給水排水工程特色專業實踐教學模式構建研究

吳彩斌,胡鋒平,童禎恭,唐朝春,劉雪梅

(華東交通大學土木建筑學院,江西南昌330013)

Wu Caibin,Hu Fengping,Tong Zhengong,Tang Chaochun,Liu Xuemei

(School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China)

“質量工程”是我國在高等教育領域實施的一項重要工程,是新時期深化本科教學改革,提高本科教學質量的重大舉措[1]。而高等學校特色專業建設,是教育部、財政部于2007年初全面啟動實施的“質量工程”中的一個重要項目。特色專業建設,以人才培養方案的制定與優化為核心內容,著力抓好課程建設與改革、實驗實踐教學建設與改革、師資隊伍建設以及教學管理制度的改革與創新等內容[2]。特色專業建設的目的是使高校的人才培養模式改革取得突破,學生的實踐能力和創新精神顯著增強,科技創新和人才培養的結合更加緊密,基本適應我國經濟社會發展的需要。

華東交通大學作為一所中地共建的教學研究型大學,其辦學指導思想是以“注重基礎、強化訓練、加強綜合、培養能力”為基本原則,以“培養實踐能力較強、創新務實的高級專門人才”為培養目標。我校給水排水工程專業作為江西省高校中最早設置并招生的專業,2008年獲批成為“第三批”國家級特色專業建設點。給水排水工程專業在適應學校提出的人才培養目標基礎上,把特色專業建設作為推進教學改革、促進實踐教學改革、提高人才培養質量的重要切入點,對實踐性教學環節組成的各要素進行整體設計,優化其結構與功能,提出了“33X”實踐教學模式。為我校其他相關專業的人才培養體系建設提供一個有效的借鑒作用。

1 華東交通大學工科專業實踐性教學模式

1.1 實踐性教學體系的構建

華東交通大學工科專業實踐教學環節特別注重培養學生的動手能力、對工程實際問題的分析和解決能力、創新意識和合作精神培育等,按功能目標要求分為基本技能訓練、專業技能培養與創新能力培養三個層次,按模塊設置分為課程內實驗或獨立設課實驗、集中實踐性教學環節如課程設計、畢業設計和三大實習、課外實踐如綜合性實驗、設計性試驗、開放性實驗、科技創新活動等,每個模塊的設置原則、功能、作用各不相同,如圖1所示。

1.2 實踐性教學環節體系的特點

(1)強化基本技能的訓練。課程內實驗是促進學生深化理論知識、掌握實驗基本技能和基本研究方法的實踐性教學環節,由演示性、驗證性、綜合性和設計性等多層次實驗內容構成,旨在鞏固知識、驗證理論、培養動手能力。此外,金工實習也是培養工科學生基本技能的訓練場所。

圖1 華東交通大學工科專業實踐性教學環節的構成

(2)強化工程實踐能力的訓練。為適應我校提出“培養實踐能力較強、創新務實的高級工程技術人才”的指導思想,給水排水工程專業非常注重對學生工程能力的訓練,包括計算機應用能力和工程制圖的能力、工科專業的初步設計能力、工程施工、組織、管理與技術經濟分析能力以及工程設計能力。

(3)加強創新能力和科研開發能力的培養。我校將第二課堂納入實踐教學體系,主要依托學校社團組織,開展了系列社會調查研究等實踐活動;依托開放性實驗室,鼓勵優秀本科生積極參與導師的科學研究和科技創新活動;依托導師庫資源,積極指導和扶持優秀本科生承擔“挑戰杯”大學生課外科技作品競賽、“挑戰杯”大學生創業計劃競賽等活動,加強了學生的創新能力、科研開發能力和團隊精神的培養。

2 給水排水工程特色專業“33X”實踐教學模式構建

2.1 “33X”實踐教學模式構建原則

實踐性教學模式構建的原則要滿足下述3個基本條件:

一是要滿足國家級特色專業建設點對實踐教學改革的原則,即要建立學生到工廠、企業、農村、社會等實踐教學基地開展實踐實習的有效機制;二是要滿足給水排水工程專業教學指導委員會對實踐性教學環節設置的要求,其安排不少于36～40周,主要教學內容包括計算機實踐、實驗類、實習類、課程設計類和畢業設計類;三是要滿足學校對工科專業實踐性教學環節的設置原則,既要體現出學校交通運輸行業的特色,又要體現出本專業的行業需求特點。

2.2 “33X”實踐教學模式的內涵

培養工科學生的“工程觀念”已經成為我國當前工科專業教育的主流教育理念[3]。這種理念主要由工程、綜合、實踐、責任4個關鍵詞來表述。為此,我校給水排水工程專業建立了以服務于交通運輸行業為特色的課程體系,構建了具有專業特色的“33X”實踐教學體系,具有水工程或相關工程的設計、施工、運營和管理能力的工程人才培養新模式。在這里,“33X”的內涵主要是3種能力的培養(社會實踐能力、工程設計能力和就業創業能力的培養)、3個層次的實驗教學體系(演示性與驗證性實驗、綜合性與設計性實驗和創新性實驗)和有特色的實踐教學項目(X)。它們之間的網絡關系圖如圖2所示。

圖2 “33X”實踐教學模式的內涵網絡關系圖

2.2.1 三種能力的培養

(1)社會實踐能力的培養。在校內、校外實習基地進行社會生產實踐,不僅能培養學生的專業知識能力和動手能力,而且還能培養學生的團隊協作能力和人際交往、溝通能力,是工程教育理念的基礎。而這種能力主要通過認識實習、生產實習和畢業實習來體現。但三大實習的效果越來越不佳已成為共識,特別是生產實習,本是讓學生接觸社會實際,獲得生產、管理的基礎知識,了解和熟悉生產、管理過程的一次良機,現在基本上已經變成了參觀性質,難以達到生產實習的要求。為了破解這一難題,給水排水工程專業借助于專業教師承擔的重大科研課題,把相關科研成果轉化為校內實習基地建設。目前,我校已建成或在建人工濕地污水處理、模擬河道處理生活污水、污水生物處理一體化設備和污水處理及中水回用等4個校內實踐教學基地,大大加強了學生的動手能力,提高了實習效果。另一方面,本專業與南昌市4大污水處理廠、5大自來水廠建立了長期穩定的校外實踐教學基地,隨時可接受學校學生集中實習和分散實習需求。我校的社會實踐能力的培養內容如表1所示。

表1 三種能力的主要培養內容表

(2)工程設計能力。工程設計能力,是以實踐的可行性為目標,合理地整合所學和所需的知識,對工程項目進行設計的能力[5]。一般這種能力的培養主要由課程設計、畢業設計組成,要求課程設計和畢業設計的選題要與工程實際緊密結合,要求學生通過查閱文獻、手冊等技術資料,進行必要的理論分析和計算,或進行必要的實驗測試和數據處理,開展創新性的工作,獨立解決問題,從而獲得工程師的基本訓練。

以“大工程觀”來看,21世紀的工程人才必須具備工程知識能力、工程設計能力、工程實施能力、價值判斷能力、社會協調能力和終身學習能力[4]。工程知識能力,是掌握所從事的工程領域的工程知識、科學知識和相關的藝術、管理、經濟、環境、倫理、社會、文化等方面的知識的能力。價值判斷能力,是在工程設計和實施的過程中,基于責任意識,綜合工程使用價值、經濟價值、環境價值、社會文化價值和審美價值,進行理性判斷與合理取舍的能力。社會協調能力,是為保證工程設計和實施的成功,進行人際的表達、交往、協調、組織、管理的能力。終身學習能力,是不斷汲取新知識、新方法、新理念,使自己跟隨時代的發展而發展,保持自身創造力的能力。上述6種能力中,工程知識能力、工程設計能力、工程實施能力屬工程能力,價值判斷能力、社會協調能力屬社會能力,終身學習能力屬自我更新能力。社會能力的提出,是“大工程觀”的價值綜合和審美綜合的體現,離開了這些能力就回到了傳統的工程觀。我校工程設計能力的培養內容如表1所示。

(3)就業創業能力。學生就業創業能力的培養,涉及就業能力和創業能力兩方面。就業能力的培養,要求學生做好自我學業生涯設計,積極選修或自學一些與職業資格考試相關的課程,畢業后可以根據工作單位需要和個人興趣參與多種職業資格考試,如注冊公用設備工程師(給水排水)、注冊監理工程師、注冊環保工程師、注冊環境影響評價工程師、注冊建造師、注冊造價工程師、注冊咨詢工程師等。創業能力的培養,要求學生積極參加課外科技活動,積極參加“挑戰杯”大學生課外作品競賽、“挑戰杯”大學生創業計劃競賽,培養工程建造、運行和管理的能力,為今后創業積累經驗。我校就業創業能力的培養內容如表1所示。

2.2.2 三個層次的實驗教學體系

實驗教學是傳授知識與才能訓練、抽象思維與形象思維、間接經驗與直接經驗相結合,培養直覺能力、創造性思維、探索未知與勇于創新精神的最有效途徑之一[5]。在實驗教學過程中,能培養學生的創新意識、思維能力、觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力。實驗教學對實現工科大學生的培養目標,擔當著重要的責任。我校實驗教學體系由以下三個層次組成。

(1)演示性、驗證性實驗。演示性、驗證性實驗等傳統實驗教學的目的是驗證理論,幫助學生加深理解和消化課堂所學的理論知識,培養學生的動手能力,訓練實驗技能,是實驗教學的基本形式,也是綜合性、設計性實驗和創新性實驗的基礎。而為了實現工程能力的培養,就必須更新實驗內容,重組實驗課程,減少演示性、驗證性實驗,增加綜合性設計性實驗。為此,在專業主干課程如《水力學》、《水泵與水泵站》、《水處理微生物學》、《水質工程學》等課程中整合并減少了演示性、驗證性實驗的次數。

(2)綜合性、設計性實驗。綜合性、驗證性實驗是教育部為培養學生的創新意識,在實驗教學中提出的規范性要求。綜合性、驗證性實驗來源于兩個方面,一是將演示性、驗證性實驗重組后升級為綜合性、驗證性實驗;二是根據教學、科研條件,設計出新的綜合性、設計性實驗。目前,本專業已經在《大學物理》、《工程力學》、《物理化學》、《水分析化學》、《水力學》、《測量學》、《水處理微生物學》、《水質工程學》等主要實驗課程中全部開出了綜合性、設計性實驗,極大地培養了學生的動手能力、思維能力、分析問題和解決問題的能力。

(3)創新性實驗。創新性實驗是培養學生創新能力和創新性人才的重要環節。我校給水排水工程實驗中心作為江西省高校實驗示范中心、江西省產學研示范基地,充分利用教師承擔的科研課題,并結合學生課外科技活動,成立了華東交通大學開放性實驗室,并設出改進型水力循環澄清池澄清實驗、均質濾料重力式無閥濾池過濾實驗、人工濕地處理污水的試驗、新型氧化溝處理生活污水的試驗、新型絮凝劑的合成及處理污水試驗、中水處理及回用試驗等設計性、創新性實驗,通過學生根據實驗指導書親自實施如設計方案、觀察現象、分析結果、得出結論等系列過程,使其獲得了科學研究的基本思路,養成嚴謹的工作態度,從而達到提高學生創新能力的目的。

我校開出的綜合性、設計性實驗和創新性實驗如表2所示。

2.2.3 有特色的實踐教學項目

我校給水排水工程專業有特色的實踐教學體現在以下3個方面:

一是緊緊圍繞著產、學、研相結合,積極服務地方經濟的思路,積極承擔并做好贛江水流域的治理與保護的研究工作。近幾年教研室專業教師承擔了大量江西省科技廳、環保廳關于贛江水流域治理與保護的科研課題,并依托這些科研成果建立了人工模擬河道處理生活污水、污水生物處理一體化處理設備[6],指導學生開展了相關實踐教學。

二是重視實踐教學改革研究,鼓勵科研促進教學,建立了華東交通大學人工濕地處理污水實踐教學基地和中水處理與回用實踐教學基地,每年不僅吸引本校大批學生前來參加實踐學習,而且本省兄弟院校也前來參觀實習,不僅能培養學生的動手能力和科研能力,而且有利于培養學生的創新意識和創新能力。

三是構建了給排水與環境開放性實驗室平臺,引導了學生參加課外科技活動,建立了“一拖四”導師制,將教師的科研課題、校內實踐教學基地和學生創新能力的培養與這個實驗平臺緊密地有機結合在一起。近幾年實驗室積極承擔了“挑戰杯”大學生課外作品競賽、“挑戰杯”大學生創業計劃競賽等項目。

表2 華東交通大學校實驗體系的主要培養內容表

2.3 “33X”實踐教學模式執行效果

第一,培養的學生主動適應了行業和區域經濟發展需求,面向基層、面向實踐、面向工程一線,能吃得苦、下得去、用得上、穩得住,適應就業崗位的能力強,很多學生1～2年就成長為業務骨干。

第二,依托有特色的實踐教學平臺,積極承擔了“挑戰杯”大學生課外作品競賽、“挑戰杯”大學生創業計劃競賽,獲得了“挑戰杯”大學生創業計劃競賽江西省一等獎、校一等獎、二等獎,江西省“薈廬學術論壇”論文一等獎、二等獎等。

第三,由于校內實踐教學基地的建設與應用成績突出,“給水排水工程專業實驗教學改革與創新實驗室建設”獲得江西省優秀教學成果二等獎,“污水處理及中水回用實踐教學基地建設及應用”獲得教育部給水排水工程教學指導委員會優秀教改論文獎,得到了上級部門的充分肯定。

3 結束語

給水排水工程專業立足于培養學生的“大工程”意識,建立了“33X”實踐教學模式。在這個實踐教學模式中,課程實驗是基礎。沿著驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗到課程設計再到畢業設計這條主線,工程由小到大,難度由易到難,從“小工程”逐漸過渡到“大工程”,逐步培養學生的“大工程”意識,要求在設計過程中鼓勵學生采用新工藝、新設備和新方法,在“工程”意識的培育過程中培養學生的動手能力、創新思維和創新意識,達到分析和解決工程問題的能力。

[1]周濟.實施“質量工程”,貫徹“2號文件”,全面提高高等教育質量[J].中國高等教育,2007(6):4-8.

[2]宋毅,蔣達勇.加強特色專業建設,培養適應社會需求人才[J].中國高等教育,2008(13/14):14-16.

[3]王正洪,陳志剛.大工程觀的教育理念與工科本科院校的辦學特色[J].中國高教研究,2006(1):29-31.

[4]王雪峰,曹榮.大工程觀與高等工程教育改革[J].高等工程教育研究,2006(4):19-23.

[5]徐竟成.環境學科專業實驗教學的繼承和創新發展[C].大學環境類課程報告論壇論文集.高等教育出版社,2006:642-645.

[6]胡鋒平,王全金,蘭蔚,等.污水生物處理實驗室建設在教學實踐中的應用[J].華東交通大學學報,2005,22(12):122-123.