環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

呂綠洲+林海+陳秀枝+周遠(yuǎn)松+馮瑞

摘 要 以北京科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、教學(xué)模式、開放實(shí)驗(yàn)室、考核與評(píng)價(jià)等方面的改革，并在實(shí)踐中取得很好的效果。

關(guān)鍵詞 環(huán)境工程專業(yè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；開放實(shí)驗(yàn)室；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）22-0138-03

Reform and Practice of Environmental Engineering Experi-mental Teaching//LYU Lyuzhou， LIN Hai， CHEN Xiuzhi， ZHOU Yuansong， FENG Rui

Abstract Taking experimental teaching of environmental enginee-ring major of university of science and technology Beijing as an example， the reform in experimental content， experimental project， innovative experiment， open laboratory， teaching model， assessment and evaluation is introduced. And it has achieved very good results in

practice.

Key words environmental engineering； experimental teaching； open laboratory； reform in education

1 前言

環(huán)境工程專業(yè)作為一個(gè)理論性、技術(shù)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生獲取新知識(shí)的源泉，是知識(shí)與能力、理論與實(shí)踐相結(jié)合的關(guān)鍵，是訓(xùn)練技能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的重要手段，是高等院校培養(yǎng)學(xué)生過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，更是專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，在高等教學(xué)體系中占有十分重要的地位[1]。為了實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，北京科技大學(xué)開設(shè)環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，并在近年來(lái)對(duì)課程進(jìn)行一系列改革實(shí)踐，取得一定的效果。

2 確立實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)中的地位

在人才培養(yǎng)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)的一個(gè)重要部分。以理論教學(xué)為主的教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是一種服務(wù)于理論教學(xué)的輔助手段，處在次要的、輔助的位置。對(duì)比來(lái)說(shuō)，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式中，著重強(qiáng)調(diào)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互配合，二者之間相互促進(jìn)、相互補(bǔ)充，各有各的獨(dú)立功能，不可替代[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)所需，而理論教學(xué)又無(wú)法實(shí)現(xiàn)的那部分素質(zhì)培養(yǎng)。總之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以創(chuàng)新實(shí)踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)教師的教學(xué)觀念提出更高的要求，要深刻理解實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新教學(xué)中加入的目的和意義，不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)革新。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法

環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練和工程能力培養(yǎng)的重要途徑，如何構(gòu)建符合能力培養(yǎng)要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)改革普遍關(guān)注的問(wèn)題[3-4]。

整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法 改革之前，北京科技大學(xué)環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)由水污染控制、大氣污染控制、固體廢棄物資源化三門課程的實(shí)驗(yàn)組成，是獨(dú)立開設(shè)的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，16學(xué)時(shí)、一學(xué)分，共計(jì)10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（詳見表1）。研究方法訓(xùn)練是獨(dú)立開設(shè)的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，32學(xué)時(shí)、二學(xué)分，共有五個(gè)關(guān)于水凈化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（詳見表2）。在部分實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中出現(xiàn)內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象，這是由于實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置之間沒有聯(lián)系。

具體來(lái)說(shuō)，如研究方法訓(xùn)練開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“混凝沉降試驗(yàn)”，其研究?jī)?nèi)容有：混凝劑種類的選擇；混凝劑用量；混凝pH值；助凝劑（PAM）類型及用量；混凝攪拌時(shí)間，包括混凝劑攪拌時(shí)間、助凝劑攪拌時(shí)間；混凝攪拌強(qiáng)度，包括混凝劑攪拌強(qiáng)度、助凝劑攪拌強(qiáng)度；混凝沉降時(shí)間。研究方法訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“離子交換試驗(yàn)”研究?jī)?nèi)容有：離子交換劑種類的選擇，包括強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂、強(qiáng)堿性陰樹脂；離子交換劑用量試驗(yàn)；離子交換作用時(shí)間試

驗(yàn)。這就包含了環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“混凝脫色實(shí)驗(yàn)”及“固定床離子交換實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)容，重復(fù)出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。這樣便導(dǎo)致學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣變低，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程本身產(chǎn)生厭惡情緒，極大地制約了學(xué)生知識(shí)面的拓展，產(chǎn)生教學(xué)副作用。

為了合理設(shè)置實(shí)踐課程，北京科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的部分骨干教師及實(shí)驗(yàn)人員分別于2012年和2015年對(duì)環(huán)境工程專業(yè)進(jìn)行深入調(diào)研，重點(diǎn)考察兄弟院校的專業(yè)定位與特色、課程體系與課程設(shè)置、教育工程專業(yè)認(rèn)證要求與達(dá)成度執(zhí)行、實(shí)驗(yàn)課程與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等情況，之后對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容進(jìn)行增刪和更新處理，在經(jīng)過(guò)數(shù)次開會(huì)研究以及討論后，重新編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，將環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和研究方法訓(xùn)練合并為一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，新的實(shí)驗(yàn)課程命名為“環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)”，教學(xué)辦法遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)獨(dú)立設(shè)置課程的方法，進(jìn)行獨(dú)立考查，單獨(dú)計(jì)算學(xué)分。這樣徹底改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)的被動(dòng)地位，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)由擔(dān)任此課的教師計(jì)入平時(shí)成績(jī)而隨意性較大的弊端。

增加新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 北京科技大學(xué)在20世紀(jì)90年代末建設(shè)環(huán)境工程專業(yè)的初期，由于建設(shè)資金不足，制約了實(shí)驗(yàn)條件，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn)為主，知識(shí)點(diǎn)之間缺乏關(guān)聯(lián)，難以讓學(xué)生學(xué)到系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)，無(wú)法提高創(chuàng)新能力。為實(shí)現(xiàn)能夠解決復(fù)雜的環(huán)境工程問(wèn)題這一培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)校將環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)和研究方法訓(xùn)練兩門實(shí)驗(yàn)課整合為一門環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做了調(diào)整，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表3。

1）去掉部分重復(fù)實(shí)驗(yàn)，如將環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的混凝脫色實(shí)驗(yàn)和離子交換實(shí)驗(yàn)去掉，保留研究方法訓(xùn)練中的混凝沉降試驗(yàn)和離子交換試驗(yàn)。endprint

2）合并類似實(shí)驗(yàn)，如固體廢物資源化實(shí)驗(yàn)中高爐渣制備膠凝材料實(shí)驗(yàn)、電鍍污泥水泥固化實(shí)驗(yàn)和粉煤灰配置混凝土實(shí)驗(yàn)之間存在類似的地方，將其合并成鉻渣去毒實(shí)驗(yàn)。

3）補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目升級(jí)為設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。

4）增加新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如SBR污水處理實(shí)驗(yàn)、吸附法處理含VOC廢氣、廢物熱解及其產(chǎn)物熱值的測(cè)定實(shí)驗(yàn)和固體廢物產(chǎn)甲烷實(shí)驗(yàn)等。

5）開設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) 本科生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為一個(gè)訓(xùn)練平臺(tái)，由學(xué)生獨(dú)立提出設(shè)想，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)想，給學(xué)生提供一個(gè)脫離純粹書本知識(shí)的環(huán)境，鍛煉學(xué)生的交流、協(xié)作能力。例如：2016年的創(chuàng)新項(xiàng)目，包括水生植物對(duì)重金屬釩、砷的富集特性研究，幾種生態(tài)浮床植物協(xié)同生態(tài)濾床除磷研究，聚乳酸/淀粉緩釋碳源釋碳與脫氮性能研究，基于靜電材料除塵及等離子殺菌技術(shù)的口罩附加品設(shè)計(jì)研發(fā)，地溝油生產(chǎn)新型浮選藥劑等；2015年創(chuàng)新項(xiàng)目，包括一種用于農(nóng)村的生物凈水裝置，對(duì)于農(nóng)村久置生活飲用水的凈化研究，新型凈味、節(jié)水馬桶的研發(fā)與設(shè)計(jì)等；2013年創(chuàng)新項(xiàng)目，包括高爐水淬礦渣制作填充材料的研究，芬頓試劑催化氧化維生素B12廢水實(shí)驗(yàn)研究，集成含油廢水處理裝置的研發(fā)，尿液無(wú)害化過(guò)程控制因素研究，氧化石墨烯吸附污水中重金屬離子的方法等。

科技創(chuàng)新活動(dòng)自2006年開展以來(lái)，取得顯著成績(jī)，其中，2013年學(xué)生發(fā)表論文45篇，學(xué)生為第一作者的25篇；申請(qǐng)和獲批專利17項(xiàng)，學(xué)生為第一專利申請(qǐng)人的12項(xiàng)；本科生制作實(shí)物模型20件；校級(jí)以上項(xiàng)目參加國(guó)內(nèi)大賽獲獎(jiǎng)、軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)站開發(fā)等其他創(chuàng)新成果25項(xiàng)。

確立教學(xué)模式 依據(jù)實(shí)驗(yàn)難易程度和對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)知識(shí)、技能的要求，將實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容分為三個(gè)層次，即基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容按演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次進(jìn)行安排，形成從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識(shí)到培養(yǎng)能力的實(shí)驗(yàn)課程體系。環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)，突出科學(xué)訓(xùn)練和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課成為學(xué)生切實(shí)掌握并實(shí)際運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的有效途徑。

4 開放實(shí)驗(yàn)室

開放實(shí)驗(yàn)室讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源得到充分有效利用，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，切實(shí)提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。北京科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心現(xiàn)有水污染控制、大氣污染控制、固體廢物資源化、土壤生態(tài)修復(fù)、物理污染控制、環(huán)境檢測(cè)等六個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。擁有的儀器設(shè)備覆蓋面較廣，將六個(gè)平臺(tái)的儀器設(shè)備融為一體，統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)資源共享。實(shí)驗(yàn)室采用全天候運(yùn)行機(jī)制。全天候運(yùn)行機(jī)制是增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要條件，從基礎(chǔ)條件建設(shè)和制度建設(shè)著手推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開放。

首先，實(shí)驗(yàn)時(shí)間和平臺(tái)開放，學(xué)生自主選擇時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行知識(shí)的預(yù)習(xí)與回顧。

其次，實(shí)驗(yàn)方法、手段、內(nèi)容全面創(chuàng)新，讓學(xué)生可以自主選擇項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室盡可能提供條件支持。

環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心除完成規(guī)定的實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)外，面向全校，為科研服務(wù)，對(duì)社會(huì)開放，實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)建設(shè)。尤其是大型儀器設(shè)備，包括寒暑假在內(nèi)全天候?yàn)閷W(xué)生、教師和社會(huì)開放。中心的教學(xué)資源在教師的科研工作中發(fā)揮了重要作用，提高了教師的科研論文質(zhì)量。同時(shí)，科研成果也能及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。

5 考核與評(píng)價(jià)

將學(xué)生定位為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者，把每一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都視為一個(gè)載體。經(jīng)由這樣的項(xiàng)目載體，學(xué)生不僅可以熟悉基本儀器的使用與操作，而且可以掌握數(shù)據(jù)采集、處理以及分析方法，實(shí)現(xiàn)觀察、思維、分析等綜合能力的培養(yǎng)。倡導(dǎo)探究性自主學(xué)習(xí)，加強(qiáng)討論環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢查環(huán)節(jié)加強(qiáng)引導(dǎo)和討論，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)的思路。在多年實(shí)驗(yàn)考核方式改革經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改變只憑借實(shí)驗(yàn)報(bào)告決定實(shí)驗(yàn)成績(jī)的舊方法，采用“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（20%）+實(shí)驗(yàn)操作（20%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（60%）”的綜合評(píng)定方式，綜合評(píng)定學(xué)生的學(xué)期成績(jī)，鼓勵(lì)學(xué)生有自己的想法，有自己的側(cè)重點(diǎn)和特色。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不斷改進(jìn)，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，完善了考核評(píng)價(jià)體系，增強(qiáng)了教學(xué)效果。教育改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)，隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，今后還需要更深入地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方法、新渠道，為培養(yǎng)新時(shí)代的創(chuàng)新型人才而不懈努力。

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