新工科背景下環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革*

劉沙沙，吳賢格，劉燕芳

(肇慶學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 肇慶 526061)

2017年，教育部于正式提出了“新工科”的建設(shè)理念，為理工科教育的改革指出了新的方向和目標(biāo)，高等學(xué)校是為社會(huì)輸出人才的重要陣地，加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)，是新工科背景下高等教育的核心目標(biāo)[1-2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)體系的關(guān)鍵組成部分，是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)[3-4]。

環(huán)境工程專業(yè)以培養(yǎng)適應(yīng)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的應(yīng)用型工程技術(shù)和管理人才為任務(wù)[5]，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)主要以《環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析》、《水污染控制工程》和《大氣污染控制工程》等專業(yè)課程為基礎(chǔ)，將這些課程中的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提煉，開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，具有典型的工程和應(yīng)用特點(diǎn)。但是，根據(jù)新工科建設(shè)的要求，目前環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在如下問題：(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依附理論教學(xué)課程，采用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的開課方式，教學(xué)方法落后于行業(yè)技術(shù)需要；(2)偏重于教材的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新性和開拓性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少，教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向偏離；(3)對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和全局觀念的培養(yǎng)不夠重視，創(chuàng)新思維、技能和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)還存在欠缺。因此，為適應(yīng)新工科背景下對(duì)人才培養(yǎng)的要求，有必要對(duì)環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。

針對(duì)環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式的現(xiàn)狀，筆者基于新工科建設(shè)的理念，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，依托“三三”制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展前沿同步，加強(qiáng)學(xué)科間的深度交叉融合，促進(jìn)學(xué)校和企業(yè)協(xié)同合作，構(gòu)建具有基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性和工程性的多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；同時(shí)以學(xué)生為中心，充分利用互聯(lián)網(wǎng)帶來的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)-思考-創(chuàng)新”，在學(xué)習(xí)和掌握學(xué)科前沿技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步讓學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)能力得到提高，能綜合運(yùn)用多學(xué)科和專業(yè)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，以適應(yīng)新基礎(chǔ)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。為培養(yǎng)高素質(zhì)的環(huán)境專業(yè)人才、具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的應(yīng)用型人才打下基礎(chǔ)，將有助于支撐國(guó)家的發(fā)展。

1 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

肇慶學(xué)院開設(shè)的《環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)》是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn)課程，總學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)。學(xué)生通過進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理和分析等過程，可以進(jìn)一步加深對(duì)《環(huán)境監(jiān)測(cè)》、《大氣污染控制工程》和《水污染控制工程》的基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法、水污染控制工程構(gòu)筑物和設(shè)備運(yùn)行、大氣污染控制技術(shù)和工程應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、水污染和大氣處理工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理過程中存在的問題，分析原因、并提出解決方案的能力。

但在目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)人才的能力與企業(yè)和社會(huì)的需求不匹配，缺乏創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力。因此，需要緊密結(jié)合新工科的理念和要求，借鑒其它高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)施真正落實(shí)到培養(yǎng)方案、教學(xué)設(shè)計(jì)和授課等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中。重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，趨向?qū)W科前沿和新技術(shù)，打破學(xué)科壁壘、促進(jìn)環(huán)境與化學(xué)、生物等學(xué)科的綜合交叉，整體優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[3,6]。例如：在講授“氧化溝”實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生根據(jù)《水污染控制工程》和《環(huán)境監(jiān)測(cè)》課程中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行過程中，面對(duì)氧化溝的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停處煂?duì)氧化溝的結(jié)構(gòu)、工藝機(jī)理和運(yùn)行過程進(jìn)行講解后進(jìn)行操作演示。然后，學(xué)生們將從污水處理廠取得的活性污泥加入到氧化溝裝置中，加入人工模擬污染的生活污水，設(shè)置好曝氣機(jī)和水力助推器的轉(zhuǎn)速、進(jìn)水流量等參數(shù)，開機(jī)運(yùn)行，污水處理過程中，監(jiān)測(cè)溶解氧的變化，定時(shí)取樣，對(duì)出水中的BOD5、COD含量進(jìn)行測(cè)定，分析氧化溝工藝對(duì)生活污水的處理和凈化效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，教師最后進(jìn)行總結(jié)。實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科專業(yè)知識(shí)的交叉和融合，促進(jìn)各個(gè)學(xué)科的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 優(yōu)化、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)模式

圖1 “三三”制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以老師集中灌輸?shù)氖谡n方式，學(xué)生缺乏自主思考的時(shí)間和空間，實(shí)驗(yàn)興趣不高，動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力不足[7]。針對(duì)以上弊端，在環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中，基于精煉理論教學(xué)、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)和活躍課外教學(xué)的思想，設(shè)計(jì)了“三三”制實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，如圖1所示[8-9]。以“三三”制教學(xué)模式為驅(qū)動(dòng)，綜合傳統(tǒng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、基于學(xué)科前沿的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和具有工程實(shí)踐背景的跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)-思考-創(chuàng)新”，通過自主、合作、探究式的學(xué)習(xí)過程，在參與實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)問題，并利用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題；鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)實(shí)驗(yàn)興趣，積極研究探索工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科思維來解決問題，深化創(chuàng)新思維，提高實(shí)踐技能和創(chuàng)業(yè)能力。具體實(shí)施如下：根據(jù)每個(gè)同學(xué)的實(shí)際情況不同，因材施教，根據(jù)同學(xué)擅長(zhǎng)的能力安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分發(fā)揮潛能。并引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合課程學(xué)習(xí)的知識(shí)，申報(bào)了國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃《脫氮除磷菌的篩選及其強(qiáng)化生物生態(tài)耦合系統(tǒng)處理分散式農(nóng)村生活污水》，并獲得立項(xiàng)，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的能力和實(shí)驗(yàn)興趣，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程中，學(xué)生可以自主進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)合作完成實(shí)驗(yàn)過程、數(shù)據(jù)分析、論文撰寫和結(jié)題報(bào)告等，引導(dǎo)學(xué)生利用知網(wǎng)、萬方、維普等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，了解和熟悉研究方向的前沿動(dòng)態(tài)和方向，在教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

3 加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)的合作，協(xié)同育人

在國(guó)家相關(guān)政策的支持下環(huán)保產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，國(guó)務(wù)院辦公廳在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中指出“改革人才培養(yǎng)模式，提高高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，推進(jìn)高校與地方、行業(yè)、企業(yè)合作共建。”的要求。為了響應(yīng)國(guó)家關(guān)于高校人才改革的號(hào)召，適應(yīng)環(huán)保行業(yè)對(duì)人才的需求，校企合作的培養(yǎng)模式應(yīng)運(yùn)而生。校企合作是學(xué)校與企業(yè)建立的一種互助共贏的合作模式[10]，學(xué)校和企業(yè)之間可以實(shí)現(xiàn)資源共享、互相扶持、共同發(fā)展[10]。校企合作可以提高教師的科研應(yīng)用能力，并且通過科研與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用結(jié)合，還可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握和應(yīng)用，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)[10]。

針對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是以固定的教材和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的弊端，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)是鞏固和加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)認(rèn)識(shí)的一種有效的途徑。因此，在教學(xué)過程中積極與企業(yè)對(duì)接聯(lián)合，強(qiáng)化雙師型教師隊(duì)伍建設(shè)，積極促進(jìn)教師的實(shí)踐培訓(xùn)和調(diào)研，在實(shí)踐中探索，不斷優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。在加強(qiáng)專任教師的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的基礎(chǔ)上，引進(jìn)具有成功經(jīng)驗(yàn)的雙創(chuàng)企業(yè)家作為兼職教師指導(dǎo)學(xué)生，并將學(xué)生輸送到專業(yè)對(duì)口的企業(yè)參加實(shí)訓(xùn)，提高創(chuàng)新精神和實(shí)踐技能[1,3,11-12]。具體實(shí)施措施：(1)《環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)》的任課教師到企業(yè)擔(dān)任科技特派員，與相應(yīng)的環(huán)保企業(yè)對(duì)接，滿足企業(yè)之急和產(chǎn)業(yè)之需，推動(dòng)企業(yè)和高校科研成果的對(duì)接，同時(shí)提高教師的實(shí)踐水平和能力，更好的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；(2)環(huán)境學(xué)院從東方仿真軟件公司采購(gòu)了一批水污染控制、大氣污染控制等相關(guān)的軟件，學(xué)生在電腦上安裝模擬軟件后，可以自主進(jìn)行操作，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考的能力；(3)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中，通過“環(huán)保企業(yè)/污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)參觀+專業(yè)技術(shù)講解+任課教師組織討論”形式，分析環(huán)保企業(yè)的工程應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)施方案，污水處理廠對(duì)城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水等采取的凈化工藝和處理流程等，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)水污染治理的理論知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校教學(xué)和企業(yè)實(shí)踐的統(tǒng)一，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。(4)依托學(xué)校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院和大學(xué)科技園，為學(xué)生開展創(chuàng)業(yè)實(shí)踐提供支撐平臺(tái)，在科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用過程中幫助學(xué)生尋找創(chuàng)業(yè)機(jī)會(huì)；鼓勵(lì)學(xué)生組建創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，積極參加與創(chuàng)業(yè)有關(guān)的大賽，提高和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)業(yè)和實(shí)踐能力，增加創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的數(shù)量，加強(qiáng)與市場(chǎng)對(duì)接。

4 結(jié) 語

通過開展環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端，打破學(xué)科專業(yè)的局限，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，通過不斷探索與實(shí)踐，構(gòu)建一套行之有效的基于新工科理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和評(píng)價(jià)體系，建立以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為導(dǎo)向的培養(yǎng)應(yīng)用型人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。將教學(xué)、實(shí)踐緊密結(jié)合，把學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)、自主設(shè)計(jì)及研究探索的能力融為一體，提高環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，形成交叉融合、創(chuàng)新開放、多元培養(yǎng)、協(xié)同育人的人才培養(yǎng)體制，實(shí)現(xiàn)高校基于新工科里面的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)。