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环境工程专业实验课程改革思考

2021/07/08 阅读:

摘要:针对环境工程专业实验授课中出现的诸多问题,提出了一些合理性的改革建议。在工程教育专业认证的背景下,优化实验课程体系设置,增加实验课程比重,合理设计实验项目。建设实验课程网站,丰富实验教学手段,有效地进行课程质量控制。根据课程特色,制定多样的考核方式,保证教学效果。

关键词:工程教育专业认证;环境工程;实验教学;改革

本校环境工程专业基于“知识-技能-专业能力”递进的培养过程,设置课程教学内容,2020年通过工程教育专业认证。满足工程认证的要求,2018级培养方案要求学生必须修满至少175学分,其中本专业工程实践与毕业设计(论文)37学分,占比21.1%。专业基础实验和专业实验均为独立授课实验,共计120学时。通过实验课程,使学生具备基本的专业技能以及利用专业理论知识分析问题和解决实际工程问题的能力[1]。

1实验教学存在的问题

1.1实验项目需要更新

由于受到实验室条件的限制,验证性实验项目所占比重大,综合性和设计性实验所占比例较少,学生的综合设计能力和分析解决问题的能力得不到很好地提升[2]。

1.2教学模式单一

传统的实验教学模式多以“教师讲授”为主,学生缺乏足够的学习兴趣,弱化自主学习的能力,难以达到“以学生为本”的发展目的[3]。

1.3缺少师生交流与互动

采用传统的教学模式,课前对学生的预习情况不能充分了解,课堂只能指导学生的实验操作,课后通过纸质的实验报告了解学生学习状况。学生在实验过程中按照操作流程完成实验,机械地接受知识,缺少实验的主动思考。第一,实验预习环节,部分学生把实验原理和实验步骤机械地照抄照搬,基本概念掌握模糊,专业理论知识不能灵活运用,溶解氧和分光光度计等监测仪器不能熟练操作。第二,实验数据处理和实验结果讨论不能及时地反馈。实验课程设置项目较多,比如环境监测实验和水处理实验分别设置13和9个实验项目,实施周期长。老师批改纸质实验报告,发现部分学生实验数据处理不当,数据图表绘制不规范等。

1.4教师工作压力大

根据工程教育专业认证的要求,课程结束需要提交多项实验成绩,并撰写课程质量分析报告,短暂时间内繁重的工作量给老师造成较大的压力。

2实验课程的改革

2.1优化实验课程体系设置

依照工程教育专业认证的要求,专业课程体系的设置应着眼于培养学生解决复杂环境工程问题的能力。以2018版培养方案为例,本专业设置环境工程原理实验、环境工程微生物学实验和环境监测实验等专业基础实验,围绕水、大气和固体废物三大核心课程设置了水处理实验、大气污染控制工程实验和固体废物处理与处置工程实验等专业实验。与2016版课程体系相比,增加实验/实践类课程的学分比例,强化学生的工程实践能力培养。将环境工程原理实验、大气污染控制工程实验和固体废物处理与处置实验由课内实验变为独立授课。实验类型包括验证性实验、综合性实验和设计性实验等,实验项目共计40项,其中综合及设计性项目35项,占比87.5%。以《大气污染控制工程实验》为例,包括光学法测定粉尘粒径分布、电除尘性能测定、湿法烟气脱硫实验、气态挥发性有机物(VOCs)污染控制实验和袋式除尘性能测定5个实验项目,共计16学时。涉及《大气污染控制工程》理论课程的除尘装置、硫氧化物的污染控制和挥发性有机物污染控制主要章节,使学生掌握粉尘粒径的测定方法、电/袋除尘装置的工作原理、硫氧化物脱除装置工作原理和挥发性有机物污染控制工艺设计[4]。“袋式除尘性能测定”为验证性实验,让学生理解袋式除尘原理,掌握袋式除尘器除尘性能测定的实验步骤,测定除尘效率,探讨风量或含尘量对除尘效率的影响。“气态挥发性有机物(VOCs)污染控制实验”为设计/研究性实验,以理论课程为基础,在老师的指导下,学生设计出备选实验方案,并通过实验进行验证,筛选出合理的方案。发挥学生的主观能动性,培养学生解决实际工程问题的能力。“光学法测定粉尘粒径分布”、“电除尘性能测定”和“湿法烟气脱硫实验”均为综合性实验,以“湿法烟气脱硫实验”为例,依据烟气组成和二氧化硫排放控制标准,对比石灰石湿法烟气脱硫、双碱法烟气脱硫等实验室易操作的工艺,筛选出优化的实验方案。与2016版教学大纲比较,《大气污染控制工程实验》新增加“气态挥发性有机物(VOCs)污染控制实验”,实验项目由4项增至5项,由12学时增加至16学时。2019年,国家相继发布了一些重要的政策法规文件,引导VOCs污染防治工作向精细化、规范化和深度治理方向发展,“气态挥发性有机物(VOCs)污染控制实验”项目的增加符合国家VOCs污染防治管理制度的实施。在工程教育专业认证的背景下,实验项目应该以实际的工程问题为对象,培养学生处理复杂环境问题的能力,使他们在“社会评价”中成为佼佼者。比如2018版《水处理实验》教学大纲设置化工废水、印染废水和有机废水处理实验与研究,根据各行业废水进出水水质,设计废水处理工艺,自行搭建实验系统并开展数据收集及分析,属于设计/研究性实验。与2016版教学大纲相比,增加了“活性污泥法处理化工废水”实验项目。

2.2丰富实验教学手段

工程教育专业认证更强调学生的实践能力,能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,开展复杂环境工程问题的研究,包括设计实验、分析数据,以获得有效结论。为了及时地反馈授课过程存在的问题,实时有效地达到毕业要求,建设实验课程网站,包括实验预习、实验操作讲解、数据分析和实验常见问题解析等内容[5]。采用引导式、提问式等多种方式,以word文档、图片和视频等形式呈现于课程网站,并将工程案例、行业发展等视频作为选做项目,使学生很好地了解工程应用现状,掌握专业发展趋向。实验讲义以word文本形式上传,包括实验目的、实验原理、实验操作步骤、实验数据与分析、实验结果与讨论等。老师将实验步骤进行演示,并录制视频,使用的实验仪器和装置进行详细地介绍。实验预习时,完成实验预习报告,观看实验操作步骤视频,并完成网页布置的预习作业。预习结束后,学生应掌握实验原理,能够熟练操作实验仪器或装置,具备顺利完成实验的能力。比如废水监测常用的紫外/可见分光光度计,通过实验预习,使学生可以正确地使用其测定废水的吸光度。实验数据与分析包括原始数据的记录和数据的分析,将原始数据的记录规则和数据分析的步骤等以word文档或视频形式展示,尤其是数据图表的绘制规范。由于本专业未开设科研论文写作的相关课程,大部分学生随意画数据图,出现横纵坐标字体偏大,坐标单位未标出等问题,与科技论文中插图的要求相差甚远。而且大部分学生缺少实验数据的分析,简单地将数据进行罗列,未推导出有效结论。实验结果与讨论采用word文档或视频形式,将实验现象和实验过程出现的问题及解决方法进行指导。利用网络资源,建设课程网站,使学生掌握相关的实验操作技能,保障实验教学质量,实行课程质量管控,充分发挥实验课程对毕业要求的支撑作用。同时增强学生的专业素养,培养适应社会和行业发展需要,具有良好的职业操守和创新意识的高级工程技术人才。

2.3制定课程考核方式

实验成绩由平时成绩、实验报告成绩和期末考试成绩三部分按比例综合评定。平时成绩通过考核实验预习、实验过程中遵守实验室规章制度情况、动手操作能力、原始数据记录情况、处理一般问题的能力等环节评定,实验报告成绩主要根据实验报告完整性、数据处理准确程度、回答思考题的准确程度及实验报告书写工整程度等情况来评定,期末考试采取动手操作考试或闭卷笔试的方式进行。目前,大部分实验课程采用以上的考核方式。对于大四学生,实验课程考核方式可适当调整。比如《水处理实验》期末考核采用试卷考核,题型包括名词解释、填空题、问答题和计算题,题型设计合理。但是发现一部分学生试卷卷面分并不理想,有些同学答非所问,有些同学处理数据错误。实验课程是考查课,大部分同学重视程度不够,且实验课与考研安排在同一学期,学生更不会投入太多的时间和精力。考虑大四学生的特点,为了保证实验课程的教学质量,依托课程网站,实现平时成绩的有效管理。期末考核可采用现场答辩的形式,设计多个备选题目,包括实验原理及工程案例的工艺设计,分组抽签,现场表述。针对2016版培养方案中教学执行时间存在的矛盾,2018版培养方案将部分专业实验课程提前到大三下学期,避免与备战考研的时间冲突,有效保证教学质量。

3结论

实验教学是提高学生独立思考和动手能力的有效手段,构建合理的实验课程体系,丰富教学手段,制定合理的考核方式,更好地控制实验教学质量,培养具有职业素养和职业能力的高级工程技术人才,在社会竞争中能够脱颖而出。

参考文献

[1]陈绍华,熊玲,叶恒朋,等.工程认证背景下我校环境工程专业实践课程体系的构建[J].广州化工,2019,47(21):170-171.

[2]宋娟娟.基于泛雅平台的环境工程翻转课堂实验教学研究[J].山东化工,2021,50(1):168-169.

[3]陈豆.环境工程专业实验教学改革与创新的思考[J].教育现代化,2019,6(23):43-44.

[4]郝吉明,马广大,王书肖.大气污染控制工程[M].3版.北京:高等教育出版社,2010.

[5]杨楠,刘佳欢,展思辉,等.工程认证背景下实验教学改革探析[J].实验室科学,2019,22(5):129-131.

作者:翟林智 陈芳艳 单位:江苏科技大学

环境工程专业实验课程改革思考

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