水質科學綜合性設計性實驗的教學實踐

劉廣容，張 弦，周 為，葉春松，廖冬梅，曾玉彬

（1.武漢大學 動力與機械學院水質工程系，湖北 武漢 430072；2.中國地質大學 生物地質與環境地質國家重點實驗室，湖北 武漢 430074）

實驗教學是實施素質教育和創新人才培養目標、加強學生實踐能力和創新能力培養的重要環節，綜合性、設計性實驗是實驗教學內容、方法和手段改革的重要內容之一[1]。綜合性、設計性實驗，能夠培養學生的動手能力、分析和解決問題的能力、創新能力[2－3]。進行水質科學綜合性、設計性實驗的研究，改革實驗教學體系和更新實驗內容，將驗證性實驗與綜合性、設計性實驗相結合，從而使學生高效地達到理解、掌握、鞏固、運用所學知識和擴大知識面的目的，使之成為21世紀市場需求的復合型人才[4－5]。

1 水質科學綜合性、設計性實驗教學的實施

1.1 實驗教學內容

根據武漢大學水質科學與技術專業本科人才培養方案，要求學生系統掌握水處理理論與技術，了解水質科學與技術領域的理論前沿及其新技術和新工藝的發展趨勢，其中實驗課學時占有很大比重[6]。數年前，教育部對普通高校本科教學工作水平評估中就已經把“綜合性、設計性實驗”作為評估指標體系的一個重要觀測點，明確要求凡有實驗的課程都要盡可能開出綜合性、設計性實驗[7]。進行水質科學綜合性、設計性實驗的研究是順應這一改革需要的，實驗教學主要內容見表1。

表1 水質科學綜合性、設計性實驗教學內容

1.2 實驗教學大綱

2006年撰寫了實驗教學大綱，于2007年進行了修訂，并根據教學實踐情況，于2010年再次進行了修訂。

1.3 實驗指導書和示范報告

綜合性、設計性實驗是介于基礎實驗與科學研究實驗之間具有模擬科研實驗性質的課題研究，它是由指導教師提出問題，由學生在充分理解基本原理的基礎上，綜合運用所掌握的基本理論知識、實驗技能以及各種技術原理與方法，自行設計方案進行實驗，并最終獨立完成實驗報告或實驗論文的過程。由于綜合性、設計性實驗對師生要求高，因此，教師編寫了實驗指導書和部分實驗示范報告。

1.4 制作實驗錄像及動態模擬

由于實驗室設備有限，為了使學生更好地理解實驗內容，我們制作了部分水處理動態模擬（如平流式沉淀池、板框式壓濾機的過程與洗滌、活性污泥完全混合法基本流程等）和水體特性分析實驗錄像（如水樣的采集與保存、溶氧儀的使用、藻類和原生動物的制片觀察、水中細菌總數的測定等），從而提高了學生對實驗內容的理解。

1.5 實驗的基本過程

按照時間進度，“水質科學基礎”綜合性、設計性實驗的基本過程可以分為4個階段：實驗準備階段、制訂方案階段、組織實施階段、總結報告階段。具體的步驟是：發放實驗設計項目任務書（讓學生熟悉各類實驗的設計內容與要求）→學生選擇實驗項目（可依自己的興趣或所熟悉的知識）→制定實驗方案→填寫實驗任務書、實驗用品申請表→寫出實驗設計預習報告→教師審核、修改→實驗實施→數據分析與處理→寫出實驗總結報告。

由于水質分析項目中使用了許多化學試劑，實驗結束后，還將實驗室廢液回收列為綜合性、設計性實驗課題。這也是為了充分利用現有的實驗室條件，培養學生綜合實踐能力，增強環境保護意識[8]。

1.6 綜合性、設計性實驗的考核評價辦法

綜合性、設計性實驗有其本質上的獨特性，所以建立和實施了以基本操作技能與創新能力并重的實驗教學考核體系，重視對學生學習過程的評價，從設計思路、實驗操作能力、分析綜合能力、團隊配合能力、創新能力及實驗報告（或論文）等方面對學生進行全方位綜合評價[9－10]。在綜合性、設計性實驗中，學生可能要經歷多次的失敗、多次的嘗試，最后卻不一定能獲得成功。如果我們單純地看重實驗結果而忽視實驗過程進行評價，那么可以說實驗是一種失敗。因此，加強對綜合性、設計性實驗各個環節的考核，注重對實驗素養的考查。除了教師對學生評價，還包括學生自評、學生之間互評。綜合性、設計性實驗考核方法見表2。

表2 綜合性、設計性實驗考核方法

2 實驗教學的完善

2.1 重視科研促進實驗教學

參加科研項目必然能提高教學水平，因此，我們不僅注意與同行的學術交流，而且注重參加各種科學研究項目，并將會議信息和科研項目的最新成果及時補充到實驗教學中[11]。近幾年共參加大型國內和國際會議5人次，發表論文10篇（其中SCI收錄4篇），提高了教師教學能力和整體水平。

2.2 本科畢業設計與實踐教改項目相結合

畢業設計是提高學生綜合素質與創新能力的關鍵一環，也是高校教學工作中的一項常規性內容。將畢業設計與本實踐教改項目相結合，促進了教改項目的完成。關于“反應器模型設計與性能測試設計性實驗”，設計并委托加工了2套SBR間歇式反應器，指導了2個2003級本科畢業設計。2008年5月學院為實驗室購置了SBR法污水處理模擬裝置，完成了1個2004級本科畢業設計。本科畢業設計為教改項目的完成提供了經驗和數據。近幾屆學生，都在使用教改項目的成果。

2.3 實驗儀器的補充

實驗儀器的缺乏影響了實驗的正常開設，我們多次向系、院領導反映，遞交書面報告，在2007年學校迎評創建的時候，學校為我們實驗室補充了一些實驗儀器，為部分實驗的開設提供了條件。

2.4 實驗室章程的建立

經過30多年的風風雨雨，水質科學基礎實驗室所繼承的原電廠化學水質工程實驗室已經破舊不堪。經多次向上級部門反映并提交維修報告，終于在2005年得到了維修。為了使實驗室條件建設工作逐步規范化，更好地適應教學、科研任務計劃的完成，制定了水質科學基礎實驗室章程，包括質量控制與安全管理2個方面[12－13]。

3 實驗教學質量調查與分析

采用不記名問卷調查，對連續幾屆水質工程系學生發放問卷，調查統計結果分析如下：

（1）52.9%的學生表示在實驗課以外的時間想進入實驗室做想做的實驗。他們普遍反映，“我們經過綜合性、設計性實驗的磨練，感受到它最大的特點是沒有標準答案，一切的結果都是自己獨立思考、主動探究得來的，這樣的課題可謂是‘科學研究的小型化’，對我們的科學精神、科學態度以及意志力的培養都大有裨益。”大多數學生都表示，如果有機會，一定愿意抽時間到實驗室完成一些綜合性、設計性的實驗。他們說，“說實話，大學階段的基礎驗證性實驗基本上已經磨滅了我們做實驗的興趣，現在到實驗室都是為了完成任務而已，很希望能真正地自己做一回主，認認真真地把一個實驗做好、做透。”

（2）51.8%的學生認為綜合性、設計性實驗能夠培養同學之間的學習合作能力及團隊精神，而人與人之間的合作能力及團隊精神正是社會各界大力提倡的新型人際關系，亦是當今社會對人才最基本的要求。

（3）對“水質科學基礎”綜合性、設計性實驗課的印象，學生普遍反映較喜歡，非常喜歡者占12.9%，比較喜歡者占47.1%，一般者占29.4%，不喜歡者占10.6%，說明本實驗課總的來說對學生有一定的吸引力。

（4）42.3%的學生認為綜合性、設計性實驗對培養自己的實驗操作技能幫助大，而57.7%的學生認為一般，說明在實驗操作技能的培訓方面還需加大投入力度。

（5）有50.6%的學生認為本實驗課的考核形式比較好，而40.0%的學生反映平平，9.4%的學生反映較差。說明實驗課（包括綜合性、設計性實驗）考核形式比較好，但有待進一步完善。

（6）學生反映強烈的問題之一是實驗室的實驗設施條件較差，有47.1%的學生認為好，23.5%的學生認為一般，29.4%的學生認為較差。說明實驗室的實驗設施條件還需改善。

（7）對于實驗課學時，48.2%的學生認為應增加學時，43.5%的學生認為學時適宜，8.2%的學生認為應減少。說明實驗課時應適當調整。

總體來說，學生對本課程實驗教學模式改革持肯定的態度，并能夠積極參與。學生中68.2%的人認為此實驗對提高自己的思維能力、組織能力、動手能力有著重要意義。58.8%的學生認為綜合性、設計性實驗比驗證性實驗對自己的要求更高，同時收獲更大。51.8%的學生認為綜合性、設計性實驗能夠將以往所學相關知識點有機地結合在一起，相互之間聯系在一起，培養了自己綜合運用所學知識的能力。

4 結束語

實踐證明，開設水質科學綜合性、設計性實驗是實驗教學改革的方向，有利于培養學生的動手能力和實際應用能力，有利于培養學生的創新意識和創新能力，有利于提高學生的綜合素質，最終有利于學生的就業與深造。

（References）

[1]田運生，劉維華，王景春.綜合性設計性實驗項目建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29（2）：126-129.

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[3]李艷玲.綜合性設計性實驗的開設與管理[J].實驗室研究與探索，2008，27（8）：110-111.

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[6]武漢大學水質工程系.武漢大學動力與機械學院水質科學與技術專業培 養 方 案 [EB／OL].http：／／pmc.whu.edu.cn／new／Talent-Training／pyfa.asp，2010-09-10.

[7]沈為民，黃杰，楊凱.提高綜合性設計性實驗的教學效果的探討[J].高教論壇，2012，8（8）：21-24.

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[11]曹小華，喻國貞，雷艷紅，等.科研成果轉化為綜合性、設計性實驗的教學探索與實踐[J].化學教育，2009，30（11）：28-30.

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[13]賈賢龍.高等學校實驗室安全現狀分析與對策[J].實驗室研究與探索，2011，30（12）：193-195.