黃紅麗,羅 琳,周惜時(shí),秦普豐,魏建宏,王 寒,魏祥東
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,長(zhǎng)沙 410128)
固體廢物處理與處置課程是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)主干課之一,具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作性和實(shí)用性[1-2]。實(shí)踐教學(xué)是課程教學(xué)的重要組成部分,是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、獨(dú)立分析問(wèn)題能力、解決問(wèn)題能力的重要環(huán)節(jié),更是培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的高質(zhì)量環(huán)境工程專業(yè)人才的重要途徑[3-5]。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的固體廢物處理與處置課程設(shè)置在第七學(xué)期,是環(huán)境工程本科理論教學(xué)的最后一學(xué)期。此時(shí),學(xué)生面對(duì)畢業(yè)、找工作、考研等各方面壓力,從而影響教學(xué)效果。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升教學(xué)效果,除了對(duì)理論教學(xué)進(jìn)行改革外,我們對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)也進(jìn)行了改革。筆者主要針對(duì)固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革進(jìn)行了探索和研究。
由于固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)沒有單獨(dú)設(shè)課,培養(yǎng)方案中只安排了12學(xué)時(shí)的教學(xué)計(jì)劃,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單,包括“固體廢物的干式破碎及篩分實(shí)驗(yàn)”“固體廢物的濕式破碎實(shí)驗(yàn)”和“礦物的浮選實(shí)驗(yàn)”,這三個(gè)實(shí)驗(yàn)分別是固體廢物的預(yù)處理和物理化學(xué)處理方法,而對(duì)于其他的處理方法如熱處理和生物處理方法卻沒有安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于師資隊(duì)伍中研究方向的局限性,未開展結(jié)合本校特色的農(nóng)業(yè)固體廢物為原料的實(shí)驗(yàn)課程,存在實(shí)驗(yàn)材料單一、實(shí)驗(yàn)方法成熟、實(shí)驗(yàn)手段缺乏創(chuàng)新性的缺點(diǎn),不能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力[6]。
在教學(xué)方法上,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課程多采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,即實(shí)驗(yàn)前由實(shí)驗(yàn)教師將所需的樣品、試劑、儀器等一切準(zhǔn)備就緒并調(diào)整到正常工作狀態(tài),學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或教師擬定的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地進(jìn)行操作,最終提交一份與理論結(jié)論接近的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可。傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維,學(xué)生的主動(dòng)性得不到充分挖掘和發(fā)揮,更談不上創(chuàng)新教育、個(gè)性化教育[7]。因此,調(diào)整教學(xué)方式,引入現(xiàn)代教育模式,開設(shè)能夠發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性的“三性”實(shí)驗(yàn)十分必要。
1)以往的實(shí)驗(yàn)大部分是一個(gè)班級(jí)在同一時(shí)間內(nèi)完成同一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這種教學(xué)方式雖然便于安排與管理教學(xué)內(nèi)容,但也存在一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。即:實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要,只能多人合做實(shí)驗(yàn),較難保證每個(gè)學(xué)生保質(zhì)保量完成實(shí)驗(yàn)要求,導(dǎo)致學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立操作的空間有限。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的問(wèn)題討論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫千篇一律。
2)本實(shí)驗(yàn)課程在本院實(shí)驗(yàn)中心沒有專門的實(shí)驗(yàn)室,只能在本校固體廢物資源化方向研究生(約10名)的科研工作場(chǎng)地進(jìn)行。每次本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能夾雜在眾多研究生的科研工作中進(jìn)行,導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中空間狹小,學(xué)生無(wú)法很好地分組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)教師不能巡視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每名學(xué)生的動(dòng)手能力情況。
3)為方便管理,實(shí)驗(yàn)中心的部分實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)代分析儀器只針對(duì)研究生和教師從事科學(xué)研究開放,對(duì)本科生不開放。因此,存在實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備,特別是一些現(xiàn)代分析儀器,如質(zhì)譜儀、紅外光譜儀、原子吸收分光光度計(jì)等大型精密貴重儀器的利用率偏低,實(shí)驗(yàn)室資源浪費(fèi)的問(wèn)題。
固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)一直處于固體廢物處理與處置課程的從屬地位,其考核成績(jī)只體現(xiàn)在固體廢物處理與處置課程的平時(shí)成績(jī)中,這就大大地降低了實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)的比重。另外,目前采取的考核方式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)給出一個(gè)總評(píng)。有些學(xué)生只要保證實(shí)驗(yàn)到場(chǎng),懶于動(dòng)手操作或敷衍了事完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)抄書、查資料將實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫得整潔些即可得到較高的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。因此,現(xiàn)有的考核方式不能真實(shí)反映學(xué)生對(duì)固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)技術(shù)和知識(shí)的掌握程度,而且容易忽略對(duì)學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πㄕw思維、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力的考核,無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,也不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[8]。
針對(duì)以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題,結(jié)合人才培養(yǎng)要求,該研究從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面對(duì)固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)進(jìn)行了一系列的改革。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)的宗旨是培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)際相結(jié)合的操作能力,實(shí)事求是、精益求精的科學(xué)態(tài)度,以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)踐能力[9]。鑒于以往實(shí)驗(yàn)中的《固體廢物的干式破碎及篩分實(shí)驗(yàn)》和《固體廢物的濕式破碎實(shí)驗(yàn)》所需的實(shí)驗(yàn)時(shí)間較短,往往只需要2學(xué)時(shí)即可完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的情況,我們將這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合,合并為“固體廢物的破碎篩分實(shí)驗(yàn)”,將經(jīng)過(guò)干式破碎后的礦物進(jìn)行篩分后得到的細(xì)顆粒(d≤25 mm)用于濕式破碎,這樣既節(jié)約了課時(shí),同時(shí)也讓學(xué)生了解了球磨機(jī)對(duì)于進(jìn)料尺寸的要求,這對(duì)理論知識(shí)的進(jìn)一步掌握是有幫助的。另外,針對(duì)農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn),教師自編實(shí)驗(yàn)講義,嘗試將原來(lái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以整合、優(yōu)化,增加符合時(shí)代發(fā)展需要的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)所占比例。如《生物炭對(duì)廢水中重金屬鉛的吸附性能測(cè)定》《農(nóng)業(yè)固體廢物好氧堆肥化處理實(shí)驗(yàn)》,使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、形式豐富多樣,同時(shí)更加貼近農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn)和學(xué)生的生活,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)安排中,鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,提高學(xué)生獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)造力,同時(shí)也加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和理論課程的掌握。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的創(chuàng)新是培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的關(guān)鍵,改革舊式教學(xué)方法和手段,充分運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)方法,采用實(shí)驗(yàn)與科研相結(jié)合的教學(xué)模式把實(shí)驗(yàn)教學(xué)變?yōu)榻處熤笇?dǎo)下的自主創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。
2.2.1 實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)
1)引入網(wǎng)絡(luò)和仿真實(shí)驗(yàn)室輔助教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教授的過(guò)程中,不能僅采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,教師可以利用互聯(lián)網(wǎng),將基本實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程與步驟以實(shí)驗(yàn)課件和 FLASH視頻方式公開供學(xué)生隨時(shí)查閱,給學(xué)生非常直觀的印象,節(jié)約了教學(xué)時(shí)間,豐富了教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生如果有疑問(wèn)可以通過(guò)留言或?qū)υ挼男问絹?lái)解決,這樣可以進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí),利用仿真實(shí)驗(yàn)室將實(shí)驗(yàn)、素材庫(kù)等仿真教學(xué)軟件運(yùn)行于純硬件組成的網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)系統(tǒng)之上,改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,以虛擬技術(shù)為手段,代替大量的實(shí)物實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,不僅可以節(jié)省大量的建設(shè)資金和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用,還能減少學(xué)生的學(xué)習(xí)費(fèi)用,大大降低培養(yǎng)成本。
2)開展啟發(fā)式教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)以學(xué)生為主體,充分發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)作用,給學(xué)生足夠的空間來(lái)發(fā)揮其能動(dòng)性和創(chuàng)造力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等。教師只扼要提示關(guān)鍵步驟和注意事項(xiàng),并提出相應(yīng)問(wèn)題,給學(xué)生留下一定的思考余地,發(fā)揮其主觀能動(dòng)性;在實(shí)驗(yàn)前,要求學(xué)生分成若干小組,擬定實(shí)驗(yàn)方案,并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行小組討論,在教師指導(dǎo)下確定最終實(shí)驗(yàn)方案。這樣學(xué)生就會(huì)仔細(xì)研讀教材、主動(dòng)查閱資料,進(jìn)行方案的合理化設(shè)計(jì),對(duì)其自學(xué)能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新思維的鍛煉均有較大幫助。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題,指導(dǎo)教師的作用是引導(dǎo)學(xué)生找出解決問(wèn)題的方向,要求學(xué)生自己動(dòng)手,通過(guò)查閱資料(網(wǎng)絡(luò)或圖書)、組內(nèi)討論等方式自行提出解決問(wèn)題的方法并在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證。該教學(xué)模式不僅能提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性,還有利于學(xué)生對(duì)固體廢物處理與處置基本理論的深化和運(yùn)用。
2.2.2 采用分組循環(huán)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)
實(shí)驗(yàn)分組是為了使每名學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都能盡可能地參與實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生的動(dòng)手能力,能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。如果實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)過(guò)多,會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只有其中一兩名學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn),其他學(xué)生只站在旁邊觀摩的現(xiàn)象。因此,我們將每個(gè)班級(jí)分成A、B兩個(gè)大組,兩個(gè)大組采取循環(huán)式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。即在同一時(shí)間段內(nèi)分別完成不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并由固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)課程配備的雙線(兩名)實(shí)驗(yàn)老師分別指導(dǎo)一個(gè)大組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),這樣可以減少對(duì)儀器設(shè)備數(shù)量的需求,減少實(shí)驗(yàn)小組人數(shù),增加學(xué)生自己動(dòng)手的機(jī)會(huì),提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。
2.2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研項(xiàng)目結(jié)合
充分利用學(xué)科優(yōu)勢(shì)和豐富的科研資源,將固體廢物資源化領(lǐng)域的研究項(xiàng)目與本科生的科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)整合,對(duì)傳統(tǒng)固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充和完善,達(dá)到固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)大學(xué)生解決環(huán)境問(wèn)題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的更高目標(biāo)。
依托湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目開設(shè)的“生物炭對(duì)廢水中重金屬鉛的吸附性能測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的吸附材料是生物炭——由秸稈經(jīng)高溫灼燒后獲得,體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)院校特色,該實(shí)驗(yàn)的處理對(duì)象是廢水中的重金屬鉛,這與環(huán)境工程同樣重要的課程水污染控制工程密切相關(guān),給學(xué)生提供了農(nóng)業(yè)固體廢物資源化、以廢治廢的一種思路。另外,依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目科研項(xiàng)目的“農(nóng)業(yè)固體廢物好氧堆肥化處理實(shí)驗(yàn)”周期較長(zhǎng),僅僅依靠實(shí)驗(yàn)課時(shí)無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,因此,考慮將研究生的研究課題與本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,由研究生指導(dǎo)本科生、本科生輔助研究生來(lái)共同完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)將使即將畢業(yè)的學(xué)生感受到科研氛圍,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣與理解,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神[10]。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核的重要目的之一是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握基本實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)研究方法和理論聯(lián)系實(shí)際的能力,通過(guò)考核使學(xué)生在實(shí)踐能力、綜合能力和創(chuàng)新能力等方面得到培養(yǎng)和提高[11]。為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,保證每一位同學(xué)都能認(rèn)真參與實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了改革。我們對(duì)固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行單獨(dú)考核,不再只是體現(xiàn)在固體廢物處理與處置課程的平時(shí)成績(jī)中,這就能大大提高學(xué)生對(duì)固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)課程的重視。
除對(duì)實(shí)驗(yàn)課程單獨(dú)考核外,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核方式進(jìn)行了改革,將原來(lái)實(shí)驗(yàn)報(bào)告定分制改為實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括3個(gè)部分:實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)占20 、實(shí)驗(yàn)操作占30 、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占50 。對(duì)于實(shí)驗(yàn)一:固體廢物的破碎篩分實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生通過(guò)閱讀教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成預(yù)習(xí)報(bào)告,掌握實(shí)驗(yàn)原理、目的、方法、儀器、試劑和步驟,以訓(xùn)練其概括、總結(jié)能力,提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的主動(dòng)性和自學(xué)能力。而實(shí)驗(yàn)二:生物炭對(duì)廢水中重金屬鉛的吸附性能測(cè)定和實(shí)驗(yàn)三:農(nóng)業(yè)固體廢物好氧堆肥化處理實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生分成若干組,寫出實(shí)驗(yàn)方案,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料等,并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行小組討論,在教師指導(dǎo)下,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體條件,確定最終實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開始實(shí)驗(yàn)前,教師采用全面檢查和抽查相結(jié)合的辦法對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行了解,并對(duì)預(yù)習(xí)報(bào)告給出評(píng)分。在操作考核中,既有單獨(dú)的個(gè)人操作考核,也有分組的操作考核。教師加強(qiáng)了規(guī)范化操作的指導(dǎo),以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能,同時(shí)又通過(guò)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一對(duì)一的指導(dǎo),教師對(duì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握情況有了全面了解,能夠客觀給出每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能成績(jī)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生對(duì)自己實(shí)驗(yàn)工作的總結(jié),要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析,養(yǎng)成一個(gè)善于分析問(wèn)題和總結(jié)問(wèn)題的好習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的分析與討論是很重要的內(nèi)容,我們鼓勵(lì)學(xué)生在分析討論中自由地寫出自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。比如:哪些操作步驟沒有做好,或者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)什么問(wèn)題,如何避免等,還可以提出對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)修改的建議。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題和結(jié)果的分析、討論,可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,大大提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
通過(guò)這些改革措施,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)課的重要性,同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)課的地位和學(xué)生的積極性,教學(xué)質(zhì)量有了較大的提高。
通過(guò)改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加符合農(nóng)業(yè)院校特色的綜合性實(shí)驗(yàn),同時(shí)引入網(wǎng)絡(luò)和仿真實(shí)驗(yàn)室輔助教學(xué),開展啟發(fā)式教學(xué),并將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研項(xiàng)目相結(jié)合,引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)造力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,讓學(xué)生盡早感受到科研氛圍,為培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性人才奠定基礎(chǔ)。
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實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)2014年4期