环境工程专业实验课研究型教学探讨

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环境工程专业实验课研究型教学探讨

发布日期： 2013-03-08 发布：  

  2013年第1期目录       本期共收录文章20篇

　　摘要：研究型教学是指教师通过引发、促进、支持和指导学生的研究型学习活动来完成教学任务的一种教学方法。环境工程专业实验课研究型教学的主要特点有：强调学生的主动性、突出实验过程的研究性、注重实验内容的开放性。环境工程专业实验课研究型教学的主要教学过程包括：创设情境、确定实验项目的研究内容、设计实验、研究性实验、效果评价五个阶段。环境工程专业实验课实施研究型教学可提升学生的综合能力。
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　　关键词：研究型教学；环境工程；实验教学
　　作者简介：肖谷清（1970-），男，湖南益阳人，湖南城市学院化学与环境工程学院，副教授；王姣亮（1979-），女，湖南益阳人，湖南城市学院化学与环境工程学院，讲师。（湖南 益阳 413000）
　　基金项目：本文系湖南省教改项目（批准号：湘教通[2011]315 号）、湖南城市学院教改项目（批准号：湘城院发[2010]49号）的研究成果。
　　中图分类号 ：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0130-02
　　环境工程专业实验课是对学生进行环境科学实验基本训练和工程能力培养的重要途径，是环境工程专业学生接受系统科学实验方法和技能训练的重要手段，能够培养学生的创新思维、分析和解决实践问题的能力。环境工程专业实验课有着其他课程不能替代的特殊作用，因此，如何构建符合能力培养要求的实验教学模式，是环境工程专业教学改革普遍关注的问题。学习和研究相结合的研究型教学是指教师通过引发、促进、支持和指导学生的研究型学习活动来完成教学任务的一种教学方法。[1，2]研究型教学特别注重学生的学习过程，关注学生创新思维能力和自主实践能力的培养。笔者以湖南城市学院化学与环境工程学院的环境工程专业实验课为例，围绕面向“化工污染控制”方向的环境工程专业办学特色的研究与实践教改课题，[3]在环境工程专业实验课中开展研究型教学。
　　一、环境工程专业实验课研究型教学的主要特点
　　1.强调学生的主动性
　　在传统实验教学中，教师往往热衷于向学生讲授实验目的、实验原理、实验步骤、实验装置、数据处理方法、实验中注意事项等内容，学生像“机器人”一样照搬教师提供的实验步骤，一步一步操作。学生被动地进行实验，缺乏学习的主动性，由于对实验中的原理和操作缺乏应有的思考，因而在新的情境中不会迁移和灵活运用；研究型教学要求学生在教师创设的情境中主动地去学习、去探索。学生是认识知识、发现知识、解决问题的主体。在实验教学过程中，教师要善于创设问题情境，激发学生的求知欲，让学生主动探索实验的原理、步骤、装置和数据处理方法，让学生主动地参与到实验的全过程。
　　2.突出实验过程的研究性
　　传统教学模式中，教师不但列出了实验目的和实验步骤，还明确了实验器材和药品的数量、试剂的纯度、实验方法，甚至连仪器组装都包办了。研究型实验教学模式，强调教师和学生之间的教学互动，教师帮助学生根据实验目的，让学生自己运用已有的知识和上网检索到的知识，与同组学习成员交流合作，让学生自己根据学校实验条件确定实验药品和仪器的类型、数量、实验方法和实验步骤，在研究中培养学生的能力。例如在“Fenton试剂降解阿特拉津动力学性能的测定”实验中，教师要引导学生自己确定使用什么仪器和方法测定溶液中阿特拉津的浓度，如何用计算机软件绘制测定阿特拉津浓度的标准曲线，让学生自己思考FeSO4和H2O2用量对阿特拉津降解速率的影响，如何求降解过程中的速率常数和反应的活化能。
　　3.注重实验内容的开放性
　　传统教学模式中，实验内容只是局限于所选用的实验教材，这在相当程度上影响了学生对知识的综合应用能力与分析问题、解决问题的能力。而在研究型教学模式中，实验内容不再局限于实验教材，教师鼓励学生联系日常生活、学校周边工厂和家庭所在地的环境问题，鼓励学生积极参与教师科研，注重实验内容的开放性。例如笔者经常组织学生到学校所在市调查冶金、印染、电镀、制药等化工行业以及城市污水处理厂和垃圾填埋场的污水处理情况，经常从这些行业带样品让学生做实验，为学校周边地方行业污水处理提供实验参数、检测方法和污水处理工艺。这样学生的实验内容不再拘泥于实验教材，而这种来源于生产实践的实验项目大大提高了学生的积极性，学生的能力在研究性的实验中也得到了极大地提升。
　　二、环境工程专业实验课研究型教学的主要教学过程
　　实验课研究型教学的主要教学过程包括：创设情境、确定实验项目的研究内容、设计实验、研究性实验、效果评价五个阶段。以“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”为例，论述环境工程专业实验课研究型教学的主要教学过程。
　　1.创设情境
　　在环境工程专业实验教学中，教师可结合生活实际、工厂实践和学生已具备的基本概念、原理等来创设情境，激发学生的求知欲和实验动机。例如，石油化工水平关系到一个国家的国计民生，石油化工行业的污水是怎样处理的，石油化工行业的污水经生化处理后，是否能够达到国家的排放标准。树脂吸附法作为一种低能耗的固相萃取分离方法受到广泛重视，树脂吸附法具有分离效率高、溶剂消耗少、操作安全、能循环使用等优点；树脂吸附法在处理难降解生化尾水的同时，可对生化尾水中难生化的有毒污染物吸附、分离与回收，经树脂处理后可提高尾水的可生化性，树脂还能循环使用。这样引入实验“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”。
　　2.确定实验项目的研究内容
　　确定实验项目的研究内容是研究型教学的关键，因为它是整个实验研究型教学过程的载体。实验项目的研究内容应在学校实验条件允许的前提下具有探究性、可接受性，且能激发学生的实验兴趣。例如在“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”实验中，教师可引导学生上网查阅“石油化工行业的污水排放标准”。在国家标准的指导下结合学校实验条件，确定实验的研究内容：树脂处理前后化学需氧量（CODCr）、生化需氧量（BOD5）、氨氮、pH值、电导率等参数的测定、树脂吸附法处理石油化工生化尾水的实验优化条件。 　　3.设计实验
　　根据实验项目的研究内容，学生上网查阅“中国期刊网”、“Elsevier”、“Wiley”数据库，仔细查看和阅读“与实验项目研究内容”相类似的研究论文；学生在小组讨论的基础上明确实验目的和实验原理，并具体设计实验，确定实验步骤、仪器药品的种类和数量。例如在“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”的实验中，在查阅文献基础上，学生确定了具体的实验步骤：第一步，选择树脂。依据树脂对石油化工生化尾水中CODCr的去除率和树脂的解吸效率，从众多的商业树脂中筛选出D201树脂。第二步，优化树脂吸附条件。以生化尾水中CODCr的去除率为指标，从溶液pH值、温度、树脂用量、生化尾水的上样浓度、流速等因素优化树脂的吸附条件。第三步，在最优条件下重复实验，确定树脂的循环次数。
　　4.研究性实验
　　依据设计的实验，学生小组分工协作，在教师指导下认真做实验。详细记录实验数据和实验现象，并认真分析实验现象产生的原因，要求学生学会运用origin或Microsoft Office Excel等软件分析处理数据和制作图表。在这一过程中，教师一定要注意培养学生良好的科学态度，让其学习科学研究的方法。
　　5.效果评价
　　这一阶段在学生小组集体讨论的基础上，，由学生完成实验报告或研究小论文，锻炼学生分析、归纳和总结问题的能力。教师可针对学生的小论文或实验报告，面对面地给学生批改，帮助学生进一步分析实验现象和数据，以及如何用科学规范的语言来书写实验报告和论文，这样可进一步提高学生的科学语言的表达能力。教师也可就实验原理、数据处理、实验方法和仪器使用等方面，组织学生进行实验答辩。例如在“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”实验中，笔者组织学生进行答辩。答辩中请学生回答：D201树脂的骨架是什么；D201树脂上是否有电荷，如果有电荷，如何定量测量D201树脂上的电荷；D201树脂上的电荷对实验有什么影响；D201树脂去除石油化工生化尾水中CODCr的原理是什么；如何确定D201树脂吸附达平衡；为什么温度越低树脂吸附效果越好；为什么pH值在8左右树脂吸附效果好等问题。通过对这些问题的回答，有利于学生对实验原理和实验方法的巩固提高，能帮助学生对实验原理和实验方法进行再次建构，有利于培养学生将实验原理和实验方法迁移应用到其他实际问题中的能力。
　　三、研究型教学在环境工程专业实验课应用效果分析
　　湖南城市学院是一所地方性本科院校，从2007年开始环境工程专业本科招生。尽管本校环境工程专业办学起步晚、起点低，但本校环境工程专业教师注重教研教改，在专业实验课教学中采用研究型教学，引导学生“在实验中研究、在研究中实验”，提高学生实验的主动性和积极性，在实验中进一步促进了学生对专业知识的理解和掌握，更为重要的是学生的综合能力得到了极大地提升，主要表现在以下方面：学生查阅资料，阅读文献的能力增强；学生的实验设计、实验动手做能力增强；学生实验数据处理、图表制作、论文写作水平得到提升；学生的逻辑推理能力、知识迁移和应用能力、创新思维能力、解决环境工程实际问题的能力得到了训练和培养。环境工程专业办学仅五年历史，本校环境工程学生获“湖南省大学生研究性创新性实验项目”4项，2011年、2012年两届毕业学生就业率均高达100%。
　　参考文献：
　　[1]朱秋颖.研究性教学—培养高校研究型教师的有效途径[J].教育探索，2010，（1）.
　　[2]庞淑萍.研究性教学在高等数学教学中的应用研究[J].教育探索，2009，（7）.
　　[3]肖谷清，王姣亮，谢丹.面向“化工污染控制”方向的环境工程专业办学特色的研究与实践[J].广东化工，2012，（5）.
　　（责任编辑：李杰）

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