環(huán)境專業(yè)《膜科學與技術(shù)實驗》教學改革初探

盛紅坤，張 晨，李國東

(南開大學濱海學院，天津 300270)

《膜科學與技術(shù)實驗》是環(huán)境學科的一門基礎(chǔ)實驗課，包含膜材料制備、膜在氣體分離、反滲透及滲析等領(lǐng)域應用、膜分離器組建、膜分離過程計算、液膜及荷電膜在新能源領(lǐng)域的重要作用等多個知識模塊，涉及材料、數(shù)學、化工、計算軟件、電子、機械制造等多個學科的整合特征[1]。因此，此課程內(nèi)容涵蓋了從學科基礎(chǔ)到科研前沿的諸多領(lǐng)域，既能夠?qū)崿F(xiàn)與學生鞏固水污染控制基本專業(yè)知識[2]，又可以讓學生對于膜科學與技術(shù)學科具有充分的認識，有利于擴展就業(yè)面[3]，為以后相關(guān)的工作和科研打下堅實的基礎(chǔ)。

為培養(yǎng)環(huán)境學科復合型應用人才，擴展學生的就業(yè)方向，對《膜科學與技術(shù)實驗》教學進行改革，提出了“一個中心，兩條主線，三個層次，四種能力”課程建設(shè)目標。通過教學改革不僅使學生加深對膜分離技術(shù)基礎(chǔ)原理的理解，更提高了學生的實驗動手能力、敏銳的觀察能力、運用各種實驗手段正確獲取實驗數(shù)據(jù)能力、分析歸納和解決實際問題的綜合能力，增強了創(chuàng)新意識和實踐能力[4]，培養(yǎng)高素質(zhì)應用人才。

1 目前《膜科學與技術(shù)實驗》教學存在的問題

1.1 學生缺乏獨立思考的空間

實驗時實驗裝置前圍著一群學生，教師介紹實驗流程，實驗原理，操作步驟和方法，如何數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理，學生按要求去測定幾組數(shù)據(jù)，教師無法保證講課效果，學生對實驗感到單調(diào)乏味，被動應付，束縛了學生的個性和創(chuàng)新能力的發(fā)展。每次實驗前雖然要求學生進行預習，但實際效果不佳，實驗時有的學生面對實驗裝置仍茫然不知所措，有的則邊看實驗指導書邊“照方抓藥”式進行操作，缺乏開動腦筋去獨立思考、獨立操作和綜合分析等能力方面的培養(yǎng)。

1.2 學生缺乏獨立動手的機會

膜科學與技術(shù)實驗具有工程實驗的特點，實驗的裝置相對較大，因此在實驗教學過程中受到時間、場地、設(shè)備等因素的限制，一般五、六個學生一組完成實驗，每人在整個實驗過程中只負責記錄某一數(shù)據(jù)，或操作某一部分，缺乏動手操作整個實驗過程的機會。

1.3 學生缺乏對實驗的深刻理解

膜科學與技術(shù)實驗的介質(zhì)在管道和膜器中進行，無法觀察到實際的實驗現(xiàn)象或產(chǎn)生故障的情況，學生實驗后，一知半解，印象淡薄收獲不大。

2 《膜科學與技術(shù)實驗》課程教學改革方法

膜材料是新興的功能材料，膜科學技術(shù)是涉及多學科的高新技術(shù)交叉學科[5]。通過本課程的學習，要求了解膜科學技術(shù)的發(fā)展概況；了解各種分離膜的性能及應用；掌握各種分離膜的制備、結(jié)構(gòu)及主要性能；掌握各種膜組件的工作原理。

本課程以就業(yè)為導向，根據(jù)膜分離技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應用，緊密結(jié)合膜技術(shù)運作需要，確定本課程的教學內(nèi)容；以典型膜分離工程為載體，引導相關(guān)專業(yè)理論知識，使學生在項目實踐中加深對專業(yè)知識、技能的理解和運用；掌握膜分離技術(shù)的實踐運用，讓學生知道膜技術(shù)在環(huán)境保護中應用的重要性及廣泛性，引導學生創(chuàng)新意識，促進膜的開發(fā)技術(shù)；培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力，滿足學生職業(yè)生涯發(fā)展的需要[6]。

基于課程的性質(zhì)及目的，實驗教學改革總體設(shè)計思想可以概括為“一個中心，兩條主線，三個層次，四種能力”。一個中心：以培養(yǎng)學生對膜分離技術(shù)的自我提升和終身學習的興趣和工程應用能力為中心；兩條主線：基本的實驗操作技能和工程應用能力為兩條相結(jié)合的主線；三個層次：基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗三個不同層次實驗相結(jié)合；四種能力：著重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、實踐動手能力、創(chuàng)新能力、工程應用能力。

2.1 凝練實驗教學內(nèi)容，優(yōu)化實驗教學體系

根據(jù)學科培養(yǎng)目標和教學大綱對實驗內(nèi)容進行必要的調(diào)整，不斷優(yōu)化實驗教學內(nèi)容。膜分離實驗分為基礎(chǔ)實驗與工程實驗兩大版塊，相應的實驗理論、實驗方法和知識點貫穿在每個實驗中，教學內(nèi)容突出重點，使學生通過每個實驗，掌握各種膜分離技術(shù)不同的使用方法。

2.2 改善教學方法，提升學生學習興趣

采用分層次、多種形式組織膜分離技術(shù)實驗教學。通過學生操作、演示實驗、教具模型、工程設(shè)備實物、多媒體教學等增強學生感性認識和對膜分離技術(shù)基本原理的理解，提高學生對實物裝置的興趣，調(diào)動學生的積極性，提高教學質(zhì)量。

2.3 完善教學模式，開設(shè)計算機仿真實驗

傳統(tǒng)的實驗模式過分強調(diào)教師的教學主體作用，實驗教學手段單一落后，已遠遠不能滿足時代發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，運用現(xiàn)代信息技術(shù)，將計算機作為媒體給學生提供一個環(huán)境，人機交互對話進行學習的一種教學方法，改變以往傳統(tǒng)教學模式，補充實物實驗膜設(shè)備中無法觀察的不足，將工程實踐展現(xiàn)在學生面前，彌補學生工程概念的不足，提高教學質(zhì)量。

2.4 因材施教，分層次教學

實驗教學分必做與選做實驗，學生完成第一層次必做基礎(chǔ)實驗后，可選做第二層次擴展綜合實驗，對學有余力的學生可進一步選做第三層次的設(shè)計、工程型實驗。在實驗指導方式上進行改革，采用“扶著走→指著走→自己走”，逐步放手，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，使學生真正地即動手又動腦完成每個實驗。

2.5 自主設(shè)計開發(fā)綜合實驗裝置，完善實驗教學硬件設(shè)備條件

由于膜分離試驗課程在國內(nèi)還處于起步建設(shè)階段，沒有完整的實驗裝置，可以積極自主研發(fā)綜合的膜分離實驗裝置，為學生搭建先進的實驗平臺，以提高學生的實踐能力和綜合素質(zhì)。

2.6 開設(shè)工程實物裝置教學

收集一些廢舊的不同類型的膜分離設(shè)備的部件、管件等實物，如：各種膜組件的實物、泵的零部件等供學生拆卸組裝，可使學生增強對膜技術(shù)單元設(shè)備工作原理、結(jié)構(gòu)等的感性認識，提升學生學習的主動性。

3 結(jié)束語

通過特色課程建設(shè)，整合優(yōu)化教學體系，更新實驗教學內(nèi)容，如膜分離技術(shù)工程應用技術(shù)及新的研究方法，使實驗教學體系和教學內(nèi)容適應當前高層次應用型環(huán)保人才的需要；通過教學方法和模式的改革，把工程實踐設(shè)備、膜組件部件等實物引入課程，極大地激發(fā)學生學習的主觀能動性，提高學習的效率；把計算機仿真作為實驗教學手段，發(fā)揮多媒體教學的技術(shù)優(yōu)勢，提高教學質(zhì)量；分層次教學，開設(shè)基礎(chǔ)實驗、綜合實驗及設(shè)計實驗，在膜技術(shù)實驗教學中，突出對學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，特別是培養(yǎng)了學生對膜技術(shù)的研究應用的興趣，提高了學生開展膜技術(shù)工程實驗的能力。