基于工程范式環境工程專業實踐課程改革的思考
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摘 要 環境工程專業是我國工程高等教育的重要組成部分，但由于本專業多學科和應用場景復雜的特點，近年來出現本專業人才培養質量工程實踐能力不足、難以滿足行業需求的矛盾。工程教育從科學范式向工程范式的變革為解決上述矛盾提供了機遇。在基于工程范式理念下，以實踐課程為對象，從教學目標、教學方式和課程結構等三方面開展課程教學改革，為通過專業實踐課程改革來強化和提高人才培養工程實踐能力的合理實施路徑。
關鍵詞 環境工程 人才培養 工程范式
中圖分類號：G642 文獻標識碼：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
?。–ollege 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
隨著我國各類產業規模的快速擴展，我國高等工程教育的人才培養規模已經迅速上升到世界首位，使工程高等教育已經成為我國高等教育的主要組成部分。環境工程專業是我國工程教育的重要組成部分，為我國環保行業的發展提供了有力的人才支撐。[1]40多年來，伴隨著我國環境保護行業的發展，我國的環境工程專業經歷了從無到有、從小到大的發展歷程。從1977年全國僅有清華大學一所大學開辦環境工程專業，增加至目前300所以上。[2]每年全國環境工程專業高校約向全社會輸送2萬多名本科畢業生，為各類型的環保單位提供源源不斷的生力軍。如今，我國的環保行業正處于從低端制造向全球高端制造升級的重要階段，對環境工程專業人才的水平和質量提出了更高的要求。在此過程中，由于環境工程專業的自身特點和人才培養質量的不足，出現人才培養質量難以完全滿足行業發展需求的矛盾。
1 環境工程專業特點及人才培養的不足
1.1 環境工程專業的特點
多學科交叉的工程應用和工程場景復雜多變是環境工程專業主要特點。環境工程專業起源于解決人類社會共同面臨的各種污染和環境惡化問題，為工程、科學和社會多等學科交叉而形成的新型學科。在社會和經濟發展過程中，人類劇烈的工業化和城鎮化活動，對自然環境造成各種不利影響，典型表現為各種環境介質如水、空氣和土壤等受到不同程度的污染。在為解決上述環境問題，需要具備傳統的市政工程、化學工程、機械工程、電氣工程、大氣科學、土壤學等多種科學和工程專業的相關知識，在工程設計和運行過程中，還需要考慮到工程目標的社會和環境影響。此外，環境工程專業還具有工程應用場景復雜多變的特點。在處理這些問題的過程中，往往需設計精密、復雜的工藝流程，而且不同地區和行業的具體情況還存在較大差異，使得工程應用場景的復雜性進一步加劇。此外，隨著全球變暖、塑料污染等問題的出現，環境工程專業的工程內涵與外延還在擴展中。
1.2 環境工程專業人才培養質量的不足
應屆畢業生的工程實踐能力欠缺，不具備較強的工程實踐所需的綜合知識和技能，是我國目前的環境工程專業人才培養質量的主要不足。[3]由于環境工程應用具有多學科交叉和場景復雜多變的特點，因此要求本專業的畢業生具有非常強的工程綜合知識和技能，及與多個其它專業的團隊成員進行良好溝通的能力。但是，長期以來環境工程專業收到中國工程教育以“科學范式”為主的影響，在課程體系中過于強調向學生傳授理論知識，而對于實踐教學環節相對忽視。在已有課程實踐教學模式中，也還存在“教學目標偏向知識傳授”、“教學方式以教師為中心”、“實踐教學結構以學校教學為主”等現象，進一步加劇了學生工程實踐能力的缺乏。 2 工程教育工程范式為解決人才培養中工程實踐能力不足的問題提供了機遇
在基于工程范式的課程教學過程中，學生的知識結構和能力結構可從原有的理論學習為主過渡到理論與實踐并重，特別是通過面向工程場景的工程設計能力和團隊協作技巧訓練，可強化學生的工程應用意識，逐步建立從工程應用的角度進行專業理論和技能學習的視角和能力提升。
2.1 傳統的工程教育科學范式的缺點
工程教育科學范式興盛于20世紀60年代-20世紀80年代，其從工程教育技術范式發展而來。在上世紀60年，電子信息等新興行業迅速發展，對高等教育培養的工程師提出更強創造能力的要求，這就使得工程教育中增加對學生科學方面的訓練。在此階段，大批原本以本科教育為主的工程院校逐步變成研究性大學，典型的例子就是麻省理工學院一躍成為全球首屈一指的工程科學研究大學。在此理念下，工程教育中科學性被不斷強化，強調對學生進行基礎科學和學術研究技能的培訓，但相應地人才培養的工程實踐能力方面對應地被削弱。隨著該范式的發展，工程教育逐漸偏離工程實踐的軌道，導致所培養的人才工程實踐能力不足，達不到企業對工程教育畢業生的用人要求。[4]
2.2 工程教育工程范式的優點
工程教育工程范式糾正了科學范式下過于突出科學性的弊端，通過人才培養過程中強化工程應用的綜合能力教育和培訓，提高人才培養的工程實踐能力。20世紀80年代至今，工程教育從科學范式進入到工程范式階段，逐步全球工程教育的主流。在工程范式理念下，工程教育強調具有系統性思維并具有卓越技術、廣泛知識面、團隊精神強的工程師，以適應科技和經濟全球化帶來的多元化產業升級。工程范式突出工程教育向工程實踐的回歸，面向工程應用場景，沿著構思、設計、實現和運營的工程應用全流程中重構知識結構，培養了融合技術、科學、交流、人際交往等多種綜合素質的新型工程師。[5]目前，我國正在開展的新工科、工程教育認證等教育改革項目，正是在工程范式的工程教育理念基礎上發展而來。
3 基于工程范式的實踐課程改革的實施路徑
基于工程范式理念，以實踐課程為對象開展教學改革，針對教學目標、教學方式和教學結構的不足進行重構，[6]是解決環境工程專業人才培養中工程實踐能力不足問題的關鍵。
3.1 以提高學生工程實踐能力目標重構實踐課程教學目標
將課程教學目標從“傳授工程應用的專業知識”轉變為“使學生獲得工程實踐所需的綜合知識和技能”，是工程范式教育理念對環境工程專業實踐環節課程教學目標提出的改革要求。環境工程的實踐環節包括：通用性實踐課程、專業課程設計和畢業設計等三大類。其中，專業課程設計和畢業設計是實現工程范式教育理念的主要課程載體。在傳統的環境工程實踐教學過程中，課程設計和畢業設計的工程實踐深度均不足，這與其教學目標局限在“傳授工程應用中的專業知識”有關，導致教師和學生的目標偏重于工程實踐中的科學理論和技術知識，缺乏工程設計的整體觀念。通過重構教學目標，使課程設計和畢業設計面向真實的工程應用場景，訓練學生在復雜的工程應用背景下圍繞專業課程設計和畢業設計。重構教學目標后，學生在實踐教學環節不僅能學習工程應用中的專業理論知識體系，還可學習如何將理論知識與復雜工程應用場景結合進行分析和開展設計的全流程技能，從而獲得工程實踐所學的綜合知識和技能，強化其工程實踐能力。
3.2 以學生為中心重構實踐課程教學方式
將實踐課程教學方式從“教師為中心”轉變為“學生為中心”，是實現工程范式教育理念下使環境工程專業學生獲得工程實踐所需的綜合知識和技能的必經之路。就環境工程專業而言，其實踐課程相比于理論課程部分具有更多的工程教育屬性，相對而言更枯燥，學生在被動學習過程中更容易產生疲勞感，因此有必要以“學生為中心”來轉變教學方式。將問題導向與案例教學相結合，在實踐課程特別是課程設計環節的教學過程中，以真實環境治理工程案例為出發點，從環境和社會意義出發過渡到工程技術問題，然后從易到難、從點到面逐步提出設計中可能遇到的工程實際問題，通過引導學生思考和自主分析、解決問題，可有效激發學生的興趣。在激發學生興趣的基礎上，不斷提高課程設計的工程實踐深度，使學生在主動學習的氛圍下獲得工程實踐所需的綜合知識和技能，有效強化其工程實踐能力。
3.3 以校企聯合實踐重構實踐課程教學結構
將實踐課程教學結構從“學校教學為主”轉變為“校企聯合實踐”，是實現工程范式教育理念環境專業課程改革的重要發展方向。目前，環境工程專業的實踐教學環節已開始重視校企協同對于提高學生工程實踐能力的意義，并開展了初步探索。但是，已有的校企協同多集中在認識實習、生產實習和畢業實習等階段，仍為以往實踐教學結構模式的拓展，并未在實踐課程教學結構上形成較大的突破，對于學生工程實踐能力提升的效果有限。因此，有必要在更多的實踐教學環節引入校企聯合，充分利用企業在工程人才培養的優勢。
4 結語
環境工程多學科交叉和工程應用場景復雜等特點加劇了科學范式工程教育造成本專業人才培養中工程實踐能力不足的問題，需基于工程范式的理念開展本專業的課程改革。針對上述問題，提出了以實踐課程為對象，按照工程范式理念對其開展“教學目的、教學方式和教學結構”重構，為解決環境工程專業人才培養中工程實踐能力不足的問題提供實施路徑的思路。
基金項目：2017年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于工程能力培養的環境類專業課程改革與實踐”（編號：2017JGA204）；2017年度桂林理工大學本科教學改革項目“研究性教學方法在環境工程應用型創新人才培養中的探索與實踐”（2017B06）
參考文獻
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[2] 陳建軍，余露，盧曉春.環境工程專業本科生的就業自我認知研究——以三峽大學為例.中國大學生就業，2014.18：17-20.
[3] 陳男，胡偉武，馮傳平，張寶剛，郝春博.環境工程專業本科生工程實踐能力培養探索.中國地質教育，2016.25（4）：72-75.
[4] 莫甲鳳.基于耦合系統理論分析MIT工程教育的三次教學改革.高等工程教育研究，2015.5：108-114.
[5] 王翠霞，葉偉巍，范曉清.創新模式演進與工程教育范式優化.高等工程教育研究，2013.4：35-40.
[6] 鄒賜嵐.工程教育課程重構：時代抉擇與范式轉換.中國成人教育，2016.5：118-121.
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