以能力培养为中心 构建环境专业立体式实验体系

孙 也 相 艳 范文宏 李晓敏

北京航空航天大学化学与环境学院 北京 100191

以能力培养为中心 构建环境专业立体式实验体系

孙 也 相 艳 范文宏 李晓敏

北京航空航天大学化学与环境学院 北京 100191

从高校环境专业发展形势出发，分析了我国构建实验实践教学体系的现状。以北京航空航天大学环境教学示范中心为例，探讨了以能力培养为中心，专业实验实践内容的改造和更新。同时对教学方法与手段的改革及教学新模式的创立进行了探索。

环境专业人才；实验与实践；能力培养

随着政府和社会的环保投入力度不断加大，社会对环境类人才的需求数量、专业水平和综合素质等方面的要求日渐提高。作为培养环境类人才主要阵地，我国高校环境类专业经过几十年发展，现已构建出一个专业类别齐全、层次分明、形式多样、具有中国特色的环境教育体系，目前我国近半数的高等院校开设了各类不同层次的环境类专业，培养了大批优秀的环境专业应用人才[1]。在培养专业人才的过程中，实验实践教学是贯穿始终、不可缺少的重要组成部分，也是培养学生学以致用、理论联系实际、分析问题和解决问题的重要途径。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中明确提出“要着力培养知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才”。因此，为了满足国家对环保人员高素质的需求，构建以能力培养为中心的实验教学体系具有多方面的重要意义。

1 环境专业实验实践教学现状

环境专业是一门理工结合且实践性很强的综合性学科，为适应时代发展要求，无论从培养领军型人才还是应用型人才的角度，以实验实践教学突出培养学生分析和解决问题能力是环境专业教学的重要构成。受传统的教学模式影响，实验室教师往往根据实验讲义提前准备实验仪器设备及实验药品，并安排实验课程随理论课程进行，学生则机械地根据实验讲义逐步进行实验。这种普遍适用的传统教学模式容易造成学生高分低能的现象，学生实验的积极性和主动性受到阻碍，理论联系实际的独立思考被束缚，科研创新思维遭到扼杀。该模式对培养学生实验实践能力的要求重视不够，与当前以能力培养为中心的环境专业人才教学理念不一致，也与培养卓越工程师的大背景相悖。

国外高校非常重视培养环境专业学生的实验实践能力，美国环境类大学毕业生参加PE(Professional Engineers)考试，至少要有四年工作经验、必须有资深工程师指导，并通过积累经验有很强的实践和判断能力[2]；澳大利亚重视环境保护，要求所有的大学生有环保实践能力，并在2007年颁布了《为了可持续未来的教育—澳大利亚学校环境教育国家声明》，要求高校所有成员及社区积极开展环境教育实践活动，锻炼学生的环境意识，同时加强环境专业学生的专业实践活动，提高学生的专业技能；日本高校为了突出实验实践的重要性，注重提高学生动手能力，所设置的实验实践课程不单纯为理论课程服务，而是成为独立的课程体系，为培养良好的实验技能和严谨的实验作风打下坚实的基础[3]。

与国外高校相比而言，我国实验实践课程往往服务于理论课程，虽然在书本知识和系统理论教育方面并不弱，但在重视创新及实践能力培养方面尚有较大差距。很多高校也意识到在实验实践教学体系上存在的问题，积极探索实验实践教学改革的措施与方法[4，5]。环境专业作为一门实践性很强的综合性学科，在社会重视环境保护的大背景下，构建立体式实验实践教学体系，为社会培养工作能力强、综合素质高、满足社会需要的实用型环保人才是十分必要的[6]。

2 立体式实验实践教学体系的构建与内容

我校环境教学示范中心作为北京市实验教学示范中心，成立于1998年2月。由环境工程微生物、环境监测、水污染控制工程和大气污染控制工程实验室组建。经过多年的实践和探索，根据环境学科特点，构建起一套具有特色的立体式实验实践教学体系(如图1所示)。该体系以实验和工艺操作为基础，以自主综合设计实验为主线，以科学研究、工程训练、科技竞赛和校外实践为依托，着力培养学生的探索精神、科学思维、工程实践和创新能力。

图1 立体式实验实践教学体系示意图

2.1 校内实验实践教学体系

校内实验实践教学体系主要包括基础型、课程型和综合设计型三种类型。该体系包括了对学生大学四年应用能力培养的全方位覆盖，完成了从被动式灌输到主动寻知求学的教学方式的转变，从单项技能训练到自主综合能力的培养的过渡，最后从单纯课堂知识验证型到跟踪学科前沿的研究型训练的扩展。

2.1.1 基础型实验，针对本科一、二年级新生开设

主要强调实验操作的规范性和实用性，充分发挥实验教师的教学特点，在实验教师的引导下使学生能够熟练、正确地使用各种常规仪器设备，同时教师通过演示/虚拟/仿真实验等实训系统让学生初步形成专业意识、加深对专业的认知。基础型实验是针对整体实验中的单个实验进行细致分析，为后续课程型实验和综合设计实验做好基础练兵。

2.1.2 课程型实验，针对本科大二、三年级的学生开设

在学生完成环境化学、环境微生物基础、水污染控制工程、环境规划与管理、大气污染控制工程、固体废弃物的处理处置与资源化、环境监测、环境影响评价、噪声污染与控制等专业理论课的学习后，在掌握了一定的专业理论知识后，完成专业实验课的学习。课程型实验独立于专业课程，又在专业课程的基础之上，通过实验实践充分理解和运用专业课程的知识，为尽快掌握专业实验技能、培养专业扎实的卓越人才奠定基础。

2.1.3 综合设计型实验，针对本科大三、四年级的学生开设

主要利用暑期或其他大块时间开设的综合设计型实验，根据对专业知识的了解，通过贴近学生生活的实验设计，提高学生开展教学实验的热情。例如校园或生活区水、空气环境质量的调研，整个教学过程以学生为主，学生自主查阅资料并设计实验方案，指导教师仅起辅导作用，实验中充分调动学生的主观能动性，提高了学生检索资料及获取知识能力、思考能力、设计能力，同时挖掘学生解决实验过程中所出现问题的应急能力、实验数据的分析处理能力及对所设计治理工艺的评估能力，对培养其综合素质大有帮助。

2.2 创新开放式实验实践教学体系

自主创新开放式实验实践教学体系以开放式实验室为平台，主要强调设计性、自主创新和独立从事科研工作能力的培养，在学生实验技巧提升、综合素质提高和创新能力培养过程中具有重要的地位和作用。

通过本科生参与科研活动，鼓励学生早进实验室、早进团队、早进课题，激发学生通过实验实践培养独立思考和创新能力。学生从大二开始可以参与教师科研活动，学生根据自己的兴趣自主报名，教师根据初拟的实验方案选择人选。学生利用课余时间参与教师的科研，这种对学生的开放，提供了一个广阔的平台。对于一些有大量教学任务和科研项目的教师，学生接受系统的实验实践训练的同时，也可帮助教师作为助教或助研承担一些任务。

形成以传统环境实验实践教学与特色学科交叉融合的开放式体系。根据学校特色，与航空航天特色相融合，深入分析航空航天系统的室内环境问题，培养学生科研兴趣，开发学生的创新思维。根据学院特色，与纳米仿生材料及化学学科相结合，一方面通过新材料及新方法解决环境中的问题，另一方面用实验的方法考察新材料新技术给环境领域带来的影响。

促进科研与教学互动，及时把创新的科研成果转化为教学内容，将学科前沿动态转化为实验例证，展示给学生。例如部分教师将等离子放电处理VOCs，纳米材料光催化法处理废水，重金属污染物迁移转化、生态毒理效应，生物膜法处理废水等科研成果结合实验教学内容传授给学生，引导学生动手去感受，从而启迪学生的独立思考和创新意识。

开放式实验平台助力科研创新实验教学体系。一是场地开放，实验室、研究基地等向学生开放；二是内容开放，学生自主设计实验方案及路线，与学生或指导教师探讨后实验；三是时间开放，充分利用暑期小学期等课外时间，学生自由选择，与指导教师预约后进行实验。

2.3 课外科技活动

在课外，鼓励学生组建多元化大学生创新兴趣团队。3～6名学生即可组成科研创新团队，提出自己在环境领域的科研思路及选题，自行确定研究内容，实验方法和技术路线，撰写正式的申报书，鼓励学生通过参加“冯如杯”科技竞赛、大学生科研计划(SRTP)及大学生化学竞赛等课外科技活动，展示其科研成果。

同时鼓励学生参加学校的环保社团、绿色协会等社团组织，开展环境专业方面的课外科技展示，学生通过展示本专业知识、技能。积极组织参加大学生创新创业训练项目，学生做出生产、科研项目和管理等工作实施计划和解决方案，模拟环境专业创业项目，大大提高了知识综合运用能力和解决实际问题能力，引导学生摆正学习和就业的关系，提高学生对未来的企划能力。

2.4 校外产学研及社会实践体系

环境专业承担了解决环境污染和生态破坏问题的重要社会责任，因此理论教学与实际工程和社会应用相结合是构建环境专业立体式实验教学体系的重中之重，鼓励学生走出校园，通过多种校外产学研和社会实践方式培养实际工作能力强、综合素质高、满足社会需要的实用型环保人才。

一是开展实习实训基地和大学生校外实践教育基地的建设，利用高碑店污水处理厂、北京水泥厂、中国环境科学研究院、中国环境监测总站、燕山石化等有关科研院所、行业企业的实习资源，满足不同社会实践的教学要求，学生通过在实习基地参与生产实践、科研项目和管理工作，将大大提升其综合素质。

二是以提高实践能力为重点，探索与北京市环境科学研究院等有关科研院所、行业企业联合培养人才的模式，学校鼓励联合培养模式，通过项目合作方式选派优秀学生进行联合培养，提高其实际工作能力。

三是以横向课题的产学研转化，通过科研向生产转化工程中，为企业输送优秀的专业人才。

3 教学方法及手段的配套改革

(1)注重启发式、参与式、探究式、讨论式创新教学方法的配套。增设实验预习讨论和实验结果讨论两个环节，鼓励学生多问为什么，激发学生专业兴趣和学习动力，原始实验结果经讨论后须由教师签字，并要求学生学会用Origin软件处理实验数据。

(2)改革考核方法，实验教师认真评价实验报告，注重实验过程考查和学生能力评价，对实验结果中体现的问题快速反馈给学生，通过二次问题的查找给予深层次考核。

(3)创新编写实验教材，实验教材内容与理论课教材各具相对独立性，并体现学科前沿性，以培养、提高学生的实验动手能力和独立分析、解决问题的能力。

(4)推行本科生导师制，鼓励学生早进实验室，参与科研活动，加强学生与指导教师之间的沟通，激发和培养本科生的科学探究热情与实际工作能力。

(5)聘请具有实践经验的专业技术人员担任兼职教师，通过引入实际案例教学和现场教学环节，可以消除理论教学与实习环节脱离的弊端，既丰富了学生的学习，又促进了专职教师与兼职教师的交流进步。

4 结束语

随着全社会对环境问题的关注度的不断提高，社会对环境领域高水平人才需求的质量和数量急剧增大。高校环境专业承担着为解决环境污染和生态破坏问题培养高素质人才的社会重任，因此创新教育教学方法，构建立体式实验实践体系，为社会培养出即有扎实理论基础知识又有较强动手能力和创新能力的专业人才有重要的社会意义。

[1] 李春杰，贾金平，王文华.环境专业实践教学和实验课程体系的建设[J].中国大学教育，2007(2)：18-22.

[2] M. L. Davis， D. A. Cornwell . Introduction to Environmental Engineering[M].王建龙，译.北京：清华大学出版社，2002.

[3] 江家发.环境教育学[M].芜湖：安徽师范大学出版社，2011.

[4] 翁棣，张建英，胡洪.研究型大学环境工程实验新模式的探索[J].实验技术与管理，2010，27(1)：20-28.

[5] 段凤魁，杨宏伟，胡洪营.环境技术实验与实践教学中心的建设与探讨[J].实验技术与管理，2008，25(10)：104-106.

[6] 谢晓梅，王凤平，汤曙明.实验教学中心的建设思路与运行模式[J].实验室研究与探索，2005，24(2)：103-105.

Constructing Stereo-experimental Teaching System for Environmental Professional to Focus on Competence Capture

Sun Ye， Xiang Yan， Fan Wenhong， Li Xiaomin
Beihang University， Beijing， 100191， China

The current situations of constructing experimental and practice teaching system are analyzed according to the development of collegiate environmental major in China. Taking an example of the environment teaching and demonstration center of Beihang University，the contents of experiment and practice teaching are discussed based on competence capture. In addition， Reform of the new teaching methods and the establishment of the new teaching model are explored.

environmental professional； experimental and practice； competence capture

2014-03-13

孙也，实验师。

北京航空航天大学2013年教学改革立项项目“以培养卓越工程师为目标，环境类专业综合实验教学探索与改革”(编号：432322)。