環(huán)境工程開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)-以《芬頓氧化廢水實(shí)驗(yàn)》為例

張吉強(qiáng)，張 瓊，張晨曦

(1.濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲生態(tài)脆弱帶工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603；2.濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲野生植物資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，山東 濱州 256603)

現(xiàn)代是創(chuàng)新性社會(huì)，對人才的素質(zhì)要求也越來越高。2017年10月18日，習(xí)近平同志在十九大報(bào)告中指出，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家。要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)原創(chuàng)性成果重大突破。本科生是高素質(zhì)專門人才培養(yǎng)的最大群體，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式致使學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力較差，提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力迫在眉睫。環(huán)境工程是近年來國家大力發(fā)展的新興學(xué)科，學(xué)生除了具有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)外，還必須具備豐富的實(shí)踐經(jīng)歷和創(chuàng)新能力[1]。

環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程是理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的良好平臺(tái)課程，但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生大多只能依照指定的內(nèi)容開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的自主性和創(chuàng)造力得不到鍛煉和發(fā)揮[2]。本文以《芬頓氧化廢水實(shí)驗(yàn)》教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，本著以學(xué)生為中心的原則，從實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)分析到實(shí)驗(yàn)成績評定等各個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行開放性教學(xué)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造等綜合能力，以期培養(yǎng)高素質(zhì)的環(huán)境工程人才。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題

傳統(tǒng)的環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的延伸和拓展，對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力發(fā)揮了非常大的作用。但在創(chuàng)新型社會(huì)和現(xiàn)代高等教育要求下，開始暴露越來越多的問題。首先，教學(xué)模式還大多遵循老舊的模式，老師講，學(xué)生聽，學(xué)生完全按照指定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟和要求開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力得不到釋放，未能真正做到以學(xué)生為中心的教學(xué)模式[3-4]。其次，教學(xué)項(xiàng)目老舊，變化不大，基本還在沿用十幾年前甚至幾十年前的教學(xué)內(nèi)容，在環(huán)境工程學(xué)科高速發(fā)展的趨勢下，學(xué)生接觸不到最新的學(xué)科前沿，與學(xué)科發(fā)展脫節(jié)，創(chuàng)新思維也得不到發(fā)展[5]。再次，學(xué)生在課程中參與感不強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、成績評定等環(huán)節(jié)基本完全由教師主導(dǎo)，學(xué)生參與感不強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣不能得到有效提高。

2 環(huán)境工程開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)-以《芬頓氧化廢水實(shí)驗(yàn)》為例

以《芬頓氧化廢水實(shí)驗(yàn)》為例，從實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)分析到實(shí)驗(yàn)成績評定等各個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行開放性教學(xué)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造等綜合能力。

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦莆辗翌D氧化廢水的原理和操作步驟、學(xué)會(huì)用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定芬頓氧化廢水最佳工藝條件。實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備過程包括實(shí)驗(yàn)原理的了解、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)儀器耗材的準(zhǔn)備等工作。在課程開課前一段時(shí)間，可首先向?qū)W生發(fā)布實(shí)驗(yàn)原理查閱任務(wù)。讓學(xué)生通過查閱圖書和電子文獻(xiàn)資源庫等，查閱芬頓試劑的組成、芬頓氧化處理廢水的原理和芬頓氧化的主要影響因素等。時(shí)間到期后，每一小組提交本次實(shí)驗(yàn)原理的資料，可根據(jù)文獻(xiàn)查閱的詳細(xì)程度和內(nèi)容豐富度等進(jìn)行打分。教師可將自己整理的有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理文檔傳回學(xué)生，讓學(xué)生學(xué)習(xí)比較。

學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理后，可安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)。要求學(xué)生自行選定實(shí)驗(yàn)因素和實(shí)驗(yàn)水平，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容和方法，我校學(xué)生已在上一學(xué)期開設(shè)的科學(xué)研究方法課程中進(jìn)行了學(xué)習(xí)，若學(xué)生無相關(guān)前期知識(shí)基礎(chǔ)，可在文獻(xiàn)調(diào)研環(huán)節(jié)一并布置讓學(xué)生自學(xué)，但是因?yàn)樵摬糠謨?nèi)容具有一定的難度，建議教師對該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行一定的講解輔導(dǎo)。在正交實(shí)驗(yàn)因素和水平的設(shè)置上也可采取開放式和半開放式[5]，因?yàn)槭軐?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，可對因素和水平進(jìn)行一定限制，如規(guī)定實(shí)驗(yàn)因素為3～6個(gè)，每個(gè)因素下設(shè)置2～3水平。通過該環(huán)節(jié)，可鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，并進(jìn)一步考察學(xué)生對芬頓氧化原理的理解和認(rèn)識(shí)程度。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不作統(tǒng)一要求，只要能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，完成?shí)驗(yàn)內(nèi)容即可，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也鍛煉提高了學(xué)生的創(chuàng)造力。

接下來可進(jìn)行開展實(shí)驗(yàn)儀器耗材的準(zhǔn)備。學(xué)生可根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案自行選定所需實(shí)驗(yàn)儀器耗材，也可以采取教師提供基礎(chǔ)清單，學(xué)生自行進(jìn)行篩選。一方面可考察學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的熟悉和了解程度，也可鍛煉學(xué)生選擇合理的器材開展實(shí)驗(yàn)的能力，進(jìn)一步鍛煉了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

在實(shí)驗(yàn)操作過程中，也要盡最大可能發(fā)揮學(xué)生的自主性，教師盡量予以干涉。學(xué)生可以小組為單位自主開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，自主得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，需要得到哪些數(shù)據(jù)，需要畫哪些實(shí)驗(yàn)圖，怎么畫，完全交給學(xué)生討論商定[6]。對于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出，也可完全根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出。這種完全開放模式，最符合實(shí)際的研究和創(chuàng)新模式，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，該模式允許學(xué)生犯錯(cuò)，不怕學(xué)生犯錯(cuò)，學(xué)生怎么想就怎么做，解放了學(xué)生的手腳，最大程度釋放了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，學(xué)生也更愿意參與其中。

在實(shí)驗(yàn)成績評定過程中，教師也要學(xué)會(huì)放權(quán)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)成績評定大多為一言堂，學(xué)生做的好不好，得多少分，完全由教師決定。在開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)成績的評定應(yīng)更加多樣化，學(xué)生也應(yīng)參與其中，也應(yīng)該有打分權(quán)[7]。成績的評定可采取學(xué)生占總成績40%，教師占60%占總成績的比例進(jìn)行打分。打分除了看實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的充分程度、實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確熟練度、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的情況外，還可采取新的打分形式。例如，可以采取小組答辯的方式，每個(gè)小組輪流對自己的實(shí)驗(yàn)全過程進(jìn)行匯報(bào)，各個(gè)小組之間可以進(jìn)行互評打分，小組長可以給組員打分。多種形式的實(shí)驗(yàn)成績評定更加公平合理，也鍛煉了學(xué)生的評價(jià)能力，學(xué)生具有與教師一樣的打分能力，也讓學(xué)生具有獲得感，更加提高了學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)未能真正全面貫以學(xué)生為中心的教學(xué)原則，學(xué)生大多只是被動(dòng)地接受知識(shí)，現(xiàn)代創(chuàng)新社會(huì)的背景要求學(xué)生具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力。本文以《芬頓氧化廢水實(shí)驗(yàn)》教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，本著以學(xué)生為中心的原則，從實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)分析到實(shí)驗(yàn)成績評定等各個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行開放性教學(xué)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造等綜合能力，以期培養(yǎng)高素質(zhì)的環(huán)境工程人才。