工程教育认证下《环境监测》教学模式探索*

赵竹子, 叶招莲, 马帅帅, 周文鳞

工程教育专业认证是与工程技术行业有关协会联合工程教育者, 对工程技术领域相关专业的高等教育质量进行控制, 从而保证工程技术行业的从业人员达到相应教育要求的过程[1]。我国的工程教育认证始于2006 年, 并与当年成立全国工程教育专业认证专家委员会, 标志着我国工程教育认证制度建设进入新阶段[2]。 与传统学科相比, 环境工程专业具有基础口径宽、 方向分散和教师工程经验缺乏等特点[2]; 同时, 环境专业是一门涵盖化学、 生物学、 气象学、 规划管理学等多学科相关的交叉学科, 不同学科之间的交叉尽管扩宽了学生的专业视野, 但有限的学时数也使得课程设置在深度上无法与母学科相比; 以上原因限制了学生在该方向上应用能力的深入培养, 导致环境专业学生实践能力不足, 因此难以满足当今企业的用人要求。

在社会需求的背景下, 以工程教育认证为契机, 环境专业课程的教学改革探索显得尤为重要。 为建设更合理的环境工程专业教育体系, 自2007 年开始, 我国不同高等学校的环境工程专业都积极参与到环境工程专业认证的工作中, 环境专业本科教育和课程改革自此不断推进[3]。 环境监测是环境科学与工程类专业的专业基础课程, 其目标是让学生能够应用环境监测的基础专业理论知识, 具备编制污染源监测方案、 识别关键污染物、 掌握污染物指标采样与分析、 数据处理和结果表示等实际能力, 具有基础性、 综合性和应用性强的特点[4]。 本文从教学实践出发, 针对环境监测课程教学模式进行思考和探索, 提出了工程教育认证背景下课程的改进方向与措施, 推动该课程教学方式改革, 以期培养出更多合格的环境监测专业技术人才, 从而适应社会及行业的发展。

1 《环境监测》教学现状及存在问题分析

1.1 教学体系构建不恰当

环境监测课程教学内容广泛, 涵盖水、 气、 固废、 土壤、物理性污染等多种环境要素的监测、 分析、 质量控制与保证等基本理论和基础方法的学习, 还包括对环境监测方法的实操、实践和运用等实验课程。 一方面, 在教学过程中, 若任课教师追求面面俱到, 全面讲述课程内容, 笼统的将课本上的知识点讲述给学生, 将导致学生无法从宏观层面把握课程体系、 “学了后面忘记前面”, 难以形成知识网络, 对知识点无法做到融会贯通[5]; 另一方面, 若一味追求某一知识点的深度, 又会影响整体教学进度, 导致学生对知识掌握不全面。 任课教师如何在有限的课时内, 既保证学生扎实掌握课程理论知识, 又能将理论知识点灵活运用, 并运用到后续实践中是颇具难度和挑战性的, 因此, 把握好教学方向和深度, 构建恰当的教学体系非常重要。

1.2 部分教学内容陈旧

教材作为教学内容的主要载体, 国内多数高校采用奚旦立先生主编的《环境监测 第五版》作为教材, 其内容全面、 完整,经过了多次修订再版, 已经融入了近年新标准, 然而教材由于出版周期长, 更新仍具有一定的滞后性。 以大气环境监测为例, 近10 年是我国大气环境在线监测高速发展时期, 2012 年至2014 年, 环保部组织分三个阶段完成了在全国338 个地级及以上城市的空气质量六要素开展监测工作, 形成大气环境质量全国监测网络; 又如环保部于2018 年1 月印发了《2018 年重点地区环境空气挥发性有机物监测方案》, 要求对污染较重的京津冀及周边、 长三角、 珠三角、 成渝、 关中地区等开展VOCs监测, 有条件的城市可进行自动监测, 越来越多的监测新技术与新标准得到应用, 而这些内容均无法实时更新至教材中, 因此, 单纯依赖教材的教学方法已不能完全反映环境监测方法和技术的进步, 需要在每年的教学实践中予以重点关注并即时更新。

1.3 教学理念落后、 教学模式单调

环境监测理论知识部分与多门学科都有着交叉和渗透, 要求学生具备一定的化学、 物理和生物知识基础, 教学内容繁杂, 部分高校任课教师没有及时更新和完善教材与教法, 采用传统课堂讲授与多媒体教学相结合的教学方法, 尽管能让学生在短时间内获得大量基础知识, 但由于学生的专业知识储备积累度不足, 易导致学生难以及时消化课堂讲述的理论知识, 更谈不上如何去运用理论知识去解决实际问题; 其次, 对知识点进行“满堂灌” 的教学方法, 难以激发学生的主动学习兴趣,学生缺乏独立思考问题的机会; 最后, 任课教师若不能准确认识到教学培养目标是以提高学生的应用能力为主向, 不能充分的结合环境工程专业特色, 只是单一的将其他学科的教学模式机械化的照搬到环境监测理论和实践课程的教学工作当中, 没有与多学科进行良好的交叉渗透, 长此以往其教学水平不能进行有效的提升, 也无法满足新背景下大学生的学习需求, 必然造成教学效果不理想。

实验教学是环境监测课程教学的重要环节。 现阶段开展的实验教学模式是学生根据已有的实验讲义开展实验操作, 教师讲解知识点、 并演示操作步骤, 学生简单重复实验步骤, 部分学生参与度低, 缺乏主动思考和探索, 对于实验设计、 思路和原理等掌握不牢固, 实验操作过于程序化, 对实验结果也仅仅是数据记录, 而缺乏对数据的深入分析讨论[5-6]。 如此实验教学仿佛独立于理论教学存在, 笔者在教学过程中发现学生甚至无法将实验内容与理论知识点进行一一关联, 这种实验和理论教学一定程度的脱节必然无法锻炼学生对知识点的应用能力和探索精神。

落后的教学理念、 单调的教学过程无法真正锻炼学生的实践能力、 综合知识应用能力, 也就不能培养出当前社会所需求的环境监测应用技术型专业人才。

1.4 评价方法单一

教学评价是教学的重要组成部分, 是促进学生主动学习、提升教学质量的有效手段[7]。 传统的教学评价只针对学生课程考核, 理论课程成绩评定通常采用平时成绩(包括出勤、 课堂参与度、 平时作业)+期末考试成绩的综合评定方式, 过程性评价较少, 该方式重理论和知识的记忆, 较为片面, 无法真正评估学生对知识的应用水平。 这种考核方式不利于学生综合素质的培养, 易养成学生平时不认真学, 临近期末考试突击复习、死记硬背的陋习。

综上, 《环境监测》课程教学过程中存在的主要问题是传统授课模式培养学生的能力与专业培养目标相脱节, 对学生要求仅停留在对知识点的记忆层面, 对于如何引导学生应用课程内容与实际环境监测工作相关联做得远远不够[8], 这也是当前组织环境监测教学改革的重点。

2 工程认证教育背景下环境监测课程教学改革措施

我国工程教育认证制度主要着眼于提高学生设计和解决实际复杂工程问题的能力, 并且以培养高等工程技术人才作为目标[9]。 从该角度出发, 不同高校的环境监测课程应根据当今社会需求并结合学校定位, 定位课程目标、 明确课程培养特色,对知识点有所取舍和侧重, 同时, 任课教师应转变教学理念,及时更新知识机构和授课内容, 构建多方位的考核体系。

2.1 课程目标定位

不同学校对同一门课程的目标定位略有差异, 不同学校的背景下, 其环境工程专业培养的特色也应有所不同[2]。 通过与学校强势学科的交叉, 可有效提高学生在相关环境工程应用领域的竞争力, 如中国石油大学(北京)的环境工程专业培养目标为: 以适应国家能源与环境战略需求为导向……能够在相关领域(特别是石油、 石化和化工企业)从事环境监测、 环保管理和规划……以及科学研究等工作的优秀专门人才和创新人才[10],可见中国石油大学(北京)的环境监测课程则侧重于石油相关化工企业的监测知识传授与相关能力培养; 除此之外, 地方院校作为培养服务地方经济社会发展的应用型人才的中坚力量, 除考虑与学校强势学科交叉外, 还应考虑到服务于地方的专业定位, 如东莞理工学院的环境监测课程目标则是针对粤港澳大湾区流域污染特点及东莞产业生产现状提出[11]。

本校环境工程专业隶属化学与环境工程学院, 在应用化学、 化工专业基础上发展而来, 因此, 可扎实学生化学化工基础知识、 基本理论和技能, 针对长三角区域化工企业(如纺织行业、 生物制药、 新材料、 锂电池制造等)、 环保领域企业,培养和强化学生在化学工程和工业中的环境监测和工程治理能力。

2.2 按照工程教育认证确定培养目标

以成果为导向(Outcome-Based Education, OBE)是工程教育认证的核心理念, OBE 遵循反向设计原则, 强调从学习成果入手反向设计教学目标, 将学习产出作为教学成果的评量依据, 并以此促进专业持续改进作为认证的最终目标, 其主要通过“预期学习产出-教育过程-评估学习产出” 线路, 来达到培养工程人才的目的[12]。 在OBE 理念的驱动下, 在指定环境监测课程教学目标时, 根据课程所支撑的毕业要求指标点, 提出学生知识、 能力和素质的具体要求, 在教学过程中通过全面考评体系进行教学目标达成评价, 从而实现持续改进[6,13]。

本校环境监测课程体系对工程教育专业认证之毕业要求中的“工程知识、 问题分析、 研究” 等能力的培养具有支撑作用, 那么改进后的理论课程教学目标确定为: (1)通过课程学习与学生学习主观能动性的培养, 掌握水、 气、 固废、 土壤和噪声监测的基本原理, 理解优化布点、 样品采集、 运送保存和分析测试等监测方法的设置原则, 区别不同方法的适用范围,根据具体监测任务选择合适的监测方法, 具备编制区域环境及污染源监测方案的初步能力; (2)通过培养学生收集加工信息的能力, 分析监测区域环境污染的来源, 判断环境污染的程度, 能够识别影响环境质量或污染物排放质量的关键污染物;(3)熟练应用与环境质量和污染物排放相关的法律、 法规、 标准、 规范, 能对监测数据进行统计分析并进行环境质量评价。实验教学课程目标为: (1)掌握环境样品的预处理和分析方法,正确使用相关分析仪器和设备, 使学生具有基本的环境分析实验技能, 熟悉环境监测过程中的质量保证要求; (2)准确理解不同环境介质污染物指标内涵, 拥有对实验数据进行整理、 和实验结果进行合理分析的能力。 各课程目标的达成对培养学生具备扎实可行的工程知识、 问题分析的能力、 科学研究能力具有支撑作用, 有助于专业培养目标的达成。

2.3 教学内容改革、 教学方法创新、 考核方式优化与持续改进

传统《环境监测》课程教学已不能适应时代的发展和满足社会的需求, 环境监测课程包括理论和实验部分, 传统的课堂教学将其一分为二, 不利于学生的理解和基本操作技能的掌握,如何理论联系实际, 加深学生对环境监测理论基础知识的理解和运用, 建立完整的知识体系、 以及教学重点从知识记忆转到能力培养至关重要[14]。 随着时代的发展与要求, 教师传统的“内容知识+教学知识” 的二元知识结构已经难以适应未来人才培养的要求, 教师不再仅仅是传授知识的存在, 而应培养出自主学习能力、 探究学习能力与创新能力的学生, 让学生由“学会” 升级为“会学”, 因此, 作为教师尽快从传统教学思想中转变过来, 提升自我能力, 对以往教学设计与教学内容进行重组与改革。

和前十几年相比, 近些年的信息化的高速发展, 为教学改革提供了良好的资源和途径, 2020 年初, 由于新冠疫情导致高校学生无法按时返校, 高校教师只能通过线上教学方式开展教学活动, 这场疫情倒逼了我国整个教育体系的改革, 一场教学革命在全国陆续开展。 高校教师不得不意识到知识的获取方式和学习方法在互联网时代已经发生了根本性改变的事实, 尽管在这场教学改革中高校教师也面临了教学策略和技能方面的挑战等“阵痛”, 但未来教学活动改革势在必行, 而现代信息技术与高等教育教学的深入融合则是进行教学改革的必由之路。

在社会需求的大背景下, 为有效提高人才培养质量, 高校教师应充分依托网络上大量的优质资源、 互联网强大的存储性和交互性, 将互联网技术与高等教育有效结合, 具体的教学改革措施包括但不限于以下几点:

(1)基于互联网资源背景构建环境监测多元化教学活动

在OBE 理念驱动下, 我们应以学生为中心, 基于互联网资源背景构建环境监测多元化教学活动, 充分发挥学生的主观能动性。 就《环境监测》课程而言, 国内关于其最典型的互联网资源就是东华大学环境监测课程的负责人马春燕副教授和奚旦立教授在国家级精品课程和国家精品资源共享课的基础上构建的慕课。 我们可以网络优质慕课资源为依托, 让学生在课前通过网络了解到一些重要概念, 教学内容不再局限于教材和教学大纲, 大胆对教学内容进行删减和整合, 课堂上减少对基础概念重复讲述, 而是以教材和大纲为线索, 从丰富的网络资源和生活实践中寻找真实环境案例为切入点, 结合课堂分析和讨论,灵活运用课时, 将学生从枯燥的知识点记忆中解放出来, 活跃课堂气氛, 让学生从“被动接受” 转变为“主动探索”; 理论教学结束后, 立刻安排与知识点相关实验课程, 实验教学环节改变“不求甚解”、 “简单重复” 的实验方法, 培养学生设计和组织实验的能力, 发展学生信息收集能力、 协作交流、 动手能力, 拓展理论与实践一体化教学体系, 使教学达到事半功倍的效果。

(2)教学内容与一线实际、 科研创新相结合, 构建环境监测体系的完整性

由于OBE 理念的教学具有较大的开放性和灵活性, 因此课程教学组织也可进行相应的调整, 打破教师个人授课的教学模式, 积极邀请环境监测站、 相关化工、 环保企业等一线工作人员、 或具有相关专业背景的教师、 企业工程师进行讲授, 分析企业实际工作中的具体内容给、 如何解决问题及其需求等, 让学生能更好的理论联系实际, 构建环境监测体系的完整性, 激发学生的学习兴趣。

(3)优化考核模式、 建立全过程评价

传统教学中学习效果主要依赖于课后习题的完成情况和考试成绩, 其弊端是课后习题的知识相对滞后, 容易出现抄袭现象, 且考试只涉及到部分知识点, 很难对学生学习能力的提升进行评估; 为改变这种现象, 课程考核应充分考虑OBE 教育模式中的“评估学习产出” 环节, 尽量摈除“一卷定成绩” 的单一考核方式, 考核方式多样化, 增加过程性考核比例。 如在课堂教学过程中, 设计若干个难度相当的、 与课程知识密切相关的重点难点问题, 将全班学生分成若干小组, 每一组自由选择1 ～2 个问题进行协作探究学习, 教师进行引导, 小组成员就问题进行自主合作探讨, 在合作探究问题的过程中达到剖析问题、 掌握知识、 发挥学生主观能动性的教学目标。 小组协作研讨完成后, 向全班展示讨论结果, 针对疑难问题与全班学生进行交流讨论, 并互相评价, 实现相互启发和共同提高的学习目标; 在期末考试中, 应减少名词解释、 客观题的比例, 增加综合知识运用的开放性题目, 如案例分析题的比例。

(4)教学反馈、 反思及优化调整

教学过程并不仅仅是授课结束就中止的过程, 而应是一个循环的教学模式。 OBE 理念秉持持续改进理念, 根据学生反馈和教学效果对教学活动环节进行评价, 通过对每个课程目标和学生个体达成度的计算和分析, 查找短板, 不断反思和总结,并据此对教学内容进行优化调整, 形成教学过程正反馈, 不断提高教学能力、 完善教学策略和教学技巧。

3 结 语

环境监测是一门理论方面较为成熟的学科, 具有很强的实践性和综合性, 但又是一门不断发展和更新的学科。 随着时代的发展, 不同发展阶段面临的环境问题也不相同, 因此社会对环境专业的人才要求也在不断提高, 高校应主动开展教学模式探索, 在遵循环境监测课程的特点、 规律和目标基础上, 结合学科和时代的特征, 将工程教育认证理念应用于环境监测教学的各个环节, 逐步构建体系完善、 内容丰富、 功能合理的教学新模式, 努力培养出符合社会需求的应用型专业技术人才, 推动环境监测事业的发展。