工程教育认证背景下的环境工程专业实验教学改革

陈俊华 刘翠霞

经济快速发展带来的大气污染、水污染、土壤污染等环境问题受到国家高度关注，也引起国内环境保护相关政策导向的改变。国家环境保护相关政策导向由之前的治理解决已存在的污染问题转为从源头控制污染源，减少污染排放，这就要求投身环境治理的技术人员利用新技术、新方法、新工艺从源头上对环境问题进行调查，并通过多方案比选统筹考虑，从而解决问题。

环境工程专业主要研究环境污染防治工程设计与技术开发方面，比如对废气、废水、固体废物、噪声以及对造成污染的放射性物质的防治，还研究环境系统工程、环境影响评价、环境工程经济和环境监测等方面。由此可见，环境工程专业是一个涵盖面广、知识体系复杂的新兴学科，同时也是一门实践性很强的应用型专业[1]。学生工程实践能力与创新思维能力的培养是衡量人才培养质量的刚性指标，而工程教育认证的主要目标是保证和提高人才培养质量，对于环境工程专业发展来说，这是一个挑战，也是一个契机。

中原工学院环境工程专业教师团队始终坚持“以学生为中心、以产出为导向、持续改进”的教育理念，结合环保市场对专业人才的需求，不断更新教学方法，逐步形成了较为完善的环境工程专业实验教学体系。

一、环境工程专业实验教学中存在的问题

（一）教学内容陈旧，教学形式单一

中原工学院环境工程专业主要课程有大气污染控制、水污染控制、固体废物污染控制、环境工程微生物学、化工原理等。专业教学大纲要求环境工程主要专业课应设置实验或实践教学环节。目前中原工学院环境工程专业实验课程设置如表1 所示。

表1 现有实验课程一览表

由表1 可以看出，目前中原工学院环境工程专业的综合性和设计性实验较少，且大部分实验仍采取由实验教师准备所需实验物品、任课教师现场演示实验操作过程、学生只是“照葫芦画瓢”地完成实验操作的实验教学模式。在这种教学模式下，学生只是机械地进行模仿和操作，并无任何思考和创新，不利于学生解决当下复杂环境问题能力的培养和提升[2]。

另外，中原工学院环境工程专业的很多实验项目从2009年沿用至今，实验项目有待更新，学生的相关操作技能有待提升。此外，部分实验教师与主讲教师缺少企业实践经历，参与工程实践的经验不足，导致很多实验教学内容与环保行业中环境污染控制的新技术、新方法、新工艺脱节。

（二）实验项目缺乏综合性、创新性

中原工学院环境工程专业实验教学在学时、场地、设备等方面存在一定问题，比如：部分实验学时被缩短，实验室人均使用面积不足，部分实验需要多人一组使用同一台设备。另外，环境工程专业实验在学生掌握环境污染防治技术过程中是非常重要的环节，但考虑到安全因素，对实验项目涉及的污染物种类有所限制。综合上述多种原因，目前中原工学院环境工程专业实验项目在学生亲手设计创新实验、独立学习设备使用、完整进行综合实验等方面实现程度偏低。

（三）教学考评方式有待完善

在中原工学院环境工程专业实验中，除环境工程实验、环境监测实验是单独实验课程，其他实验课程均依托理论课程，属于理论课程的一部分。理论课程考评由过程性考核和期末考核组成，而理论课程中的实验课程成绩是过程性考核成绩的一部分。但是，理论课程中的实验环节仅仅是为了让学生理解、巩固理论知识，教师对学生实操能力和创新能力的培养重视程度不高。

二、环境工程专业实验教学改革实践

工程教育认证背景下，实验课程是培养学生制定复杂环境工程问题解决方案、选择研究路线、设计实验方案、构建实验系统、开展实验研究、采集实验数据、分析和解释实验结果、得到合理有效的结论等方面能力的有力支撑环节。因此，针对实验教学中存在的问题和不足，中原工学院环境工程专业教师团队从培养目标出发，结合实验课程与毕业要求指标点的关系，同时向通过工程教育认证的同类专业借鉴学习，大胆对专业实验教学环节进行改革，包括实验教学方法的优化、实验考评方式的完善等。

（一）实验教学方法的优化

一是调整实验教学模式。结合目前本科教育现状，对环境工程专业实验教学内容和形式进行了调整和完善，对以往固定学时的实验教学模式进行了改革创新。实验教学不同于理论教学，大多数实验存在一定难度，学生靠自己很难在2 个学时内顺利完成。因此，经过研究和讨论，设置环境工程实验一、环境工程实验二、环境工程原理实验、环境工程微生物学实验四门独立的实验课程（见表2），从而进行系统有序的环境工程专业实验教学。将固定实验学时的教学模式调整为实验周教学与固定实验学时教学相结合的新型教学模式，给予学生充分的时间进行探索和创新。

表2 优化后的实验课程一览表

二是整合实验教学内容。因为专业培养计划的调整，所以整合实验教学内容，将化工原理课程整合为环境工程原理课程，将新课程下的实验整合为环境工程原理实验，具体的实验项目如表2 所示。在环境工程实验二课程中增设物理性污染控制课程下的两个实验项目：生活中电磁辐射和电离辐射的测定、风机噪声控制效果实验。在环境工程微生物学实验中增设市政污水处理厂污水处理指示性微生物观测、水中细菌总数及大肠菌群的测定实验项目，将科研元素、工程元素融入实验教学中，鼓励学生积极参与实验设计、方案的调整，以培养学生的科研思维、创新能力、解决复杂工程问题的能力[3]。

三是采用多样化实验教学形式。结合实验教学对安全的要求，以“虚实结合、能实不虚、优势互补”为原则，借助计算机、现代信息技术，开展虚拟仿真实验教学，通过构建高度逼真的虚拟实验环境和实验对象，模拟实验场景，将一些难实现、危险性高、周期长的实验虚拟化。这样不仅有助于学生掌握相关原理，还能使学生将所学的理论知识与实际应用结合起来，培养和锻炼学生的创新精神和实践能力。

四是将实验与实践相结合。一些环保企业为了节约成本，在技术允许的条件下会采用一些新产品、新工艺、新方法。因此，教师可以积极鼓励学生参与企业生产实践，将实验教学内容融入实践环节，让实践环节不再是走马观花地看一看构筑物、听一听介绍，而是让学生真正参与具体的工程实践，比如某些典型的污水处理工艺中水质指标的测定、设备的调度、药量的控制等具体操作。这样不仅能够拓宽学生视野，还便于学生进一步理解和掌握相关理论知识，提升自身专业素养[4]。

（二）实验考评方式的完善

环境工程专业实验考评内容主要包括三部分。一是平时成绩。平时成绩主要考查学生的出勤、实验报告、课堂上的具体实验操作情况，占总成绩的20%。二是过程性小测试，占总成绩的60%。将过程性小测试与综合性实验相结合，例如在进行SBR 反应器污水处理实验教学的一周，分批对学生的基本操作技能进行测试，让学生对水的浊度、色度、溶解氧、COD（化学需氧量）、电导率进行测定，考查学生对基本操作、常规仪器使用的掌握情况。在一周的综合性实验过程中，实验室全天开放，便于学生合理安排时间进行基本操作技能的测试。三是期末考试成绩，占总成绩的20%。实验操作相关知识的考核可以与理论课程考核相结合，也可以单独出题，以闭卷的方式考查学生对实验安全知识、实验常用设备操作相关知识、实验器皿使用相关知识的掌握情况。

中原工学院以学生为主体，以市场需求为导向，结合工程教育专业认证对工科专业毕业生的能力要求，对环境工程专业实验教学进行了改革和探索。在整合实验教学内容的同时，增设创新性、综合性实验，加入虚拟仿真实验教学，并将以往固定实验教学学时的传统教学模式调整为实验周教学与固定实验学时教学相结合的新型教学模式，给学生提供充足的机会进行科学研究和探索，从而培养学生的科研思维和工程能力。新型教学模式和完善的考评方式极大地调动了学生参与实验操作的积极性，实现了“让学生动起手来”，能够极大地提升学生的实验能力，也能够提高环境工程专业的就业率。为了让学生顺利进入社会，顺利走进企业，还需进一步强化校企合作，给学生提供更多接触工程项目的机会，更加深入地研究和探索产学研一体化教学模式。