環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)的體系設(shè)計(jì)及過(guò)程管理

孫 也 朱天樂(lè) 曾小嵐北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 北京 100191

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環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)的體系設(shè)計(jì)及過(guò)程管理

孫 也 朱天樂(lè) 曾小嵐
北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 北京 100191

摘 要：環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)是本科生提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐技能、培養(yǎng)科研興趣的重要途徑，是環(huán)境專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。各高校針對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)不斷地改革探索，逐漸形成了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置合理、授課內(nèi)容科學(xué)、教學(xué)方法有效的、具有鮮活生命力的實(shí)驗(yàn)體系。文章介紹了環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的體系設(shè)計(jì)，并就教學(xué)各個(gè)過(guò)程管理進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范；教學(xué)過(guò)程管理

2013年以來(lái)，環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)證工作得到了很大的推進(jìn)，高校希望借此為契機(jī)，促進(jìn)環(huán)境工程教育國(guó)際化，以提高工程人才培養(yǎng)的質(zhì)量[1-4]。工程人才培養(yǎng)過(guò)程中，實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)是重中之重，環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系的核心部分，必須不斷地改革創(chuàng)新，才能符合專業(yè)教育的國(guó)際化進(jìn)程[5-7]。

目前不同高校開(kāi)設(shè)的環(huán)境綜合實(shí)驗(yàn)各具特色，開(kāi)課時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同，但共同點(diǎn)都是剝離于理論課的一個(gè)獨(dú)立課程，這樣綜合實(shí)驗(yàn)可以不受理論課的限制，使得綜合實(shí)驗(yàn)更加具有綜合性、開(kāi)放性和設(shè)計(jì)性[8-12]。我校環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)依托市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，是一門(mén)“以科研開(kāi)放反哺實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)啟發(fā)原始創(chuàng)新能力，以綜合實(shí)踐帶動(dòng)工程實(shí)際能力”為特色的開(kāi)放式、立體式綜合實(shí)驗(yàn)。本文詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并就教學(xué)過(guò)程管理進(jìn)行了探討。

1 環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)

構(gòu)建開(kāi)放式、立體式環(huán)境綜合實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是著力培養(yǎng)學(xué)生探索精神、科學(xué)思維、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，該課程開(kāi)設(shè)在夏季小學(xué)期，采取集中時(shí)間段開(kāi)課方式，授課對(duì)象為二年級(jí)升三年級(jí)的本科學(xué)生。小學(xué)期集中開(kāi)課，一方面學(xué)生完成儀器分析、環(huán)境工程原理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境微生物等基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)后，掌握了一定專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能，另一方面學(xué)生能夠利用一個(gè)完整的時(shí)間段集中精力投入實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，教學(xué)效果更為顯著。

課程由三個(gè)部分組成：講座、參觀實(shí)踐和綜合實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系以綜合實(shí)驗(yàn)為主線，實(shí)驗(yàn)貫穿整個(gè)課程，實(shí)驗(yàn)部分選擇貼近學(xué)生生活的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣。以“校園環(huán)境檢測(cè)”為背景，涵蓋水、氣、固廢等主要方向，占總課程的70%以上，其間穿插講座和參觀實(shí)踐內(nèi)容，以豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。綜合實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理

教學(xué)過(guò)程中能否達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)的目標(biāo)，過(guò)程管理尤為重要。一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理主要包括：實(shí)驗(yàn)大綱及講義、課堂講授、實(shí)驗(yàn)方案討論、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告；二、講座過(guò)程包括：講座教師選擇、講座內(nèi)容把握；三、參觀實(shí)踐過(guò)程包括：課堂講授、問(wèn)題準(zhǔn)備、入廠教育、中期考核、實(shí)踐報(bào)告。下面對(duì)具體的過(guò)程管理進(jìn)行介紹。

2.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理

(1)實(shí)驗(yàn)大綱及講義。由于綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性和設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，沒(méi)有使用已出版的實(shí)驗(yàn)教材，講義是由任課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)大綱編寫(xiě)而成，每學(xué)年都根據(jù)專業(yè)前沿技術(shù)、科研現(xiàn)狀和上學(xué)年實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)充和修訂，更新的大綱和講義開(kāi)課前1個(gè)月上傳至實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心網(wǎng)站，提前通知學(xué)生，使得學(xué)生做到心中有數(shù)，并根據(jù)情況提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)方案。

(2)課堂講授。任課教師通過(guò)課堂講授介紹本課程的紀(jì)律要求和規(guī)章制度，另一方面介紹實(shí)驗(yàn)具體安排，包括時(shí)間安排、實(shí)驗(yàn)要求和考核制度。同時(shí)針對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，增加文獻(xiàn)檢索內(nèi)容的教學(xué)，幫助學(xué)生更快地學(xué)會(huì)使用數(shù)據(jù)庫(kù)，為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供文獻(xiàn)支撐。

(3)實(shí)驗(yàn)方案討論。組建3～5人的多元化綜合實(shí)踐團(tuán)隊(duì)，根據(jù)講義指導(dǎo)和文獻(xiàn)啟發(fā)提出自己在環(huán)境領(lǐng)域的實(shí)踐思路及選題，自行確定研究?jī)?nèi)容，實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)路線，撰寫(xiě)正式格式的申報(bào)書(shū)。通過(guò)PPT匯報(bào)，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心現(xiàn)有設(shè)備情況，與學(xué)生討論修改方案的可行性和技術(shù)路線。

(4)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。教師根據(jù)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)方案，提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需玻璃器皿、儀器和試劑等，本項(xiàng)工作是綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的難點(diǎn)之一，教師需要提前調(diào)試好實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行一定的預(yù)實(shí)驗(yàn)，盡量排除實(shí)驗(yàn)中可能存在的問(wèn)題。

(5)實(shí)驗(yàn)演示。一是針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中需要的儀器設(shè)備正確的使用流程和易發(fā)生問(wèn)題的步驟進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，例如大氣采樣器、COD消解儀、離子色譜儀等。二是對(duì)實(shí)驗(yàn)方案中關(guān)鍵步驟進(jìn)行分析并部分步驟進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，以提高實(shí)驗(yàn)的成功率，減少不必要的操作失誤。

(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，增設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論分析環(huán)節(jié)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，特別是典型的成功和失敗實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行分析，為后續(xù)學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)作為前車之鑒，促使學(xué)生感受實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

(7)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容除了包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，首先要針對(duì)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，掌握整個(gè)選題的發(fā)展現(xiàn)狀。其次根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中得與失進(jìn)行全面自評(píng)和分析總結(jié)。并要求學(xué)生用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2講座過(guò)程管理

(1)講座教師的選擇。講座的目的是讓學(xué)生更快地了解學(xué)科前沿及工程實(shí)際，必須少而精。據(jù)此，邀請(qǐng)的講座人包括科研課題前沿和具有工程經(jīng)驗(yàn)的教師和具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任客座教師，通過(guò)引入實(shí)際案例教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等環(huán)節(jié)，可以消除理論教學(xué)與實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)脫離的弊端。

(2)講座內(nèi)容的把握。積極與講座教師溝通講座內(nèi)容，針對(duì)大二升大三學(xué)生的特點(diǎn)，把握講座內(nèi)容的深度和廣度，既滿足學(xué)科前沿內(nèi)容的介紹，又對(duì)工程案例進(jìn)行分析，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有目的、有效率地學(xué)習(xí)。

2.3參觀實(shí)踐過(guò)程管理

(1)課堂講授和問(wèn)題準(zhǔn)備。任課教師通過(guò)課堂講授介紹實(shí)踐基地的基本情況，布置實(shí)踐的具體安排，包括時(shí)間安排、實(shí)踐要求和入廠安全教育。要求學(xué)生入廠前預(yù)習(xí)實(shí)踐基地的工藝流程和基本設(shè)備參數(shù)，每人準(zhǔn)備1～2個(gè)問(wèn)題，帶著問(wèn)題去進(jìn)行工程實(shí)踐，保證實(shí)踐的質(zhì)量，以免走馬觀花。

(2)中期考核。在每個(gè)實(shí)踐基地學(xué)習(xí)后，采用公共題目筆試和隨機(jī)一對(duì)一問(wèn)答方式對(duì)實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行中期考核，實(shí)踐證明，這種方式不但有助于吸引學(xué)生實(shí)踐過(guò)程中的學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生參觀實(shí)踐的注意力，也鞏固加深了學(xué)生對(duì)實(shí)踐知識(shí)的掌握。

(3)實(shí)踐報(bào)告。為杜絕個(gè)別學(xué)生偷懶、拷貝報(bào)告的行為，要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析部分手寫(xiě)報(bào)告；要求學(xué)生寫(xiě)出自己所學(xué)知識(shí)與工程實(shí)踐的聯(lián)系，以此來(lái)鞏固提高自己的專業(yè)知識(shí)，并為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)做鋪墊。

3 環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新開(kāi)放式

環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)性、自主創(chuàng)新和獨(dú)立從事實(shí)驗(yàn)的能力培養(yǎng)，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能形成、綜合素質(zhì)提高和創(chuàng)新能力培養(yǎng)過(guò)程中具有重要的地位和作用。

(1)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)鼓勵(lì)了部分本科生參與科研活動(dòng)。部分學(xué)生通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)的鍛煉，提高了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，開(kāi)始參與教師科研活動(dòng)，這使本科生和研究生一樣接受系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，承擔(dān)起一些助教和助研的任務(wù)。

(2)促進(jìn)科研與教學(xué)互動(dòng)，及時(shí)把創(chuàng)新的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，例如將等離子放電處理VOCs，納米材料光催化法處理廢水，重金屬污染物遷移轉(zhuǎn)化、生態(tài)毒理效應(yīng)，生物膜法處理廢水等科研成果，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

(3)真正實(shí)行開(kāi)放式體系，一是實(shí)驗(yàn)室、研究基地等向?qū)W生開(kāi)放；二是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開(kāi)放，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及路線，與同學(xué)或指導(dǎo)教師探討后實(shí)驗(yàn)；三是時(shí)間開(kāi)放，充分利用小學(xué)期時(shí)間以及其他課外時(shí)間。

(4)部分同學(xué)延續(xù)綜合實(shí)驗(yàn)的選題，并參加“馮如杯”科技競(jìng)賽、大學(xué)生科研計(jì)劃(SRTP)及大學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽等課外科技活動(dòng)，展示其科研成果。

(5)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合使得學(xué)生充分了解科研和工程實(shí)際，為其后續(xù)就業(yè)作為指導(dǎo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，是工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。該課程作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的中間環(huán)節(jié)，直接影響著環(huán)境工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，嚴(yán)控教學(xué)過(guò)程管理，對(duì)提高學(xué)生檢索資料及獲取知識(shí)能力、思考能力、設(shè)計(jì)能力，解決綜合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的應(yīng)急能力及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力大有裨益[13]。

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System Design and Process Management of Environmental Engineering Synthetical Experimental Course

Sun Ye, Zhu Tianle, Zeng Xiaolan
School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191, China

Abstract:As an environmental course, environmental synthetical experiment is important for undergraduate students to acquire basic experimental skills and develop scientific interest, which is core areas of teaching system of environmental courses. Reform and explore is constantly done in various colleges and universities, then a teaching system, which is Setting of experimental projects scientifically and reasonably, and establishing of effective teaching methods, is established. The article introduces the experimental items setting, meanwhile discusses experimental teaching demonstration and methods of teaching process.

Key words:environmental synthetical experiment; experimental teaching demonstration; teaching process

基金項(xiàng)目：北京航空航天大學(xué)教改立項(xiàng)(編號(hào)：2013-432322)；北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(編號(hào)：30422401)。

作者簡(jiǎn)介：孫也，實(shí)驗(yàn)師。

收稿日期：2015-05-28