环境工程专业实验教学改革的探索

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　第 27卷 第 3期 　 2008年 3月

实 验 室 研 究 与 探 索
R E S E A R C HA N DE X P L O R A T I O NI NL A B O R A T O R Y

V o l . 27 N o . 3　 M a r .2008　

环境工程专业实验教学改革的探索曾令初 , 　 孙连鹏 , 　 张再利
( 中山大学 环境科学与工程学院 , 广东 广州 510275) 摘　 要: 环境工程专业的快速发展对实验教学提出了新的要求 , 传统教学中存在的实验课程设置少 , 实 验项目设置不合理 , 实验设备缺少等问题急需解决 。 必须从以调动学生学习和实验的主动性和独立性 为目的 , 在实验课程讲授 、实验项目和内容安排 , 成绩考核 、 实验报告编写等多方面尝试采用新的教学手 段 , 从而完成满足实际工程需要的复合型创新性环境工程专业人才的培养 。 关键词 : 环境工程 ; 实验教学改革 ; 创新人才 中图分类号 : G 642. 0　　　 文献标识码 : A 　　　 文章编号 : 1006 7167( 2008) 03 0089 04

R e s e a r c ho nE x p e r i m e n t a l T e a c h i n gR e f o r m i n g o f E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g
Z E N GL i n g c h u , 　S U NL i a n p e n g , 　Z H A N GZ a i l i ( I n s t i t u t eo f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g , S u nY a t s e nU n i v e r s i t y , G u a n g z h o u510275, C h i n a ) A b s t r a c t : E x p e r i m e n t a l t e a c h i n g h a s b e e nd e m a n d e dt o a d o p t n e wm e t h o d s w i t ht h e r a p i d l y d e v e l o p i n g o f e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g .T h e r ea r e f e we x p e r i m e n t a l l e s s o n s i nt h e t r a d i t i o n a l t e a c h i n g , a n d t h ee x p e r i m e n t a l i t e m s a r en o t r e a s o n a b l e , e x p e r i m e n t a l e q u i p m e n t s a r e l a c k e d . T h e s e p r o b l e m s m u s t b e r e s o l v e da s q u i c k l y a s p o s s i b l e . I t i s i m p o r t a n t t o i m p r o v es t u d e n t s ' a c t i v i t y a n di n d e p e n d e n c y d u r i n g s t u d y . S o m e n e wt e a c h i n g m e t h o d s s h o u l db e u s e di nt h e e x p e r i m e n t a l t e a c h i n g w h i c hi n c l u d e s e x p e r i m e n t a l l e s s o n s i t e m s , e x p e r i m e n t a l c o n t e n t s , e x a m i n a t i o nm o d e , a n de x p e r i m e n t a l p a p e r c o m p i l i n g .T h r o u g ht h e n e wm e t h o d , w e c a nt r a i nt h e i n n o v a t i n gp r o f e s s i o n a l s o f e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g t om e e t t h e d e m a n do f t h e a c t u a l e n g i n e e r i n g . K e yw o r d s : e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g ;e x p e r i m e n t a l t e a c h i n g r e f o r m ;i n n o v a t i v e t a l e n t C L Cn u m b e r :G 642. 0　　　D o c u me n t c o d e :A 　　　A r t i c l e I D :1006 7167( 2008) 03 0089 04

1　引 　言
　　 随着社会对环境保护和污染治理要求的提高 , 对 高校环境工程专业培养人才的目标提出了更 高的要 求 , 为培养出适应社会发展的新型人才 , 应进一步加强 实验教学改革 , 以培养学生的动手能力为基础 , 逐步提 高学生的独立发现问题 、 分析问题和解决问题的能力 ,

培养具有创新能力的人才

[ 1, 2]

。

环境工程专业在这几年里发展得很快 , 教学系统 逐步趋于完善 , 但在实验教学及实验室管理方面仍存 在一些问题 , 我们将对这些问题进行分析并进行深层 次的探讨 , 希望能够为环境工程专业实验教学改革提 供新的思路
[ 3, 4]

。

2　环境工程实验教学中存在的问题
2. 1　 专业课的实验课程设置较少 环境工程是实践性很强的一门专业 , 实验教学是 一个不可缺少的教学环节 , 是克服学生 “眼高手低 ”、 实践能力差的有效手段 , 是培养学生严谨 、 求实作风的 良好途径 , 同时也是学生将所学的理论知识在实践中 初步使用的最好方法
[ 5 ～ 7]

收稿日期 : 2007 -03 -27 作者简介 : 曾令初 ( ( 1953 ) , 男 , 广西来宾 人 , 副院长 , 副研究员 , 教育学 硕士 , 主要 从事 高等 教育管 理研 究 , T e l : 02084112495; E m a i l : e e s z l c @m a i l . s y s u . e d u . c n 通信作者 : 孙连鹏 ( 1973 ) , 男 , 辽宁丹东人 , 副教授 , 博士 , 副系主 任 , 主要从事水污染 控制技 术教 学与 科研工 作 , T e l . : 02084115065; E m a i l : e e s s l p @m a i l . s y s u . e d u . c n

。 由于实验学时有限 , 专业

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课实验项目的设置数量相对较少 , 多数实验都集中在 基础课程如化学实验等 , 专业课程的实验设置相对较 少 , 一般只有在 “环境监测 ”、“水污染控制工程 ” 、“环 境工程微生物学 ”、“大气污染控制工程 ”等主干课程 上设置有实验 , 使学生对许多专业课程的认识只停留 在课堂学习上 。 2. 2　 实验项目的安排不合理 由于学时有限 , 实验项目不够 , 实验安排仅能做最 基本的认知性和验证性实验 , 综合性 、 创造性实验很难 实施 。 这样的实验教学法 , 学生的动手能力和创新能 力得不到充分发挥 , 教师也仅仅是满足教学计划要求 , 缺乏主动性与学生的互动性 。 学生做实验得到的数据 也不能客观反应实验的过程和结果 , 而且实验结果以 及对结果的分析基本上都是与课堂上所讲授的理论知 识完全一致 , 学生没有自己的体会 、 观点和收获 , 实验 中出现的特殊试验数据往往直接被学生弃之不用 , 没 有从实验中分析数据产生的根本原因 , 因而实验达不 到预想的效果 , 而仅作为理论验证的辅助手段 , 学生对 理论知识的进一步认知就非常有限 。 2. 3　 实验设备 目前环境分析技术飞速发展 , 而在学生实验中接 触到的大多数还是传统的分析方法 , 与现实技术脱节 。 由于许多分析仪器价格昂贵 , 实验室只配有较少的数 量 , 要满足本科生教学实验的需要 , 保证学生对先进的 分析仪器功能进一步了解 , 实验教学只能将学生分组 。 老师带这样一个实验所用的时间通常是普通实验的 2 ～ 3 倍 , 浪费了大量的时间 ; 因为一组同学共用一台仪 器 , 得不到老师的亲自指导 , 不能保证每位同学的动手 能力都得到提高 。 此外 , 有些特殊的仪器多数采用老 师演示学生观看的方法 , 学生得不到操作训练 。

在讲授实验课时 , 应重点讲述实验的关键环节和以往 在类似实验中出现的问题 。 另外 , 在实验报告中对数 据以及实验现象的分析与讨论是最重要的环节之一 , 必须强化该方面的内容 。 通过对实验问题和结果的分 析、 讨论 , 可加强学生对理论知识的理解 , 大大提高学 生分析问题和解决问题的能力 。 3. 1. 2　运用多媒体教学技术 , 增强教学效果 　　 多媒体教学具有直观 、 形象 、 生动 、 立体感强 、 信息 量大等特点 。 运用该技术教学 , 不仅可增大教学信息 量 , 缩短课堂教学时间 , 而且课堂内容密切联系实际 。 如微生物实验中 , 若把培养基的制备灭菌方法 、 细菌的 分离与纯化方法 、 革兰氏染色法等教学录像片穿插于 理论教学与实验课教学之中 , 生动 、 形象的图片和事例 可使学生的注意力更加集中 , 原本难以讲清的概念 、 理 论变得一目了然 , 从而加深学生对理论知识的理解 。 另外 , 一些新型的昂贵的分析仪器可以考虑采用 仿真模拟的方式对学生进行讲授 , 一方面可以使学生 接触最先进的分析仪器 , 同时也可以将有限的实验室 经费用于更广泛的其他实验中去 。 3. 1. 3　实验内容的编排上要具有层次性 　　 根据实验操作的难易程度和实验本身的性质分成 3 个层次 : ( 1) 基础性实验 。 该部分实验主要针对环境工程 中的一些基本概念 、 基本原理性问题而进行的实验 。 ( 2) 专业性实验 。 该部分实验均为环境工程中的 主要工艺 、 设备的运行实验 。 要求学生掌握这些工艺 或设备的运行方式 、并摸索影响其运作效率的影响因 素以及相应的变化规律 , 如水处理工程实验室中的氧 化沟 、 快速滤池 、生物转盘 、 厌氧反应器等 。 ( 3) 综合性实验 。 即针对某些具体废水 、废气 , 要 求学生 自行 构思 ( 包 括实 验方 法 、实 验方 案 等的 选 择) 、 设计并实际运 行的处理工艺 实验 。 主要 考察学 生对环境工程学所涉及知识的掌握程度和综合运用能 力 。 目前我们对后两种实验 , 尤其是综合性实验开展 的较少 。 3. 1. 4　改革成绩考核的方法 以往学生成绩的总评主要根据期终考试和平时成 绩来确定 , 一般前者占 80 %, 后者占 20%。 平时成绩 包括课堂提问和实验报告成绩 , 这样做不能有效地反 映学生对实验掌握的程度 , 也不利于实验教学质量的 提高 。 因此 , 应对学生成绩的评定做出新的尝试 , 把评 价结果侧重于反映学生解决问题的能力 、 特别是创造 性解决问题的能力方面 。 这种考核方式不但有利于增 强学生实验的自觉性和积极性 , 而且还有助于提高实 验的正确性 。 3. 2　 重视学生能力的培养 3. 2. 1　强化实验的预习 , 注重自学能力的培养

3　改革内容与方法
3. 1　 实验教学内容和手段的改革 3. 1. 1　改革实验课教学 , 调动学生学习的主动性 　　 要改变以往实验课中过多的老师讲解现象 , 实验 教材要易于学生自学 , 加强理论与实际的紧密联系 , 对 一些综合性实验尽量采用生产中的实际问题 , 要让学 生通过实验归纳出结论 , 从而理解和验证基本原理 ; 应 有目的地组织学生进行探索性的实验 , 实验的研究内 容可以是学生根据所学的知识自己提出来的 , 也可以 是教师根据科研工作及生产中存在的实际环境问题提 出来的内容 , 教师在实验中只起到引导和帮助作用 , 实 验采用的方法手段 、具体的试验步骤都应由学生自己 提出 , 由教师进行适当的修正和调整 , 不能采用包办代 替式的方法 。 通过实验教学 , 要培养学生的探索精神 和实践能力 , 避免传统模式下出现的学生只会死记硬 背而缺乏对实际问题的分析和解决能力的现象 。 教师

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强化学生自学能力的培养至关重要 , 它是学生获 取知识 、 提高综合能力的首要条件 , 也是教学工作要达 到的基本目的 。 通过强化实验预习环节的组织和引导 工作 , 以激发学生的学习兴趣为契机 , 促进学生自学能 力的提高 。 在常规的实验预习中 , 多数学生只是将实验内容 简单的看一遍 , 少量认真的学生也只是将书中的实验 原理和内容抄一遍 , 个别缺乏自觉性的学生根本不做 预习 , 上实验课时 , 机械地照 着实验书上的步 骤做实 验 , 这不仅影响了实验课的教学质量 , 而且也助长了学 生的依赖心里和懒惰思想 。 为了从根本上改变这种状 态 , 激发学生的学习兴趣 , 增 强学生的上进心 和责任 感 , 培养学生的自学能力 , 应对每一个实验都明确提出 预习要求 , 写出预习提纲 , 布置思考习题 , 指导学生复 习有关的理论知识 , 引导学生自行学习有关实验仪器 、 设备的性能和使用方法 , 必要时组织学生进实验室 , 在 现场进行预习 , 观察实验所需用到的仪器 。 在预习时 , 要写出实验要点 , 预测出每个单元实验的结果以及可 能出现的错误现象 , 并说明其原因 。 这样学生紧紧围 绕每一个单元实验的要求 , 事先自学与该实验相关联 的一些知识 , 不仅弥补了由于实验课学时不足而难以 讲授的内容 , 促进了教学质量的提高 , 而且也使学生领 悟到了如何对一个实验的整体方案进行构思 , 设计等 方面的实践技能 , 全面培养了学生的自学能力 。 3. 2. 2　强化实验的操作 , 注重工作能力的培养 实践证明 , 实验的操作过程是对学生独立工作能 力最好的培养 过程 。 因此 , 必须改变传统的 “家长看 护式 ”实验教学方式为学生独立思考 、自己动手 、大胆 探索 , 教师积极引导 、注重启发的实验教学新模式 , 充 分发挥学生在实验中的积极性和主动性 , 从而做到每 完成一个实验 , 使学生的独立操作能力提高一步 。 3. 2. 3　强化实验报告 , 注重逻辑思维 、 分析归纳 写好实验报告 , 既是对实验课教学质量的基本检 验 , 也是对学生综合分析和表达能力的有效锻炼 。 为 了调动学生写好实验报告的积极性和创造性 , 强化实 验能力的培养 , 就必须打破传统实验报告的写法 , 传统 的实验报告为 “三步曲 ”格式 : 实验的目的和要求 、实 验内容和步骤 、 实验现象和结论 , 三步曲格式在一定程 度上限制了学生的思维 。 对于实验报告的编写要求学生以每次实验的基本 目的为依据 , 自己总结实验的收获 , 分析产生问题的原 因及解决方法 , 写出自己的心得体会 。 实验报告要写 得条理清楚 , 思路清晰 , 内容丰富 。 同时可以根据不同 情况 , 在某些实验中要求学生广开 思路 , 写出 形式多 样、 分析性的论文 。 对于新型实验报告的编写必须破 除传统条条框框的束缚 , 重在提高学生的独立发现和 分析问题的能力 , 这样做从根本上克服了学生互相抄

袭实验报告的现象 , 促使学生必须独立动手 、动脑 , 有 效地培养了学生的逻辑思维能力 , 强化了学生的分析 、 归纳 、 总结和解决实际问题的能力 。 3. 2. 4　开设综合性实验 , 强化综合能力的培养 实际环境问题的解决必须要求学生具有全面的综 合 的能 力 , 因 此 强化 学 生 综 合 能力 的 培 养 尤 为 重 [ 1, 6, 8] 要 。 而综合性实验 , 可使学生综合运用所学的理 论知识 , 全面提高学生从事实际工作的能力 。 为此 , 在 完成专业课理论教学与基本实验的基础上 , 自行设计 一定的综合性实验 。 综合性实验涉及的内容很多 , 要 求学生自行写出实验方案 , 包括实验目的 、 原理 、 仪器 、 材料 、 步骤等 , 然后在课堂上对方案进行集体讨论 , 在 讨论中提高学生发现和分析问题的能力 。 讨论后学生 再进行修改 , 最后由教师审定 。 方案审定合格后 , 学生 开始进行实验 。 从实验材料的准备到每一步实验都由 学生自己动手 , 教师只起辅助作用 。 由于是学生自己 设计的实验 , 所以他们对实验的目的 、 原理 、 方法 、 步骤 都非常熟悉 , 实验中操作起来得心应手 , 会获得非常好 的实验效果 。 同时由于在实验过程中 , 学生需要独立 完成实验 , 实验中任何一个步骤的失误都将直接影响 最终结果 , 这为培养学生严谨的科学态度和独立操作 能力打下了良好的基础 。

4　实践性研究分析
　　 为了结合以上的实验改革措施 , 在教学内容和学 时上由于多种原因很难进行大调整的情况下 , 为了调 动学生学习和研究的兴趣 , 增加其对实际问题的解决 能力 , 提出了实践性研究要求 。 实践性研究的内容和 相应的研究过程见表 1 所示 。 　　 通过以上的研究过程 , 使学生具备了在实际中发 现、 分析和解决问题的能力 , 同时初步具备了独立从事 科学研究的能力 , 下面以部分选题法的成果进行分析 : 　　( 1) 某酒店污水处理系统运行优化组 。 该组学生 的研究对象来自于广州市某酒店 , 该酒店的废水处理 设施自建成以来 , 运行一直处于一种非正常状态 , 酒店 的管理部门咨询到相关的老师 , 老师将此项目教给学 生去进行研究分析 , 并提出解决方案 。 学生在经过多 日的调查研究发现 , 该酒店管理部门每隔一定时间要 冲洗生物转盘上的生物膜 ( 怕影响美观 ) , 致使大量生 物膜脱落 , 微生物处理效果下降 , 同时该工艺设计停留 时间明显偏小 , 同学们在发现问题后提出了两个办法 , 一是要求酒店管理部门停止对生物膜的定期冲洗 , 二 是提出采用向生物转盘中加入微生物 , 增强生化处理 工艺中的生物量 , 以弥补停留时间短的问题 , 加入的微 生物可以自行进行培养 。 经过近两个月的实验研究获 得了较好的成果 , 该组的同学不仅对生物膜工艺的理 论知识有了更深入的理解 , 同时也培养了独立进行科

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表 1　实践性 研究的内容和研究过程
学 　生 教 　师 对学生进行引导性指 导 , 对课程 研究内 容进行 简单回 顾 , 重 点提出研究热点 、研究 前沿等内 容 , 同时 进一步 强化基 础知 识 , 激发学生学习热情和对理论知识的理解 备 　　注 引导 、学习阶段

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自主学习 , 对理论知识进行进一步学习

根据自身的兴趣和对专业知识的掌 握 , 从周围的 环境中去发现问题 , 也可以考虑从指 导教师提出 的环境问题方面进行分析 , 初步拟定研究方向 学生分组 , 初步确立研究主题 各组对所选定的研究主题进行进行 深入调查 , 分 析问题发生 的原因 , 确定研 究主题 , 同时进 行文 献检索 、资料整理 , 根据所学的理论 知识 , 对问题 进行进一步 分析 , 讨 论 , 提出 研究 方案 。 对 研究 内容 、研究方法 、技术手段等进行讨论 进行实验研 究 , 阶段 性地进 行实验 结果分 析 , 并 根据实验结果进行实验方案的调整

以实际生产中存在的 环境问题 为例 , 从 发现问 题 、分析 问题 和解决问题 , 以及将解 研究结果 应用到 更多领 域方面 , 对学 生进行实例教育 , 引导 学生对实 际的环 境问题 进行思 考 , 同 时给出部分实际需要解决的环境问题 。 根据学生的初步拟定方向 , 给出学生分组及研究主题的建议 指导学生进行分组讨论 , 对研究内容 , 研究方法 、技 术手段等 提出修改建议

思考 、选题阶段

分组 、主题初定阶段 主题确定 、研究课题讨论阶段

指导学生进行实验研究 , 同时引 导学生 进行实 验结果 整理 、 实验结果分析和实验方案调整

实验研究阶段

完成实验研 究 , 进行 研究报 告编写 , 如需完 善则 进行补充实验研究 编写 P P T 进行研究报告演讲 , 并在同学内进行讨 论 , 对研究结果解决实际问题的可行 性和研究结 果在其他领域的应用价值进行讨论

审阅研究报告提出修改意见

研 究结果整 理 、研究报 告编写 阶段

组织演讲讨论

演讲 、讨论以及成果应用阶段

学研究和解决实际问题的能力 。 该课题组所提出的解 决方法对于类似工程都具有借鉴意义 。 ( 2) 污染河流生态治理研究组 。该组同学在对学 校周边环境进行调查过程中发现珠江水受到一定的污 染 , 因此以解决有机物 、 氮磷等污染为主的城市河流污 染问题 , 进行大量的文献查阅与讨论 , 提出采用生态浮 床的方法进行有机物和氮磷的吸收与分解 , 并以美人 蕉为浮床植物设计了模型 , 进行实验研究 , 获取了非常 好的研究成果 。 整个研究过程中的选题 、方案设计 、 研 究内容 、 试验数据分析 、方案调整等都是以学生为主 , 老师只是进行简单的引导 , 通过这样的学习 , 该组同学 的独立学习和研究的能力得到了大幅度的提高 。 对于新时代的环境工程专业的实验教学必须从多 方面着手 , 在加强学生独立从事科学研究的能力方面 下功夫 , 重点培养学生独立发现问题 、 分析问题和解决 问题的能力 , 使其将理论所学的知识更多的融入和应 用到实际中 , 才有可能培养出具有创新能力的人才 。 ( 上接第 78页 )
[ 3] 　温和瑞 . 面向 21 世纪高校实验 室构成的探讨 [ J ]. 实 验技术与管 理 , 2001, 18( 2) : 4346. [ 4] 　古天祥 , 习友宝 , 袁 　渊 , 等 . 加 强电子信 息类专业 综合实 践能力 培养的探讨 [ M ]. 北京 : 电子工业出版社 , 2002. [ 5] 　徐淑华 . 创建电工电子实验教学示范中心的探索与实践 [ J ]. 实验 室研究与探索 , 2004, 23( 9) : 8991.

参考文献 ( R e f e r e n c e s ) :
[ 1] 　张治国 , 郑永红 . 开放 专业实验 室培养 学生的 创新能 力 [ J ]. 实 验室研究与探索 , 2005, 24( 6) : 109110. [ 2] 　曽光明 , 刘云国 , 袁兴中 , 等 . 论环境科学与工程创 新型人才培养 途径 [ J ]. 实验科学与管理 , 2007( 3) : 810. [ 3] 　刘恒明 , 刘 　靖 , 刘长发 . 环境工 程专业实 践环节 教学的 改革与 实践 [ J ]. 高等理科教育 , 2007( 1) : 121123. [ 4] 　潘健民 , 陈思浩 , 董义明 , 等 . 新建环境工程专业实 践教学体系的 构建策略 [ J ]. 上海工程技术大学教育研究 , 2006( 3) : 4244. [ 5] 　安连锁 , 米增强 , 王秀梅 , 等 . 完善实践 教学 . 提升大学 生实践与 创新能力 [ J ]. 中国高等教育 , 2005( 6) : 1214. [ 6] 　郑永红 , 张治国 , 宋晓梅 . 加强环 境工程专 业实验 教学培 养学生 的实践能力 [ J ]. 实验室科学 , 2007( 2) : 5860. [ 7] 　主沉浮 , 魏云鹤 , 吴俊 森 . 环境工程 专业课程 设置改革 探讨 [ J ]. 化工高等教育 , 2003( 3) : 1820. [ 8] 　李和平 . 环境工程 专业建设 探讨 [ J ]. 理工 高教研究 , 2004( 2) : 9596.

[ 6] 　周鲁英 , 吕铁军 , 曹 　磊 . 电 工电子 实验教 学示范 中心的 建设与 实践 [ J ]. 实验室研究与探索 , 2006, 25( 10) : 1248-1250. [ 7] 　罗炎林 . 电子电工实验 教学 示范 中心 建设探 索 [ J ]. 长江大 学学 报 , 2004, 1( 4) : 113114. [ 8] 　贾秀美 , 武培雄 . 电工电子 类实验 教学改 革研 究 [ J ] . 实验 室科 学 , 2007( 1) : 2527.



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