新工科建设背景下面向工程教育认证的环境监测课程实践教学体系探索

李琳　江敏　黄华军

［摘 要］新工科建设和工程教育认证对学生的工程实践与创新能力的培养提出了较高要求。文章系统阐述了江西农业大学环境科学与工程专业环境监测课程在新工科建设和工程教育认证背景下重构实践教学体系的探索。针对实践教学内容缺乏完善体系，构建了基于项目驱动的环境监测课程实践教学体系；针对实践教学方法单一，探索了“线上+线下”交互教学、实践基地现场教学和实践技能大赛应用教学三种教学路径；针对实践教学平台投入有限，开发了“四维”线上线下实践教学平台，具体包括超星泛雅教学平台、教学示范中心教学平台、虚拟仿真实验教学平台和重点实验室教学平台；针对“双师型”教师缺乏，打造了模块化实践教学团队，囊括了本科生导师和环境监测/检测企事业单位的一线专家。本课程实践教学体系运行效果良好，能够很好地保证学生工程实践和创新能力的培养，并具有一定的参考和借鉴意义。

［关键词］新工科建设；工程教育认证；环境监测课程；实践教学

［中图分类号］G642.3［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）03-0016-05

新工科建设始于2017年，教育部先后发布了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，构成了新工科建设“三部曲”。新工科建设旨在主动应对新工业革命的加速发展，更好地服务国家重大发展战略，面向新经济产业的兴起，推动工程教育的改革创新，培养符合新时代要求的工程技术人才，为国家发展提供人才保障。工程教育认证是国际通行的工程教育质量保证制度，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。我国的工程教育认证工作始于2006年，是工程师制度改革工作的基础和重要组成部分[1]。工程教育认证旨在提升工程教育质量，增强工程教育人才培养对产业发展的适应性，培养学生解决复杂工程问题的能力，提升学生的国际竞争力。工程教育认证强调针对复杂工程问题，培养学生的分析、设计、开发、研究和管理等多重能力[2]。新工科建设和工程教育认证对学生的工程实践与创新能力培养都提出了较高的要求，而学生的工程实践和创新能力培养离不开实践教学[3]。因此，按照新工科建设和工程教育认证的要求，构建科学规范的实践教学新体系对于推动新时代工程教育发展来说意义重大。

环境科学与工程专业是一门新兴的工科专业，主要研究如何利用科学和工程手段解决环境问题，提高环境质量，促进社会和谐发展[4]。我国环境类工程教育虽开展广泛，但仍存在一些问题，即部分学生的实践能力、创新能力及解决工程实际问题的能力不足，这主要与目前该专业实践教学体系不够科学和完善有关。

环境监测课程是环境科学与工程专业的一门专业基础课，兼具较强的综合性和实践性特点，是学习后续水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理工程、物理性污染控制工程等专业主干课程的基础。该课程涉及知识面较广，包括水和废水监测、空气和废气监测、固体废弃物监测、土壤监测、物理性污染监测、突发性环境污染事故监测、环境污染自动监测、环境监测的目的、监测过程中的质量控制等，学习难度较大，因此只有构建科学合理的实践教学体系，才能保证学生解决环境监测实际问题能力的培养质量[4]。本文总结了近年来江西农业大学（以下简称我校）环境科学与工程专业环境监测课程实践教学体系建设成果，以期为我国环境科学与工程专业环境监测课程教育改革提供有益的参考。

一、环境监测课程实践教学体系存在的主要问题

对照新工科建设和工程教育认证要求，环境监测课程实践教学体系仍存在一些问题[5-7]（见图1）。

一是实践教學内容缺乏完善体系。实践教学内容多为验证性实验，实验项目内容多注重水和大气环境指标，对固体废弃物和土壤环境指标涉及较少，各实验教学内容分散孤立，尚未形成较为完善的体系，综合性、创新性实验较少。

二是实践教学方法单一。目前实验教学多采用传统的方法，以教师讲授为主，学生按照既定的步骤进行实验操作，较难发挥学生的主观能动性。由于实验条件限制，往往只有部分学生进行了实验操作，多数学生的动手操作能力没能得到全面的培养，更谈不上创新意识和能力的培养。

三是实践教学平台投入有限。目前校内实验场地面积不足，实验设备较少，只能基本满足常规实验要求，新型大型精密监测设备多用于科研，教学使用较少，在一定程度上影响了学生实践能力的提升。

四是“双师型”教师缺乏。专业教师中具备行业背景的“双师型”教师不多，特别是近年来新引进的年轻教师，多为应届博士（博士后）毕业生，较为缺乏行业实际的生产工作经验，难以保证实践教学质量。

二、环境监测课程实践教学体系重构

（一）环境监测课程实践教学内容重塑

教学团队构建了基于项目驱动的环境监测课程实践教学体系（见图2），包括三个层次，即基础实践教学体系、拔高实践教学体系和拓展实践教学体系。

1.基于实际或虚拟调查监测项目的基础实践教学体系

环境监测课程以教授监测技能和流程为主要目标，具有很强的实践属性[8]。教学团队依据实际场地调查项目的内容，通过将课程知识点整合、连接，为学生设立实际或虚拟的调查监测项目。一般情况下，一个完整的场地调查项目包括水和废水监测、空气和废气监测、土壤监测、固体废弃物监测、遥感监测等几个模块。每个模块又包含若干个调查步骤，如水和废水监测模块包含水质监测方案的制订、水样采集、运输与保存、样品分析测定、监测报告编制等。学生可以先自主在线学习各模块的内容，再以小组协作的方式，根据调查监测项目的总要求，在教师的指导下通过实验实习进行全过程实操。

2.基于教师科研项目的拔高实践教学体系

教学团队注意到，环境科学与工程专业教师所申请的国家、省级科学项目多围绕污染控制和防治技术、生态安全与风险控制、农业废弃物处理与处置三个方向开展。这些研究都依赖于水、土壤、生物质等环境污染水平数据，需要多种环境监测技术的联合应用。同时，大多数常规污染物的监测操作难度并不高，以此为突破点，使学生快速融入科学研究中。这样既能实现学生监测技能的提高，也能让学生在实验过程中学习并理解最前沿科学研究项目的内涵和意义，激发学生的学习兴趣和科学探索精神。

3.基于“双创”项目的拓展实践教学体系

以教师主导的科研项目数量仍较少，不能实现对各类学生的有效覆盖，同时在选题上专注于基础研究，实践应用性较弱。因此，教学团队每年指导学生组织团队，围绕湿地处理效果评估、土壤环境修复、农产品安全检测等内容申报大学生“双创”项目。“双创”项目要求学生基于自己已掌握的知识进行外延拓展，学生采用本学科乃至跨学科知识，解决具体问题，注重学生对现有理论和技术的有效应用。“双创”项目覆盖面广，且能够让学生看到实际的应用成果，更能激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识和创新能力。

自环境监测课程开设以来，教学团队就着手编制环境监测实验实习指导用书，现已经是第5稿。该指导用书符合实践教学需要，结合了各类环境监测实验和实习教程的优势，具有较为完善的立体化实践教学内容，可为学生开展实验和实习提供全方位的指导。为了更好地将其推广与应用，教学团队近年来以该指导用书为基础，编撰了《环境监测实践教程》一书。

（二） 环境监测课程实践教学方法改革

教学团队突破了传统实验教学中以“教师讲授+学生验证”为主的模式，改革了实践教学方法，改革后的实践教学方法包括“线上+线下”交互教学、实践基地现场教学和实践技能大赛应用教学。

1.“线上+线下”交互教学

学生通过超星泛雅学习平台对实验教学内容进行预习，掌握实验原理、关键试剂的配置方法和实验操作的要点。教师在线下实际课堂中针对学生线上学习遇到的疑问和实际实验过程中遇到的问题进行答疑解惑与指导。此外，学生还可以在教师的引导下通过国家虚拟仿真实验平台进行自主拓展学习。

2.实践基地现场教学

依托校内人工湿地实践教学基地进行现场教学，该实践基地现有生活污水人工湿地处理系统三套（表流池、潜流池和五级池），设计处理规模为600 m3/d，主要处理校区教职工生活污水。另外，基地建有实验楼一栋（总面积200平方米），可实现对教学基地的水质、土壤和空气的监测。学生分组组建水质、土壤和空气监测团队，在团队指导教师的引导下完成一轮对基地的水质、土壤和空气的监测，并出具相应的监测报告。

3.实践技能大赛应用教学

坚持“以赛促学、以赛促教、学赛结合”的教学理念，一方面，依托所在学院主办或承办环境监测类技能大赛并鼓励学生参赛，另一方面，积极组织学生参加环境监测类相关的国家级/省级技能大赛（见图3）。通过各类实践技能大赛，激发学生的自主学习兴趣和专业学习热情，全面提升学生的环境监测理论水平和实践能力。

一方面，教学团队依托所在学院主办或承办了江西农业大学环境类实验操作技能大赛、江西省植物生产类实践技能操作大赛以及江西省“红土地”土壤学实验技能大赛。其中，江西农业大学环境类实验操作技能大赛面向本校环境类学生举办，江西省植物生产类实践技能操作大赛和江西省“红土地”土壤学实验技能大赛面向全省资源环境类学生举办。另一方面，教学团队组织优秀学生积极参加全国性的环境监测类大赛，如全国大学生市政环境类创新实践能力大赛等。通过上述赛事的举办或参与，充分调动了学生的主观能动性。学生要想获得好成绩，就必须通过学习、讨论和协作完成项目任务，并主动参与项目研究。这在很大程度上促使学生从被动学习转变为主动学习，培养了学生的互助互享意识和团队合作精神。同时，通过实践技能大赛可全面考核学生的理论和实践水平，既能考核学生的专业技能和毅力，又能了解学生的身体素质和心理健康情况。这不但提升了学生的职业素养和操作技能，也提高了学生的综合素质和创新能力。

实践技能大赛应用教学对指导教师提出了更高要求，不仅要求教师有丰富的理论知识，而且要求教师有精湛的专业技能。教师在平时的实训教学中，要“以项目为目标，以任务为驱动”，采取“做中学，做中教”的方法，不仅要“言传”，更要“身教”。指导学生参赛时，教师需要完成对学生选手的层层选拔和专业集训，这使得教师既是教练员、又是陪练员，教师要从原来的课程知识教学转向研读专业标准、掌握竞赛规程等，并“手把手”地指导学生，教师的示范教学能有效提高学生的技能水平，这同样需要教师具有较高的实际操作能力。

（三）环境监测实践教学平台拓展

教学团队通过构建环境监测课程“四维”线上线下实践教学平台（见图4），实现学生随时随地开心学，教师随时随地尽心教。

1.超星泛雅教学平台

借助超星泛雅教学平台，学生随时可以登录“学习通”手机App或电脑端网页版，预习教师发布的实验学习材料，对实验目的、原理、操作要点和注意事项等进行提前学习。针对线上学习过程中遇到的疑惑，学生可以自行查阅资料或与教师交流沟通，大大节省线下教师讲解时间，把有限的课时留给学生自主去配置试剂及进行实验操作[5]。

2.教学示范中心教学平台

以我校国土资源与环境学院的省级教学示范中心为依托，开展线下实验教学，学生在规定的学时内完成相应的实验项目设计及操作，并根据实验结果完成监测报告。为了保证学生顺利完成创新性实验和综合性实验，教学示范中心建立了空闲实验室预约制，允许学生与实验室教师预约实验室，自主安排时间完成创新性和综合性实验。

3.虚拟仿真实验教学平台

利用实验空间国家虚拟仿真实验教学平台，构建环境监测虚拟仿真实验课，弥补学校在实验设备、实验场地、教学经费等方面的不足，尤其是对于无法完成的真实实验、较难完成的实验，以及具有危险性、破坏性或复杂性的实验，都能够利用虚拟实验技術进行模拟操作[4]。

4.重点实验室教学平台

以本科生导师制为依托，学生可提前参与教师的科研课题，通过跟随课题组高年级学生或研究生学习，锻炼复杂检测分析的设计和操作技能。学生通过亲自接触和操作大型精密检测仪器，可解决自身在常规环境监测课程实验教学中对有关大型仪器学习不足的问题。

（四）环境监测课程实践教学团队打造

教学团队打破了课程师资构成单一的局限，打造了模块化实践教学团队，囊括了本科生导师和环境监测/检测企事业单位的一线专家。按照检测环境介质分类，将环境监测课程实践教学划分为水质检测、固体废弃物监测、土壤环境监测、物理环境监测和空气环境监测五个监测模块，每个监测模块邀请后续专业课程的任课教师参与实验教学，加深与后续专业课程的连接。本科生导师通过科研课题的形式，让学生运用自身所学到的环境监测理论知识和技术开展科研，培养自身使用大型精密科研仪器的能力[4]。与此同时，不定期邀请政府部门的环境监测中心或环境检测公司的一线高级工程师到校讲解环境监测/检测实际应用案例。

三、结论

新工科建设和工程教育认证对学生的工程实践和创新能力培养提出了较高的要求。本文阐述的环境监测课程实践教学体系正是为满足上述要求而进行的有益探索。教学团队从教学内容、教学方法、教学平台和教学团队四个角度对环境监测课程实践教学体系进行了重构，不仅提升了课程学习的高阶性、创新性和挑战度，而且增强了学生学习的自主性、参与度和获得感。新时代工程教育还要求融入最新的网络技术，嵌入线上教学平台，实现实践教学在时间和空间上的延伸。另外，任何一门课程的实践教学不能仅依赖于理论课的任课教师，还需加入本科生导师及相关行业的企事业专家等人员。新的环境监测课程实践教学体系确保了“三全育人”理念在课程实践教学过程中的实现。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 中国工程教育专业认证协会.工程教育认证工作规范[S/OL].（2022-07-15）[2023-07-02].https：//www.ttbz.org.cn/Pdfs/Index/？ftype=st&pms=64997.

[2］ 中国工程教育专业认证协会.工程教育认证标准[S/OL].（2022-07-15）[2023-07-02].https：//www.cee

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

index.html.

[3］ 刘子龙，尹祉力，徐小琳.专业认证背景下高校环境监测实验课程的改革与探索[J].教育现代化，2019，6（66）：77-79.

[4］ 丁腾达.工程认证背景下“环境监测实验”教学改革与实践[J].教育教学论坛，2021（19）：85-88.

[5］ 颜婉茹，杜青林，魏金枝.以OBE為教学理念，打造智慧实验课堂：以环境监测实验课程改革为例[J].黑龙江教育（理论与实践），2020（3）：63-64.

[6］ 程聪，吴来燕，王松波，等.工程教育认证和新工科背景下，环境监测实践教学改革[J].广东化工，2019，46（12）：192.

[7］ 张君枝，寇莹莹.基于OBE理念的环境监测实验教学改革的思考[J].教育教学论坛，2018（13）：227-228.

[8］ 豆小敏，王毅力，梁文艳，等.基于环境工程专业认证标准的“环境监测实验”课程教学改革：以北京林业大学为例[J].中国林业教育，2020，38（4）：67-71.

［责任编辑：苏祎颖］