環(huán)境工程專業(yè)CDIO人才培養(yǎng)模式的研究與探索

薛軍 張福群 張顯龍

摘 要：結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點，把CDIO教育理念引入人才培養(yǎng)中，構(gòu)建一體化課程計劃，使學(xué)生將知識、素養(yǎng)、能力緊密結(jié)合，將學(xué)生學(xué)習(xí)理論、工程實踐、技術(shù)創(chuàng)新融為一體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和興趣，培養(yǎng)和提升學(xué)生工程實踐能力，滿足新時代企業(yè)發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程專業(yè);培養(yǎng)模式;CDIO

中圖分類號：G642? ??文獻標識碼：A

環(huán)境保護是我國的基本國策，可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)是我國的發(fā)展戰(zhàn)略。因此把握機遇，培養(yǎng)適合新時代的環(huán)境工程專業(yè)人才，是教育工作者艱巨的任務(wù)。環(huán)境工程專業(yè)是一門交叉學(xué)科，與很多學(xué)科有密切聯(lián)系。目前，工程教育越來越為國內(nèi)外重視，在本科四年的學(xué)習(xí)過程中使學(xué)生既有扎實的理論知識基礎(chǔ)，又有能盡快解決實際環(huán)境工程的能力，同時還適應(yīng)新時代社會發(fā)展的需求，是環(huán)境工程專業(yè)教育面臨的一大難題。

CDIO教育理念是美國幾十年來在工程教育傳承和改革發(fā)展中形成的，它將工程科學(xué)、知識和實踐能力融為一體。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行全生命周期為核心，讓學(xué)生以主動、實踐、課程之間聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，以適應(yīng)新形勢下環(huán)境保護工作的需要。

一、CDIO教育理念

在工程專業(yè)知識與數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的關(guān)系問題上，CDIO教育理念認為任何工程技術(shù)專業(yè)的課程體系設(shè)計都要重視數(shù)學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)，重視工程科學(xué)和專業(yè)知識，這樣可以提高工程專業(yè)學(xué)生個人的知識、人際交往及溝通的能力，以及對產(chǎn)品、生產(chǎn)制造過程和系統(tǒng)建構(gòu)的技能等，使學(xué)生在真實的工程實踐中得到培養(yǎng)和鍛煉。按照CDIO標準設(shè)計本專業(yè)的培養(yǎng)計劃、課程體系和課程大綱等，營造符合CDIO的知識背景與環(huán)境，創(chuàng)新基于實踐的教學(xué)方法，建立學(xué)生學(xué)習(xí)的評估體系，加強實踐場所建設(shè);配備先進儀器設(shè)備，培養(yǎng)受新時代社會歡迎的環(huán)境專業(yè)畢業(yè)生。CDIO教育理念強調(diào)教學(xué)方法和手段相結(jié)合，培養(yǎng)體現(xiàn)全面發(fā)展、適應(yīng)環(huán)保等行業(yè)，咨詢、研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、建設(shè)、運行等復(fù)合應(yīng)用型高級專業(yè)工程技術(shù)人才。

環(huán)境工程專業(yè)應(yīng)用型人才必須具備個人能力、人際溝通能力以及工程過程的構(gòu)建能力，保證學(xué)生在企業(yè)和社會背景環(huán)境情況下，在團隊工作中發(fā)揮重要作用。在校內(nèi)實踐教學(xué)條件優(yōu)良、校企合作資源豐富等工程教育環(huán)境支撐下，論證建設(shè)環(huán)境工程專業(yè)的課程體系，課程體系分為三級目標項目實施。

（1）一級項目：從大一至大四，由幾個學(xué)生組成團隊，每個團隊參加一個項目，參與具體的環(huán)境工程設(shè)計和項目研究，具體參加教師承接的縱向、橫向各類科研課題和實際工程項目等。結(jié)合學(xué)校先進的實驗教學(xué)儀器、設(shè)備等設(shè)施，為學(xué)生發(fā)展也可單獨設(shè)立專項課題研究。學(xué)生進行項目可行性研究、工程設(shè)計、設(shè)備選型、運行管理等整個系統(tǒng)工程設(shè)計的訓(xùn)練，有效地培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、協(xié)調(diào)、溝通、創(chuàng)新和合作能力，增強學(xué)生自信心，使學(xué)生能很好地將所學(xué)知識有機地聯(lián)系起來。過程中，學(xué)生需要學(xué)會以探究方式獲取知識，吸收、補充、完善尚未學(xué)過的理論知識。學(xué)與做相結(jié)合，整個過程體現(xiàn)CDIO教育理念。

（2）二級項目：二級項目是來自課程群，每個課程群組成一個項目，把相關(guān)聯(lián)的課程理論知識有機地結(jié)合起來，項目形成綜合課程設(shè)計，使學(xué)生認識到知識群不是孤立的知識點，將課程群的設(shè)置與工程實踐結(jié)合起來。

（3）三級項目：指明教師在整個課程教學(xué)過程中培養(yǎng)體系、知識與能力的作用，每門課程啟發(fā)、互動和研究學(xué)習(xí)，找出學(xué)生提出問題、解決問題的方法，提出概念和有規(guī)律性的方法。

二、構(gòu)建一體化課程計劃

一體化課程計劃將工程設(shè)計、工程能力培養(yǎng)融入課程體系，課程之間通過項目相互鏈接，培養(yǎng)個人產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建的能力，充分體現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)。制定人才培養(yǎng)標準、課程體系、CDIO教學(xué)大綱，建設(shè)一個滿足CDIO工程教育模式現(xiàn)代需求的硬件環(huán)境。在一體化培養(yǎng)新理念下，以課程大綱為主要形式，細化分解專業(yè)培養(yǎng)目標，通過培養(yǎng)目標實現(xiàn)專業(yè)的理論知識、工程能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，再分配到每門課程，使每門課程根據(jù)自身特點對應(yīng)相應(yīng)的知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。通過教學(xué)方法改革，使學(xué)生具備一體化的學(xué)習(xí)方法、知識構(gòu)建和系統(tǒng)能力。

（一）優(yōu)化課程體系

借鑒CDIO工程教育模式，以學(xué)生的能力為培養(yǎng)為主，各課程知識為載體，結(jié)合環(huán)保行業(yè)和社會發(fā)展實踐情況，改變以專業(yè)知識為先設(shè)置課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式，優(yōu)化課程體系。環(huán)境工程專業(yè)的課程設(shè)置包括大學(xué)物理、化學(xué)、生物、工程制圖、電工學(xué)等相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)知識，還包括水污染控制工程、物理性污染控制、大氣污染控制工程、固體廢物處理與處置、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境影響評價等專業(yè)課。課程體系建設(shè)著重工程技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)，培養(yǎng)過程將工程實踐貫穿整個教學(xué)環(huán)節(jié)過程。注重理論聯(lián)系實際，把專業(yè)理論與解決工程的實際問題緊密結(jié)合，有利于學(xué)生的創(chuàng)新能力和個性成長發(fā)展。

1.設(shè)置“工程導(dǎo)論”課

第一學(xué)期設(shè)置“工程導(dǎo)論”課程，引導(dǎo)學(xué)生環(huán)境工程專業(yè)知識、實踐入門，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的興趣，讓學(xué)生盡早建立系統(tǒng)工程的全局概念，將以后學(xué)習(xí)專業(yè)知識和實際工程項目聯(lián)系起來。該課程為工程實踐提供框架，通過四年學(xué)習(xí)，學(xué)生可以明確畢業(yè)后具備一名工程師的責(zé)任與任務(wù)，如何利用所學(xué)的學(xué)科知識更好完成這些任務(wù)。學(xué)生可以盡早了解CDIO大綱所要求的個人產(chǎn)品開發(fā)、工程設(shè)計和系統(tǒng)構(gòu)建的能力。介紹本專業(yè)、本學(xué)科和本行業(yè)工程技術(shù)發(fā)展史，介紹在工程技術(shù)領(lǐng)域中做出成就的人物、事件等，這些都會增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性。

2.體現(xiàn)前沿性技術(shù)的課程

調(diào)整學(xué)時與課程，優(yōu)化課程體系。一是課程要精簡專業(yè)必修課內(nèi)容和門數(shù)，增加專業(yè)選修課，尤其是體現(xiàn)前沿性知識技術(shù)的課程。二是課程要體現(xiàn)人才培養(yǎng)方案中對人才培養(yǎng)理念、目標以及學(xué)生的知識、能力和素養(yǎng)等方面的要求。三是要促進師資隊伍建設(shè)和教材選用，對教學(xué)資源進行優(yōu)化配置，提高教學(xué)實踐效果和教學(xué)管理水平。四是專業(yè)課教學(xué)要圍繞人才培養(yǎng)目標，使學(xué)生盡快了解環(huán)保行業(yè)、實際工程、處理技術(shù)和污染治理工藝、設(shè)備開發(fā)、工程設(shè)計等，提高解決實際環(huán)境工程問題的能力，強化知識能力。五是根據(jù)新時代社會實際需要，調(diào)整課程體系內(nèi)容，對學(xué)生進行指導(dǎo)性解決實際問題程度和方法講授。六是在教學(xué)中引入典型實際工程案例，提供工程背景資料，教師注重啟發(fā)引導(dǎo)，組織學(xué)生課堂討論，鼓勵學(xué)生之間、學(xué)生與教師間的學(xué)術(shù)辯論。

3.提升學(xué)生綜合素質(zhì)

為強化社科人文知識的要求，注重學(xué)生全面培養(yǎng)能力，設(shè)置人文素質(zhì)類、職業(yè)課程，提升學(xué)生綜合素質(zhì)能力。將職業(yè)誠信道德與CDIO教育理念結(jié)合，在每個培養(yǎng)環(huán)節(jié)中注重人文精神，使學(xué)生了解將來成為一名合格工程師所必須具備的綜合素質(zhì)與能力。在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中，對每一個項目和課程都在人文素養(yǎng)、職業(yè)道德等方面進行要求，由課程教學(xué)大綱具體指出，學(xué)生真正領(lǐng)會到全方位的培養(yǎng)教育。同時設(shè)置學(xué)科交叉選修課程，提升學(xué)生解決問題的綜合素質(zhì)能力。組織學(xué)生參加各項環(huán)保生態(tài)宣傳活動、環(huán)保生態(tài)知識競賽、制作環(huán)保課件大賽、征集保護生態(tài)環(huán)境照片、環(huán)保生態(tài)專題演講賽、環(huán)?？萍颊搲?、環(huán)保進社區(qū)等大型活動，提高學(xué)生的積極性、環(huán)保生態(tài)意識和責(zé)任感，增強其在學(xué)校及社會發(fā)展的影響力和創(chuàng)造力。

4.強化實踐訓(xùn)練

圍繞專業(yè)核心課程進行工程項目設(shè)計，特別是全過程CDIO項目設(shè)計。將本專業(yè)整個課程體系有機結(jié)合起來，增強學(xué)生的理解與想象，給學(xué)生創(chuàng)造條件去行業(yè)企業(yè)社會實踐，針對工程項目組成研發(fā)小組，參與企業(yè)工程項目全過程。體驗企業(yè)工作生產(chǎn)環(huán)境，使學(xué)生理論知識水平、個人整體素養(yǎng)、團隊合作精神和協(xié)調(diào)控制能力等得到全面訓(xùn)練和提高。開展系列工程實訓(xùn)，背景環(huán)境下模擬教學(xué)和訓(xùn)練，為學(xué)生提供污染物處理工藝技術(shù)研究、設(shè)備開發(fā)、工程運行、維修維護等交流訓(xùn)練的平臺。讓學(xué)生走出校門參與校外實踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)，培養(yǎng)工程師具備的條件，與實際工程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

（二）進階式多方位的課程教學(xué)模式

建立進階式多方位的課程教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和綜合運用知識的方法。組成課題組以CDIO工程教育理念和課程大綱內(nèi)容為教學(xué)理念，通過基礎(chǔ)實驗、設(shè)計實驗、綜合實驗和項目設(shè)計逐級進階。建立重基礎(chǔ)、重實踐、重創(chuàng)新等多方面教學(xué)培養(yǎng)的模式。在工程項目的教學(xué)和學(xué)習(xí)過程集中體現(xiàn)，課程教學(xué)過程的實踐和環(huán)境工程項目設(shè)計始終貫穿教學(xué)。加深學(xué)生基礎(chǔ)實驗對基本概念和核心知識的理解掌握;設(shè)計實驗培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力與設(shè)計能力;綜合實驗培養(yǎng)學(xué)生的思維系統(tǒng)能力，在實踐中勇于探索知識、創(chuàng)新的能力。構(gòu)建支撐CDIO全過程的學(xué)生課外實踐創(chuàng)新平臺，從項目和課程上使課內(nèi)外相結(jié)合，由學(xué)生自主安排管理，為學(xué)生提供科技創(chuàng)新、課外研究與設(shè)計、制作作品等，提供科技活動平臺。

（三）提供系統(tǒng)的能力培養(yǎng)環(huán)境

建設(shè)CDIO工作空間，提供培養(yǎng)系統(tǒng)能力的環(huán)境。以環(huán)境污染治理工程為基本環(huán)境，依托城鎮(zhèn)污水處理廠和環(huán)保工程有限公司，以污（廢）水、固體廢棄物、廢氣等處理工程項目，為環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生提供真實的實踐背景環(huán)境。圍繞CDIO教育理念構(gòu)建工程實踐場所，使學(xué)生充分理解工程教學(xué)中全過程，保證一、二、三級項目的順利有效實施。劃分四個CDIO工作區(qū)，即討論構(gòu)思室、系統(tǒng)工程設(shè)計室、系統(tǒng)構(gòu)建室和成果展示廳。通過工作空間的設(shè)立，使學(xué)生能夠在工程教育背景環(huán)境中學(xué)習(xí)體驗CDIO教育理念的全過程。

按照CDIO要求進行校企合作，建設(shè)實訓(xùn)基地和實習(xí)基地，與行業(yè)企業(yè)單位密切合作，建立校外實訓(xùn)基地。以各種形式的校企合作，培養(yǎng)具有特色、鮮明和深化的環(huán)境工程專業(yè)人才，使學(xué)生更能適應(yīng)新時代社會企業(yè)發(fā)展的需求。

（四）構(gòu)建專業(yè)評估

結(jié)合CDIO工程教育培養(yǎng)標準，對人員、設(shè)施、資源等進行評估。過程包括教學(xué)過程、考核機制和評價方法，學(xué)生學(xué)習(xí)效果和專業(yè)整體水平。確立標準評估制度、判定模式、目標導(dǎo)向模式和管理導(dǎo)向模式等。綜合實際考察專業(yè)是否符合工程教育標準要求，以輸入和過程為主，專業(yè)教師隊伍水平、實踐活動場所和共享資源、教學(xué)實踐等實施過程，滿足培養(yǎng)標準、培養(yǎng)目標要求。

三、優(yōu)化師資結(jié)構(gòu)

培育一批具備研發(fā)創(chuàng)新和熟練掌握以環(huán)境工程項目設(shè)計為導(dǎo)向，工程實踐能力培養(yǎng)為目標，CDIO工程教育模式的教師隊伍。具有較強的CDIO教學(xué)技能，能開展現(xiàn)場教學(xué)、實際工程案例教學(xué)和科研項目教學(xué)等工作，根據(jù)工程教育體系的課程、項目結(jié)構(gòu)要求，組織一支相應(yīng)的教學(xué)實踐團隊，經(jīng)常開展學(xué)習(xí)與交流活動。聘請企業(yè)具有豐富經(jīng)驗的高級技術(shù)人員和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，共同參與教學(xué)建設(shè)、教學(xué)過程等活動。將教學(xué)改革、科研工作和工程技術(shù)服務(wù)納入教師個人考核指標，完善教師進修制度機制，選派教師到企業(yè)參與項目研發(fā)、工程設(shè)計與項目經(jīng)營、企業(yè)管理培訓(xùn)，加強與企業(yè)的橫向聯(lián)系，培育“雙師”型高素質(zhì)教師隊伍。

四、結(jié)語

隨著我國生態(tài)環(huán)境保護的發(fā)展，對環(huán)保行業(yè)人才的需求也越來越多，應(yīng)培養(yǎng)出具有社會競爭力的環(huán)保行業(yè)特色人才。CDIO工程教育教學(xué)模式的實施，可以激發(fā)學(xué)生廣泛深入學(xué)習(xí)環(huán)保知識的興趣和熱情。在實施過程中，學(xué)生CDIO工程能力反復(fù)訓(xùn)練與提升，學(xué)生創(chuàng)新精神、職業(yè)素養(yǎng)、團隊合作和綜合能力增強，學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量得到提高，學(xué)生就業(yè)能力不斷加強，相關(guān)企業(yè)滿意度大大提高。只要進一步探索，進行CDIO工程教育模式的研究、實施和推廣，可在實踐中不斷檢驗和優(yōu)化。

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