基于CDIO理念的《環(huán)境規(guī)劃與管理》課程教學(xué)改革與探索

王曉偉 張婷婷 孫昶達(dá) 戚靜灑 張廣毅 趙子升

摘要：隨著新時(shí)代各項(xiàng)科技的不斷創(chuàng)新，以及現(xiàn)代教育改革和素質(zhì)教育發(fā)展，現(xiàn)階段所存在的傳統(tǒng)教學(xué)模式已難以滿足《環(huán)境規(guī)劃與管理》這一教學(xué)課程對(duì)于創(chuàng)新性、實(shí)踐性的培養(yǎng)需求，因此可參考CDIO教育模式所涵蓋的工程理念，構(gòu)建出符合現(xiàn)狀的環(huán)境工程類人才的教育培養(yǎng)體系。文章首先論述本課程的教育背景，并分析基于培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的課程教學(xué)改革的必要性和可行性，然后結(jié)合課程教材內(nèi)容提出可與教材配套的可應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方法模式，以便于學(xué)生自主性和創(chuàng)新實(shí)踐能力的全面培養(yǎng)，建立起多層次的課程教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;CDIO;環(huán)境規(guī)劃與管理;培養(yǎng)模式;虛擬仿真;應(yīng)用型人才

Abstract： With the continuous innovation of various technologies in the new era， as well as the development of modern education reform and quality-oriented education， the existing traditional teaching mode at the present stage has been unable to meet the training needs of the teaching course Environmental Planning and Management for innovation and practicality. Therefore， the engineering concepts covered by CDIO education mode can be referred to. Construct the education and training system of environmental engineering talents in line with the current situation. This paper discusses the course of education background， and analysis based on cultivating innovative ability and practical ability of the necessity and feasibility of curriculum reform， and then to put forward with the combination of curriculum content and teaching materials supporting the application of virtual simulation technology methods of teaching mode， so that the student autonomy and innovative practice ability of comprehensive training， establish a multi-level teaching practice platform.

Key words： Teaching reform; CDIO; air pollution control engineering; training mode;virtual simulation; applied talents

1教改背景

黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央十分重視國家的生態(tài)文明建設(shè)，把生態(tài)文明建設(shè)作為統(tǒng)籌推進(jìn)“五位一體”總體布局的重要內(nèi)容，提出了一系列新觀點(diǎn)和新論斷，形成了習(xí)近平生態(tài)文明思想，推動(dòng)我國環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了新的歷史發(fā)展時(shí)期。同時(shí)，這一新思想也為我國高校提高生態(tài)環(huán)境類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量、開展相關(guān)課程教育教學(xué)改革指明方向并提供遵循。環(huán)境規(guī)劃與管理的課程教學(xué)必須要符合并反映出習(xí)近平總書記關(guān)于生態(tài)文明思想建設(shè)提出的科學(xué)理論，牢記“生態(tài)興則文明興”，牢記“綠水青山就是金山銀山”，實(shí)現(xiàn)對(duì)人與自然和諧共處意識(shí)的深刻記憶;牢記“良好生態(tài)環(huán)境是最普惠的民生福祉”，牢記“實(shí)行最嚴(yán)格生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度”，樹立對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念的良好社會(huì)風(fēng)氣[1]。借助CDIO教育培養(yǎng)理念，環(huán)境專業(yè)教學(xué)能夠夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，培養(yǎng)思考能力和探索能力，從而提升學(xué)生解決工程實(shí)際問題能力、創(chuàng)新能力、知識(shí)更新能力，使其能夠更快地適應(yīng)環(huán)境類崗位的需求。

《環(huán)境規(guī)劃與管理》課程改革將培養(yǎng)好學(xué)生對(duì)環(huán)境類專業(yè)的認(rèn)同感，促進(jìn)課程學(xué)習(xí)積極性的養(yǎng)成，利于專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。不僅如此，教學(xué)改革也將會(huì)促進(jìn)專業(yè)教育同思想政治教育的有機(jī)融合，激發(fā)學(xué)生的愛國情感，潛移默化地增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于國家的歸屬認(rèn)同感和對(duì)于社會(huì)建設(shè)的自信心，并為相關(guān)課程要開展的課程思政和課程改革提供正面參考。

2教改必要性和可行性

高校環(huán)境保護(hù)專業(yè)是培養(yǎng)環(huán)境規(guī)劃與管理人才的重要載體，“環(huán)境規(guī)劃與管理”課程的教學(xué)質(zhì)量影響著我國環(huán)保工作的實(shí)踐成效，對(duì)我國可持續(xù)環(huán)境戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響?！碍h(huán)境規(guī)劃與管理”課程通常由環(huán)境專業(yè)所開設(shè)，內(nèi)容繁多，課時(shí)有限[2]，為了使環(huán)境專業(yè)的學(xué)生對(duì)環(huán)境管理工作全面了解并為其走向環(huán)境管理崗位奠定基礎(chǔ)，“環(huán)境規(guī)劃與管理”課程的教學(xué)研究與改革勢(shì)在必行。

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的新成果，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代，以培養(yǎng)能力本位的CDIO工程教育模式為培養(yǎng)具有厚實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和全面專業(yè)技能的綜合素質(zhì)應(yīng)用型人才提供了有效途徑。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)行（Operate），它以產(chǎn)品的生產(chǎn)周期作為工程教育的載體，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的整個(gè)生命周期，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性[3]。CDIO教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)的不僅僅是實(shí)施某一具體教學(xué)方式的改革，而是在人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)方法以及教學(xué)評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行的整體改革。它代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)了環(huán)境專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的基礎(chǔ)理論知識(shí)不扎實(shí)、基本技能不足、知識(shí)面狹窄、實(shí)踐能力薄弱、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力差、考核方式單一等問題，并且CDIO模式已在世界上數(shù)十所大學(xué)中得到實(shí)施，有著充足的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深受學(xué)生的喜愛，得到了業(yè)界的高度贊揚(yáng)[4]。在新工科背景下，CDIO人才培養(yǎng)模式對(duì)我國人才培養(yǎng)方案的設(shè)立有很大的參考價(jià)值。

3教改具體舉措

3.1圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，完善教材內(nèi)容建設(shè)

由于《環(huán)境規(guī)劃與管理》課程有著較強(qiáng)的創(chuàng)新和實(shí)踐性，應(yīng)該把教學(xué)內(nèi)容劃分為城市環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、噪聲污染控制、固體廢物等多個(gè)教學(xué)模塊，轉(zhuǎn)變教材內(nèi)容編制的線性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，防止出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)。每個(gè)教學(xué)模塊應(yīng)該包含理論知識(shí)及專業(yè)技術(shù)，還應(yīng)該配以有關(guān)的教學(xué)案例，學(xué)生可以更好地掌握專業(yè)知識(shí)，提高實(shí)踐操作能力，還應(yīng)該使每個(gè)教學(xué)模塊間進(jìn)行緊密的聯(lián)系，可以針對(duì)不同的問題，把每個(gè)模塊知識(shí)點(diǎn)綜合起來。例如，城市環(huán)境規(guī)劃模塊內(nèi)包含大氣規(guī)劃、水環(huán)境規(guī)劃教學(xué)模塊的內(nèi)容，還有固體廢物和噪聲污染控制等方面的知識(shí)，需要從淺入深地學(xué)習(xí)和掌握每個(gè)教學(xué)模塊的內(nèi)容，才能完成城市環(huán)境教學(xué)模塊的系統(tǒng)分析。采用模塊化教學(xué)方式，學(xué)生可對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)突破，深入地了解和掌握專業(yè)知識(shí)，建立系統(tǒng)的知識(shí)體系。

課程教授過程中，可對(duì)當(dāng)前環(huán)境規(guī)劃與管理熱點(diǎn)如碳達(dá)峰、碳中和、黃河流域水污染防治“十四五”規(guī)劃、“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用等增設(shè)專題，介紹近來我國出臺(tái)的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、新修訂的《大氣污染防治法》、水污染防治行動(dòng)計(jì)劃（“水十條”）、國家“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)等，并擴(kuò)展到《巴黎協(xié)定》等熱點(diǎn)，進(jìn)一步了解國際社會(huì)對(duì)此所做出的努力及相應(yīng)的解決方案[5]。

3.2改革課程教學(xué)方式方法，增加案例仿真教學(xué)

結(jié)合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展和行業(yè)人才需求特點(diǎn)，積極探索教學(xué)模式。將《環(huán)境規(guī)劃與管理》的教學(xué)課堂劃分為講授模塊、討論模塊和協(xié)作模塊三部分。對(duì)于描述性或概念性的內(nèi)容，采用研討式、啟發(fā)式等教學(xué)方式，即教師指導(dǎo)選題，學(xué)生查閱資料和獨(dú)立探索，小組交流討論，課堂講評(píng)，總結(jié)提高。以理論為基礎(chǔ)，鼓勵(lì)學(xué)生提出大氣污染物各種控制的可能方法，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的歸納和加工能力。對(duì)于較難講明白的污染凈化設(shè)備工作原理和組成，結(jié)合實(shí)習(xí)、科研工程案例，借助計(jì)算機(jī)仿真動(dòng)畫演示、視頻等方式講解剖析。

3.3突出實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)工程能力培養(yǎng)

教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該反映當(dāng)前環(huán)保問題，滿足環(huán)保戰(zhàn)略的要求，《環(huán)境規(guī)劃與管理》課程有著強(qiáng)的應(yīng)用性，開展教學(xué)活動(dòng)應(yīng)該關(guān)注當(dāng)前的社會(huì)環(huán)保熱點(diǎn)問題，結(jié)合具體的環(huán)境規(guī)劃案例[6]，不斷充足教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)知識(shí)不斷得到補(bǔ)充，以免采用枯燥理論教學(xué)使學(xué)生感到厭煩。

采用實(shí)踐性的教學(xué)方式提高學(xué)生的分析問題和解決問題能力，在教學(xué)過程中增設(shè)實(shí)踐調(diào)研和課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，讓學(xué)生整體素質(zhì)得到提升[7]。例如，在進(jìn)行調(diào)研教學(xué)時(shí)，結(jié)合地理位置因素的優(yōu)勢(shì)，組織學(xué)生到湖系和水系中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，讓學(xué)生對(duì)湖水狀態(tài)和存在的主要環(huán)境問題進(jìn)行評(píng)估，如何對(duì)湖水及水系進(jìn)行有效的治理，怎樣進(jìn)行水環(huán)境規(guī)劃。采用該種教學(xué)方法可以提升學(xué)生解決問題能力。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)規(guī)劃區(qū)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)、污染區(qū)整治規(guī)劃設(shè)計(jì)等，對(duì)規(guī)劃所應(yīng)用的繪圖技巧及圖件進(jìn)行深入系統(tǒng)的講解。采用課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方式可以提高學(xué)生繪圖軟件的使用能力，對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的補(bǔ)充，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才打下基礎(chǔ)，也為將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和承接項(xiàng)目創(chuàng)造條件。

實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)是環(huán)境規(guī)劃與管理課程的重要環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)工科學(xué)生的工程實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)起著非常重要的作用。包括以下內(nèi)容：（a）增設(shè)在知識(shí)掌握、實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面有重要作用的綜合型、設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng);（b）改革原有依附于理論教學(xué)的單一教學(xué)模式，靈活利用交互式環(huán)境規(guī)劃與管理的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);（c）依托行業(yè)企業(yè)實(shí)習(xí)基地，使學(xué)生接觸和了解不同行業(yè)大氣污染物產(chǎn)生過程、排放特征和治理技術(shù);（d）邀請(qǐng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的一線工程師帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)際處理工藝，使學(xué)生深入理解環(huán)境規(guī)劃與管理理論和應(yīng)用。

3.4注重理論知識(shí)與實(shí)踐能力相結(jié)合，優(yōu)化考試考核內(nèi)容

《環(huán)境規(guī)劃與管理》課程教學(xué)方式和內(nèi)容的改革，需要配以科學(xué)合理考核方式，原來的考核方式采用閉卷考試的辦法，多注重對(duì)理論知識(shí)的考核。但《環(huán)境規(guī)劃與管理》課程具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，需要對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行合理的考核，從而轉(zhuǎn)變?cè)瓉韱我坏目己宿k法，制定具有專業(yè)特點(diǎn)的、可行的考核方式，不可以把理論知識(shí)作為考核的單一標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生更加重視實(shí)踐能力的學(xué)習(xí)和提升。把過程性考核成績(jī)比例控制在60%，期末的最終考核限定在40%，轉(zhuǎn)變理論知識(shí)考核為主的方式，采綜合能力考核的模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)不再以期末的試卷測(cè)試成績(jī)作為考核標(biāo)準(zhǔn)，由課堂成績(jī)、課程設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)論文及期末考試等多項(xiàng)內(nèi)容構(gòu)成。靈活的考核辦法可以把學(xué)生從原來的死記硬背中解放出來，應(yīng)用所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題，注重學(xué)生能力方面的培養(yǎng)。課程考核方式的改革可以提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、語言組織和表達(dá)能力、科學(xué)文獻(xiàn)的總結(jié)能力。靈活的考核方式使學(xué)生不再只注重對(duì)理論知識(shí)的記憶，轉(zhuǎn)變?cè)瓉砜记巴粨舻膶W(xué)習(xí)方式，能夠更全面地體現(xiàn)學(xué)生的能力和成績(jī)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中得到學(xué)生能力的提升，這樣的新模式注重培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，樹立學(xué)生對(duì)于科學(xué)研究的自信心，提供更多自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，有效提高學(xué)習(xí)效率。

4結(jié)束語

綜上所述，目前環(huán)境規(guī)劃和管理的課程教學(xué)方式還存在著諸多問題，針對(duì)這些問題，采取CDIO教學(xué)理念為環(huán)境專業(yè)類人才的培養(yǎng)理念。本文意在CDIO教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，以社會(huì)發(fā)展方向以及對(duì)人才的需求為導(dǎo)向，為環(huán)境專業(yè)類相關(guān)的人才培養(yǎng)提供新的培養(yǎng)策略;以實(shí)際工程操作能力的培養(yǎng)為主線，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、組織實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)等各個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革，提升學(xué)生整體素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生能夠更好地發(fā)現(xiàn)并解析問題，擺脫傳統(tǒng)慣性思維的束縛，以逆向思維尋根溯源，大大加強(qiáng)其獨(dú)立思考能力和實(shí)際操作能力，知行合一，使學(xué)生能夠以創(chuàng)新思維來看待并解決實(shí)際工作中的主要問題。相信進(jìn)行恰當(dāng)且符合時(shí)代要求的教學(xué)改革能夠豐富學(xué)生的大學(xué)生活，并為學(xué)生服務(wù)社會(huì)大眾、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到良好的奠基作用，輸出高層次的應(yīng)用技術(shù)類人才，支撐起國家建設(shè)。

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作者簡(jiǎn)介

王曉偉（1982-），男，黑龍江哈爾濱，博士，講師，鄭州大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，研究方向：污染物定向轉(zhuǎn)化及資源化。

基金項(xiàng)目

鄭州大學(xué)2020年度校級(jí)教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（“基于創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)的《大氣污染控制工程》教學(xué)改革研究與實(shí)踐”2020zzuJ XLX138）;

2019年度河南省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目（湖泊富營養(yǎng)化與水華防控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)）