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环境工程基础实验课程教学改革的探讨

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[摘要]《环境工程基础实验》课程是环境工程专业的基础核心课,但目前所设置的实验内容存在缺乏系统性,教材过于单一,以验证性实验为主,实验成绩的评定方法单一,教学方式单一化等缺点,与工程实践联系相距甚远,不能使学生产生一种系统的专业知识概念。据此,本文探讨了《环境工程基础实验》的教学改革措施,提出了构建完整的环境工程基础实验课程体系,进行以开放性实验和研究科学实验并重的教学内容改革,探索仿真技术在环境工程基础实验教学的应用方法,建立高素质的实验指导教师队伍等一系列措施,希望通过将这些措施付诸实施,能够改善目前环境工程基础实验课程的现状,激发学生的动手动脑能力,开发学生的创新能力,与社会实际需求更好的衔接,理论联系实际,为社会培养出集理论知识与实践能力于一体的优秀环境工程人才。

[关键词]环境工程基础实验;教学改革;实践能力;创新能力

1前言

环境工程专业在我国的兴起和发展仅有30多年的时间,它是为满足人类社会发展对解决环境问题需求而形成的一个集自然科学、技术科学与社会科学为一体的交叉型学科。该专业旨在培养从事城市、区域和企业的给水及废水、废气、固体废物和其他污染的控制与治理、环境修复以及环境规划、管理等方面的高级工程技术人才[1]。培养学生具有可持续发展理念,具备水、气、声、固体废物等污染防治和给排水工程、环境规划和资源保护、能源环境保护等方面的知识,具有进行污染控制工程的设计及运营管理能力,制定环境规划和进行环境管理的能力,以及环境工程方面的新理论、新工艺和新设备的研究和开发能力。希望毕业生能够在政府部门、规划部门、经济管理部门、环保部门、设计单位、工矿企业、科研单位等从事环境污染控制和给水排水的规划、设计、技术开发、科学研究和管理等工作。环境工程主要研究运用工程技术和有关学科的原理和方法,保护和合理利用自然资源,防治环境污染,以改善环境质量。该学科主要内容包括大气污染防治工程,水污染防治工程,固体废物的处理和利用,以及噪声控制等。同时还关注环境污染综合防治的方法和措施,以及利用系统工程方法,从区域的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。环境工程内容丰富、概念抽象、原理复杂、理论性强。其中环境工程基础实验教学是该专业获取新知识的源泉,是知识与能力、理论与实践相结合的关键,是训练技能、培养创新意识的重要手段,是高等院校培养学生过程中的一个重要环节,更是专业教学的重要组成部分,在高等教学体系中占有十分重要的地位[2-3]。

2环境工程基础实验课程的现状问题

随着各高校人才的引进和投入资金的增加,环境工程学科的建设在各个高校已具规模,受到本科新生的欢迎。但从全国环境工程专业毕业生的就业来看,普遍面临着“难就业”的困境。通过对有关环保企业的调查,用人单位一致认为“在当今竞争激烈的市场中,难以从应届毕业生中找到动手能力强、具有一定创新性的合适人才”。这种教学资源优良,而培养的本科毕业生又难以就业的矛盾,说明环境工程专业的实验和实践教育存在亟待研究解决的问题[4-6]。就深圳大学环境工程专业的实验课设置来看,目前环境工程基础实验课程教学主要为本科三年级学生开设,学分是1学分,作为专业核心课,属于环境工程专业的必修课程。目前开设混凝试验、水体中污染物的静态吸附去除实验、活性炭连续流吸附实验、水体中悬浮物含量及粒径分布测定实验、自由沉淀实验、燃烧热值的测定实验。其中,在实验课程开始的第一周开设环境工程基础实验基本要求及实验安全讲座,在最后一周组织学生到污水处理厂、水厂、垃圾填埋场、粪渣处理及资源化等相关企业参观学习。所开设的实验主要依附于理论教学,均属于操作性和验证性实验,内容主要联系水处理技术,且较为简单,易于掌握,使得无论是教师还是学生,都没有足够地重视实验课。而且,实验项目之间知识联系不紧密,与工程实践联系相距甚远,不能使学生产生一种系统的专业知识概念。这些问题就导致了培养出来的学生缺乏实践创新能力,无法满足用人单位的需求。环境工程基础实验课程的问题主要表现在以下几个方面:

2.1实验安排缺乏系统性

实验整体安排缺乏系统性,实验教学落后于理论教学,教学内容相对陈旧。大多数实验侧重于加深和提高学生对基本理论知识的理解,忽略了对学生能力与素质的培养。另外,目前深圳大学环境工程基础实验课程的实验主要是与水处理相关的内容,并没有涉及大气污染控制、固体废弃物处理与处置等相关实验。环境工程专业不仅要培养水环境治理方面的人才,也需要培养大气环境及固体废弃物处理处置方面的人才,而目前的实验课程对大气和固废两方面的考虑非常欠缺。

2.2教材过于单一

现在环境工程专业实验教学所采用的教材多为课本后附带的实验课程,存在部分内容陈旧过时,涉及的面不够广,不能根据仪器设备的发展更新很好地更改实验内容。

2.3以验证性实验为主

目前的实验课都是老师讲完实验原理,然后再写好实验步骤,老师配制好实验溶剂,调试好实验仪器,同学们按照实验步骤按部就班的去做,然后得出结果,写实验报告。其结果是学生只是循规蹈矩,不会主动去思考问题,发现问题,不能学以致用。因此学生对实验课缺乏积极性,只是被动地接受和机械操作,严重影响了学生对实验课的兴趣,学生的观察能力,思维能力、操作能力得不到锻炼,不利于学生系统掌握各种实验技能,更谈不上培养学生的创新能力。

2.4实验成绩的评定方法单一

目前实验课的成绩主要是看学生的实验报告成绩,这样就容易造成不做实验或成绩差的同学抄袭实验报告的现象。

2.5教学方式单一化

传统的教学方式都是老师讲,然后学生做,至于为什么这样做,不能那样做,如何验证结论的正确性,学生很少也很难去解决。

3教学改革措施

针对以上的问题,本论文提出了一系列以培养学生实践能力为目标的教学改革措施,如增加实验设计、生产实习等环节,以此来改变传统理论教学、实验环节、实习环节相脱离的现状,形成理论教学-实验环节-实习环节-设计环节一体化的教学体系,从而加强学生的动手能力和工程设计思想的设计能力,使学生适应复杂多变的社会,并灵活地运用环境工程专业知识与技能解决相关问题。具体的教学改革措施如下:

3.1构建完整的环境工程基础实验课程体系

深化实验教学改革,培养学生的实验动手能力和自主探索能力;加强校内实训基地的建设,培养学生的工程意识和工程实践能力;切实抓好毕业设计(论文)和科研训练这两个综合性、创新性实践环节;加强校外实习基地建设,建立产学研合作教育的长效机制,增强师生的工程意识和工程实践能力。环境工程基础实验课程不应被局限在学校实验室内,而应该和工程实践相结合,通过建立产学研校外实习基地等形式为学生提供实践机会,提高学生的实践能力。另外,应该改善现有的以水处理技术相关实验为主的课程现状,增加大气治理和固体废弃物处理处置方面的实验内容。例如大气治理方面可考虑增加文丘里洗涤器除尘实验,布袋除尘实验,干法脱除烟气中二氧化硫,生物洗涤塔净化挥发性有机物,放电等离子体技术处理甲苯废气等实验内容。就固废处理处置方面,可考虑增设固体垃圾跳汰分选实验,固体垃圾破碎实验,剩余污泥板框压滤脱水实验,生活垃圾厌氧发酵产气实验,生活垃圾好氧堆肥实验以及有机固废热解实验等。

3.2进行以开放性实验和研究科学实验并重的教学内容改革

实验教学是培养学生实践能力和创新精神的重要手段,减少验证性实验,增加以综合性、设计性和研究探索性为基础的开放性实验对教学改革非常重要。结合教师的研究背景,开设相关实验内容。例如,深圳大学环境工程专业教师的研究领域包括雨水处理与回用,饮用水消毒副产物的产生机制及毒性评价,污水处理过程中脱氮除磷功能菌群结构解析、新型微生物的鉴定和分离、高效污水处理工艺开发和优化、土壤生态修复、利用高级氧化还原方法处理污水、污水中重金属的去除与回收等相关科研课题。可结合这些课题设计开放性和研究型的实验课程,由相关的教师进行指导,激发学生的科学创新能力。

3.3探索仿真技术在环境工程基础实验教学的应用方法

计算机仿真技术是现代化的教育技术工具,由于具有交互性,并能提供多媒体,立即反馈以及超文本、超链接等多种有利于激发学生学习兴趣、促进学生自主学习、自主探索的教学功能,对于改变传统的教学结构与教学模式、构建体现学生为主体作用的新型教学结构与教学模式非常有利。计算机仿真作为对实际生产过程的较等效描述,能以其独有的技术和效果,为学生提供一个良好的学习方式和培养创造性思维的环境。虚拟仿真实验教学特别适用于高污染、高能耗、高危险、高投入的实验项目。虚拟仿真实验教学系统通过3维效果及实操、评分等环节,提升教学效果和实验能力,并且虚拟仿真实验系统可展示相关工艺的全部流程,根据需要实时显示操作及原理,也可让学生设置参数和动态操控,并在主要设备配以演示动画或文字说明,展示工艺设备的内部结构。通过利用虚拟仿真系统进行实验教学,可以提升学生对实验课程的兴趣与实践水平,也为学生了解实际工艺的运行方式等提供强有力的平台。

3.4建立高素质的实验指导教师队伍

开设专业实验课的目的是为了提高学生的创新能力和实践能力,这与传统的实验教学相比,需要开设涉及大量新知识、新技术的实验。这要求实验指导教师不仅需要不断学习掌握新知识和提高实践技能,同时也要求指导教师具有创新精神。因此,建立一支结构、层次、数量合理、相对稳定的高素质实验指导教师队伍是培养创新型人才的关键。环境工程基础实验课程的教师可以由多位老师共同承担。由于各个教师的研究背景,知识领域具有差异性,因此多位教师共同承担实验课程的教学任务可以为学生提供更加全面、更加综合的指导,更有利于领域间的交叉创新,提高学生的实践创新能力。

4结语

深圳大学环境工程专业所开设的环境工程基础实验课程目前仍存在较多问题,不能很好的培养学生的创新实践能力。本文作者作为该课程的任课教师,从自己教学实践出发,针对这些问题,提出了一系列的教学改革措施。这些措施包括构建完整的环境工程基础实验课程体系,进行以开放性实验和研究科学实验并重的教学内容改革,探索仿真技术在环境工程基础实验教学的应用方法以及建立高素质的实验指导教师队伍等。希望通过将这些措施付诸实施,能够改善目前环境工程基础实验课程的现状,激发学生的动手动脑能力,开发学生的创新能力,与社会实际需求更好的衔接,理论联系实际,为社会培养出集理论知识与实践能力于一体的优秀环境工程人才。

参考文献

[1]黄丽坤,王鑫,夏至,等.以提高实践能力为目标的环境工程专业教学改革与探索[J].教育教学论坛,2015,51:97-98.

[2]崔芳.环境工程专业创新实验教学体系改革[J].实验技术与管理,2011,28(2):139-144.

[3]颜酉斌,徐建平,唐海.环境工程专业实验教学体系的改革与探讨[J].广州化工,2014,42(13):202-204.

[4]王向东,金燕,曾抗美,等.环境工程专业实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2005,22(8):103-105.

[5]赵丽杰,赵丽萍,李良,等.环境工程专业综合实验的教学改革与实践[J].实验室科学,2009,3:30-32.

[6]唐建设,项丽,赵峰.环境工程专业综合性实验课程教学改革探讨[J].长江大学学报(自然版),2015,12(25):80-82.

作者:刘安;杨波;张培新 单位:深圳大学

环境工程基础实验课程教学改革的探讨责任编辑:张雨    阅读:人次