自身在常規環境監測課程實驗教學中對有關大型儀器學習不足的問題。

（四）環境監測課程實踐教學團隊打造

教學團隊打破了課程師資構成單一的局限，打造了模塊化實踐教學團隊，囊括了本科生導師和環境監測/檢測企事業單位的一線專家。按照檢測環境介質分類，將環境監測課程實踐教學劃分為水質檢測、固體廢棄物監測、土壤環境監測、物理環境監測和空氣環境監測五個監測模塊，每個監測模塊邀請后續專業課程的任課教師參與實驗教學，加深與后續專業課程的連接。本科生導師通過科研課題的形式，讓學生運用自身所學到的環境監測理論知識和技術開展科研，培養自身使用大型精密科研儀器的能力[4]。與此同時，不定期邀請政府部門的環境監測中心或環境檢測公司的一線高級工程師到校講解環境監測/檢測實際應用案例。

三、結論

新工科建設和工程教育認證對學生的工程實踐和創新能力培養提出了較高的要求。本文闡述的環境監測課程實踐教學體系正是為滿足上述要求而進行的有益探索。教學團隊從教學內容、教學方法、教學平臺和教學團隊四個角度對環境監測課程實踐教學體系進行了重構，不僅提升了課程學習的高階性、創新性和挑戰度，而且增強了學生學習的自主性、參與度和獲得感。新時代工程教育還要求融入最新的網絡技術，嵌入線上教學平臺，實現實踐教學在時間和空間上的延伸。另外，任何一門課程的實踐教學不能僅依賴于理論課的任課教師，還需加入本科生導師及相關行業的企事業專家等人員。新的環境監測課程實踐教學體系確保了“三全育人”理念在課程實踐教學過程中的實現。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 中國工程教育專業認證協會.工程教育認證工作規范[S/OL].（2022-07-15）[2023-07-02].https：//www.ttbz.org.cn/Pdfs/Index/？ftype=st&pms=64997.

[2］ 中國工程教育專業認證協會.工程教育認證標準[S/OL].（2022-07-15）[2023-07-02].https：//www.cee

aa.org.cn/gcjyzyrzxh/rzcxjbz/gcjyrzbz/tybz/630662/

index.html.

[3］ 劉子龍，尹祉力，徐小琳.專業認證背景下高校環境監測實驗課程的改革與探索[J].教育現代化，2019，6（66）：77-79.

[4］ 丁騰達.工程認證背景下“環境監測實驗”教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2021（19）：85-88.

[5］ 顏婉茹，杜青林，魏金枝.以OBE為教學理念，打造智慧實驗課堂：以環境監測實驗課程改革為例[J].黑龍江教育（理論與實踐），2020（3）：63-64.

[6］ 程聰，吳來燕，王松波，等.工程教育認證和新工科背景下，環境監測實踐教學改革[J].廣東化工，2019，46（12）：192.

[7］ 張君枝，寇瑩瑩.基于OBE理念的環境監測實驗教學改革的思考[J].教育教學論壇，2018（13）：227-228.

[8］ 豆小敏，王毅力，梁文艷，等.基于環境工程專業認證標準的“環境監測實驗”課程教學改革：以北京林業大學為例[J].中國林業教育，2020，38（4）：67-71.

［責任編輯：蘇祎穎］