環(huán)境專業(yè)《膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革初探

盛紅坤，張 晨，李國東

(南開大學(xué)濱海學(xué)院，天津 300270)

《膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)》是環(huán)境學(xué)科的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，包含膜材料制備、膜在氣體分離、反滲透及滲析等領(lǐng)域應(yīng)用、膜分離器組建、膜分離過程計(jì)算、液膜及荷電膜在新能源領(lǐng)域的重要作用等多個(gè)知識模塊，涉及材料、數(shù)學(xué)、化工、計(jì)算軟件、電子、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科的整合特征[1]。因此，此課程內(nèi)容涵蓋了從學(xué)科基礎(chǔ)到科研前沿的諸多領(lǐng)域，既能夠?qū)崿F(xiàn)與學(xué)生鞏固水污染控制基本專業(yè)知識[2]，又可以讓學(xué)生對于膜科學(xué)與技術(shù)學(xué)科具有充分的認(rèn)識，有利于擴(kuò)展就業(yè)面[3]，為以后相關(guān)的工作和科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為培養(yǎng)環(huán)境學(xué)科復(fù)合型應(yīng)用人才，擴(kuò)展學(xué)生的就業(yè)方向，對《膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)進(jìn)行改革，提出了“一個(gè)中心，兩條主線，三個(gè)層次，四種能力”課程建設(shè)目標(biāo)。通過教學(xué)改革不僅使學(xué)生加深對膜分離技術(shù)基礎(chǔ)原理的理解，更提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、敏銳的觀察能力、運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)手段正確獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力、分析歸納和解決實(shí)際問題的綜合能力，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力[4]，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用人才。

1 目前《膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)存在的問題

1.1 學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的空間

實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置前圍著一群學(xué)生，教師介紹實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)原理，操作步驟和方法，如何數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理，學(xué)生按要求去測定幾組數(shù)據(jù)，教師無法保證講課效果，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)感到單調(diào)乏味，被動(dòng)應(yīng)付，束縛了學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)新能力的發(fā)展。每次實(shí)驗(yàn)前雖然要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，但實(shí)際效果不佳，實(shí)驗(yàn)時(shí)有的學(xué)生面對實(shí)驗(yàn)裝置仍茫然不知所措，有的則邊看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書邊“照方抓藥”式進(jìn)行操作，缺乏開動(dòng)腦筋去獨(dú)立思考、獨(dú)立操作和綜合分析等能力方面的培養(yǎng)。

1.2 學(xué)生缺乏獨(dú)立動(dòng)手的機(jī)會

膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)具有工程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)的裝置相對較大，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中受到時(shí)間、場地、設(shè)備等因素的限制，一般五、六個(gè)學(xué)生一組完成實(shí)驗(yàn)，每人在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中只負(fù)責(zé)記錄某一數(shù)據(jù)，或操作某一部分，缺乏動(dòng)手操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的機(jī)會。

1.3 學(xué)生缺乏對實(shí)驗(yàn)的深刻理解

膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)的介質(zhì)在管道和膜器中進(jìn)行，無法觀察到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或產(chǎn)生故障的情況，學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，一知半解，印象淡薄收獲不大。

2 《膜科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革方法

膜材料是新興的功能材料，膜科學(xué)技術(shù)是涉及多學(xué)科的高新技術(shù)交叉學(xué)科[5]。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求了解膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展概況；了解各種分離膜的性能及應(yīng)用；掌握各種分離膜的制備、結(jié)構(gòu)及主要性能；掌握各種膜組件的工作原理。

本課程以就業(yè)為導(dǎo)向，根據(jù)膜分離技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，緊密結(jié)合膜技術(shù)運(yùn)作需要，確定本課程的教學(xué)內(nèi)容；以典型膜分離工程為載體，引導(dǎo)相關(guān)專業(yè)理論知識，使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中加深對專業(yè)知識、技能的理解和運(yùn)用；掌握膜分離技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用，讓學(xué)生知道膜技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用的重要性及廣泛性，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新意識，促進(jìn)膜的開發(fā)技術(shù)；培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力，滿足學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要[6]。

基于課程的性質(zhì)及目的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革總體設(shè)計(jì)思想可以概括為“一個(gè)中心，兩條主線，三個(gè)層次，四種能力”。一個(gè)中心：以培養(yǎng)學(xué)生對膜分離技術(shù)的自我提升和終身學(xué)習(xí)的興趣和工程應(yīng)用能力為中心；兩條主線：基本的實(shí)驗(yàn)操作技能和工程應(yīng)用能力為兩條相結(jié)合的主線；三個(gè)層次：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三個(gè)不同層次實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；四種能力：著重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力。

2.1 凝練實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

根據(jù)學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。膜分離實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)驗(yàn)兩大版塊，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)方法和知識點(diǎn)貫穿在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，教學(xué)內(nèi)容突出重點(diǎn)，使學(xué)生通過每個(gè)實(shí)驗(yàn)，掌握各種膜分離技術(shù)不同的使用方法。

2.2 改善教學(xué)方法，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

采用分層次、多種形式組織膜分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過學(xué)生操作、演示實(shí)驗(yàn)、教具模型、工程設(shè)備實(shí)物、多媒體教學(xué)等增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識和對膜分離技術(shù)基本原理的理解，提高學(xué)生對實(shí)物裝置的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.3 完善教學(xué)模式，開設(shè)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭^分強(qiáng)調(diào)教師的教學(xué)主體作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一落后，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)代發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，將計(jì)算機(jī)作為媒體給學(xué)生提供一個(gè)環(huán)境，人機(jī)交互對話進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法，改變以往傳統(tǒng)教學(xué)模式，補(bǔ)充實(shí)物實(shí)驗(yàn)?zāi)ぴO(shè)備中無法觀察的不足，將工程實(shí)踐展現(xiàn)在學(xué)生面前，彌補(bǔ)學(xué)生工程概念的不足，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.4 因材施教，分層次教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)分必做與選做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生完成第一層次必做基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后，可選做第二層次擴(kuò)展綜合實(shí)驗(yàn)，對學(xué)有余力的學(xué)生可進(jìn)一步選做第三層次的設(shè)計(jì)、工程型實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方式上進(jìn)行改革，采用“扶著走→指著走→自己走”，逐步放手，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生真正地即動(dòng)手又動(dòng)腦完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2.5 自主設(shè)計(jì)開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件設(shè)備條件

由于膜分離試驗(yàn)課程在國內(nèi)還處于起步建設(shè)階段，沒有完整的實(shí)驗(yàn)裝置，可以積極自主研發(fā)綜合的膜分離實(shí)驗(yàn)裝置，為學(xué)生搭建先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

2.6 開設(shè)工程實(shí)物裝置教學(xué)

收集一些廢舊的不同類型的膜分離設(shè)備的部件、管件等實(shí)物，如：各種膜組件的實(shí)物、泵的零部件等供學(xué)生拆卸組裝，可使學(xué)生增強(qiáng)對膜技術(shù)單元設(shè)備工作原理、結(jié)構(gòu)等的感性認(rèn)識，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3 結(jié)束語

通過特色課程建設(shè)，整合優(yōu)化教學(xué)體系，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，如膜分離技術(shù)工程應(yīng)用技術(shù)及新的研究方法，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)當(dāng)前高層次應(yīng)用型環(huán)保人才的需要；通過教學(xué)方法和模式的改革，把工程實(shí)踐設(shè)備、膜組件部件等實(shí)物引入課程，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)的效率；把計(jì)算機(jī)仿真作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，發(fā)揮多媒體教學(xué)的技術(shù)優(yōu)勢，提高教學(xué)質(zhì)量；分層次教學(xué)，開設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在膜技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，突出對學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，特別是培養(yǎng)了學(xué)生對膜技術(shù)的研究應(yīng)用的興趣，提高了學(xué)生開展膜技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)的能力。