麻省理工学院环境工程课程体系分析与启示

 

李卫民  首都医科大学附属北京胸科医院

李洪枚  首都经济贸易大学安全与环境工程学院

[摘要]宽厚的人文、艺术和社会科学、扎实的自然科学基础和涉及多学科领域的专业选修课程形成了麻省理工学院培养高素质环境工程人才的课程体系。借鉴国外著名大学的环境工程专业课程体系的设置经验，对我国环境工程课程体系的改革具有一定指导作用。

[关键词]麻省理工学院；环境工程课程体系；分析与启示；公共卫生     

 

    麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，简称MIT）环境工程专业设置在土木与环境工程系里（Department of Civil and Environmental Engineering，简称CEE）,是获得美国工程技术认证协会认证的专业。多年来，MIT环境工程本科专业一直在全美国排名前十名，2014年被USNews排名全美本科环境健康专业第6[1]，在全美乃至世界上享有很高声誉。科学合理的课程体系无疑是MIT环境工程专业持续保持强竞争力的原因之一。

    近年来，我国环境问题日益突出，尤其是因为环境问题而引发的健康问题，已引发人们广泛关注，迫切需要对我国高校环境工程教学内容和课程体系进行改革。借鉴国外知名大学在环境工程教学上的成功经验，对我国环境工程专业课程体系的改革具有重要的参考价值。本研究旨在通过对MIT环境工程课程体系的分析，从中得到对我国环境工程课程体系改革有益的经验。

一、MIT环境工程专业教学计划概况

    培养目标：帮助学生掌握基本知识，发展能力，以应对现代社会挑战。使学生能将科学的力量融入社会价值和社会目标中。培养学生成为环境工程领域的专家，具有创新能力的知识界领导者和问题解决者, 富有终身学习的热情。使学生有能力就职于环境工程设计、教育、法律、医学和公共卫生等部门或行业，能够从事相关科学与工程的研究工作。

学制：4年

学位：学士学位（Bachelor of Science in Environmental Engineering Science）

    总学分：384 units。说明：MIT几乎每门课都是12units，即每周12小时学时。学时包括课堂教学+实验或设计或野外考察+学生课外准备三部分时间，无实验或设计或野外考察的为0。如Engineering Mechanics I（Units: 3-2-7），即工程力学I，周学时是12小时，其中3小时课堂教学、2小时实验和7小时课外自学（后文中只写总学时）。每学期每门课的1unit=14小时。2个6-unit的实验课程算1门课程。可以把MIT的学时等同于国内的学分。

教学日历：秋季（9月-12月）；春季（5月-8月）

教学计划实施过程大体如下：

（1）大学一年级，主要学习MIT要求的基础科学，如数学、物理、化学和生物学。一般人文、艺术和社会科学课程是每学期上1门。

（2）大学二年级，继续学习MIT要求的基础科学，同时学习专业基础课。

（3）大三、大四年级，学生根据自己兴趣选择环境工程专业课程（必修、限制性选修和任选）。第八学期主要学习毕业论文设计。

获取一个本科学士学位共需完成32～34门课程的学习。

毕业要求：修完MIT和CEE要求的课程，且每门课程成绩不低于3(5分制)。

二、MIT环境工程课程体系

    环境工程专业课程体系分为两个部分，即MIT的基本要求（General Institute Requirements，简称GIRs）和CEE的专业要求（Department Program) 。MIT环境工程专业课程体系如下[2]：

（一）基本要求（GIRs)

 MIT的基本要求学17门课，共12×17=204学分

（1）6门自然科学

    数学：从单变量微积分、单变量微积分及应用和微积分及理论I等3门中选1门；从多变量微积分I、多变量微积分II、多变量微积分Ⅲ、多变量微积分及应用和微积分及理论II等5门中选1门。

    物理：从4门不同要求的经典力学课程中选1门；从2门不同要求的电力与磁力课程中选1门。

    化学：从固态化学导论和2门不同要求的化学科学原理的课程中选1门。

    生物学：从3门不同要求的生物学导论课程中选1门。

（2）人文、艺术、社科 (Humanities, Arts, and Social Sciences，简称HASS)

基础HASS课程：选3门不同类别的课程。

专业性HASS课程：选3～4门课程。

其他HASS选修课程：选2门或1门。

（3）科技限制性选修课

    从生态学I: 地球系统、工程力学I和微分方程3门中选2门。

（4）设计实践课程

    土木与环境工程设计概论I和土木与环境工程设计概论II。

（5）表达要求

    4门写说表达课程。其中2门包含在人文社科类里，不再计算学分；另2门是与专业有关的课程，主修课中已有，也不再计学分。

（6）体育要求

    一般要求第四学期结束前修成。要求通过游泳测试；上完4节体育课。

（二）、专业课程要求

（1）必修课程（Required Subjects）

    必修课程包括以下四个部分，共168学分。其中，与GIRs重复课程的学分为48。

核心课程：生态学I、地球系统、生态学II、持续发展工程、工程力学I、工程力学II、微分方程、土木与环境工程毕业设计、计算机与工程问题解决导论和工程中的不确定性，最后2门只需要选1门。

    环境工程科学：环境传输过程、水文学导论、环境化学、环境健康工程与生物学、环境流体传输过程与水文学实验和环境化学与生物学实验。

经济与公共政策：从环境法律、政策和经济，污染预防与控制、公共卫生政策制定，微观经济学原理3门课程中选1门。

    设计实践：土木与环境工程设计导论I和土木与环境工程设计导论II。

（2）限制性选修课程（Restricted Elective）

    从物理湖沼学、气候变化学、地下水水文学、空气污染、环境微生物学和热力学与动力学等6门课中选1门。

（3）非限制性选修课程（Unrestricted Electives）

    非限制性选修课程要求选够48学分的课程，既可以从环境系系列课程中选，也可以从学院其他课程系列中选。

    土木与环境工程系要求课程总学分为180。GIRs与DP要求课程不能重复选修计算学时。总学分为384（包括GIRs的204学分）。

三、环境工程课程体系分析

    可以看出，该课程体系可分为以下几个部分：

    （1）HASS类课程：要求必修8门课。与国内同类高校环境工程专业相比[3]，MIT环境工程专业（MIT的其他专业也一样）对HASS类课程要求高，充分体现其教育理念，即能将科学的力量融入社会价值和社会目标，培养高素养环境人才。

    （2）自然科学课程。主要包括数学、物理、化学和生物学。将生物学做为必修的自然科学课程有别于国内同类高校的课程设置。

    （3）核心课程。工程力学（I, II）、计算机与工程问题解决导论和工程中的不确定性等共8门课相当于专业基础课。这些课程是解决实际环境工程问题的基础和关键工具。而国内环境工程课程体系中常把物理化学、流体力学、工程制图和电工学等看作专业基础课程，认定范围较宽。

    （4）专业课程。包括环境工程科学、卫生经济与公共政策、环境工程设计和专业限制性选修课程，以及非限制性选修课程。

    环境工程科学课程侧重污染物在环境中的迁移、转化、归宿、效应和处理方法等内容。MIT仅设置了4门课以及相关实验，且侧重水环境工程科学。

    环境工程设计课程是土木与环境工程设计导论（I和II）。I任务是提出设计的问题和设计模型；II任务是拿出设计实物，并用实验方法验证。时间是一学期。与国内同类课程设计相比[4]，设计学时长。

    专业限制性选修课程则涉及多个学科，范围广，为满足学生对环境工程某个领域有更深入学习和研究而设置，是学生选择今后可能发展的专业方向。如物理湖沼学、气候变化学和地下水水文学等6门课程，只要求学生从中选择一门。

    非限制性选修课程一般地讲是环境工程某领域或某个方向更深入的内容。当然学生可以选择与专业无关的课程。由于是任意选修课程，因此，教学计划没列出。但CEE课程体系中提供很多专业领域或方向的课程，如环境健康工程与生物学、危害废物贮存与污染修复技术和水与污水处理工程等等课程。

    综上可以看出课程体系的几个特点：①HASS类课程设置不仅有广度，而且有深度。保证了高素质理工科人才的培养。②核心课程选择在解决实际环境工程问题中具有基础性和实用性的课程，突出了工程知识的实用性。③专业课程涉及多个学科领域或环境工程多个专业方向，有利于学生就业。④工程设计课程学时长，保证了设计能力的培养质量。三门专业设计课程总学时为1年，其中，毕业设计为半年。

四、对我国环境工程专业课程设置改革的启示

    启示一、我国环境工程专业课程体系中的人文艺术社科教学内容和深度相对薄弱，加强历史学、人类学、文学和经济法律等教学内容，提高学生的综合素质和能力。

    启示二、强调工程实践的同时，应加强环境工程理论基础和专业基础知识的教育。尤其是当今生物科学发展很快，生物科学又环境工程基础之一，可将生物科学课程列为必修课程。

    启示三、进一步扩大选修课的学科领域或专业方向，增加选修课程数量，使学生有更大地灵活性根据个人的兴趣和未来发展需要选择专业课程。

参考文献：

[1]Available:http://colleges.usnews.rankingsandreviews.com/best-colleges/rankings/engineering-doctorate-environmental-health.

[2]MIT Bulletin.2013-2014.

[3]清华大学环境学院环境工程专业“卓越工程师教育培养计划”.2012.

[4]天津大学环境工程专业卓越计划培养方案.2011.