張吉強(qiáng)，張晨曦，榮 琨，李甲亮

(1.濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲生態(tài)脆弱帶工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603；2.濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲野生植物資源開(kāi)發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603)

1 引言

環(huán)境工程專業(yè)是以理工學(xué)科理論知識(shí)為基礎(chǔ)的新興專業(yè)，主要培養(yǎng)從事工程設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)行、監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、規(guī)劃與管理、教育和研發(fā)等工作的工程技術(shù)人才。環(huán)境工程專業(yè)作為一門學(xué)科交叉性非常強(qiáng)的工科專業(yè)，不但要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、生物等基礎(chǔ)自然科學(xué)知識(shí)，還要求學(xué)生掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和水、氣、固、物理性污染控制等專業(yè)知識(shí)，更需要學(xué)生具有執(zhí)行環(huán)境工程實(shí)踐所需技術(shù)、技巧和工具開(kāi)發(fā)解決復(fù)雜環(huán)境工程問(wèn)題的能力[1]。在中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)公布的最新中國(guó)工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中，明確提出了工科類本科生畢業(yè)時(shí)所需要達(dá)到的工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案、研究等12項(xiàng)相關(guān)能力要求。這就對(duì)環(huán)境工程本科生綜合能力的培養(yǎng)提出了非常高的要求。

然而在我國(guó)目前的環(huán)境工程本科生修讀的課程體系中，各門課程之間關(guān)聯(lián)度相對(duì)有限，不能對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行很好地培養(yǎng)。環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)以專業(yè)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)操作為手段，是理論聯(lián)系實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和解決環(huán)境工程專業(yè)問(wèn)題綜合能力的良好教學(xué)載體。本文在傳統(tǒng)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，借助信息化教學(xué)手段，通過(guò)增設(shè)文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、耗材選擇、數(shù)據(jù)處理、問(wèn)題討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開(kāi)放性、綜合性教學(xué)改革設(shè)計(jì)，以期滿足工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 主要教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始前兩周，通過(guò)在線課程平臺(tái)向?qū)W生發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)，在實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)中向?qū)W生提出課前學(xué)習(xí)要求。實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)中包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)原理和步驟等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)建立整體的知識(shí)框架結(jié)構(gòu)，明確所要完成的課程任務(wù)。

2.1 文獻(xiàn)調(diào)研

在實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)中首先要求學(xué)生通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)、百度學(xué)術(shù)等檢索平臺(tái)進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研。要求學(xué)生通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研掌握實(shí)驗(yàn)的原理、影響因素和主要工藝步驟等。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也是對(duì)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“能夠基于科學(xué)原理，通過(guò)文獻(xiàn)研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析相關(guān)工程問(wèn)題的解決方案”能力培養(yǎng)實(shí)踐[2～6]。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

該階段的目標(biāo)要求學(xué)生自行選定實(shí)驗(yàn)因素和實(shí)驗(yàn)水平，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，建議教師在開(kāi)放的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的限制，給學(xué)生提供基本的設(shè)計(jì)思路。以小組為單位形成初步實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案后發(fā)送給教師，教師再根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)情況與學(xué)生進(jìn)一步確定明確的實(shí)驗(yàn)因素和水平，以形成可實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，給予學(xué)生更大的自主權(quán)，鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、溝通協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，也是對(duì)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“研究”、“個(gè)人和團(tuán)隊(duì)”、“溝通”等能力要求的具體踐行。

實(shí)驗(yàn)耗材是實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的載體和手段，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般都是在實(shí)驗(yàn)中給學(xué)生提供指定的耗材，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行選用，學(xué)生只是“傻瓜式”的選用實(shí)驗(yàn)耗材。在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，可以完全讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自主選擇實(shí)驗(yàn)耗材，也可以給學(xué)生實(shí)驗(yàn)耗材(可多于或少于基本實(shí)驗(yàn)需求)，讓學(xué)生去篩選或增補(bǔ)相應(yīng)的耗材。通過(guò)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，是對(duì)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“使用現(xiàn)代工具”一項(xiàng)能力要求的良好培養(yǎng)實(shí)踐，該項(xiàng)要求學(xué)生了解專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具的使用原理和方法，能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)[7，8]。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)操作能力是實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的核心目標(biāo)，要求學(xué)生能熟練、準(zhǔn)確的利用實(shí)驗(yàn)儀器和材料，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，獲得所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，可采用以下多種教學(xué)手段相結(jié)合。①教師演示，學(xué)生觀察，然后開(kāi)展實(shí)驗(yàn)；②教師講解，學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師及時(shí)指導(dǎo)糾正，③挑選學(xué)生代表演示，學(xué)生觀察，學(xué)生互評(píng)+教師指導(dǎo)，學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。多種教學(xué)手段的結(jié)合，在培養(yǎng)學(xué)生核心操作能力的基礎(chǔ)上，還讓學(xué)生學(xué)會(huì)觀察，發(fā)現(xiàn)自己在實(shí)驗(yàn)操作中難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，也可以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生體驗(yàn)老師的角色，更大程度的鍛煉自己。建議對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分組，每3～6人為一組，每組推選小組長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)小組中的分工與合作，角色定位，團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色，是對(duì)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中 “個(gè)人和團(tuán)隊(duì)”能力項(xiàng)培養(yǎng)的良好途徑。

2.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理是學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ难由旌屯卣?，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生往往只是日記式的記流水賬，往實(shí)驗(yàn)表格中機(jī)械填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是對(duì)工科類的畢業(yè)生，僅僅只會(huì)填表是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到畢業(yè)要求的。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生利用Excel、Origin等繪圖軟件繪制如折線圖、柱狀圖、散點(diǎn)圖等多種數(shù)據(jù)圖表，培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力。此外，還要讓學(xué)生能針對(duì)具體的對(duì)象建立一些數(shù)學(xué)模型并求解，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型用于專業(yè)問(wèn)題的解決?？蓾M足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“工程知識(shí)”、“問(wèn)題分析”、“研究”等能力的培養(yǎng)[9～12]。

2.5 問(wèn)題討論

孔子有云“吾日三省吾身”，問(wèn)題和反思是人和科技不斷進(jìn)步的有效手段。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行回顧和分析，是使實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)步和提高的有效手段。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可設(shè)置針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體問(wèn)題，當(dāng)然也可超出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的范疇，讓學(xué)生通過(guò)查閱資料、交流討論進(jìn)行知識(shí)拓展，獲得更深層次的新知識(shí)。也可設(shè)置一般的通用問(wèn)題，例如請(qǐng)對(duì)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)操作中哪些步驟容易出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)哪些地方還有待改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的廢液廢料如何環(huán)保的進(jìn)行處理等。通過(guò)這些問(wèn)題的設(shè)置，以小見(jiàn)大，舉一反三，能讓學(xué)生評(píng)價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問(wèn)題解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，樹(shù)立社會(huì)責(zé)任感，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任?？膳囵B(yǎng)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“工程與社會(huì)”、“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”、“職業(yè)規(guī)范”等能力要求。

3 結(jié)語(yǔ)

環(huán)境工程專業(yè)本科生綜合能力的培養(yǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，本文以環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為教學(xué)載體，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行開(kāi)放性和綜合性設(shè)計(jì)，并輔以在線課程等現(xiàn)代化信息教學(xué)手段，在文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、耗材選擇、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、問(wèn)題討論等教學(xué)環(huán)節(jié)中，以培養(yǎng)學(xué)生解決環(huán)境工程專業(yè)問(wèn)題的綜合能力，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，以期滿足工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求。