新工科背景下水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與思考

王香蓮 王敏 胡良 龔之涵 張艷云

摘? 要：水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的一門重要實(shí)踐課程，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的重要體現(xiàn)。新工科背景下，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)，創(chuàng)新能力強(qiáng)的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵舉措。總結(jié)了目前水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)課存在的問(wèn)題，從改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，改革教學(xué)手段和方法，改革考核方式三個(gè)方面深入展開，闡述了新工科背景下如何培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的新型工科人才的具體改革措施。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)工程學(xué)? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 改革? 新工科? 實(shí)踐創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）02（a）-0180-04

Practice and Reflection on Experiment Teaching Reform of Water Quality Engineering under background of“New engineering”

WANG Xianglian1? WANG Min2? HU Liang3*? GONG Zhihang1? Zhang Yanyun1

（1 School of Civil and Architectural Engineering， Nanchang Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi Province， 330099 China;? 2. Office of Educational Administration， Nanchang Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi Province， 330099 China;? 3. School of Hydraulic & Ecological Engineering， Nanchang Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi Province， 330099? China）

Abstract： The experiment of water quality engineering is an important practical course of water supply and drainage science and engineering， and it is an important embodiment of the applied talents training system. Under the background of new engineering， it is important to cultivate high-quality compound "new engineering" talents with strong engineering practice and innovation ability. Update experimental teaching content and improve experimental teaching quality， which are key measures to cultivate students' practical skills and innovative ability. Summarizes the existing problems during the experiment teaching of water quality engineering， Specific reform measures for cultivating new-type engineering talents with strong practical and innovation ability are discussed from three aspects： reforming the experimental teaching structure and content， reforming teaching means and methods， and reforming assessment methods.

Key Words： Water Quality Engineering; Experimental teaching; Reform; New engineering; Practical innovation

給排水科學(xué)與工程專業(yè)作為實(shí)踐性非常強(qiáng)的工科類專業(yè)，實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。“水質(zhì)工程學(xué)”是給排水科學(xué)與工程專業(yè)（原給水排水工程專業(yè)）的一門專業(yè)主干課程，歷來(lái)是各校相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。而水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)是水質(zhì)工程學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是聯(lián)系理論與實(shí)踐的關(guān)鍵[1]。“水質(zhì)工程學(xué)”課程的特點(diǎn)應(yīng)是強(qiáng)調(diào)在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，使學(xué)生在工作中具有解決實(shí)際問(wèn)題的能力[2-3]。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)均是教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié)。

隨著我國(guó)“一帶一路”，“中國(guó)制造2025”，“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大政策的實(shí)施，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更新、更高的要求，以“新工科”理念為引領(lǐng)的工程教育改革迫在眉睫[4-6]。與傳統(tǒng)工科相比，“新工科”更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通訊、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合[7-9]。以往的課程教學(xué)改革圍繞著工程教育認(rèn)證和專業(yè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)而展開[10-13]，新形勢(shì)下，結(jié)合新工科背景的水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是必然趨勢(shì)，符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。

1? 水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.1 內(nèi)容偏基礎(chǔ)，綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)缺乏

該課程原名“水質(zhì)檢驗(yàn)技術(shù)”，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16，因?qū)W時(shí)有限，共開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目7個(gè)。混凝實(shí)驗(yàn)，過(guò)濾反沖洗實(shí)驗(yàn)，離子交換軟化實(shí)驗(yàn)，曝氣充氧實(shí)驗(yàn)，活性炭吸附實(shí)驗(yàn)，活性污泥性能參數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，工業(yè)污水處理模型演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以基礎(chǔ)的驗(yàn)證性、操作性和少數(shù)的綜合性為主。綜合性創(chuàng)新性不高。

1.2 教學(xué)方式單一，創(chuàng)新性不高

原“水質(zhì)檢驗(yàn)技術(shù)”課程含理論學(xué)時(shí)12學(xué)時(shí)，理論課主要講授實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16學(xué)時(shí)，還是以‘教為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模仿，結(jié)合指導(dǎo)書講解實(shí)驗(yàn)的基本操作過(guò)程，將儀器設(shè)備簡(jiǎn)單演示，然后學(xué)生按照指導(dǎo)書要求操作一遍。因此，學(xué)生主要還是機(jī)械的完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的各步要求，學(xué)生不能真正的思考實(shí)驗(yàn)為什么這樣設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)涉及的機(jī)理。

1.3 實(shí)驗(yàn)考核方式單調(diào)

原“水質(zhì)檢驗(yàn)技術(shù)”課程因含理論學(xué)時(shí)，考核仍然是采用試卷的考核方式，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只能折算成實(shí)驗(yàn)操作分計(jì)入平時(shí)成績(jī)，所占比重極低。這種考核只關(guān)注試卷的最后得分，而忽視了最基本的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)報(bào)告等實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的考核，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能起到積極的引導(dǎo)作用。

2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具體措施

2.1 改革教學(xué)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

2.1.1 更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)

在以往的教學(xué)活動(dòng)中，水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)課程名稱為 “水質(zhì)檢驗(yàn)技術(shù)”，課程教學(xué)學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，理論教學(xué)學(xué)時(shí)為12學(xué)時(shí)，占37.5%;實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)為20學(xué)時(shí)，占62.5%。考慮到理論知識(shí)在“水質(zhì)工程Ⅰ”、“水質(zhì)工程Ⅱ”中已講授，為強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比重增加的要求，在我校給排水科學(xué)與工程2014版培養(yǎng)方案中，將實(shí)驗(yàn)課程名稱改為“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”，教學(xué)學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)，均為實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)。

2.1.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和學(xué)時(shí)，增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

原 “水質(zhì)檢驗(yàn)技術(shù)” 教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目7個(gè)，其中基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目5個(gè)，占72%;綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1個(gè)，14%;演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1個(gè)，占14%。2014年修改后的“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為10個(gè)，其中基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目6個(gè)，占60%;綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4個(gè)，占40%。根據(jù)高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[14]的要求，有些基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須要開設(shè)，所以綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能設(shè)置太多。但是基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的加工，增加其綜合性設(shè)計(jì)性水平。比如混凝實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同的混凝劑種類，設(shè)置不同的混凝劑濃度梯度，學(xué)生在做最佳投藥量實(shí)驗(yàn)時(shí)可以觀察對(duì)比兩種混凝劑的效果，并思考原因。活性炭吸附實(shí)驗(yàn)，教師設(shè)計(jì)成靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需自己配置不同濃度的含磷廢水，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算吸附平衡濃度，從而繪制吸附等溫線。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，既讓學(xué)生掌握了標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，理解了吸附動(dòng)力學(xué)模型，也掌握也水中磷的測(cè)定，可以說(shuō)是2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有機(jī)耦合，極大的增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的綜合性和設(shè)計(jì)性。因此，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的加工，也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.1.3 增加了仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

水質(zhì)工程課程理論實(shí)踐性較強(qiáng)，涉及大量的水處理構(gòu)筑物和設(shè)備，一些工藝流程及構(gòu)筑物構(gòu)造僅用文字很難描述清楚，而動(dòng)畫和仿真實(shí)驗(yàn)可以有效解決這一難題[15]。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增設(shè)了3個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括A-A-O工藝仿真實(shí)驗(yàn)，給水處理工程仿真實(shí)驗(yàn)，V型濾池工藝仿真實(shí)驗(yàn)。仿真軟件能夠真實(shí)的模擬水處理工藝流程，每個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)下設(shè)若干培訓(xùn)項(xiàng)目，比如A-A-O工藝仿真實(shí)驗(yàn)，下設(shè)9個(gè)培訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生需完成所有的項(xiàng)目，且完成一個(gè)項(xiàng)目，就會(huì)有相應(yīng)的得分，最后得到總分?jǐn)?shù)。學(xué)生通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)的模擬，能夠親自體驗(yàn)活性污泥污水處理廠中A-A-O工藝各操作環(huán)節(jié)，以及出現(xiàn)相應(yīng)問(wèn)題的處理措施。將理論知識(shí)很好的轉(zhuǎn)化為實(shí)踐操作，提高了其實(shí)踐能力。

2.2 改革教學(xué)方法和手段

2.2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿理論教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅僅是考察學(xué)生的操作，也會(huì)注重對(duì)學(xué)生理論知識(shí)掌握程度的考察，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目講授部分，都會(huì)講述理論知識(shí)，并提問(wèn)學(xué)生。比如混凝實(shí)驗(yàn)，首先會(huì)講述下混凝的機(jī)理，隨機(jī)提問(wèn)學(xué)生幾個(gè)問(wèn)題，像混凝劑的常用種類，何為膠體的穩(wěn)定性等。再講述本次實(shí)驗(yàn)的基本操作過(guò)程，實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｗ寣W(xué)生既鞏固了理論知識(shí)，又掌握了實(shí)驗(yàn)操作。

2.2.2 提高學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)課的主體應(yīng)該是學(xué)生，要盡可能的讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書會(huì)提前下發(fā)給學(xué)生，每次實(shí)驗(yàn)課之前學(xué)生要寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)課開始前進(jìn)行檢查。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)分成小組，每組選一名組長(zhǎng)。組長(zhǎng)帶領(lǐng)各組員開展實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，也避免了實(shí)驗(yàn)僅由幾個(gè)主力同學(xué)操作完成，其他同學(xué)觀望的現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)足夠的前提下，力求做到每一個(gè)同學(xué)都有實(shí)際操作。水處理實(shí)驗(yàn)涉及藥品稱量，溶液定容，水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定等多項(xiàng)內(nèi)容，因此，在5～6人一個(gè)小組的情況下可保證每位同學(xué)都有分工，讓每個(gè)學(xué)生都參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)。

2.2.3 嚴(yán)抓實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量

以往的教學(xué)過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲的現(xiàn)象。學(xué)生也有不重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的誤區(qū)。所以，在第一堂課時(shí)，就會(huì)強(qiáng)調(diào)課程成績(jī)的組成。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)報(bào)告所占的比例。并且要求每個(gè)實(shí)驗(yàn)上完之后要立即完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，下一次實(shí)驗(yàn)上課前要檢查，這樣避免最后扎堆寫報(bào)告而容易抄襲的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中因分了小組，每小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是不一樣的，這樣實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果就會(huì)不一樣，也一定程度上減少了實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲的現(xiàn)象。當(dāng)然，關(guān)鍵還是要讓學(xué)生思想上重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量。

2.3 改革考核方式

改革后的考核方式更注重實(shí)踐的考核，水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程成績(jī)滿分為 100 分，及格為60 分。考核分為課堂考勤，30分，包括出勤和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)操作 30分，最終實(shí)驗(yàn)報(bào)告40分。出勤按遲到，早退等現(xiàn)象扣分，預(yù)習(xí)報(bào)告根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模恚僮鬟^(guò)程的了解情況給分;實(shí)驗(yàn)操作按照學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的表現(xiàn)，如操作規(guī)范程度，流程步驟的熟悉度，參與實(shí)驗(yàn)的積極度，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后儀器藥品的整理等情況給分;實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的處理，圖形的繪制，討論題的回答情況以及書面整潔度情況給分。

3? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果

通過(guò)對(duì)水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，這幾年教學(xué)效果得到了明顯的改善提升，學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣大大激發(fā)，課堂中學(xué)習(xí)的積極參與性和實(shí)踐動(dòng)手能力提高顯著。自從對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力，綜合能力的培養(yǎng)措施貫徹以來(lái)，學(xué)生在科研上也獲得了可喜的成果。給排水科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生連續(xù)幾年在各類學(xué)生競(jìng)賽，創(chuàng)新性項(xiàng)目申報(bào)中獲得立項(xiàng)項(xiàng)目數(shù)量和質(zhì)量不斷提升。2017年獲得校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)1項(xiàng)，2018年獲得校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)2項(xiàng)，2019年獲得南昌工程學(xué)院挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽項(xiàng)目立項(xiàng)2項(xiàng)，國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)1項(xiàng)，2020年獲得國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目1項(xiàng)，省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目2項(xiàng)。近幾年來(lái)，學(xué)生參與發(fā)表的科研論文達(dá)十余篇。

4? 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐教學(xué)是工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在新工科背景下，應(yīng)適時(shí)修訂教學(xué)大綱，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性和創(chuàng)新性，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)技能訓(xùn)練。積極鼓勵(lì)學(xué)生參與挑戰(zhàn)杯，國(guó)家級(jí)、省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和科研創(chuàng)新能力。這樣才能培養(yǎng)出適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的新工科給排水專業(yè)工程技術(shù)人才，更好地為新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。

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