環境工程專業綜合性實驗課程教學改革探討

唐建設，項麗，趙峰 （安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥230601）

實踐教學作為本科教學體系的一個環節，與理論教學一樣，是由教師、學生、課程 （包括授課目標、課程內容、授課方法、評價方法）和條件等要素構成的，其實施開展具有鮮明的實際操作、實踐感知和理論體現等特點［1］。

實驗教學作為實踐教學的一種類型，是本科教學不可或缺的重要部分。設計性實驗是一種介于基本教學實驗和科學研究之間較高層次的科研實訓［2］。設計性實驗的核心是以學生為本，讓學生獨立完成實驗前期設計、中期操作及后期總結的全過程，充分調動學生的主觀能動性和學習積極性［3］。一直以來，環境工程專業的實驗課程教學 （從專業基礎實驗課程到專業實驗課程）都是以驗證性實驗為主，其固定模式是教師進行前期實驗條件控制，學生根據實驗教材上的實驗方法和步驟完成實驗，從而對已有定理或規律加以驗證。這種實驗模式增強了學生對書本的依賴性，擴大了老師對實驗的干預性，不利于培養學生獨立思考和勤于動手的實踐操作能力，不符合目前高等教育創新型、實踐型人才培養的要求。加強對實踐教學的規律性認識和理論研究，探索實踐教學中的可變因素并強化因素優勢作用，是環境工程綜合性實驗課程教學改革任務的重中之重。為此，筆者對環境工程專業綜合性實驗課程的教學內容、教學方式以及考評手段等方面進行了積極探索，旨在為高校課程教學改革提供參考。

1 延展教學內容

1．1 增強綜合性實驗靈活度

綜合性實驗選題需以教學大綱、學科發展的現狀與趨勢、現有的實驗條件以及學生掌握基本操作技能和基礎理論知識為基礎，選題設置既有一定的創新性又兼有設計性和可行性［4］。為克服以往環境工程實驗課程內容設置模式固定化、實驗項目常規化、實驗內容單一化的弊端，綜合性實驗課程需要設置靈活可變和多維度的實驗項目。

實驗選題的靈活多變，能夠讓學生在限定的課題里面充分發揮自己的才智。如課程組設置的農業廢棄物碳化填料滲濾裝置搭建與處理廢水技術研究課題，需要學生自己通過資料的收集閱讀與整理，提出農業廢棄物利用種類，確定碳化方法或化學改性方法，規定重點去除的目標污染物。學生所給出的實驗方案各不相同，結果只有好壞之意，卻無對錯之分。在碳化材料制備與表征、污染物去除評價方法與機理、批處理實驗與柱吸附實驗設置的評級體系、數學模型的合理應用等方面的實驗內容，需要學生自我取舍，量力而行。靈活多變的選題，可提供學生充分發揮自我才智的空間，提升學生收集資料并合理設計實驗方案的實訓技能。

1．2 提升教學內容學科覆蓋度

環境工程專業實驗課程內容的設置主要集中在水、氣、聲、固等模塊，如水污染治理實驗中的混凝、過濾、深水曝氣充氧、離子交換與軟化除鹽實驗、大氣污染防治的除塵脫硫脫銷實驗以及固體廢棄物的填埋和堆肥實驗等。上述實驗內容的設置經典而單一，不能滿足當前環境工程技術解決現實環境問題的需求。為此，筆者增設了如下實驗教學內容：新化學混凝劑開發及其在給水化學處理中的應用、高砷高氟苦咸飲用源水處理新技術研究、飲用水鹵代消毒副產物與亞硝胺類含氮消毒副產物的生成與去除、農業廢棄物碳化填料滲濾裝置搭建與處理廢水技術研究、城市初期雨水徑流污染模型構建與應用研究、污泥堿性條件厭氧發酵產氫率提升技術研究、重金屬熒光探測劑研發與應用、水體有機污染物高級氧化聯合降解新技術研究、環境有毒有害污染物高通量高靈敏度篩選技術、環境污染物特異性現場快速檢測新技術、磷脂雙層脂質體在環境工程問題中的應用以及土壤環境毒性評價方法等。

實驗教學內容包含了給水處理技術、排水處理技術、污泥處理與資源化、環境污染物分析、環境毒理學方法、數學模型在環境問題中的應用以及基礎環境問題調查等，提升了實驗教學內容的學科覆蓋度，從而為學生的自由選題提供了更大可能性。

1．3 加強科研實訓探索性

在擴展實驗選題和提升實驗內容靈活度的基礎上，如何增強實驗課題的科學探索性和科研實訓度，仍是亟待解決的關鍵問題之一。綜合實驗課內容與研究方法具有一定的探索性與前沿性，實驗結果與研究結論具有多重影響性和不確定性，需要學生在實驗過程中通過自己觀察、自行記錄，并分析得出具有重要發現性的研究成果，以提高學生的科研實訓技能。為此，在學生具體化選題后，需要自行設計實驗研究內容和采取的實驗方法。課題設計內容及細節隨課題具體研究方向的不同而不同。如在催化降解實驗中注意空白對照、黑暗對照以及實驗重復的設置以證明催化效能和降解效率；在現代環境分析技術實驗中新建立的測定方法，需要著重考慮方法的選擇性、靈敏度、重復性、干擾等問題；污染物吸附去除實驗需要重點注意溶液過柱流通性估計等；在環境功能材料的制備和表征中，讓學生了解自然光熒光等光學顯微、掃描透射等電子顯微以及X－射線衍射 （XRD）、X－射線光電能譜 （XPS）等微觀表征方法的原理及其用途。由于實驗數據充分利用方差分析、回歸分析、正交設計、模糊聚類以及多元曲線分辨－交替最小二乘法等數學方法解決數據代表性和實驗結論推導，因而通過充分比較實驗數據處理前的雜亂無章性與處理后信息規律的完整性，可以極大地提高學生探索自然的積極性。

此外，實驗過程中教師要發揮指導性作用。如在有機污染物降解的產物高效液相色譜分析過程中，學生測不出色譜峰，教師可給學生提供相應文獻，并指出可能存在的問題 （檢測器波長、濃度、柱類型等）。學生在作吸附等溫線時，用直線回歸模擬，由于實驗誤差的原因會得出截距為負值的結論，這與實際方程常數不符。為此，可向學生介紹origin軟件模擬方法，該方法不僅能解決獲得正確參數問題，而且還能給出非線性模擬趨勢線。

2 改革教學方式

傳統的實驗教學模式中，教師強調實驗操作細節并明確實驗現象和實際規律，學生按部就班進行實驗操作并得出已知規律性的實驗結果。綜合性實驗課程教學需要學生自己設計實驗方案，擬定實驗步驟，提出可能出現的關鍵問題并考慮相應的解決方法［5］。教師角色由原來的全面包辦員變為導師，即從資料查詢閱讀、有用信息整理、實驗方案制定、實驗操作可行性、實驗內容與實驗步驟的相關性和銜接性等方面給予指導。

另外，教師要做到如下幾點：全程指導；規范學生實驗操作，培養良好的實驗室工作習慣 （如必戴護目鏡、危害廢棄物獨立存儲、離開實驗室安全檢查、良好的觀察與記錄習慣等）；加強實驗室安全意識教育，使學生了解試劑性質并正確使用，切實做到學生人身安全與實驗室安全；灌輸學生團結合作和互相幫助意識，在同一小組不同實驗部分實現實驗數據共處理和結果共享等。整個教學實踐過程中，教師不僅是指導老師，還應該是過程考核員，并對實驗效果不理想的學生進行適時輔導和鼓勵。

3 完善考評制度

環境工程專業綜合性實驗課程考評主要由實驗報告來反映，不能真實顯示學生的實際水平。而綜合性實驗成績可由平時綜合素質成績、興趣性和積極性成績以及實驗報告成績組成。其中，綜合素質成績由創新能力、團隊精神、解決實際問題的能力、演說能力、學生的自主評價、規范性實驗操作等方面組成；興趣性和積極性成績包括實驗前期資料準備積極性、實驗操作積極性、互動積極性、應用所學分析和解釋問題的積極性；實驗報告成績包括實驗內容設計和實驗方案的把握程度以及幻燈片制作及表達能力等［6］。除了個人成績評分以外，實驗小組成績不可或缺。每個小組應撰寫1篇論文或實驗總結報告，并制作幻燈片，由教師根據論文的科學性、創新性、實用性等評分標準給出相應成績。

4 結語

環境工程專業綜合性實驗課程教學體系徹底打破了二級學科之間的限制，實驗內容力求反映現代化研究新成果和發展趨勢，由原來單純的環境污染治理轉變到環境工程、環境科學、生物學、環境分析技術、以及環境材料學等多學科的交叉融合，實驗目的更加注重培養學生的思考能力、探索能力和實際操作能力，同時綜合性實驗課程更加重視反映環境、工程技術、社會發展現狀與企事業單位需求的相互聯系。今后，需要加強環境工程固體廢棄物資源化利用和大氣區域性污染防治等方面的選題擴充，同時引導學生充分利用Google、百度、豆丁以及專業論壇的意識，培養查閱和下載網絡資料的技能，提高辨別網絡知識真偽和取舍的能力，從而切實提高環境工程專業綜合性實驗課程教學水平。

［1］何小兵，劉連生．生物化學實驗教學中關于如何設置綜合性實驗項目的策略和設計 ［J］．長江大學學報 （自科版），2013，10 （30）：106～108．

［2］鄧仕英，賴艷，李克華．化學實驗課程體系改革探討 ［J］．長江大學學報 （自科版），2010，7 （1）：342～343．

［3］楊琴，黃榮增．在分析化學實驗教學中開設設計性實驗的探索與實踐 ［J］．衛生職業教育，2014，32 （16）：87～88．

［4］李水清．加強有機化學實驗教學改革，培養學生的創新能力 ［J］．長江大學學報 （自科版），2012，9 （2）：58～60．

［5］晏勇，吳敏．高校實驗室建設與管理探討 ［J］．長江大學學報 （自科版），2014，11 （7）：121～124．

［6］劉會玲，崔江慧，彭正萍，等．實驗課成績綜合測評體系的創建與應用——以土壤農化分析課程為例 ［J］．河北農業大學學報 （農林教育版），2014，16 （2）：117～120．