环境工程专业CDIO人才培养模式的研究与探索

2018-08-29薛军张福群张显龙

求知导刊 2018年15期

薛军张福群张显龙

摘要：结合环境工程专业特点，把CDIO教育理念引入人才培养中，构建一体化课程计划，使学生将知识、素养、能力紧密结合，将学生学习理论、工程实践、技术创新融为一体，激发学生学习热情和兴趣，培养和提升学生工程实践能力，满足新时代企业发展的需要。

关键词：环境工程专业;培养模式;CDIO

中圖分类号：G642 文献标识码：A

环境保护是我国的基本国策，可持续发展和生态文明建设是我国的发展战略。因此把握机遇，培养适合新时代的环境工程专业人才，是教育工作者艰巨的任务。环境工程专业是一门交叉学科，与很多学科有密切联系。目前，工程教育越来越为国内外重视，在本科四年的学习过程中使学生既有扎实的理论知识基础，又有能尽快解决实际环境工程的能力，同时还适应新时代社会发展的需求，是环境工程专业教育面临的一大难题。

CDIO教育理念是美国几十年来在工程教育传承和改革发展中形成的，它将工程科学、知识和实践能力融为一体。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），以产品研发到产品运行全生命周期为核心，让学生以主动、实践、课程之间联系的方式学习工程，以适应新形势下环境保护工作的需要。

一、CDIO教育理念

在工程专业知识与数学、自然科学的关系问题上，CDIO教育理念认为任何工程技术专业的课程体系设计都要重视数学等自然科学基础，重视工程科学和专业知识，这样可以提高工程专业学生个人的知识、人际交往及沟通的能力，以及对产品、生产制造过程和系统建构的技能等，使学生在真实的工程实践中得到培养和锻炼。按照CDIO标准设计本专业的培养计划、课程体系和课程大纲等，营造符合CDIO的知识背景与环境，创新基于实践的教学方法，建立学生学习的评估体系，加强实践场所建设;配备先进仪器设备，培养受新时代社会欢迎的环境专业毕业生。CDIO教育理念强调教学方法和手段相结合，培养体现全面发展、适应环保等行业，咨询、研发、设计、生产、建设、运行等复合应用型高级专业工程技术人才。

环境工程专业应用型人才必须具备个人能力、人际沟通能力以及工程过程的构建能力，保证学生在企业和社会背景环境情况下，在团队工作中发挥重要作用。在校内实践教学条件优良、校企合作资源丰富等工程教育环境支撑下，论证建设环境工程专业的课程体系，课程体系分为三级目标项目实施。

（1）一级项目：从大一至大四，由几个学生组成团队，每个团队参加一个项目，参与具体的环境工程设计和项目研究，具体参加教师承接的纵向、横向各类科研课题和实际工程项目等。结合学校先进的实验教学仪器、设备等设施，为学生发展也可单独设立专项课题研究。学生进行项目可行性研究、工程设计、设备选型、运行管理等整个系统工程设计的训练，有效地培养学生设计、协调、沟通、创新和合作能力，增强学生自信心，使学生能很好地将所学知识有机地联系起来。过程中，学生需要学会以探究方式获取知识，吸收、补充、完善尚未学过的理论知识。学与做相结合，整个过程体现CDIO教育理念。

（2）二级项目：二级项目是来自课程群，每个课程群组成一个项目，把相关联的课程理论知识有机地结合起来，项目形成综合课程设计，使学生认识到知识群不是孤立的知识点，将课程群的设置与工程实践结合起来。

（3）三级项目：指明教师在整个课程教学过程中培养体系、知识与能力的作用，每门课程启发、互动和研究学习，找出学生提出问题、解决问题的方法，提出概念和有规律性的方法。

二、构建一体化课程计划

一体化课程计划将工程设计、工程能力培养融入课程体系，课程之间通过项目相互链接，培养个人产品、过程和系统构建的能力，充分体现知识、能力、素质培养。制定人才培养标准、课程体系、CDIO教学大纲，建设一个满足CDIO工程教育模式现代需求的硬件环境。在一体化培养新理念下，以课程大纲为主要形式，细化分解专业培养目标，通过培养目标实现专业的理论知识、工程能力和综合素质的培养，再分配到每门课程，使每门课程根据自身特点对应相应的知识、能力和素质的培养。通过教学方法改革，使学生具备一体化的学习方法、知识构建和系统能力。

（一）优化课程体系

借鉴CDIO工程教育模式，以学生的能力为培养为主，各课程知识为载体，结合环保行业和社会发展实践情况，改变以专业知识为先设置课程的传统教学模式，优化课程体系。环境工程专业的课程设置包括大学物理、化学、生物、工程制图、电工学等相关学科基础知识，还包括水污染控制工程、物理性污染控制、大气污染控制工程、固体废物处理与处置、环境监测、环境影响评价等专业课。课程体系建设着重工程技术专业人才的培养，培养过程将工程实践贯穿整个教学环节过程。注重理论联系实际，把专业理论与解决工程的实际问题紧密结合，有利于学生的创新能力和个性成长发展。

1.设置“工程导论”课

第一学期设置“工程导论”课程，引导学生环境工程专业知识、实践入门，激发学生对专业的兴趣，让学生尽早建立系统工程的全局概念，将以后学习专业知识和实际工程项目联系起来。该课程为工程实践提供框架，通过四年学习，学生可以明确毕业后具备一名工程师的责任与任务，如何利用所学的学科知识更好完成这些任务。学生可以尽早了解CDIO大纲所要求的个人产品开发、工程设计和系统构建的能力。介绍本专业、本学科和本行业工程技术发展史，介绍在工程技术领域中做出成就的人物、事件等，这些都会增强学生学习的主动性和自觉性。

2.体现前沿性技术的课程

调整学时与课程，优化课程体系。一是课程要精简专业必修课内容和门数，增加专业选修课，尤其是体现前沿性知识技术的课程。二是课程要体现人才培养方案中对人才培养理念、目标以及学生的知识、能力和素养等方面的要求。三是要促进师资队伍建设和教材选用，对教学资源进行优化配置，提高教学实践效果和教学管理水平。四是专业课教学要围绕人才培养目标，使学生尽快了解环保行业、实际工程、处理技术和污染治理工艺、设备开发、工程设计等，提高解决实际环境工程问题的能力，强化知识能力。五是根据新时代社会实际需要，调整课程体系内容，对学生进行指导性解决实际问题程度和方法讲授。六是在教学中引入典型实际工程案例，提供工程背景资料，教师注重启发引导，组织学生课堂讨论，鼓励学生之间、学生与教师间的学术辩论。

3.提升学生综合素质

为强化社科人文知识的要求，注重学生全面培养能力，设置人文素质类、职业课程，提升学生综合素质能力。将职业诚信道德与CDIO教育理念结合，在每个培养环节中注重人文精神，使学生了解将来成为一名合格工程师所必须具备的综合素质与能力。在整个教学环节中，对每一个项目和课程都在人文素养、职业道德等方面进行要求，由课程教学大纲具体指出，学生真正领会到全方位的培养教育。同时设置学科交叉选修课程，提升学生解决问题的综合素质能力。组织学生参加各项环保生态宣传活动、环保生态知识竞赛、制作环保课件大赛、征集保护生态环境照片、环保生态专题演讲赛、环保科技论坛、环保进社区等大型活动，提高学生的积极性、环保生态意识和责任感，增强其在学校及社会发展的影响力和创造力。

4.强化实践训练

围绕专业核心课程进行工程项目设计，特别是全过程CDIO项目设计。将本专业整个课程体系有机结合起来，增强学生的理解与想象，给学生创造条件去行业企业社会实践，针对工程项目组成研发小组，参与企业工程项目全过程。体验企业工作生产环境，使学生理论知识水平、个人整体素养、团队合作精神和协调控制能力等得到全面训练和提高。开展系列工程实训，背景环境下模拟教学和训练，为学生提供污染物处理工艺技术研究、设备开发、工程运行、维修维护等交流训练的平台。让学生走出校门参与校外实践教学环境建设，培养工程师具备的条件，与实际工程相结合，培养学生解决实际问题的能力。

（二）进阶式多方位的課程教学模式

建立进阶式多方位的课程教学模式，培养学生主动学习和综合运用知识的方法。组成课题组以CDIO工程教育理念和课程大纲内容为教学理念，通过基础实验、设计实验、综合实验和项目设计逐级进阶。建立重基础、重实践、重创新等多方面教学培养的模式。在工程项目的教学和学习过程集中体现，课程教学过程的实践和环境工程项目设计始终贯穿教学。加深学生基础实验对基本概念和核心知识的理解掌握;设计实验培养学生分析、解决问题的能力与设计能力;综合实验培养学生的思维系统能力，在实践中勇于探索知识、创新的能力。构建支撑CDIO全过程的学生课外实践创新平台，从项目和课程上使课内外相结合，由学生自主安排管理，为学生提供科技创新、课外研究与设计、制作作品等，提供科技活动平台。

（三）提供系统的能力培养环境

建设CDIO工作空间，提供培养系统能力的环境。以环境污染治理工程为基本环境，依托城镇污水处理厂和环保工程有限公司，以污（废）水、固体废弃物、废气等处理工程项目，为环境工程专业学生提供真实的实践背景环境。围绕CDIO教育理念构建工程实践场所，使学生充分理解工程教学中全过程，保证一、二、三级项目的顺利有效实施。划分四个CDIO工作区，即讨论构思室、系统工程设计室、系统构建室和成果展示厅。通过工作空间的设立，使学生能够在工程教育背景环境中学习体验CDIO教育理念的全过程。

按照CDIO要求进行校企合作，建设实训基地和实习基地，与行业企业单位密切合作，建立校外实训基地。以各种形式的校企合作，培养具有特色、鲜明和深化的环境工程专业人才，使学生更能适应新时代社会企业发展的需求。

（四）构建专业评估

结合CDIO工程教育培养标准，对人员、设施、资源等进行评估。过程包括教学过程、考核机制和评价方法，学生学习效果和专业整体水平。确立标准评估制度、判定模式、目标导向模式和管理导向模式等。综合实际考察专业是否符合工程教育标准要求，以输入和过程为主，专业教师队伍水平、实践活动场所和共享资源、教学实践等实施过程，满足培养标准、培养目标要求。

三、优化师资结构

培育一批具备研发创新和熟练掌握以环境工程项目设计为导向，工程实践能力培养为目标，CDIO工程教育模式的教师队伍。具有较强的CDIO教学技能，能开展现场教学、实际工程案例教学和科研项目教学等工作，根据工程教育体系的课程、项目结构要求，组织一支相应的教学实践团队，经常开展学习与交流活动。聘请企业具有丰富经验的高级技术人员和企业领导，共同参与教学建设、教学过程等活动。将教学改革、科研工作和工程技术服务纳入教师个人考核指标，完善教师进修制度机制，选派教师到企业参与项目研发、工程设计与项目经营、企业管理培训，加强与企业的横向联系，培育“双师”型高素质教师队伍。

四、结语

随着我国生态环境保护的发展，对环保行业人才的需求也越来越多，应培养出具有社会竞争力的环保行业特色人才。CDIO工程教育教学模式的实施，可以激发学生广泛深入学习环保知识的兴趣和热情。在实施过程中，学生CDIO工程能力反复训练与提升，学生创新精神、职业素养、团队合作和综合能力增强，学校人才培养质量得到提高，学生就业能力不断加强，相关企业满意度大大提高。只要进一步探索，进行CDIO工程教育模式的研究、实施和推广，可在实践中不断检验和优化。