新工科背景下《环境工程学》课程教学存在的问题及改革探索

，，，，

(1．吉林师范大学 环境科学与工程学院，吉林 四平 136000；2．吉林师范大学 创新创业教育培训中心，吉林 四平 136000)

为把握世界新一轮科技革命与产业变革大势，深入贯彻实施“创新驱动发展”、“中国制造2025”和“互联网+”等重大发展战略，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”。“新工科”中的“新”包含工程人才培养的“新理念”、工程教育学科专业的“新结构”、工程人才培养的“新模式”、工程教育的“新质量”和工程教育各高校分类发展的“新体系”五个方面[1-2]。因此，在新工科建设不断推进的背景下，大学课程设置的调整及课程内容的改革刻不容缓。

《环境工程学》是吉林师范大学环境科学专业开设的重要主干课程之一[3]，旨在让学生系统地学习水处理工艺、大气污染控制工艺、固体废物处置工艺的基本原理和方法，用理论去指导实践解决各种环境问题，同时它也是环境科学专业中为数不多的涉及到工程教育的课程。因此在新工科背景下，探究《环境工程学》课程的教学改革是顺应时代发展要求的，以培养新工科人才为导向，着力提高学生的综合素质和实践动手能力。

1 环境工程学》课程教学现状及存在的问题

1.1 教学现状

目前国内大部分高校的环境科学专业都开设了《环境工程学》或相近课程，授课对象为三年级的本科生，课时60～120不等[4-6]。吉林师范大学环境科学专业根据自身的特点，将《环境工程学》这门课程分为两学期开设，即环境工程学Ⅰ和环境工程学Ⅱ，共120学时，8个学分。环境工程学Ⅰ主要讲授水污染控制技术的方法原理及常规水处理工艺，环境工程学Ⅱ主要讲授大气污染控制、固体废物处置的技术原理和方法。除此之外，还配有24学时的实验课，两周的课程设计和一周的生产实习环节。在教材的选用上，目前国内高校主要以高等教育出版社出版的，蒋展鹏、杨宏伟老师主编的《环境工程学》为主[7]，吉林师范大学也不例外。教材的内容丰富，涵盖了水质净化与水污染控制、大气污染控制工程、固体废物污染控制工程及其他污染防治技术三个篇章，讲述了环境领域常规的污染控制技术的原理、方法和工艺等。在对学生的考核评价方面，采用的是传统的期末考试方式，在题库中随机抽取试题，通过试卷分数考查学生对知识点的掌握情况，平时的表现只占到总成绩的10%～15%。

1.2 存在的问题

通过多年的教学实践和研究，发现高校《环境工程学》课程在教学过程中存在一些普遍性问题，例如偏重于理论教学、实践教学流于形式，教学内容陈旧、方法手段单一，信息化教学应用落后等。

1.2.1 偏重于理论教学、实践教学流于形式

《环境工程学》是一门实践应用性很强的课程，注重技术的应用与创新。但是，从实际的课程设置来看，虽然有相应的实验及实践教学环节，但仍偏重于理论教学。《环境工程学》课程内容涉及范围很广，理论课时的增加的确可以保障教师对知识点的讲解深入、全面，但是如果实践教学环节不做相应的调整，学生只是单纯被灌输各种技术的原理和方法，没有实际的案例教学，很难将知识点理解、消化。此外，本来就很少的实践环节也没有得到重视，学生在工程现场没有动手操作环节，仅仅是工作人员或教师的讲解，只是将课堂转移到了现场而已。在新工科背景下，这种偏重于理论知识的教学方式很难培养出能够适应新时代需求的人才。

1.2.2 教学内容陈旧、方法手段单一

作为一门同时具备应用性和学术性的课程，《环境工程学》课程体系中的理论在不断发展和完善，新技术和新工艺层出不穷，学生所用教材的更新速度远远不及世界先进理论和技术的发展速度。在最近的一次校友活动中，他们结合自己的工作经历，给学院提的建议中就有一条关于教学内容的，他们普遍认为在大学里学的知识过于陈旧，很多在实际工程中不再适用。另外，在教学方式上，多数教师采用多媒体进行“填鸭式”教学，在整个教学过程中，学生一直处于被动地接受知识，主观能动性没有被调动，更不用提及创新精神。

1.2.3 信息化教学应用落后

《环境工程学》课程的实践教学环节流于形式还有另一个重要的原因，就是很多的工艺都是具有高污染、高危险性的，企业和学校出于对学生的安全考虑，只是挑选一些危险性低的实践项目去现场参观。在信息化高速发展的时代，大多数教师仍把目光局限于实验室的实体设备和实践基地现场，没有与时俱进，拓宽思路，使用虚拟仿真等一些高科技手段来配合实践教学。此外，教师在PPT的制作过程中，仍以文字、公式和静态的图片为主，鲜有用先进技术丰富教学内容，吸引学生的注意力。

2 新工科背景下《环境工程学》教学模式的探索

为了适应新工科人才培养的“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”需求，加快提升学生的自主学习、创新创业、团队协作和工程能力，《环境工程学》课程的教学改革势在必行。

2.1 强化实验、实践教学，提高学生的工程实践能力

针对《环境工程学》课程存在的实验、实践教学与理论教学脱节，偏重理论教学，忽视实验、实践教学的问题，一方面，修订本科培养方案，增加实验、实践教学的学时，保障学生参与实验和实际工程项目的时间；另一方面，在实验课的选题、实践课的设计上，应尽量选择具备典型性的、综合性的、研究探索性的课题，充分提高学生的动手能力和创造能力。除此之外，还应加强校内、外实践基地的建设，在实验过程中需适当延长实习时间，让学生全面了解见习单位的组织结构、运行情况及相关废弃物的处理工艺流程等，尽可能让学生得到充分的实践锻炼。同时鼓励学生利用业余时间多参与和课程相关的课外科研实践活动，为学生进一步深造和就业打下良好的基础。

2.2 以学生为中心的多元化教学

由于《环境工程学》课程涉及水、大气、固废等多个领域，涵盖的内容非常广泛，而且随着科技的不断发展，环境领域的工艺技术也在不断更新，因此在教学内容整合和优化时，应注重教学内容的前沿性和适用性，及时将新方法、新技术、新工艺等引入课堂教学。

在教学方法上应突出学生的主体地位，根据不同的教学内容分别采用传统讲授法、案例式教学、小组讨论和工程实践等不同的教学方法，充分调动学生学习的积极性和主动性，激发学生的求知欲望和创新意识。传统讲授法主要教师为主体，通过多媒体、板书等教学手段，向学生讲解各种工艺技术的基本原理，让学生对本课程的知识点有个整体的认知。学习具体的工艺技术时可采用案例、讨论和实践相结合的方式。例如在讲大气的脱硫脱硝工艺时，教师根据章节所学知识点课前将学生分组并布置好任务，学生利用业余时间查阅相关案例，做好课堂展示和发言准备；课堂上学生分组对查阅的案例进行展示和分析，教师引导学生彼此之间相互学习、相互启发、积极研讨，并进行点评、给出相关建议；课后学生根据讨论结果和教师给的建议撰写案例分析报告。除此之外，还可以结合当地的工程实际情况开展现场观摩教学，例如在讲水处理工艺时，可以组织学生带着问题到四平市污水处理厂、天成玉米开发有限公司废水处理车间、四平金士百啤酒股份有限公司废水处理车间等现场参观，弥补课堂教学对相关工艺和设备直观认识的不足，同时能将理论知识和工程实践及时有效结合，使学生的理论认识和实践能力提升到一个新的高度。

2.3 利用虚拟仿真等高新技术，进一步完善实践教学环节

《环境工程学》课程的实践教学流于形式还有一个很重要的原因就是，有些实验或实践过程存在高危、高毒、高风险性，学生在操作实践时受到了很大的局限，很多环节学生只能想象，不能亲身体会。结合社会经济发展和“新工科”对人才培养的需求，吉林师范大学环境科学与工程学院以有机固体废弃物资源化处理为主线，开发构建了“有机固废厌氧发酵3D虚拟仿真实验”平台，学生利用多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，在高度仿真的虚拟实验环境中完成整个实验操作过程。虚拟仿真实验教学生动形象，学生学习的主动性和积极性得到了极大的提高，学生还可以自主开展创新研究和训练，学生分析问题、解决问题的能力和创新素养都得到了显著提升。我院还会进一步将虚拟仿真等高新技术应用到水处理和废气治理领域的实验和实践课程，为新工科人才培养提供保障。

3 小结

在新经济、新产业蓬勃发展的大环境下，新工科教育顺势兴起，许多高等院校的教学目标和培养方案也应及时调整，以更好地为区域经济发展提供服务。《环境工程学》是环境科学专业的主干课程，也是为数不多的涉及到工程教育的课程，涉及水、大气和固废等多个领域，实践性很强。本文结合新工科背景下人才培养的新要求，分析了当前《环境工程学》课程存在的主要问题，在此基础上对该课程的教学改革进行了探讨，采用以学生为中心的多元化教学模式，强化实验、实践教学，对实验、实践中的局限环节辅助虚拟仿真等高新技术，切实提高学生的工程实践和科技创新能力，积极推进新工科建设。