基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的水污染控制工程實驗教學改革與實踐

胡雙意 張瑋 田野

摘 要：以我校水污染控制工程實驗課程為例，分析了該課程在教學工作過程中存在的問題，并針對這些問題進行了相應(yīng)的課程教學改革，介紹了課程改革的具體措施，包括實驗課程體系、教學內(nèi)容、教學模式和考核方式等。實踐表明，改革后的水污染控制實驗課程，課程體系更加完整，實驗內(nèi)容更加接近生產(chǎn)實際，教學方式新穎，提高了學生的學習興趣，學習效果明顯提升，達到了實驗教學改革的目的。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型;人才培養(yǎng);實驗教學;改革

環(huán)境工程是一個綜合性和實踐性較強的專業(yè)，水污染控制工程課程是環(huán)境工程專業(yè)的核心課程之一，也是一門以化學、物理及生物等多學科基礎(chǔ)交叉的一門重要課程，學生學習起來難度較大。水污染控制工程實驗是這門課的重要組成部分，是水污染控制工程課程體系的重要內(nèi)容[1]。實驗課的開設(shè)對理論課的學習有一定的幫助，對教學質(zhì)量和教學效果的提高也有重要的作用。

目前，我院以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標，對于以工科為主的環(huán)境工程專業(yè)來說，實驗實踐教學是非常重要的一個教學環(huán)節(jié)。環(huán)境工程專業(yè)是我院特色專業(yè)，水處理方向是其發(fā)展和建設(shè)方向之一，水污染控制工程及其配套的實驗課程也是作為該專業(yè)的主干課程。學生通過水污染控制工程實驗課程的學習，可以加深對水污染控制工程理論的基本原理、基本概念的理解，加深對水處理基本方法的認識，培養(yǎng)學生實驗的一般技能以及使用實驗儀器的基本能力，鍛煉和提高學生在環(huán)境化學、環(huán)境監(jiān)測等其他專業(yè)實驗課中所學知識的應(yīng)用能力。同時培養(yǎng)學生對實驗數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析的能力，為將來從事水污染處理方面的工作打下良好的基礎(chǔ)[2]。

我院自環(huán)境工程專業(yè)開辦以來，一直高度重視水污染控制工程理論及實驗的建設(shè)，特別是實驗課程的建設(shè)，不斷改革和創(chuàng)新新的實驗項目，豐富實驗課程內(nèi)容。根據(jù)我院人才培養(yǎng)方案的目標和要求，結(jié)合我校實驗室的實際情況，不斷對實驗課程內(nèi)容進行改革和完善，實驗項目從無到有，從少到多，取得了較大的進步。但是，由于民辦本科高校一般建立時間不長，實驗課程的開設(shè)起步時間較晚，在課程體系的建設(shè)、實驗設(shè)備的投入、實驗項目的更新和完善等方面都存在一些問題，給實驗課程的教學帶來了一定的影響。

一、實驗教學現(xiàn)狀及存在問題

（一）實驗教學現(xiàn)狀

目前我校水污染控制工程實驗課程分為兩部分，分別為水污染控制工程實驗（一）和水污染控制工程實驗（二），均為8個實驗，每個實驗4學時，在學生大三上、下兩個學期開設(shè)，總共64學時。水污染控制工程實驗（一）以自來水處理為主線，主要開設(shè)了混凝實驗、自由沉淀實驗、絮凝沉淀實驗、過濾實驗、消毒實驗等項目。水污染控制工程實驗（二）以生活廢水和工業(yè)廢水處理為主線，主要開設(shè)了活性污泥性質(zhì)的測定、污泥比阻的測定、臭氧脫色實驗、酸性廢水過濾中和、離子交換樹脂交換容量的測定、動態(tài)活性炭吸附、氧化溝處理污水等項目。我校開設(shè)的水污染控制工程實驗（一）和水污染控制工程實驗（二）的實驗項目如表1所示。

通過本實驗課程的學習，使學生了解常見的水質(zhì)凈化技術(shù)的原理和方法，加深對水污染控制原理的了解，增強對水污染控制工程理論課的認識，培養(yǎng)學生的動手能力、實驗操作技能、觀察及分析問題、解決問題的能力，熟悉基本的數(shù)據(jù)處理能力。

（二）實驗教學存在的問題

1. 實驗內(nèi)容較為陳舊，系統(tǒng)性不強

我校水污染控制工程實驗室自建立以來，實驗內(nèi)容經(jīng)歷了從無到有，從少到多的過程。雖然實驗項目較多，但是實驗項目通常結(jié)合理論課程的內(nèi)容和實驗室儀器設(shè)備條件而設(shè)置，發(fā)展經(jīng)歷的時間較長，導(dǎo)致實驗項目間彼此獨立，缺乏系統(tǒng)性、連貫性。同時，由于每年在實驗設(shè)備的更新上資金投入不足，導(dǎo)致實驗教學內(nèi)容更新速度慢，而很多水處理的新技術(shù)更新速度較快，實驗內(nèi)容不能及時反映本學科發(fā)展的最新動態(tài)。

同時，由于實驗室儀器設(shè)備等條件的限制，開設(shè)的實驗項目主要為驗證性實驗，綜合性、設(shè)計型實驗比例偏低。在實際的生產(chǎn)過程中，污水處理廠是由多處理單元組成的污水處理系統(tǒng)，對綜合性、設(shè)計性實驗的要求較高。本課程原有的實驗項目只能進行污水中單個處理單元的操作，不能進行整個污水處理系統(tǒng)的操作、調(diào)試和運行管理能力的培養(yǎng)，與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標有一定的差距。

2. 實驗教學模式落后

傳統(tǒng)的實驗教學模式是學生預(yù)習，教師講課，學生操作，完成實驗報告，我校之前這門課程教學也是采用的這種模式。在實際上課過程中，我們發(fā)現(xiàn)這種模式存在一些問題，比如由于水污染控制工程實驗內(nèi)容較多，每本教材的側(cè)重點不一樣，導(dǎo)致每次教材內(nèi)容與實驗內(nèi)容相差較大，學生預(yù)習的積極性不高，效果較差;上課老師在講解的過程中，學生注意力不集中，實驗過程完全按照黑板按部就班，沒有對各個步驟深入理解和掌握，導(dǎo)致學習效果較差。這樣較為落后的教學模式，不僅阻礙了學生實驗學習興趣的培養(yǎng)，而且使學生的思維空間受到很大限制，制約了學生主動性的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3. 教學儀器設(shè)備更新緩慢

我校水污染控制實驗室的設(shè)備雖然較多，但是很多實驗設(shè)備年限較長，大多數(shù)實驗裝置的使用時間在十年以上，實驗儀器設(shè)備更新較慢，還有部分儀器設(shè)備出現(xiàn)故障，不能正常使用，導(dǎo)致學生在水污染控制工程實驗中學到的大多數(shù)還是傳統(tǒng)的處理方法，與實際生產(chǎn)中的新技術(shù)脫節(jié)。與此同時，每個實驗室現(xiàn)有配備的實驗裝置有限，為了滿足實驗教學的需要，使學生能夠更好的對儀器功能有所了解，在實驗教學中通常安排2-4個學生一組，多個實驗小組的同學共用一臺儀器，部分學生無法動手操作實驗儀器，不能達到培養(yǎng)和鍛煉每位同學的動手能力的目的。

4. 實驗成績考核不夠合理

課程成績是每位學生都關(guān)心的焦點，是調(diào)動學生學習積極性和評價學生學習水平的重要手段。目前多數(shù)高校對實驗課成績的評定，主要還是依據(jù)學生考勤、實驗操作、實驗報告內(nèi)容等進行，但這種方法不能客觀、準確、全面地衡量學生對實驗教學內(nèi)容的了解和掌握情況。我校傳統(tǒng)的實驗考核方式是平時成績占70%，主要包括考勤和作業(yè)，期末考試成績占30%。水污染控制工程實驗一般實驗時間較長，實驗內(nèi)容較多，工作量大，每組需2-4人。在作業(yè)考核過程中，實驗課出勤率一般較高，每組學生同一實驗數(shù)據(jù)，實驗報告一樣，但每位同學的學習主動性不一樣，動手能力有差別，實驗報告存在抄襲的現(xiàn)象，所以主要以實驗報告成績作為學生的課程考核成績是不合理的，也不能真實反映出學生的實驗動手操作能力。

二、實驗教學改革措施

為了進一步改進水污染控制實驗課程的教學效果，提高學生的學習積極性，針對上述教學過程中存在的問題，我們按照人才培養(yǎng)方案的目標和要求，結(jié)合水處理行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，經(jīng)過多次的討論，對該試驗課程的課程體系、教學內(nèi)容、教學模式、考核方法等多方面進行了改革。

（一）優(yōu)化實驗課程體系

在實驗教學過程中，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的分上、下兩學期開設(shè)實驗的模式存在一些問題，一是不能有效的反映課程體系結(jié)構(gòu)，學生在學習的過程中，條理性不強;二是分上、下兩學期開設(shè)課程，跨度的時間較長，而水污染控制的理論課只是開設(shè)一個學期，實驗課程學習的系統(tǒng)性、連貫性不強，不利于學生理解和掌握基本的原理和操作，與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標不符。

針對此實際問題，我們結(jié)合人才培養(yǎng)的目標和課程知識的特點，將原有的課程體系改為包含了驗證性、設(shè)計性、綜合性實驗的“三段式”分層次課程體系，將課程開設(shè)時間合并到一學期的時間，并對實驗內(nèi)容進行整合。

第一段為基礎(chǔ)的驗證性實驗，主要內(nèi)容為水處理過程中的一些重要處理單元及指標的檢測，主要包括混凝實驗、自由沉淀實驗、絮凝沉淀實驗、活性污泥性質(zhì)的測定、污泥比阻的測定實驗等項目。要求學生學習基本的測試方法、正確記錄實驗數(shù)據(jù)并對其進行分析處理、準確描述實驗結(jié)果的并規(guī)范撰寫實驗報告。第二段為設(shè)計性實驗，是在學習了基礎(chǔ)性實驗的基礎(chǔ)上，讓學生進一步學會知識的運用，培養(yǎng)和提高學生水污染控制過程中較為基礎(chǔ)的實驗設(shè)計方法和方案，主要包括酸性廢水過濾中和、離子交換樹脂交換容量的測定、動態(tài)活性炭吸附等項目。要求學生通過此類實驗，熟悉和掌握水處理過程中常見的影響因素及具體的影響效果。此兩類實驗還是以單個實驗的形式開展，每個實驗4學時，一共開設(shè)10個實驗，總共40學時。

第三段為綜合性實驗，在前兩個階段實驗完成的基礎(chǔ)上，開設(shè)連續(xù)2周總共40學時的綜合性實驗。該階段實驗是將水污染控制工程課程中緊密相連的多個知識點進行有機統(tǒng)一，體現(xiàn)水處理工藝的系統(tǒng)性，主要實驗項目有污水處理中常見的A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝處理污水等實驗。通過這類實驗，鍛煉學生在動態(tài)、連續(xù)的實驗中的綜合操作技能，加以對水處理體系知識的綜合理解。此階段實驗最大的特點是利用購買的新的儀器設(shè)備，模擬污水處理設(shè)備的實際運行，讓學生通過在各工藝處理的各個階段采樣監(jiān)測，進一步認識各個階段的處理效果，加深對理論課上學習的各種工藝的理解，同時培養(yǎng)學生的動手和操作能力，分析問題和解決實際問題的能力。每一組學生在完成自己的工藝之后，幾組同學之間相互交換，每個同學都有機會學習到幾種工藝，大大提高了學生的學習積極性和學習效果。

（二）完善和更新實驗項目

實驗項目的選取對實驗教學的質(zhì)量和效果有很大的影響。本課程實驗項目改革后，單個實驗項目由原來的16個減少為現(xiàn)在的10個，并不僅僅是單純的減少實驗項目，而是根據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，對原有的實驗項目進行整合。例如將原有的活性污泥性質(zhì)的測定和污泥比阻的測定兩個實驗，整合成一個實驗。同時，結(jié)合水處理行業(yè)各種技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過專業(yè)教師深入企業(yè)走訪、與水處理企業(yè)工程師座談等形式，對現(xiàn)有實驗項目進行篩選，淘汰一些已經(jīng)落后的實驗項目，并篩選出部分與生產(chǎn)實際結(jié)合較為緊密的實驗項目，在改進的基礎(chǔ)上繼續(xù)開設(shè)，增強實驗的實用性。如氨氮吹脫實驗，目前在實際水處理中已經(jīng)比較少見，取消了該類實驗項目。

在此基礎(chǔ)上，我們結(jié)合水處理行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，新增了幾套污水處理的成套設(shè)備，開設(shè)了包括A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝工藝的污水處理中常見的幾種生化工藝的實訓課程。該課程需要污水連續(xù)處理與運行，我們通過連續(xù)兩周40學時的實訓方式開展，讓學生通過具體的自己測出來的實驗數(shù)據(jù)，了解每個污水處理單元的處理水質(zhì)情況，加深對每個污水處理單元的處理效果和處理效率的理解，熟悉每個處理單元的作用。

改革后的水污染控制工程實驗實驗項目如表2所示。

（三）改革實驗教學和考核方式

1. 實驗教學模式的改革

針對實驗教學模式落后，學生學習積極性不高的問題，我們對傳統(tǒng)的教學方式進行了一系列改革。首先，根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)的目標和要求，結(jié)合我校實驗室的實際情況，我們編寫了一本適合我校學生使用的教材。新教材的內(nèi)容按照我校實驗課的具體項目進行編排，實驗內(nèi)容更加具體。教師在每次實驗課下課前，會將下次課的實驗內(nèi)容提前告訴給學生，讓學生提前預(yù)習，使學生預(yù)習起來更加具有針對性。

其次，為了解決實驗設(shè)備投入不足，設(shè)備更新速度較慢的問題，我院與其他幾個學院一起，共同建立了工程虛擬仿真實訓中心，購買了幾套污水處理廠的虛擬仿真軟件。通過虛擬仿真軟件的教學，讓學生對實際的污水處理廠的各個處理單元的結(jié)構(gòu)和管線、設(shè)備的運營等有了一個初步的認識和了解，為后期的綜合性實驗的開設(shè)打下良好的基礎(chǔ)，同時也為今后從事水處理方面的工作做好準備，真正做到學以致用。

最后，為了進一步提高學生的學習興趣，我們將學生易于接受的微課教學也引入到該門實驗課教學過程中。教師根據(jù)我校實驗課開設(shè)的實際情況，將部分實驗課程制作成微課，提前發(fā)給學生預(yù)習，上課之前通過提問、翻轉(zhuǎn)課堂等形式，檢驗學生的預(yù)習和對實驗內(nèi)容的掌握情況，再針對具體問題進行詳細的講解。在微課教學過程中，學生課前通過微課進行自主學習，熟悉和掌握實驗原理、實驗步驟和實驗儀器等內(nèi)容[3]。學生可以根據(jù)自身的學習能力，針對某個知識點進行快速或反復(fù)學習，直到理解掌握為止，這樣學生在課堂上每一步的實驗操作過程更有目的性，從而提高學生的學習興趣和學習效率。

2. 實驗考核方式的改革

為了更加科學合理地對學生的學習效果進行考核，我們對傳統(tǒng)的實驗考核方式也進行了改革。在改革后的實驗考核方式中，除了之前的學生考勤、作業(yè)和考試成績之外，在平時成績的考核中加入了一個重要的指標，就是學生在實驗課堂上的動手情況。在第一次上課過程中，會和學生明確說明，實驗課上的動手情況將會作為一個重要的考核方面，每次上課都會對每位學生的實驗動手操作情況進行記載，在最后的課程考核時，給出一個動手方面的總評成績，占比較大。同時，在期末考試成績中，實驗操作考試占了總成績的2/3，更加注重對學生具體實驗操作的掌握程度的考核。通過這種形式的改革，讓學生在實驗上課的過程中，更加注重實驗操作能力的培養(yǎng)，督促學生在每次實驗課上積極動手，同時也可以培養(yǎng)和鍛煉學生的團隊合作能力[4]。

三、總結(jié)

對于以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標的工科類專業(yè)，除了理論課程的教學，實驗實踐教學的質(zhì)量和水平也是一個非常重要的方面。開展好實驗實踐教學，可以加深學生對理論課上所學知識的認識和理解，掌握基本的實驗操作技能和方法，培養(yǎng)和提高學生的動手能力和解決實際問題的能力。

水污染控制工程實驗課程的教學經(jīng)過多次的改革實踐和改進，取得了較好的效果。第一，實驗課程體系更加明確?，F(xiàn)在實驗教學采用的驗證性、設(shè)計性、綜合性實驗的“三段式”分層次課程體系，課程條理清晰，不僅便于教師開展實驗教學，也方便學生系統(tǒng)學習實驗知識。第二，實驗內(nèi)容更加貼近生產(chǎn)實際。在實驗項目改革的過程中，我們通過企業(yè)走訪、水處理企業(yè)工程師座談等形式，對實驗項目進行篩選，使實驗項目與實際生產(chǎn)緊密結(jié)合，增強了知識的實用性。第三，實驗教學模式更加多樣化。實驗教材的編制，微課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學方式的引入，豐富了教師的教學手段，大大提高了學生的學習積極性。第四，考核方式更加科學合理。平時課堂動手成績加入平時成績的考核，對學生既是一種督促，同時也是一種鼓勵，即使理論知識沒有掌握好，只要積極動手實驗，也能取得較好的成績。特別是在改革后的綜合性實驗過程中，學生為了完成實驗任務(wù)，需要查閱相關(guān)資料，以分組的形式提交自己小組討論后實驗方案，按照制定的實驗方案完成相關(guān)實驗內(nèi)容，并完成實驗數(shù)據(jù)的分析處理，對學生的綜合素質(zhì)和專業(yè)能力的提高都有很大的作用。

當然，在水污染控制工程實驗課程的改革過程中，也還存在一些不足，比如實驗項目不是很全面，微課教學的應(yīng)用還沒有覆蓋全部實驗，綜合性實驗由于實驗設(shè)備方面的原因，開設(shè)的實驗項目較少，這些都會對實際的教學效果和學生專業(yè)能力的培養(yǎng)有一定的影響，在今后的教學過程中會繼續(xù)改進，爭取達到更好的效果。

參考文獻：

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