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基于工程范式环境工程专业实践课程改革的思考

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  摘 要 环境工程专业是我国工程高等教育的重要组成部分,但由于本专业多学科和应用场景复杂的特点,近年来出现本专业人才培养质量工程实践能力不足、难以满足行业需求的矛盾。工程教育从科学范式向工程范式的变革为解决上述矛盾提供了机遇。在基于工程范式理念下,以实践课程为对象,从教学目标、教学方式和课程结构等三方面开展课程教学改革,为通过专业实践课程改革来强化和提高人才培养工程实践能力的合理实施路径。
  关键词 环境工程 人才培养 工程范式
  中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.017
  Reflections on the Practice Course Reform of Environmental
  Engineering Specialty Based on Engineering Paradigm
  ZHANG Jun, BAI Shaoyuan, YOU Shaohong, LIN Hua, ZHANG Xingfeng
  (College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004)
  Abstract Environmental engineering specialty is an important part of Higher Engineering Education in China. However, due to its multi-disciplinary and complex application scenarios, there has been a contradiction in recent years between the lack of practical ability in quality engineering training and the difficulty in meeting the needs of the industry. The transformation of engineering education from scientific paradigm to engineering paradigm provides an opportunity to solve the above contradictions. Based on the concept of Engineering paradigm, taking practical courses as the object, the curriculum reform is carried out from three aspects: teaching objectives, teaching methods and curriculum structure, so as to strengthen and improve the rational implementation path of engineering practice ability of personnel training through professional practice curriculum reform.
  Keywords environmental engineering; talent cultivation; engineering paradigm
  隨着我国各类产业规模的快速扩展,我国高等工程教育的人才培养规模已经迅速上升到世界首位,使工程高等教育已经成为我国高等教育的主要组成部分。环境工程专业是我国工程教育的重要组成部分,为我国环保行业的发展提供了有力的人才支撑。[1]40多年来,伴随着我国环境保护行业的发展,我国的环境工程专业经历了从无到有、从小到大的发展历程。从1977年全国仅有清华大学一所大学开办环境工程专业,增加至目前300所以上。[2]每年全国环境工程专业高校约向全社会输送2万多名本科毕业生,为各类型的环保单位提供源源不断的生力军。如今,我国的环保行业正处于从低端制造向全球高端制造升级的重要阶段,对环境工程专业人才的水平和质量提出了更高的要求。在此过程中,由于环境工程专业的自身特点和人才培养质量的不足,出现人才培养质量难以完全满足行业发展需求的矛盾。
  1 环境工程专业特点及人才培养的不足
  1.1 环境工程专业的特点
  多学科交叉的工程应用和工程场景复杂多变是环境工程专业主要特点。环境工程专业起源于解决人类社会共同面临的各种污染和环境恶化问题,为工程、科学和社会多等学科交叉而形成的新型学科。在社会和经济发展过程中,人类剧烈的工业化和城镇化活动,对自然环境造成各种不利影响,典型表现为各种环境介质如水、空气和土壤等受到不同程度的污染。在为解决上述环境问题,需要具备传统的市政工程、化学工程、机械工程、电气工程、大气科学、土壤学等多种科学和工程专业的相关知识,在工程设计和运行过程中,还需要考虑到工程目标的社会和环境影响。此外,环境工程专业还具有工程应用场景复杂多变的特点。在处理这些问题的过程中,往往需设计精密、复杂的工艺流程,而且不同地区和行业的具体情况还存在较大差异,使得工程应用场景的复杂性进一步加剧。此外,随着全球变暖、塑料污染等问题的出现,环境工程专业的工程内涵与外延还在扩展中。
  1.2 环境工程专业人才培养质量的不足
  应届毕业生的工程实践能力欠缺,不具备较强的工程实践所需的综合知识和技能,是我国目前的环境工程专业人才培养质量的主要不足。[3]由于环境工程应用具有多学科交叉和场景复杂多变的特点,因此要求本专业的毕业生具有非常强的工程综合知识和技能,及与多个其它专业的团队成员进行良好沟通的能力。但是,长期以来环境工程专业收到中国工程教育以“科学范式”为主的影响,在课程体系中过于强调向学生传授理论知识,而对于实践教学环节相对忽视。在已有课程实践教学模式中,也还存在“教学目标偏向知识传授”、“教学方式以教师为中心”、“实践教学结构以学校教学为主”等现象,进一步加剧了学生工程实践能力的缺乏。   2 工程教育工程范式为解决人才培养中工程实践能力不足的问题提供了机遇
  在基于工程范式的课程教学过程中,学生的知识结构和能力结构可从原有的理论学习为主过渡到理论与实践并重,特别是通过面向工程场景的工程设计能力和团队协作技巧训练,可强化学生的工程应用意识,逐步建立从工程应用的角度进行专业理论和技能学习的视角和能力提升。
  2.1 传统的工程教育科学范式的缺点
  工程教育科学范式兴盛于20世纪60年代-20世纪80年代,其从工程教育技术范式发展而来。在上世纪60年,电子信息等新兴行业迅速发展,对高等教育培养的工程师提出更强创造能力的要求,这就使得工程教育中增加对学生科学方面的训练。在此阶段,大批原本以本科教育为主的工程院校逐步变成研究性大学,典型的例子就是麻省理工学院一跃成为全球首屈一指的工程科学研究大学。在此理念下,工程教育中科学性被不断强化,强调对学生进行基础科学和学术研究技能的培训,但相应地人才培养的工程实践能力方面对应地被削弱。随着该范式的发展,工程教育逐渐偏离工程实践的轨道,导致所培养的人才工程实践能力不足,达不到企业对工程教育毕业生的用人要求。[4]
  2.2 工程教育工程范式的优点
  工程教育工程范式纠正了科学范式下过于突出科学性的弊端,通过人才培养过程中强化工程应用的综合能力教育和培训,提高人才培养的工程实践能力。20世纪80年代至今,工程教育从科学范式进入到工程范式阶段,逐步全球工程教育的主流。在工程范式理念下,工程教育强调具有系统性思维并具有卓越技术、广泛知识面、团队精神强的工程师,以适应科技和经济全球化带来的多元化产业升级。工程范式突出工程教育向工程实践的回归,面向工程应用场景,沿着构思、设计、实现和运营的工程应用全流程中重构知识结构,培养了融合技术、科学、交流、人际交往等多种综合素质的新型工程师。[5]目前,我国正在开展的新工科、工程教育认证等教育改革项目,正是在工程范式的工程教育理念基础上发展而来。
  3 基于工程范式的实践课程改革的实施路径
  基于工程范式理念,以实践课程为对象开展教学改革,针对教学目标、教学方式和教学结构的不足进行重构,[6]是解决环境工程专业人才培养中工程实践能力不足问题的关键。
  3.1 以提高学生工程实践能力目标重构实践课程教学目标
  將课程教学目标从“传授工程应用的专业知识”转变为“使学生获得工程实践所需的综合知识和技能”,是工程范式教育理念对环境工程专业实践环节课程教学目标提出的改革要求。环境工程的实践环节包括:通用性实践课程、专业课程设计和毕业设计等三大类。其中,专业课程设计和毕业设计是实现工程范式教育理念的主要课程载体。在传统的环境工程实践教学过程中,课程设计和毕业设计的工程实践深度均不足,这与其教学目标局限在“传授工程应用中的专业知识”有关,导致教师和学生的目标偏重于工程实践中的科学理论和技术知识,缺乏工程设计的整体观念。通过重构教学目标,使课程设计和毕业设计面向真实的工程应用场景,训练学生在复杂的工程应用背景下围绕专业课程设计和毕业设计。重构教学目标后,学生在实践教学环节不仅能学习工程应用中的专业理论知识体系,还可学习如何将理论知识与复杂工程应用场景结合进行分析和开展设计的全流程技能,从而获得工程实践所学的综合知识和技能,强化其工程实践能力。
  3.2 以学生为中心重构实践课程教学方式
  将实践课程教学方式从“教师为中心”转变为“学生为中心”,是实现工程范式教育理念下使环境工程专业学生获得工程实践所需的综合知识和技能的必经之路。就环境工程专业而言,其实践课程相比于理论课程部分具有更多的工程教育属性,相对而言更枯燥,学生在被动学习过程中更容易产生疲劳感,因此有必要以“学生为中心”来转变教学方式。将问题导向与案例教学相结合,在实践课程特别是课程设计环节的教学过程中,以真实环境治理工程案例为出发点,从环境和社会意义出发过渡到工程技术问题,然后从易到难、从点到面逐步提出设计中可能遇到的工程实际问题,通过引导学生思考和自主分析、解决问题,可有效激发学生的兴趣。在激发学生兴趣的基础上,不断提高课程设计的工程实践深度,使学生在主动学习的氛围下获得工程实践所需的综合知识和技能,有效强化其工程实践能力。
  3.3 以校企联合实践重构实践课程教学结构
  将实践课程教学结构从“学校教学为主”转变为“校企联合实践”,是实现工程范式教育理念环境专业课程改革的重要发展方向。目前,环境工程专业的实践教学环节已开始重视校企协同对于提高学生工程实践能力的意义,并开展了初步探索。但是,已有的校企协同多集中在认识实习、生产实习和毕业实习等阶段,仍为以往实践教学结构模式的拓展,并未在实践课程教学结构上形成较大的突破,对于学生工程实践能力提升的效果有限。因此,有必要在更多的实践教学环节引入校企联合,充分利用企业在工程人才培养的优势。
  4 结语
  环境工程多学科交叉和工程应用场景复杂等特点加剧了科学范式工程教育造成本专业人才培养中工程实践能力不足的问题,需基于工程范式的理念开展本专业的课程改革。针对上述问题,提出了以实践课程为对象,按照工程范式理念对其开展“教学目的、教学方式和教学结构”重构,为解决环境工程专业人才培养中工程实践能力不足的问题提供实施路径的思路。
  基金项目:2017年度广西高等教育本科教学改革工程项目“基于工程能力培养的环境类专业课程改革与实践”(编号:2017JGA204);2017年度桂林理工大学本科教学改革项目“研究性教学方法在环境工程应用型创新人才培养中的探索与实践”(2017B06)
  参考文献
  [1] 侯立安,张林,高鑫.环境科学与工程高端人才培养模式与机制再创新.中国大学教学,2016.5:22-26.
  [2] 陈建军,余露,卢晓春.环境工程专业本科生的就业自我认知研究——以三峡大学为例.中国大学生就业,2014.18:17-20.
  [3] 陈男,胡伟武,冯传平,张宝刚,郝春博.环境工程专业本科生工程实践能力培养探索.中国地质教育,2016.25(4):72-75.
  [4] 莫甲凤.基于耦合系统理论分析MIT工程教育的三次教学改革.高等工程教育研究,2015.5:108-114.
  [5] 王翠霞,叶伟巍,范晓清.创新模式演进与工程教育范式优化.高等工程教育研究,2013.4:35-40.
  [6] 邹赐岚.工程教育课程重构:时代抉择与范式转换.中国成人教育,2016.5:118-121.
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