融合工程教育理念的人才培養(yǎng)方案

張云飛，呂小梅，張舒婷，李蕾，李衍亮，胡俊杰

(東莞理工學(xué)院生態(tài)環(huán)境與建筑工程學(xué)院，廣東 東莞 523808)

0 引言

在美國、歐洲等國家，教學(xué)模式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從知識傳授向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，項(xiàng)目化教學(xué)、問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)等方法在工程教育中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。工程教育理念以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向、進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)為三大基本理念，有效提高了學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[3-4]。近年來，我國工程教育領(lǐng)域?qū)θ瞬排囵B(yǎng)模式的優(yōu)化逐漸增多，諸如“卓越工程師培養(yǎng)計劃”等國家級項(xiàng)目推動了教學(xué)模式改革的深入進(jìn)行，工程教育理念同樣為我國深化工程教育改革、培養(yǎng)大批高素質(zhì)工程師提供了根本遵循。

我校(東莞理工學(xué)院)自入選第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”以來，充分結(jié)合地方特色，逐步構(gòu)建起與高素質(zhì)應(yīng)用型人才相適應(yīng)的培養(yǎng)方案。其中，水污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的六大課程之一，該課程旨在培養(yǎng)掌握水污染治理理論、技術(shù)及工程實(shí)踐能力的環(huán)境工程專業(yè)人才，為我國水污染治理工作提供人才支持。但是隨著水污染環(huán)境問題的多樣化與復(fù)雜性，當(dāng)前水污染控制工程的教學(xué)面臨多方面挑戰(zhàn)，包括理論與實(shí)踐脫節(jié)、課程內(nèi)容更新滯后、跨學(xué)科知識整合不足，以及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中對所需水污染控制相關(guān)技能掌握有限[5]。為了達(dá)到國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求，水污染控制工程教學(xué)立足于粵港澳大灣區(qū)實(shí)際情況，以區(qū)域內(nèi)突出的水環(huán)境污染治理問題為抓手，以實(shí)際工程案例為導(dǎo)向，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。本文以水污染控制工程為例，研究和探討基于工程教育理念的人才培養(yǎng)方案與水污染控制工程課程的融合，為相關(guān)課程改革的持續(xù)改進(jìn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 基于工程教育理念的人才培養(yǎng)模式

1.1 關(guān)聯(lián)課程知識點(diǎn)與人才培養(yǎng)目標(biāo)

基于工程教育理念的水污染控制工程課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的專業(yè)知識、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識及團(tuán)隊(duì)合作精神[6]。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，把課程目標(biāo)分解成知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，并將課程目標(biāo)、課程知識點(diǎn)與支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行矩陣關(guān)聯(lián)。如表1 所示，這種關(guān)聯(lián)有助于明確教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量，同時將課程知識點(diǎn)與課程目標(biāo)緊密聯(lián)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工程中運(yùn)用所學(xué)知識解決問題的能力，培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)和專業(yè)能力的工程技術(shù)人才。

1.2 優(yōu)化課程內(nèi)容和教學(xué)方法

水污染控制工程是一門系統(tǒng)性的課程，涉及相關(guān)知識點(diǎn)多，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)教材內(nèi)容更新滯后(如工程界普遍關(guān)注的膜處理技術(shù)、高級氧化、厭氧氨氧化等技術(shù)沒有或者較少涉及)[7]，而部分知識點(diǎn)又與環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境工程微生物重復(fù)，因此在實(shí)際教學(xué)中采用基于學(xué)習(xí)成效的模塊化教學(xué)理念，對水污染控制工程相關(guān)知識點(diǎn)更新、刪減，并凝練匹配。并將具體知識單元模塊化，包括：水質(zhì)指標(biāo)和污水出路(4 學(xué)時)、污水的物理處理法(12 學(xué)時)、污水生物處理法(14 學(xué)時)、污水化學(xué)及物理化學(xué)處理法(12學(xué)時)、污泥的處理與處置(9 學(xué)時)、工業(yè)廢水的處理和污水回用(7 學(xué)時)、污水處理廠的設(shè)計與計算(6 學(xué)時)。重構(gòu)后的模塊化知識點(diǎn)緊跟水污染控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，避免知識點(diǎn)重復(fù)，確保教材與實(shí)際水污染治理需求一致。

在教學(xué)手法上，除了傳統(tǒng)線下講授外，還充分利用現(xiàn)代信息手段，建立在線主體課程，并配套測驗(yàn)、水處理單元仿真模擬庫、實(shí)際水處理設(shè)備和構(gòu)筑物圖集、CAD 圖庫等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫。在線主體課程主要把模塊化的知識進(jìn)行細(xì)分，每個知識點(diǎn)錄制每節(jié)課5 ～15 min 短視頻網(wǎng)絡(luò)課程，構(gòu)建由教學(xué)視頻、教學(xué)課件、教案、測驗(yàn)、考試題組成的在線開放課程資源。另外，水污染控制工程教學(xué)具有實(shí)踐性強(qiáng)、抽象化程度高的特點(diǎn)，為方便學(xué)生理解和在線學(xué)習(xí)，建成了水處理單元仿真模擬庫、水處理相關(guān)設(shè)備和構(gòu)筑物圖集庫、CAD 圖庫等組合的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，豐富教學(xué)手段，方便學(xué)生理解和自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

另外，構(gòu)建了以教為輔，以學(xué)為主體的教學(xué)過程。通過討論、辯論等方式開展探究式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)習(xí)中找到發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法，將沉淀池、生化反應(yīng)池、二沉池的運(yùn)行原理、膜生物反應(yīng)器、A2/O脫氮除磷工藝等相關(guān)工藝的設(shè)計計算，與工程實(shí)踐項(xiàng)目相聯(lián)系，制定出可細(xì)化、可測評的實(shí)際工程案例。同時開展基于實(shí)際工程項(xiàng)目的“線上學(xué)習(xí)—分組討論—效果反饋”的三階段探究式主動學(xué)習(xí)方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。

1.3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)之間的聯(lián)系

針對理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問題，培養(yǎng)方案加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)，建立了“課堂—實(shí)驗(yàn)—設(shè)計—實(shí)習(xí)”四位一體的教學(xué)模式，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，提高學(xué)生的實(shí)踐能力：(1) 在課堂教學(xué)中，結(jié)合實(shí)際工程案例講解理論知識，使學(xué)生更好地理解水污染控制工程的原理、方法和技術(shù)，組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，并鼓勵學(xué)生提問、發(fā)表觀點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。(2) 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，除了設(shè)置自由沉淀實(shí)驗(yàn)、充氧能力實(shí)驗(yàn)、絮凝實(shí)驗(yàn)、離子交換實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)外，針對水污染控制工程領(lǐng)域的最新技術(shù)，更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。另外針對實(shí)際廢水設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中掌握分析和解決實(shí)際問題的能力。(3)在設(shè)計課程中，將學(xué)生分組，隨機(jī)選題，要求學(xué)生根據(jù)不同水質(zhì)自主設(shè)計試驗(yàn)方案，并進(jìn)行設(shè)計計算和繪制工程圖紙，全面檢測學(xué)生知識掌握的全面性。(4)實(shí)習(xí)中，提供了多樣化的實(shí)習(xí)平臺，實(shí)習(xí)項(xiàng)目與水污染控制工程課程內(nèi)容緊密結(jié)合，采用包括實(shí)習(xí)報告、實(shí)習(xí)導(dǎo)師評價、自我評價和同伴評價等，全面評估學(xué)生的實(shí)習(xí)表現(xiàn)。

為提高學(xué)生參與水污染控制工程實(shí)踐的積極性，構(gòu)建了多樣化實(shí)踐教學(xué)平臺，主要為實(shí)驗(yàn)室+軟件模擬實(shí)踐、實(shí)地考察、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、企業(yè)基地實(shí)習(xí)來構(gòu)建多樣化實(shí)踐平臺。(1) 軟件模擬實(shí)踐：用污水處理廠出水模擬實(shí)際廢水，讓學(xué)生親身參與各種污水的流程設(shè)計和模擬處理效果，通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)踐，學(xué)生能更好地理解和掌握水污染控制原理和技術(shù)。(2)校內(nèi)外實(shí)地考察：組織學(xué)生參觀校內(nèi)外的污水處理廠和水質(zhì)監(jiān)測站，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)際工作環(huán)境，并與從業(yè)人員交流，了解水污染治理的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)。此外，安排學(xué)生觀察污染水體的現(xiàn)場情況，以便更直觀地了解水污染的危害。(3) 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：鼓勵學(xué)生組隊(duì)進(jìn)行課題研究，解決實(shí)際水污染問題。教師可以提供導(dǎo)向性問題，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，發(fā)揮創(chuàng)新精神。通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生可以鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高解決實(shí)際問題的能力。(4)企業(yè)實(shí)習(xí)基地：充分利用區(qū)域優(yōu)勢，與東城牛山污水處理廠、東莞市松山湖污水處理廠等企業(yè)建立了10 余個校外教學(xué)實(shí)踐基地，通過校企合作、實(shí)踐基地建設(shè)、共設(shè)課題研究等方式，使學(xué)生在企業(yè)中參與實(shí)際工程項(xiàng)目、培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。

1.4 改進(jìn)評價體系，關(guān)注學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)

傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生評價主要以期末考試成績?yōu)橹鳎o以平時成績等因素，這種評價方式側(cè)重于學(xué)生的理論知識掌握，而對實(shí)踐能力、綜合能力等方面的評價相對不足[8]。因此，本課程改用過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的方式，關(guān)注學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，以評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)效果。在評價體系中設(shè)立多元化評價指標(biāo)，包括學(xué)生的理論知識掌握程度、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等方面，以全面評估學(xué)生的綜合素質(zhì)。具體如表2 所示，終結(jié)性評價主要采用期末考試(占比60%)，過程性評價主要包括平時作業(yè)(占比15%)、實(shí)訓(xùn)拓展(15%)、小組匯報(10%)。多元化指標(biāo)的評價能全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的同時，還會對學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力做出一定判斷，提高了教學(xué)質(zhì)量，有利于培養(yǎng)出具備實(shí)際工程能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的優(yōu)秀工程人才。

表2 課程考核評價方式

2 改進(jìn)人才培養(yǎng)方案的實(shí)施成果分析

通過達(dá)成度分析，對2019 級班上28 人的水污染控制工程課程設(shè)計成績結(jié)果評價，如圖1 所示。整體來看，各目標(biāo)的平均達(dá)成度分別為0.869、0.870 和0.778，課程總體達(dá)成度為0.860，該班的水污染控制工程課程教學(xué)效果較好。根據(jù)我?！墩n程目標(biāo)達(dá)成度評價實(shí)施辦法》規(guī)定，學(xué)生的畢業(yè)要求達(dá)成目標(biāo)值規(guī)定為0.65，達(dá)成度分析顯著大于0.65，視為標(biāo)達(dá)。

圖1 課程目標(biāo)達(dá)成分析

另外，通過問卷調(diào)查等方式，發(fā)現(xiàn)在基于工程教育理念的人才培養(yǎng)方案的改革后，學(xué)生對教學(xué)模式更加滿意，認(rèn)為基于工程教育理念的人才培養(yǎng)模式，有助于提高學(xué)習(xí)興趣和動力。教師通過改革教學(xué)模式，提高了教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生更好地掌握環(huán)境工程相關(guān)理論知識和工程實(shí)踐技能。近年來，就業(yè)單位對畢業(yè)生的滿意度一直較高?？梢钥闯觯诠こ探逃砟畹呐囵B(yǎng)方案的改革在一定程度上提高了學(xué)生的滿意度、專業(yè)素質(zhì)和教學(xué)質(zhì)量。然而，教學(xué)模式改革是一個持續(xù)優(yōu)化的過程，需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、調(diào)整改進(jìn)方案，以適應(yīng)不斷變化的工程教育需求。在未來的教學(xué)實(shí)踐中，教師和學(xué)校應(yīng)繼續(xù)關(guān)注工程教育的進(jìn)展，積極更新人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)出更多具備實(shí)際工程能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的優(yōu)秀工程人才。

3 結(jié)語

在綠色發(fā)展和科技創(chuàng)新意識的推動下，水污染控制工程展現(xiàn)出多元化、系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢，基于工程教育理念的人才培養(yǎng)方案的設(shè)定更有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，使學(xué)生更好地適應(yīng)工程行業(yè)的發(fā)展需求，同時也有助于提高教師的教學(xué)能力和水平，促進(jìn)教學(xué)方法和手段的創(chuàng)新。因此，在以后的水污染控制工程課程教學(xué)中，教師和學(xué)校應(yīng)該更加關(guān)注工程教育的動態(tài)發(fā)展，根據(jù)工程需求和技術(shù)的不斷變化，調(diào)整培養(yǎng)方案。在產(chǎn)學(xué)研方面，應(yīng)加強(qiáng)與企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)的合作，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研融合，提高教師實(shí)際工程實(shí)踐能力，并為學(xué)生提供更多實(shí)際工程項(xiàng)目的實(shí)踐機(jī)會。同時，教學(xué)改革是一個持續(xù)優(yōu)化的過程，需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、調(diào)整方案，逐步形成適合本校、本專業(yè)的特色教學(xué)模式。