基于創新性實驗計劃的水處理實驗課程改革

萬俊力+雷超+孫士權+王云波+譚萬春

[摘 要]針對目前大學生創新性實驗計劃實施過程中存在的問題，高校必須對水處理實驗課程的教學內容、教學方法和評價標準等進行改革。這樣才能使學生在掌握實驗理論和基本技能的基礎上，其選題拓展、創新設計和與人協作的能力同步得到提高，以實現大學生創新能力培養的目的。

[關鍵詞]創新性實驗計劃；水處理；實驗課程

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）09-0153-03

大學生創新性實驗計劃（以下簡稱“計劃”）自2006年在我國實施以來，得到廣大高校的高度重視和積極響應。[1]“計劃”開展以來成績斐然：產生了論文專利等科研成果，推進了科研實踐活動的開展，提高了大學生的綜合素質，探索了創新教育新路徑。“計劃”項目因而成為當前許多高校培養創新型人才的重要環節。但是，由于各種原因，該計劃項目在實施過程中，并沒有達到促進教學改革和學生廣泛受益的預期效果。高校實驗課程對于“計劃”的實施至關重要[2]，專業實驗課程的改革可以拓展大學生實施創新性實驗計劃的能力[3]，同時依托“計劃”的實驗教學的改革與實踐能惠及廣大學生。因此，作者以指導幾屆大學生“計劃”項目的實踐經驗為基礎，對“計劃”實施過程中出現的問題和不足進行深入分析和思考，對所授水處理實驗技術課程的教學內容、教學方法和評價標準等進行改革與實踐，旨在為“計劃”項目的有效實施和推廣提供參考，以實現“計劃”的良性可持續發展。

一、水處理實驗課程在“計劃”實施中的作用

高校本科教學體系中，實驗教學是培養大學生創新能力的重要載體[4]，實驗課程則是其中非常重要的教學環節，是培養學生分析問題、解決問題和提高動手能力的重要途徑。[5]水處理實驗技術課程是給排水科學與工程、環境工程、環境科學以及相關專業的必修課，課程兼具科學性、理論性、技術性和實踐性，對市政類和環境類專業創新人才培養目標的實現至關重要。水處理實驗技術是建立在物理化學分析、微生物分析和現代儀器分析基礎上的綜合性很強的一門課程，主要內容包括實驗基礎理論、水處理技術基礎實驗和水處理工程技術實驗。在“計劃”實施背景下，水處理實驗技術教學的主要作用是加深學生對專業知識和水處理技術基本原理的理解，培養學生設計和組織水處理實驗方案的初步能力，培養學生分析實驗數據與處理數據的基本能力，以及培養學生進行水處理實驗的一般技能和使用分析儀器、實驗設備的操作能力。在水處理實驗技術教學的過程中，通過對學生學習能力和實踐能力的培養，將創新思想和創新意識教育貫穿于整個教學活動中，使學生的創新思維和創新能力得到開發，同時通過學生的集體討論、研究和密切配合，使學生的協作能力和綜合素質得到提升，為高校培養創新型人才奠定扎實基礎。

二、當前存在的問題

（一）“計劃”實施中存在的問題

近年來，“計劃”的開展通過科研活動把教師和本科生緊密地聯系起來，取得了有目共睹的成績，但“計劃”在實施過程中也出現了一些新問題，如：1.學生受益比例偏低。由于每年教育部和學校配套提供的經費有限，“計劃”項目具有稀缺性和緊俏性，因此“計劃”實施中所能吸納的學生數量占在校學生比例很低。以長沙理工大學為例，2015年獲國家級立項30項，省級立項62項，參與學生僅占在校生的1%。2.選題自主性較差。本科生在進行“計劃”項目選題時專業知識匱乏又缺少主觀能動性，不知如何從理論學習中找到科學研究的切入點，最終項目選題大多是由指導教師指定，甚至就是指導教師科研項目的一部分，達不到學生獨立提出科學問題的培養目標。3.科研綜合能力不夠。完成一項“計劃”項目包括設計實驗方案、組織材料和裝置、實施實驗、分析處理數據及撰寫論文等環節，各個環節都需要多方面知識的支撐。但學生缺乏科研綜合能力培養的相關訓練，無法應對科研過程中遇到的各種問題，過度依賴指導教師提供解決方法，這樣即使完成項目也無法提升學生的自主管理能力。4.“計劃”實施與教學活動脫節。高校“計劃”項目從申報、立項到結題均自成體系，與其他類型的大學生科技活動一樣沒有與主渠道的課堂教學活動融為一體，呈現出“計劃”項目進行得如火如荼，而相關的課程改革與教學創新卻停滯不前的狀況。這種“計劃”實施與教學活動嚴重脫節的局面，不利于提高本科生參與創新實踐的積極性，也違背了以“計劃”實施推動本科教育教學改革不斷向縱深方向發展的初衷。

（二）水處理實驗課程在創新教育中存在的問題

目前水處理實驗課程教學在創新教育中存在的主要問題表現為：1.對創新教育認識不足。課程教學中的創新教育，就是在教學過程中培養學生的創新意識、創造性思維和創新技能，只有創新型教師自覺地將知識傳授與創新思維相結合，才能達到激發學生創新潛能的目的。當前任課教師深受傳統教育的影響，缺乏對創新教育的深度理解，在水處理實驗課程教學中過于強調創新技能的培養，弱化甚至忽視了創新意識培養的重要性。2.課程整體優化程度不夠。本校水處理實驗課程沒有針對給排水科學與工程和環境類專業建設目標妥善處理好知識與能力、時間安排比例、因材施教等方面的問題，教學內容更新緩慢且落后于現實，教學方法以講授為主多媒體演示為輔，但缺乏現場教學環節，課程時間設置上各專業無區別。3.課程對創新能力的培養效果不佳。盡管授課教師以創新能力培養為目標，在水處理實驗課程中加入小試和中試等實驗的綜合性設計、常用儀器和現代分析儀器的使用方法、水處理前沿技術等內容，但由于未參與“計劃”項目或后續實踐環節中不再有相關的培養需求，學生會逐漸放棄對該課程的學習以及強化，知識鏈的完整性和連續性得不到保證，從而降低課程改革對學生創新能力的培養效果。

三、水處理實驗課程的改革

水處理實驗技術作為實踐性很強的專業課程，其理論教學體系和實踐教學體系的改革，對本科生創新能力的培養具有重要意義。筆者通過對當前“計劃”實施中和水處理實驗課程在創新教育中存在的問題進行深入分析，將創新教育貫穿于水處理實驗課程改革的全過程，有針對性地對課程改革進行了探索和實踐，可以歸納為如下幾個方面。endprint

（一）整合優化教學內容

1.教學內容模塊化整合。目前水處理實驗課程的理論和實驗課時數分別被壓縮為24學時和8學時，為保證教學質量，授課教師將教學內容進行模塊化處理，即以某一個主題為核心，結合學生先導知識的掌握情況，把教學內容按給水、污廢水、再生水和污泥處理四個方向分為4至6個模塊，將實驗設計和實驗數據分析與處理等理論知識融入具體項目或案例中，進行生動有趣的課堂教學。經過模塊化整合后的水處理實驗課程內容簡明易懂且實用，相應的理論知識得到具體化，同時水處理實驗技能得到操作化，有助于學生對相關理論知識的掌握和理解。另外對水處理實驗課程的實驗內容進行了適當的調整，將基礎驗證性實驗項目整合為4學時，增加4學時的綜合設計研究性實驗項目，從而在基礎驗證與綜合創新相結合的實踐教學體系中使學生的創新技能得到訓練和提高。

2.教學內容不斷更新優化。在鞏固經典理論知識的基礎上使教學內容與時俱進，持續關注并吸收國內外水處理領域的新知識和新技術充實教學內容，使水處理實驗課程更系統全面，更具先進性和實用性。一方面，摒棄以往教學內容中陳舊落后的實驗案例，與學科前沿和實際應用緊密銜接，將水處理領域的先進理念或技術（如光催化氧化、分子篩吸附和陶瓷膜技術等）引入課程教學中。另一方面，水處理實驗的分析檢測技術發展迅速，光譜類、色譜類和生物類等現代分析儀器在水處理領域的應用越來越廣泛，因而在保證水樣基本化學分析方法檢測的同時要增加大型精密儀器分析方面的實驗內容。例如，在近幾年的水處理實驗課程中，新增了原子吸收分光光度法測定飲用水中微量重金屬元素含量的實驗項目。這些經過更新和優化的實驗教學內容貼近實際且緊隨前沿，極大地激發了學生的求知欲望與創新意識，教學效果得到了大幅度提升。

（二）引入現代教學方法

1.運用多媒體網絡教學促進實驗教學效果。傳統實驗課程教學以“傳遞—接受”為特征，授課教師重視知識傳授，一般通過課堂講解和現場示范的方式將實驗原理和目的、實驗方法和步驟等內容傳授給學生，忽視了學生的主觀能動性，不利于其創造性思維的培養和發展。多媒體網絡教學能給學生提供界面友好、形象直觀的交互式學習環境，可以與傳統課程教學的優勢互補，發揮最大的整體效益。授課教師制作多媒體課件時融入國內外最新水質標準及檢測方法的研究進展，輔以圖像、音頻和視頻更形象直觀地展示整個實驗過程，能培養學生思考、模擬和創新的能力。與課程匹配的網絡教學平臺則涵蓋了課程介紹、教學大綱、教學日歷、教學材料、答疑討論、課程問卷、參考資料、課程作業、試題試卷庫、練習與自測、實驗常見問題、實驗規范操作視頻等項目，學生可以在課后通過網絡下載進行學習。在綜合設計實驗環節，強調以解決問題為中心，教師給定選題范圍，學生參與實驗的全過程，充分開發了學生的創造性思維，促進其綜合運用能力的培養。

2.采用項目式教學強化創新能力培養。創新能力培養的基礎和重要組成部分是培養學生運用所學知識解決實際問題的能力，水處理實驗課程對學生知識運用能力的培養主要體現在設計實驗過程，加強學生知識運用能力培養的具體做法為引入項目式教學。首先，授課教師要擬出一批與專業前沿密切相關的項目，按5至6人一組對班級進行實驗分組，各實驗小組自行選定一個項目組長，從項目選題、實驗設計到項目實施小組成員全程參與完成。然后，各組根據選定的實驗項目進行文獻資料的查詢與分析，制定出具體的實驗計劃，組長向授課教師匯報前期準備成果并提交實驗方案，經修改完善獲得教師同意后進入下階段的項目實施。在實施階段，各實驗小組自主確定實驗材料的購買、實驗試劑的配置、實驗的操作、水樣的檢測、實驗數據的分析以及項目報告的撰寫。項目實施期間實驗小組成員各司其職，配合完成各項實驗準備和具體操作；組長負責匯總階段實驗成果與出現的問題，通過網絡互動平臺及時與教師進行交流和討論，保證項目各階段的順利實施。在上述項目式教學的過程中，學生的基本技能得到了充分鍛煉，學生解決實際問題的實踐能力得到了全面提升，同時實驗分組和組長負責的方式使學生之間相互協作的能力和團隊精神得到了最大限度的開發。這種做法與“計劃”的創新培養相融合，避免了實驗項目的千篇一律，極大地提高了學生的積極性，鍛煉了學生搜集整理資料的能力、分析和解決問題的能力、動手和協作完成項目的能力。

（三）強化評價標準

考核評價是教學過程中不可缺少的環節，用于檢查教學過程對學生的培養是否達到了預期目標，兼具對教師教學效果進行評價的作用。教學內容的整合優化以及現代教學方法的應用，使水處理實驗課程在結構上與傳統實驗課程差異較大，傳統實驗教學中出勤、作業與實驗報告完成情況等相結合的考核評價方式不再適用。因此，授課教師對水處理實驗課程的考核評價標準和方式及時進行了轉變和強化，做到定量評價和定性評價相結合、形成性評價和總結性評價相結合。具體做法為：將期終考試成績占總評成績70%的比例降低為50%，將自主學習和實驗過程表現納入評價體系，并建立相應的評分指標體系及評分細則，這兩個關鍵環節的成績分別占比20%和30%。新評價標準下的考核方式有利于充分調動學生的積極性，保證學生的創新能力得到鍛煉和提高。

四、結語

實驗教學工作改革是一個復雜持久的過程，需要與時俱進、堅持不懈地進行探索。筆者經過幾年的探索和實踐，在大學生創新性實驗的指導過程以及水處理實驗的教學過程中，針對目前“計劃”實施過程中存在的問題，對水處理實驗課程的教學內容、教學方法和評價標準等進行了改革，對“課堂講授—網絡平臺—現場指導”的教學體系進行了完善和優化。這些教學改革的初步探索與實施，使學生在掌握實驗理論和基本技能的基礎上，其選題拓展、創新設計和與人協作的能力同步得到了提高，保證大學生創新能力培養目的的實現，同時也促進了授課教師教學質量和教學水平的提高。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 安勇，邵卓峰，嚴俊鑫.大學生創新性實驗計劃實施的深度思考[J].黑龍江高教研究，2012（6）：138-140.

[2] 白璐，田曉柱，牛炳韜，馮虎元.大學生創新性實驗對創新型人才培養的研究[J].實驗室研究與探索，2015（4）：161-164.

[3] 陳鵬，李亞，紀婧.依托實驗課程的大學生創新性實驗計劃的實踐與探索[J].實驗技術與管理，2014（4）：32-34.

[4] 張運楚，姜愛民，徐紅東，張君捧，楊紅娟.高校實驗教學中創新教育現狀與對策[J].實驗室研究與探索，2016（2）：224-228.

[5] 曹勇鋒，張可方，方茜，張立秋.水處理實驗技術示范性實驗項目建設的探討與實踐[J].高等建筑教育，2014（6）：115-118.

[責任編輯：劉鳳華]endprint