環(huán)境工程專業(yè)實驗教學改革與實踐

呂綠洲+林海+陳秀枝+周遠松+馮瑞

摘 要 以北京科技大學環(huán)境工程專業(yè)實驗教學為例，介紹實驗內(nèi)容、實驗項目、創(chuàng)新性實驗、教學模式、開放實驗室、考核與評價等方面的改革，并在實踐中取得很好的效果。

關(guān)鍵詞 環(huán)境工程專業(yè)；實驗教學；開放實驗室；教學改革

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）22-0138-03

Reform and Practice of Environmental Engineering Experi-mental Teaching//LYU Lyuzhou， LIN Hai， CHEN Xiuzhi， ZHOU Yuansong， FENG Rui

Abstract Taking experimental teaching of environmental enginee-ring major of university of science and technology Beijing as an example， the reform in experimental content， experimental project， innovative experiment， open laboratory， teaching model， assessment and evaluation is introduced. And it has achieved very good results in

practice.

Key words environmental engineering； experimental teaching； open laboratory； reform in education

1 前言

環(huán)境工程專業(yè)作為一個理論性、技術(shù)性、實踐性很強的專業(yè)，實驗教學是學生獲取新知識的源泉，是知識與能力、理論與實踐相結(jié)合的關(guān)鍵，是訓練技能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的重要手段，是高等院校培養(yǎng)學生過程中的一個重要環(huán)節(jié)，更是專業(yè)教學的重要組成部分，在高等教學體系中占有十分重要的地位[1]。為了實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，北京科技大學開設環(huán)境工程基礎實驗課程，并在近年來對課程進行一系列改革實踐，取得一定的效果。

2 確立實驗課程在教學中的地位

在人才培養(yǎng)過程中，實驗教學是教學活動的一個重要部分。以理論教學為主的教學模式中，實驗教學只是一種服務于理論教學的輔助手段，處在次要的、輔助的位置。對比來說，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導向的教學模式中，著重強調(diào)理論學習和實驗教學相互配合，二者之間相互促進、相互補充，各有各的獨立功能，不可替代[2]。實驗教學是實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)所需，而理論教學又無法實現(xiàn)的那部分素質(zhì)培養(yǎng)?？傊瑢嶒灲虒W以創(chuàng)新實踐能力為培養(yǎng)目標，對教師的教學觀念提出更高的要求，要深刻理解實驗教學在創(chuàng)新教學中加入的目的和意義，不斷進行實驗教學革新。

3 實驗教學改革方法

環(huán)境工程專業(yè)實驗是對學生進行環(huán)境科學實驗基本訓練和工程能力培養(yǎng)的重要途徑，如何構(gòu)建符合能力培養(yǎng)要求的實驗教學模式，是環(huán)境工程專業(yè)教學改革普遍關(guān)注的問題[3-4]。

整合實驗內(nèi)容與方法 改革之前，北京科技大學環(huán)境工程基礎實驗由水污染控制、大氣污染控制、固體廢棄物資源化三門課程的實驗組成，是獨立開設的一門專業(yè)實驗課，16學時、一學分，共計10個實驗項目（詳見表1）。研究方法訓練是獨立開設的一門專業(yè)實驗課，32學時、二學分，共有五個關(guān)于水凈化的實驗項目（詳見表2）。在部分實驗課程的實驗項目中出現(xiàn)內(nèi)容重復的現(xiàn)象，這是由于實驗課程的設置之間沒有聯(lián)系。

具體來說，如研究方法訓練開設的實驗項目“混凝沉降試驗”，其研究內(nèi)容有：混凝劑種類的選擇；混凝劑用量；混凝pH值；助凝劑（PAM）類型及用量；混凝攪拌時間，包括混凝劑攪拌時間、助凝劑攪拌時間；混凝攪拌強度，包括混凝劑攪拌強度、助凝劑攪拌強度；混凝沉降時間。研究方法訓練實驗開設的實驗項目“離子交換試驗”研究內(nèi)容有：離子交換劑種類的選擇，包括強酸性陽樹脂、強堿性陰樹脂；離子交換劑用量試驗；離子交換作用時間試

驗。這就包含了環(huán)境工程基礎實驗開設的實驗項目“混凝脫色實驗”及“固定床離子交換實驗”的內(nèi)容，重復出現(xiàn)了實驗的內(nèi)容。這樣便導致學生對專業(yè)知識的學習興趣變低，對實驗課程本身產(chǎn)生厭惡情緒，極大地制約了學生知識面的拓展，產(chǎn)生教學副作用。

為了合理設置實踐課程，北京科技大學環(huán)境工程專業(yè)的部分骨干教師及實驗人員分別于2012年和2015年對環(huán)境工程專業(yè)進行深入調(diào)研，重點考察兄弟院校的專業(yè)定位與特色、課程體系與課程設置、教育工程專業(yè)認證要求與達成度執(zhí)行、實驗課程與實驗室建設等情況，之后對實驗課程的內(nèi)容進行增刪和更新處理，在經(jīng)過數(shù)次開會研究以及討論后，重新編寫實驗指導書，將環(huán)境工程基礎實驗和研究方法訓練合并為一門專業(yè)實驗課，新的實驗課程命名為“環(huán)境工程專業(yè)實驗”，教學辦法遵循實驗教學環(huán)節(jié)獨立設置課程的方法，進行獨立考查，單獨計算學分。這樣徹底改變了傳統(tǒng)的實驗教學相對于理論教學的被動地位，學生的實驗分數(shù)由擔任此課的教師計入平時成績而隨意性較大的弊端。

增加新的實驗項目 北京科技大學在20世紀90年代末建設環(huán)境工程專業(yè)的初期，由于建設資金不足，制約了實驗條件，開設的實驗項目以驗證性實驗、演示性實驗為主，知識點之間缺乏關(guān)聯(lián)，難以讓學生學到系統(tǒng)的專業(yè)知識，無法提高創(chuàng)新能力。為實現(xiàn)能夠解決復雜的環(huán)境工程問題這一培養(yǎng)目標，學校將環(huán)境工程實驗和研究方法訓練兩門實驗課整合為一門環(huán)境工程專業(yè)實驗，對實驗項目做了調(diào)整，具體實驗項目見表3。

1）去掉部分重復實驗，如將環(huán)境工程基礎實驗中的混凝脫色實驗和離子交換實驗去掉，保留研究方法訓練中的混凝沉降試驗和離子交換試驗。endprint

2）合并類似實驗，如固體廢物資源化實驗中高爐渣制備膠凝材料實驗、電鍍污泥水泥固化實驗和粉煤灰配置混凝土實驗之間存在類似的地方，將其合并成鉻渣去毒實驗。

3）補充實驗內(nèi)容，將一些驗證性實驗項目升級為設計性、綜合性實驗。

4）增加新的實驗項目，如SBR污水處理實驗、吸附法處理含VOC廢氣、廢物熱解及其產(chǎn)物熱值的測定實驗和固體廢物產(chǎn)甲烷實驗等。

5）開設創(chuàng)新性實驗。

增加創(chuàng)新性實驗 本科生創(chuàng)新性實驗項目作為一個訓練平臺，由學生獨立提出設想，設計并實現(xiàn)這個設想，給學生提供一個脫離純粹書本知識的環(huán)境，鍛煉學生的交流、協(xié)作能力。例如：2016年的創(chuàng)新項目，包括水生植物對重金屬釩、砷的富集特性研究，幾種生態(tài)浮床植物協(xié)同生態(tài)濾床除磷研究，聚乳酸/淀粉緩釋碳源釋碳與脫氮性能研究，基于靜電材料除塵及等離子殺菌技術(shù)的口罩附加品設計研發(fā)，地溝油生產(chǎn)新型浮選藥劑等；2015年創(chuàng)新項目，包括一種用于農(nóng)村的生物凈水裝置，對于農(nóng)村久置生活飲用水的凈化研究，新型凈味、節(jié)水馬桶的研發(fā)與設計等；2013年創(chuàng)新項目，包括高爐水淬礦渣制作填充材料的研究，芬頓試劑催化氧化維生素B12廢水實驗研究，集成含油廢水處理裝置的研發(fā)，尿液無害化過程控制因素研究，氧化石墨烯吸附污水中重金屬離子的方法等。

科技創(chuàng)新活動自2006年開展以來，取得顯著成績，其中，2013年學生發(fā)表論文45篇，學生為第一作者的25篇；申請和獲批專利17項，學生為第一專利申請人的12項；本科生制作實物模型20件；校級以上項目參加國內(nèi)大賽獲獎、軟件設計、網(wǎng)站開發(fā)等其他創(chuàng)新成果25項。

確立教學模式 依據(jù)實驗難易程度和對學生實驗知識、技能的要求，將實驗課內(nèi)容分為三個層次，即基礎實驗、綜合性實驗和設計實驗、創(chuàng)新性實驗。實驗課程內(nèi)容按演示驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗三個層次進行安排，形成從基礎到前沿、從接受知識到培養(yǎng)能力的實驗課程體系。環(huán)境工程專業(yè)實驗改革傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容，增設綜合性、設計性和研究性實驗，突出科學訓練和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。實驗課成為學生切實掌握并實際運用理論知識解決實際工程技術(shù)問題的有效途徑。

4 開放實驗室

開放實驗室讓實驗教學資源得到充分有效利用，培養(yǎng)了學生的實踐能力，切實提高了實驗教學質(zhì)量。北京科技大學實驗教學中心現(xiàn)有水污染控制、大氣污染控制、固體廢物資源化、土壤生態(tài)修復、物理污染控制、環(huán)境檢測等六個實驗平臺。擁有的儀器設備覆蓋面較廣，將六個平臺的儀器設備融為一體，統(tǒng)一管理，實現(xiàn)資源共享。實驗室采用全天候運行機制。全天候運行機制是增強實驗教學效果的重要條件，從基礎條件建設和制度建設著手推進實驗室開放。

首先，實驗時間和平臺開放，學生自主選擇時間到實驗室進行知識的預習與回顧。

其次，實驗方法、手段、內(nèi)容全面創(chuàng)新，讓學生可以自主選擇項目進行實驗，實驗室盡可能提供條件支持。

環(huán)境實驗教學中心除完成規(guī)定的實習、實驗和相關(guān)教學實驗任務外，面向全校，為科研服務，對社會開放，實現(xiàn)資源共享，避免重復建設。尤其是大型儀器設備，包括寒暑假在內(nèi)全天候為學生、教師和社會開放。中心的教學資源在教師的科研工作中發(fā)揮了重要作用，提高了教師的科研論文質(zhì)量。同時，科研成果也能及時轉(zhuǎn)化為教學資源，促進實驗教學改革，提高教學質(zhì)量。

5 考核與評價

將學生定位為實驗設計者，把每一個具體的實驗項目都視為一個載體。經(jīng)由這樣的項目載體，學生不僅可以熟悉基本儀器的使用與操作，而且可以掌握數(shù)據(jù)采集、處理以及分析方法，實現(xiàn)觀察、思維、分析等綜合能力的培養(yǎng)。倡導探究性自主學習，加強討論環(huán)節(jié)，實驗過程和實驗數(shù)據(jù)檢查環(huán)節(jié)加強引導和討論，培養(yǎng)學生進行探究性實驗的思路。在多年實驗考核方式改革經(jīng)驗的基礎上，改變只憑借實驗報告決定實驗成績的舊方法，采用“實驗設計（20%）+實驗操作（20%）+實驗報告（60%）”的綜合評定方式，綜合評定學生的學期成績，鼓勵學生有自己的想法，有自己的側(cè)重點和特色。

6 結(jié)語

隨著實驗內(nèi)容的不斷改進，優(yōu)化了實驗教學環(huán)節(jié)，完善了考核評價體系，增強了教學效果。教育改革是一項長期的任務，隨著社會的發(fā)展、科技的進步，今后還需要更深入地進行實驗教學改革，總結(jié)教學經(jīng)驗，探索實驗教學的新方法、新渠道，為培養(yǎng)新時代的創(chuàng)新型人才而不懈努力。

參考文獻

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