基于工程教育认证的环境工程专业实验教学改革与实践

2021-01-10赵俊英赵立新王晓丽秦松岩

高教学刊 2021年37期

赵俊英赵立新王晓丽秦松岩

摘要：文章依据工程教育认证标准，从实验教学内容、教学方法、考核方式、教师的工程实践能力以及实验室管理五个方面分析了天津理工大学环境工程专业实验教学中存在的问题，进而提出提高实验教学的整体性、教学方式的多样性，实验考核方式的科学性和可评价性、教师实践能力等方面的可行性改革措施，构建了以培养解决复杂工程问题的环境工程专业人才为目标，大气污染控制、水污染控制、固体废物处理和处置为核心内容的认知性、验证性、综合性、设计性、创新性五层次的实验教学体系。

关键词：环境工程;工程教育认证;五层次;实验教学体系

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）S1-0130-04

Abstract： Based on the engineering education certification standards， the problems existing in the experimental teaching of Environmental Engineering major in Tianjin University of Technology are analyzed from five aspects： experimental teaching content， teaching method， assessment method， teachers' engineering practice ability and laboratory management. The suggestion is proposed to improve the integrity of experimental teaching， the diversity of teaching methods. Feasibility reform measures in the scientific and evaluability of experimental assessment methods and teachers' practical ability. Finally， experimental teaching system is founded to take air pollution control， water pollution control， solid waste treatment and disposal as the core content. The system comprises the cognitive， verification， comprehensive， design， innovative five levels experiments and aims to cultivate environmental engineering professionals to solve complex engineering problems.

Keywords： Environmental Engineering; engineering education certification; five-level; experimental teaching system

工程教育认证是工程教育学位和工程师执业资格国际互认的基础要求和前提条件，《华盛顿协议》是國际上最具权威和影响力的工程教育学位互认体系[1]，我国于2016年6月成为《华盛顿协议》的正式成员，开展工程教育认证不仅可以提高我国工科专业在国际上的认可度，而且对于提高工科专业人才的培养质量有着重要的指导意义[2-3]。

我国环境工程作为20世纪70年代成立的专业，涉及到化学、材料、生物等多种学科，因此其实验教学内容与其他多数专业相比更为复杂，许多高校对该专业实践教学体系的建设进行了尝试。黄毅[4]基于OBE教育理念构建了多层次、系统化环境工程专业实验教学体系;张玮等人[5]构建了集常规实验教学、设计实训、创新活动三位一体的新型实验教学模式;蓝惠霞等人[6]在充分整合校内外实践教学平台资源的前提下，对实践教学体系的目标、内容具体安排等方面做了全面的探索，大大地改变了以前放羊式的实习模式，较好地提高了时间效果;张洪鑫[7]在高等职业教育前提下提出了教育工作者还需以工作要求为导向确认实训目标，以此确保各项教育教学活动开展的针对性、科学性的建议;东北电力大学的徐小惠等人[8]构建了教学、科研和生产相互渗透、创新与创业能力协同培养的“5+3”实践教育体系。实验教学作为实践教学体系的重要组成部分，在环境工程人才培养中起到了非常重要的作用，本文在前人研究的基础上，基于工程教育认证理念，针对该校环境工程的实验教学存在的问题提出有针对性的措施，其成果也可为其他高校提供借鉴。

一、环境工程实验教学中存在的问题

实验教学是实践教学体系的重要组成部分，是理论知识和实习、实训、科技创新活动的纽带，起到了承上启下的关键作用，根据环境工程专业教育认证对实验教学的要求，本专业实验教学存在的主要问题如下。

（一）实验教学体系中存在的问题

1. 实验整体性差

环境工程培养计划的学科基础课和专业课的实验共开设11门，其中有8门是课内实验，分别是无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、环境工程微生物学、水资源分析与评价、水泵与泵站设计、工程力学，另外3门分析与监测实验、环境工程系统设计、环境工程综合实验为独立设课实验。这种实验课程体系会导致不同课程之间的实验内容相互孤立，整体性差，很难将较复杂的工程问题设计到实验中，有悖于工程教育认证的解决复杂工程问题能力的培养目标。

2. 实验内容安排不合理

在开设的实验课程中，实验内容偏向水污染控制方向，以独立设课的环境工程综合实验为例，其中涉及水污染控制的内容高达80%，而大气污染控制和固体废弃物处理处置的内容不足20学时，与认证标准中的内容要求符合度低，不能达到均衡发展的效果。

3. 实验类型比例不协调

实验类型以观察性和验证性为主，综合与设计型比例明显过少，导致学生实验时处于被动的地位，思考的机会少，不利于培养学生的综合工程能力。

4. 教学方法落后

工程教育认证主要采用成果导向（Outcome Based Education，OBE）教育理念。但是因为课程的实验类型验证性和认知性的比例较高，所以大多数实验课程的教学过程采用教师先讲，学生再做，讲和做分离的教学模式，难以体现OBE的教学理念，学生的独立工作能力得不到提高，教学效率低，教学效果也受到影响。

5. 考核方式单一

课内实验的考核与理论课同时进行，根据实验课时的数量在期末试卷以5%～10%比例考核，根本无法体现实验的培养目标及实验技能的培训效果;单独设课的实验同样是以闭卷考试的形式进行，过程性的考核只占期末成绩的一部分，虽然部分考察了学生在实验具体操作中的各项能力，但是仍然存在科学性、客观性差的问题。

（二）教师方面

教师的工程实践能力偏低。专业教师绝大多数具有博士学位，博士毕业后直接进入高校任教，在学术研究方面的能力毋庸置疑，但是缺少企业环境工程实践的经验，导致实验内容的设计与实践脱节，对于提高学生解决实际环境工程问题能力的效果不够显著。

（三）实验室管理方面

课程体系内的实验要求在实验课规定的时间完成，实验室的使用和管理采用传统的模式，仅在实验课期间开放，与《工程教育认证标准》中的“教室、实验室及设备使得学生能够方便地使用”要求不符。

二、基于工程教育认证的实验教学改革措施

（一）改革的思路

基于工程教育认证的理念，以培养解决复杂工程问题的环境工程专业人才为目标，构建以大气污染控制、水污染控制、固体废弃物处理和处置为主的认知性、验证性、综合性、设计性、创新性五层次的实验教学体系。

实验课程考核基于OBE的理念从重结果轻过程向全过程多元化评价转变，关注学生实验的全过程，全面考核学生实验的整体情况，这样才能保证考核的客观性与公正性[9]。

（二）实验教学改革措施

针对以上问题，我们对本专业实验课程体系从内容、类型、考核等方面进行了调整。具体措施如下。

1. 实验体系改革及构建

（1）调整开设方式，整合内容，提高系统性

将原来的工程制图、电工与电子技术C课程由原来的公共基础课调整为学科基础课，仍以课内实验的方式进行。

四大化学中的实验全部以独立设课的方式进行。

学科基础课和专业课必修部分实验全部以独立设课的方式开课，将环境工程微生物学、水资源分析与评价、分析与监测实验、环境工程系统设计、环境工程综合实验课程的内容整合为环境工程微生物学、环工综合原理、环境工程基础、环境工程计算机辅助设计和环境工程综合实验课程。

增加了部分专业选修课实验，主要是以计算机软件编程内容为主。

改革后的培养计划中实验课程及课时安排见图1，形成了学科基础和专业课实验两大模块，学科基础实验中又分为两部分，基础技能训练实验和专业技能训练实验。专业课实验的必修部分基本能完成本专业的培养目标，而选修实验要求相对较高，学生可根据自己的基础和兴趣选择。

（2）提高实验内容安排的合理性

从实验内容的安排以基础课——专业基础课——专业课——拓展为主线，水污染、大气污染、固体废弃物处理处置能力协调发展为原则。比如环境工程原理课程实验内容包括环境工程所涉及到的吸收、精馏、过滤等工艺过程;环境工程基础实验课程包括水质分析监测、大气环境监测、固废样品处理及污染物含量测定、大型仪器分析等内容，除实验学时有所增加外，对水、气和固废三部分比例进行了协调。

专业选修的内容将环境工程与现代信息技术相融合，充分体现了实验内容的先进性和前瞻性，为提高学生的创新能力提供平台。

（3）大幅提高设计性和综合性实验比例

为切实培养解决实际工程问题的能力，在实验内容设置方面，均要求任课老师以实例为参考，结合环境工程设计及自身污染控制研究课题，增加综合性实验项目和开放性的设计性实验，提高实验结果的可变性，提高学生兴趣。

经过以上的调整，构建了大气污染控制、水污染控制、固体废弃物处理和处置为核心内容的认知性、验证性、综合性、设计性、创新性五层次的实验教学体系（图2）。

2. 实验教学方式改革

英国著名教育家怀特海说过：“自我发展才是最有价值的智力发展。”根据不同类型的实验采用不同的以学生为中心的教学方式，真正地让学生从实践中受益。

比如一些验证性的实验可以采取与现代教育技术相融合的方式，轻松地实现从教师讲解向学生自我学习转变[10]。应用计算机实验仿真系统可以让学生清晰地理解实验的全过程，不懂的地方教师再加以重点讲解，既能够体现以学生为中心的教学理念，更能够提高学生的参与感、成就感和获得感。

3. 实验教学考核方式改革

独立设课实验课程取消期末闭卷考试，采用过程性考核方式，并结合工程教育认证中的基本要求之一，即可评价性，根据每门实验课程的特点，初步形成单个实验的评分标准。以环境工程综合实验课程为例，评分项目分为课堂表现（20%）、原始数据（30%）、数据处理结论（40%）和报告格式（10%）四个部分（详见表1），比较客观地反应了整个实验过程中学生的总体表现情况。而该门课程的总成绩为全部实验的加权平均分，實验项目的权重可根据学时或实验类型计算。

（三）教师工程实践能力的培养措施

1. 借助企业特派员制度，加强产学研基地的建设，提高教师的工程实践能力

每年派专业教师深入企业将科研成果应用于工程实践中，一方面可能达到帮助企业解决环境工程方面的技术难题，另一方面将实践中遇到的问题作为新的研究课题，达到共赢的效果，企业提高生产效益，教师提高实践能力，学生从中获益。

2. 加强传帮带制度，培养高素质的实验教师队伍

环境工程专业有专业教师18人，企业和行业兼职教师7人，其中正高级专职教师5人，占教师总数的 28%;副高级职称教师占33%;具有博士学位的教师占78%，还有专职实验教师7人。每门课程的实验教学均由实践经验丰富的教师和新授课或新入职的教师相结合的方式，促进本专业实验教学工作稳步开展，是培养高素质师资队伍的有效手段。

（四）实验室管理模式改革措施

1. 建立开放实验室制度

创新性实验一般会综合运用多种实验方法和多项实验内容，因此不能局限于课时，应给于学生在实验时间和空间上足够的自由。建立开放实验室制度是解决以上问题的最佳途径，当然也给任课教师的工作提出了更高的要求。在开放实验室里，允许学生以小组的形式完成实验的设计、准备和实施的一系列过程，非常有利于全面提高学生解决复杂工程问题的能力。

2. 完善實验室管理制度与监控体系，切实做好实验教学保障工作

为保证开放实验室制度的实施，确保各类仪器正常安全的使用，尤其是大型仪器设备的完好率和利用率，学院完善了各种管理措施，包括实验室房间责任制、大型仪器使用管理制度等。为进一步提高实验室管理的先进性和实效性，建立了24小时的实验室监控体系，及时发现问题解决问题，为实验室的安全运行提供技术支持。

三、结束语

本文在对环境工程专业实验教学体系充分调研的基础上，结合工程教育认证的要求，深入分析了存在的问题，从实验教学体系的构建、实验教学方法、考核方式、教师工程实践能力和实验室管理五个方面提出了切实可行的改革措施，为培养学生解决环境工程领域复杂问题的能力提供保障。

参考文献：

[1]黄正均，苗胜军，张磊，等.基于工程教育认证的土木工程专业实验教学改革与实践[J].实验室技术与管理，2019，36（1）：209-212+237.

[2]潘晓亮，谢世坤，旷虚波，等.工程教育认证标准对“工程材料”课程教学的引领与改革思考[J].教育教学论坛，2018（51）：104-106.

[3]荆妙蕾.适应工程教育专业认证标准的课程教学设计思考[J].纺织服装教育，2018，33（3）：173-176.

[4]黄毅.多层次、系统化环境工程专业实验教学体系构建[J].广州化工，2021，49（11）：161-162+184.

[5]张玮，詹燕，王静，等.构建应用型环境工程专业实践教学体系的研究[J].广州化工，2021，49（20）：138-139.

[6]蓝惠霞，张恒，王晓红，等.环境工程校企合作实验实训平台的构建与实践教学体系的创新[J].黑龙江造纸，2015，43（3）：48-50.

[7]张洪鑫.环境工程专业创新实践教学体系的构建与实现[J].产业创新研究，2020（19）：184-185.