工程教育认证背景下地方高校环境工程专业实践教学体系改革

周香君，王湖坤，马 啸，吴宏涛，王 楷

(湖北师范大学 城市与环境学院，湖北 黄石 435002)

自我国加入《华盛顿协议》以来，以学生为中心、成果导向和持续改进的工程教育理念被迅速融入贯穿到人才培养体系的全过程建设中。工程教育专业认证的培养目标围绕培养学生解决复杂工程问题能力展开，而实践教学是解决复杂工程问题的重要支撑[1]。环境工程作为一门跨学科范围广、实践性和综合性强的工程学科，在我国起步较晚，但发展迅速。截止2021年，全国共有76所高校环境工程专业通过了工程教育专业认证。《工程教育专业认证标准解读及使用指南(2020版)》要求设置完善的实践教学体系，并与企业合作开展实习、实训，培养学生的实践能力、创新能力、工程意识、协作精神及综合运用所学知识解决实际问题的能力，对环境类专业标准补充中重点提出“在实践教学环节中受到足够的专业实践训练”[2]。

湖北师范大学环境工程专业(以下简称“本专业”)开设于2000年，是湖北省一流本科建设专业、省级专业综合改革试点专业、省资源环境特色优势学科群主干专业。在人才培养方面，本专业已获批荆楚卓越工程师协同育人计划和湖北省战略性新兴(支柱)产业人才培养计划。在实践教学方面，本专业拥有省级实习实训基地(大冶有色金属集团控股有限公司实习实训基地)，四个中心(国家环境保护工业污染地及地下水修复工程技术中心(黄石基地)、湖北省环境土壤样品制备与流转(黄石)中心、省级清洁生产中心、黄石市土壤污染防治技术中心)，省级虚拟仿真实验教学项目(紫外分光光度计测定环境水样中磷含量虚拟仿真实验)以及黄石市土壤污染防治重点实验室。本专业结合鄂东南地区环境领域人才需求，着重强化实践教学环节，通过实验、实习、实训和设计等环节支持学生掌握解决复杂工程问题的能力。

1.1 课程实验偏向验证，综合设计型实验比重少

环境工程专业课程实验包含四大基础化学实验、大学物理实验、电子电工实验等基础实验课程群，环境监测实验、环境化学实验、环境工程原理实验和环境工程微生物实验等专业实验课程群，以及“水、气、固”污染控制工程及物理性污染控制工程实验等专业应用型实验课程群。大部分实验偏重于对课堂内容的验证，根据实验教材按部就班完成实验操作，缺乏对学生自主创新能力的培养。

1.2 实验手段和仪器更新慢，与社会需求脱节

近年来，生态文明建设和环境保护产业从播种时代进入深耕时代，环境工程领域涉及到的概念、环境指标、仪器设备、技术方法等更新速度飞快，例如“大气悬浮颗粒物”被“PM2.5”全面替代，“三废污染治理”逐渐向“生态修复”理念转变，等等[3]。而地方本科院校由于实验场地、经费等条件有限，实验设备更新缓慢，导致学校教授内容严重滞后于社会应用，学生掌握的知识不能满足当前社会需求。

1.3 短期企业实习中学生难以接触工程实际

环境工程专业实习单位包括城市污水处理厂、市生态环境局、环境检测公司、固体废物处理处置相关公司，但普遍存在安全系数低限制学生参与度的问题[4]。在安全第一的原则下，学生在实习过程中缺乏帮助企业解决复杂工程问题的机会，导致短期企业实习对工程实践能力、创新能力和职业素养等方面的锻炼与提升较为有限。

1.4 毕业设计(论文)选题单一，难度系数低

毕业设计(论文)实践教学环节主要培养学生综合运用环境工程专业基础理论和工程实践能力，进而解决实际复杂工程问题的能力。工程教育认证对毕业设计(论文)要求“毕业设计(论文)选题要结合本专业的工程实际问题，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。对毕业设计(论文)的指导和考核有企业或行业专家参与”。而当前地方院校生师比较高，本科毕业设计大多是一对多的非精准指导方式，部分设计题目类型相似、陈旧甚至脱离实际[5]。且部分学生在极短时间内突击完成毕业设计(论文)，导致毕业设计(论文)欠缺创新性和深度。

2.1 优化实践教学体系

工程教育专业认证的核心价值在于推动教学变革，提升人才培养质量，着重培养学生解决复杂工程问题的能力。一方面，环境工程专业实践教学体系建设融入以学生为中心、成果导向和持续改进的工程教育理念，全过程贯穿课程实验、课程设计、实习实训和科研创新训练，覆盖认知型、操作型、工程型和创新型实践方式，分阶段分目标逐步提高学生解决复杂工程问题的能力[6]。另一方面，专业认证标准中针对“3.5使用现代工具”提出“能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，对复杂工程问题进行分析、计算与设计”。本专业将虚拟仿真技术引入实践教学，打破原有实践等于动手的传统理念，将虚拟实践与实体实践有机结合，通过开发虚拟仿真模块，构建虚拟实践教学系统和平台(见图1)，健全实践考核评价体系和实践教学支撑体系，贯彻“能实不虚、以虚补实、虚实结合”的原则，通过激发学生主观能动性，培养学生解决实际工程问题的能力。

图1 环境工程专业实践教学体系

学生前期实践包含专业基础实验、金工实习和专业见习、大学生科研项目、创新创业训练竞赛等，其中通过无机化学实验、有机化学实验、物理化学实验、分析化学实验、大学物理实验、电工技术实验、环境工程微生物、环境工程原理实验等基本操作型实验，强化巩固专业基础理论知识，结合金工实习、专业见习增强对环境工程专业和工程问题的认知，借助科研立项和创新创业训练，激发学生自主学习的兴趣，全过程锻炼学生自主解决问题能力。中期实践包括专业实验、课程设计、生产实习和学科竞赛，专业实验操作逐步向工程应用过渡，包括环境监测实验、工程流体力学实验、水污染控制工程实验、大气污染控制工程实验、固体废物处理处置实验以及环境综合设计实验，学生从解决问题逐步过渡到解决复杂工程问题，课程设计主要覆盖“水、气、固”三大核心课程，学生通过自主完成国家政策、污染现状、方案比选、工艺设计、管网建设、环境影响评价、投资估算、保障措施，全方位解决复杂环境工程问题。生产实习主要通过顶岗实习，到企(事)业单位完成具体任务，深入解决工程问题。而毕业实习则由学生结合就业意向，自主选择企(事)业单位针对性顶岗实践锻炼，实现就业过渡。

2.2 设计实践教学内容

成果导向教育是工程教育专业认证的核心理念之一。传统的实践课程设置主要基于知识系统的完整性，而专业认证要求构建产出导向的实践教学体系。实验、设计、实习等各实践环节都应符合“创新驱动发展”的时代要求。在课程实验环节中，基础实验需与专业实验有机结合，前后呼应。例如无机化学实验和分析化学实验是环境监测实验的基础，而有机化学在环境工程应用中相对较少，因此适当缩减了有机化学实验学时，增加了分析化学实验学时。专业实验内容和分析手段需实时更新，与企业专业工程师沟通确定开设的实验内容和操作方法。在课程设计、毕业设计和科技创新环节中，提高应用型课题比例，邀请企业工程师参与指导学生完成设计和科研项目。在实习实训环节中，通过金工实习、专业见习、生产实习和毕业实习逐步深入，并开发污水处理厂、生态环境局、固体废物处理处置和环境检测相关企业作为实习基地，针对性培养学生工程能力。

2.3 创新实践教学方法

互联网高速发展带来的教育信息化，促进了传统课堂教学效果的显著提升，也有利于实践教学质量的提高。针对当前地方本科院校环境工程专业实验教学中普遍存在的安全系数低、实践教学体系单一、实验手段和仪器与社会脱节、实验场地经费等条件限制学生参与度等问题，我校环境工程专业充分利用现代化信息技术，建设“紫外分光光度计测定环境水样中磷含量虚拟仿真实验”获批省级虚拟仿真实验教学项目和“基于虚拟仿真技术的环境工程实验创新平台与资源建设”获批教育部产学合作协同育人项目。将虚拟仿真技术融入环境工程实践教学体系，搭建嵌入式实验场景，一方面保证实践模块的科学性、时效性和多样化，与社会接轨，另一方面激发学生学习的积极性和灵活性，提升学生解决复杂工程问题的能力，增强学生实践创新能力和社会适应性。

2.4 促进学科竞赛

环境工程以解决复杂环境问题为出发点，是一门综合交叉型、应用性强的工科专业。学生根据各自兴趣和职业规划组建团队，在导师指导下，通过查阅文献、设计方案、自主探究、分析实验结果等环节，设计解决环境污染问题的工艺方案，参加学科竞赛。在此过程中，“以赛促学”，激发学生积极解决问题的主观能动性，突出学以致用的理念，促进学生解决环境工程问题的综合能力提升[7]。我校环境工程专业学生基于重金属污染土壤的修复技术、室内甲醛吸附、工业废气处理、温室气体排放、碳达峰碳中和对策等相关研究，在全国大学生环境生态科技创新大赛、“挑战杯”“互联网+”、创新创业实践等竞赛中多次获奖，全面锻炼了学生解决实际问题的能力。学生通过参加学科竞赛，锻炼和养成创新思维，提高学习积极性和主动性，并逐步成长为较强学习能力、协作精神和学风优良的群体，在毕业论文环节中不再满足于单一的选题，能够逐渐通过自主创新独立完成毕业论文。

3.1 实践教学基地

针对短期企业实习，学生难以接触工程实际的现状问题，通过积极与企业对接建设长期稳定的实习基地，了解企业对人才的基本能力要求和需求，利用校内实践活动提前进行针对性培养。通过调研鄂东南地区产业对环保人才的需求现状，选择黄石市环境保护局、黄石环境监测站、大冶有色金属集团控股有限公司、黄石市环投污水处理有限责任公司等企事业单位和政府部门等，建设相对稳定的高水平实习基地；
同时，积极与海南天鸿市政股份有限公司、光大绿色环保固废处置(黄石)有限公司、瀚蓝(黄石)固废处理有限公司等上市公司建立校企合作人才培养基地；
依托国家环境保护工业污染地及地下水修复工程技术中心(黄石基地)、湖北省环境土壤样品制备与流转(黄石)中心、湖北省清洁生产中心、黄石市土壤污染防治技术中心、黄石市土壤污染重点实验室，教学型实验室与科研型实验室对学生全面开放，共同承担基础实验和创新性实验；
建成了宜昌环境生态工程野外实习基地，打造“实验室——实习基地——野外实习”的三元实践教学平台。

3.2 师资队伍

建立高水平创新型师资队伍是人才培养的基础。作为地方应用型本科院校，我校环境工程专业作为荆楚卓越工程师协同育人计划和湖北省战略性新兴(支柱)产业人才培养计划单位，注重“双师双能型”师资队伍的建设。通过师资培训、访学进修、挂职锻炼等措施，提高实践教学队伍实践能力。对教师进行现代化教学手段的培训，要求所有专业教师能够掌握现代化教学手段开展教学，提高实践教学队伍信息化水平；
实行青年教师导师制，安排经验丰富、能力突出的中老年教师指导年轻教师，通过指导备课、互听讲课、传授经验等方向提升教学水平，站稳讲台；
从国内知名高校、地市环保局、监测站、设计/研究院所、大型企业、环保公司聘请“客座教授”到校授课、讲座；
专业任课教师参加国家环保部清洁生产审核中心举办的清洁生产审核师培训班并获得清洁生产资格证；
每年选派2～3名教师为重点环保企业提供科技服务，解决企业发展过程中存在的技术难题。通过提高教师实践教学的素质，有利于帮助学生操作过程中加深对原理的理解，将生产最新技术引入教学，同时促进学生转化更多的实践经验，从而有效提升实践教学效果。

3.3 考评机制

在强化“双一流”建设和创新创业与卓越人才培养的大背景下，传统的教学常规管理模式亟待创新。专业认证标准1.3要求“对学生整个学习过程中的表现进行跟踪与评估，并通过形成性评价保证学生毕业时达到毕业要求”，即根据评价有针对性改进教学，以提升教学效果。本专业贯彻持续改进的工程教育理念，完善成果检验机制，针对不同的实践内容，灵活自主采用多种形式，对学生的理论基础、基本技能以及分析解决问题能力等进行综合考核，建设教学目标、教学资源、教学过程和教学效果全面覆盖的教学质量评价体系，形成评价-反馈-改进的良性循环[8]。实践效果检验可通过校内校外结合，其中校内检验通过学生参加创新创业项目、大学生科研项目、发表科研论文、申请专利及毕业论文完成质量等实践创新过程中的产出达到评价目的。校外通过实习单位和工作单位对学生满意度、毕业生质量反馈等路径检验。

随着工程教育认证的快速推进和生态环境行业的迅猛发展，地方应用型高校环境工程专业本科教育实践教学体系应不断调整优化。我校环境工程专业通过构建线上线下结合的实践教学体系，合理设计实践教学内容，创新实践教学手段和方法，多途径鼓励学生参加学科竞赛，不仅为培养高素质高水平环境工程专业人才提供有力支撑，也为地方院校环境工程专业实践教学体系提供借鉴与参考。