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1?改革實驗課程的設置
我們將過去獨立、互不相關的微生物實驗改為一連續的探索性的大實驗,開設了一門“環境工程微生物綜合訓練”的獨立課程。課程放置在學期結束時的實踐周中進行,集中對學生進行微生物的培養、分離、鑒定和污水處理應用的基本操作的訓練過程,這樣強化了對學生基本技能和動手能力的培養。綜合訓練的主要內容包括:首先在制備各類培養的基礎上,采取不同的環境樣品中進行接種、培養,通過菌落和個體形態觀察,純化細菌、放線菌或霉菌和酵母菌,然后學生以自己分離、純化的菌種為材料繼續進行以后的實驗,在對細菌形態觀察、革蘭氏染色和菌體大小測定基礎上,最后做細菌的生理生化試驗,對細菌做出初步鑒定,并將分離出來的細菌用于生活污水的處理上。環境工程微生物綜合訓練的主要實驗內容和所涉及的知識點見表1。改革后的綜合訓練使原來孤立、不連續的實驗形成一個連續的整體。在微生物的菌種的培養和分離,純種的計數和鑒定等方面強化了學生的實驗技能。各種基本操作技能在微生物綜合訓練中多次操作,反復應用,能大大提高學生的微生物技能的綜合應用能力。
驗證操作性實驗相對較多,設計性、綜合性實驗相對較少是目前實驗課程教學中的突出問題,這對培養實用型人才極為不利,也不利于調動學生的學習興趣和積極性。我們將一些應用性、綜合性和學生感興趣的實驗課題,作為選作實驗,供感興趣的學生通過查閱相關資料,綜合運用不同實驗技術,設計實驗方案,通過教師指導和小組討論確定方案并加以實施。實驗后綜合分析實驗結果,撰寫科創論文。比如,“微生物誘導腐蝕”的選作實驗,主要是研究研究厭氧微生物對金屬腐蝕過程,使同學們擴大對微生物環境作用的了解,增強學生的學習興趣和實踐動手能力。這樣,既能提高學生對實驗的興趣,又能促使他們將所學的理論知識應用起來,從而加深對環境工程微生物課堂教學內容的理解。(如表1)
2?重視視頻實驗教學的應用
微生物個體微小,學生對它的感性認識不多,這使得許多有關微生物的概念變得抽象、難以理解。在實驗教學中,有目的的引入了視頻實驗等多媒體教學的方法,可以增加實驗教學的直觀性和趣味性,并在一定程度上彌補實驗教學經費緊張等問題。我們不僅制作了環境工程微生物的多媒體課件,而且采用視頻教學短片,向學生展示基本的實驗操作,以及相關實驗技術的發展及其在生產或科研中的應用。這些改革以視頻的形式向學生展示實驗的基本過程,具有較強的直觀性,通過屏幕清晰形象準確地展現每一個步驟,使學生掌握實驗操作技能的關鍵所在加深了學生對使微生物的實驗規程和操作技巧理解,如無菌操作技術、微生物的分離和培養技術、消毒滅菌技術、斜面、液體、平板接種培養方法等。采用多媒體進行實驗教學,具有形象、生動、信息量大的優點,結合教師在實驗過程中的講授和示范,有利于學生在腦海里建立每一種實驗操作的標準和規范。因此應該加強多媒體在環境微生物學實驗教學中的應用。
3?強調實驗前的準備工作
傳統的實驗課程教學方法是由實驗教師幫助學生完成很大一部分準備工作,學生只是按教師的講解和實驗手冊的步驟進行操作。我們在微生物綜合訓練中,改變實驗課中講解過多的現象,只是重點講述實驗成功的關鍵并事先提出思考題,讓學生們帶著問題去進行實驗,讓學生通過實驗歸納出結論,從而理解和驗證微生物學的基本原理。教師在實驗中起指導作用,著重培養學生的動手能力。由于綜合實驗涉及的內容很多,所以我們要求學生先復習以前學過的知識并寫出實驗計劃(包括實驗目的、原理、儀器、材料、步驟),然后在課堂上對實驗計劃進行討論,討論后學生再進行修改,最后由教師審定。審定合格后,學生方可開始進行實驗,這是可以提高學生的實驗培訓的主動性。實驗從實驗材料的準備到每一步實驗都由學生自己動手,教師只起檢查和輔導示范作用。讓學生明白每個實驗步驟操作的好壞對后續實驗的進行有直接的影響,培養學生整體的實驗觀念和細心的操作習慣。由于是學生自己進行實驗的準備工作,可以加深對實驗的目的、原理、方法、步驟的了解,實驗效果很好。
4?改革實驗課程的考核形式
綜合訓練的考核是既是課程設置的要求,也是對學生實驗技能學習的一種督促和檢查。在微生物綜合訓練中,我們將學生4~5人分為一小組,同一組的每位學生既有分工又有合作,每位學生都獨立進行無菌操作、接種培養等工作。在材料的準備和實驗完成的整個過程中,任何一個步驟的失誤都將直接影響最終結果,因此我們要求每位學生規范操作,仔細觀察,及時記錄,培養嚴謹的科學態度和獨立操作能力,老師對每位學生的操作和實驗結果都做出客觀的評價。將綜合訓練考核分為預習、操作、實驗報告三部分記分。在實驗過程中,進行現場指導,當場考核,不僅要看實驗報告,更要依據預習、現場實驗操作和實驗結果綜合考核。在操作考核中既有單獨的個人操作考核,也有分組的操作考核。實驗報告要實事求是,嚴格杜絕相互抄襲現象。要求學生在實驗報告中對實驗過程和結果進行詳細記錄和分析,養成一個善于分析問題和總結問題的好習慣。實驗報告中的分析與討論是很重要的內容,我們鼓勵學生在分析討論中自由地寫出自己對實驗的理解,比如哪些操作步驟沒有做好,或者在實驗過程中容易出現什么問題,如何避免等,還可以提出對實驗設計修改的建議。通過對實驗問題和結果的分析、討論,可加強學生對理論知識的理解,大大提高學生分析問題和解決問題的能力。
通過這些改革措施,使學生能夠認識到實驗課的重要性,同時也提高了實驗課的地位和學生的積極性,教學質量有較大的提高,為環境工程專業后續課程教學的展開和將來畢業論文的順利完成打下基礎。
5?培養工程實踐觀念
我校是具有電力特色的地方性高等學校,環境工程專業是從電廠化學專業基礎上衍生和發展起來的。我校環境工程專業的課程設置強調重工程、重實踐的專業特色。環境工程微生物學需培養學生分析和解決環境工程問題的思維模式,要使學生了解微生物在環境污染物治理中的作用原理,而不是僅僅停留在微生物學本身基本的實驗操作上。我們在微生物綜合訓練課程設計別注意結合工程應用問題,充分圍繞教學隊伍的科研課題及實習單位的生產展開,注重培養學生的工程實踐能力。我們根據本專業教師承擔的科研項目,通過課題的形式,組織一些對環境工程微生物感興趣的學生,參加到教師的科研項目中。一些老師在設計新的污水處理工藝時,經常會有很多項目指標需要測試,只要合適,我們也將樣品拿來讓學生在實驗教學中做。這樣就培養了學生從工程角度思考和解決實際問題的能力。
關鍵詞:水污染控制工程;教學改革;教學手段;實踐教學
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A
“水污染控制工程” 是環境工程本科專業的專業核心課之一,同時又是工程應用性極強的課程,其教學目的在于使學生系統地了解和掌握各種水污染控制技術的原理及應用,培養學生運用理論知識和方法解決實際污水處理問題的能力。如何搞好這門課程的教學,以適應培養環境工程應用型高級工程技術人才的需要,筆者對本課程教學改革進行了一定的探索和實踐。
一、課堂教學內容設置改革
現行各種教材采用的編寫體系,是按照廢水或污水中污染物的不同存在狀態,分別介紹各種分離和轉化處理方法的理論及有關單元操作。這種編寫方式能較系統地介紹水污染控制過程中的各種單元操作技術,有利于學生掌握有關的基本理論和原理。但對于培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力存在不足。因為實際生產中,我們所接觸的工業廢水多按產生廢水的工業部門來命名,如冶金工業廢水、紡織工業廢水、制藥工業廢水、造紙工業廢水等。上述每種廢水往往都含有多種形態的污染物,針對這些實際廢水,學生在選擇具體的處理工藝方面,常常感到束手無策。為了培養學生綜合處理廢水的能力,在教學內容上我們作了一定的優化和調整,基本上按照原理――計算――工程應用――案例分析來進行教學。案例分析是以上述各種實際廢水的處理為中心,以激發學生的學習興趣,提高教學效果,培養學生綜合運用知識的能力。
水污染控制工程技術發展十分迅速,新的工藝方法和技術的開發應用日新月異,因而在課程教學過程中,應不斷更新和充實課程教學內容。課堂教學中應緊密結合與本課程相關的各項研究成果,進行污水處理前沿進展方面的介紹,使學生掌握本課程的最新發展動態。
二、課堂教學手段與方法改革
水污染控制工程的教學內容含有許多工藝流程圖、構筑物結構圖以及一些原理示意圖等,知識架構復雜,內容豐富。在教學過程中,為體現該課程“過程工程”的基本思想,使該課程的知識架構體現出更強的邏輯性,知識內容的詮釋更形象生動。教研組不斷改進和完善多媒體課件,以形象、邏輯的ppt、錄像、圖片、動畫等多媒體課件來強化水污染控制工程教學,增加課堂教學的趣味性和直觀性。
強調教與學的互動。采用了在學生對教學內容預習的基礎上,由學生對規定內容進行分析介紹和教師點評總結的教學方式,充分激發學生學習的主動性和積極性,由被動地接受知識變為參與和主動的學習過程,加強了學生思考問題、分析問題和解決問題的能力。在課堂教學過程中,實施了“實踐式”和“提問式”教學方法。前者在要求學生提前預習課程內容的基礎上,利用一定的時間由學生“講課”,然后由教師總結分析,提出知識要點。后者是教師在課堂上經常以提問的方式,引出問題,由師生共同討論。這兩種教學方法,促進了師生的充分互動,抓住了學生的注意力,也有效地活躍了課堂氣氛,提高了教學效果。
開展現場實踐式教學。例如在學習氣浮池、曝氣池等構筑物的結構和工作原理時,由于實驗室有現成設備,直接在實驗室開展相關教學,使學生真實的面對實物設備,增加學習興趣和效果。
結合在課程教學中增設課程大作業,通過學生的讀書報告、課外實踐等方式,使學生深入理解水污染控制的發展與研究現狀,提高學生查閱文獻、寫作以及口頭表達等能力,培養獲取知識的技能、技巧。為加強學生對專業詞匯的掌握量和提高學生的英語應用能力,多媒體課件多采用中英文對照,講課以中文為主,英文為輔,將《水污染控制工程》和《專業英語》緊密的結合在一起。
三、實踐教學改革
本課程采用了多種形式的實踐教學,包括課程實驗、綜合實驗、課程設計、認識實習、生產實習、科研訓練和社會實踐等,理論與實踐教學環節達到1:1,使學生在實踐中提高實踐能力和綜合素質。
(一)實驗教學內容及考核方法改革
《水污染控制工程實驗》主要有驗證性、綜合性和設計性實驗三種。我們在開好驗證性基礎實驗課的基礎上,加大了開放式的綜合性和設計性實驗的比重,在綜合性和設計性實驗的教學方法上也作了較大的改革。如《活性污泥的培養及完全混合式曝氣池處理城市污水運行效果實驗》內容多,培養活性污泥耗時長,無法只利用課堂時間進行實驗。因此,我們把實驗內容和任務布置下去后,讓學生先查找資料自行設計實驗步驟,再集中討論實驗方案的可行性之后,學生先利用課余時間進行活性污泥培養馴化,等活性污泥成熟后,再集中時間對城市污水進行處理和水質指標的監測,分析各組的處理結果并討論原因。《污水的采樣、監測及處理》實驗,把《環境監測》和《水污染控制工程》課程內容結合起來開設的綜合實驗,從原水的采集、主要污染指標的監測至污水處理方法的選擇,使學生了解到水污染治理的整個過程。
綜合性、設計性實驗是把《水污染控制工程》的理論知識和多種實驗技能和實驗方法加以綜合、相互滲透的實驗形式,帶有一定的研究性、探索性和創新性,在一定程度上彌補了傳統驗證性實驗的缺點和不足[1]。它不僅需要綜合的實驗技能、獨立的設計能力,還能培養團隊協同合作的精神,對貫徹我校成功素質教育,滿足學生全面發展也有重要意義。
以前的實驗成績重在考核實驗結果和實驗報告,現在我們把實驗評價結果側重于實驗過程之中,對學生的整個實驗過程進行總體評價,考核的內容和范圍為:課前預習、創新能力、操作技能、實驗態度、實驗結果和分析報告等。改進考核方法,調動了學生實驗的積極性和創造性,而且還提高了實驗的正確性,促進實驗整體水平的發展。
(二)課程設計內容和考核方法的改革
《水污染控制工程課程設計》的教學目標,是使學生在系統地掌握有關水污染控制工程基本原理和方法的基礎上,初步具有分析和解決水污染控制方面實際問題的能力[2]。因此,在本學期課課程設計中,我們在設計任務中一改過去只設計生活污水的二級處理,而是給出不同來源的污水如制藥污水、印染污水、醫院污水、生活污水等,讓學生分組選題進行設計,一方面增加學生綜合應用知識解決實際問題的能力,另一方面也防止了“千人一面” 的現象。教學過程中,鼓勵學生在現有技術經濟條件下,突破傳統工藝,利用自己所學知識,通過努力設計出技術更先進、工藝流程更合理、投資更少和運行費用更低廉的新型水處理系統。
課程設計結束后,除了要求學生提交設計報告和設計圖件外,結合設計過程中出現的問題和報告、圖件完成情況及時總結講評、開展討論。在考核上采用評優答辯的形式,由老師組織全班學生參加評優學生的答辯,學生介紹其設計思路、特點。對于優秀報告和設計圖紙大家可以進行傳閱,在此基礎上指導教師進行詳細的講評。經過總結講評和討論,學生能夠真正掌握設計過程中應注意的一些問題,掌握設計參數的正確選取方法以及設計方案的編寫和圖紙的繪制方法,從而達到課程設計的教學要求。
參考文獻
[1]郭昌梓,孫根行. 水污染控制工程實驗教學改革的探討[J].實驗科學與技術,2008(2).
我校給水排水工程專業實驗教學主要是《普通化學》、《水分析化學》和《水處理微生物學》配套的基礎實驗以及為《水質工程學》配套設置的32學時的水處理實驗技術,同時4學時的《建筑給水排水工程》演示實驗,使學生通過實驗教學加深對水處理基本原理的理解,培養學生實驗方案設計的初步能力、一般實驗技能、實驗儀器、設備的基本應用及進行科學研究的初步能力,但在多年教學中發現實驗教學存在一定的問題。
1.1實驗教學得不到重視,實習環節不系統作為新升本不久的地方院校,教學中多注重工程設計環節教學實踐及能力培養,忽略了實驗教學的重要性。水質工程學實驗教學從屬相應的理論課程,是水處理理論結果的驗證和演示,是理論教學有效補充,對但實驗教學內容陳舊,多為演示及驗證性實驗,導致教師對實驗重視不夠。在有限的時間內,學生按照事先給定的實驗指導書中的方法和步驟進行操作,得到相應的實驗數據,填入實驗報告單,得到實驗之前就已經知道的結論。這種實驗教學方式導致學生在實驗過程中處于被動地位,學生主觀能動性和積極性得不到發揮,對實驗教學環節不夠重視,更談不上創新意識、獨立分析問題和解決問題能力的培養。
1.2專職實驗教師缺少,教師積極性不高課程授課教師一般重視課程理論教學與工程實踐項目,不愿意將精力放在實驗教學上,實驗室缺少專職實驗教學指導教師,目前本校給水排水工程水處理實驗室僅有專職教師一人,既要進行實驗室儀器設備的日常維護和文件管理,還要兼顧部分理論課教學,且實驗室管理人員沒有得到應有重視,工作積極性不高,尤其是對待實驗教學方面,多以匆匆按照指導書的內容完成了事,最終導致學生實驗小組人數盡可能多,實驗內容盡可能少,實驗過程盡可能簡化,實驗報告書批閱不仔細。
1.3實驗設備利用率低,先進檢測設備少由于學校辦學條件限制及實驗室面積和實驗經費原因,實驗儀器設備臺套數較少;另外,實驗室設備管理體制不夠完善,設備共享性差,致使設備利用率低。同時實驗室管理手段還比較落后,管理水平低,實驗室實行的依然是比較落后的、傳統的封閉式管理方式。實驗室設備服務對象單一,各項管理制度依然不健全,實行封閉式管理,嚴重影響設備利用率。由于資金問題,實驗室大型的實驗儀器設備基本沒有,實驗室綜合性人才普遍比較缺乏,同時具有較強專業背景的授課老師忙于理論教學及橫向工程項目,疏于對專業儀器設備的掌握和實驗課程教學,導致實驗室現有設備作用不能充分發揮,造成設備利用率低。
2開放性實驗教學體系的建立
2.1開放性實驗教學內容組成體系憑借學校應用型人才培養的戰略實施和湖南省省級特色專業建設契機,根據“弱化驗證性實驗,強化綜合、設計性實驗”新的教育發展趨勢,以及“驗證型實驗鞏固理論知識,綜合實驗提高綜合素質”的教學思想,利用現有資源,對原實驗教學內容進行重組,選擇一些綜合性強、設計性強、工程背景較強的實驗進行重新設計,構建“基礎實驗—綜合實驗—開放性實驗”多層次實驗教學體系,加大綜合、設計型實驗力度,并以開放性實驗適應不同層次的學生要求,形成新的實驗教學體系,著力培養學生自主學習和動手能力,使學生學習本課程后能夠到水處理廠經過短暫培訓后直接上手操作。基礎實驗主要包括普通化學實驗、水分析化學實驗、水處理微生物學實驗及水力學實驗,實驗過程主要由學生預習實驗報告,教師利用PPT講解實驗基本要求、分析儀器和相關設備原理、實驗流程及操作過程、數據處理要求等,學生在教師指導下完成。根據實驗室教學條件采用以一個或者半個班為單位,一般按4~6人一組,分工協力完成本組實驗,理論課主講教師與實驗指導教師共同指導,保證每個學生親自動手完成實驗。綜合性實驗是指實驗內容涉及專業課程綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗。綜合實驗要求指導教師給定實驗目的要求、實驗條件及所學理論知識和基礎實驗操作技能,由學生自行設計實驗方案并加以實現;實驗過程中,學生自行根據實驗基本要求及目的制定實驗計劃,經老師同意后完成實驗。實驗指導教師根據學生實驗的需要,在實驗器材與藥品上配合完成學生完成綜合性實驗。開放性實驗主要針對學有能力、學有興趣的學生設置的針對性實驗項目。實驗主要依靠學生自主設計,在掌握基礎實驗、部分綜合實驗操作技能的前提下,進行自選項目的實驗,采取4~6人小組預約方式,實驗在指導教師的輔助下由學生自主完成。學院根據實驗項目需要給予不同程度的經費資助,實驗完成后由指導教師組織相關教師進行項目答辯,通過答辯后相關資料交由院部整理備案。
2.2開放性實驗教學管理體系開放性實驗單獨設課,指導教師單獨計算教學工作量,實驗課程由教學及科研經驗豐富的教師擔任,專職實驗教學人員輔助教學與指導,實現實驗室的全面開放或階段性開放。實驗前實驗小組人員必須掌握給排水專業實驗儀器的使用和操作技能,熟悉掌握實驗任務書、指導書及操作步驟,學生進行網上預約前,需由實驗指導教師核準實驗小組對實驗的準備工作后可進入預約系統,預約成功后按預約時間進入實驗室按實驗目的和要求完成實驗項目,實驗指導教師負責答疑和考查,實驗室專職教學人員負責監督實驗儀器設備的使用和操作指導。實驗完成后,實驗儀器設備需提交給實驗專職教師進行核查。實驗完成后將實驗報告提交給實驗指導教師審查,由實驗指導教師組織進行答辯,進行實驗成績評定,并將考核結果及存在的問題及時在實驗教學平臺網上公布。對實驗資料交由院部歸檔管理,學生隨時可以查閱實驗完成和考核結果。
2.3開放性實驗教學保障體系開放性實驗教學的順利進行,需要完善的保障體系支持。首先,教研室教師對本專業開放性實驗教學的順利開展大力支持,開放性實驗教學選擇科研經驗豐富、專業知識全面的的老師擔任,實驗室專職教師進行輔助,教研室教師集體進行開放性實驗教學評估,形成比較完善的開放性實驗教學指導和監督體系。其次。學院對于開放性實驗均給予經費支持,支持力度也在逐年增大;此外,本專業為湖南省特色建設專業,對實驗耗材有專用經費進行支持,可確保開放性實驗的順利完成。學校給水排水特色專業建設網站上建立了實驗教學網絡平臺,形成給排水開放性實驗室教學網絡輔助教學。再次,針對給排水開放性實驗教學的特點與需要,建立了靈活的實驗室教學管理制度,方便實驗的順利開展。針對教師重視理論課教學、忽視實驗教學的情況,經學院批準,制定了教師參與開放性實驗教學的工作量計算方法,規定理論課教師必須參與實驗課的教學與實驗室管理。
3學生工程設計能力的培養
給水排水工程專業具有實踐性強、工程應用背景濃厚的學科特點,學生除應掌握扎實的專業理論知識外,還需培養動手能力、團隊協作精神、工程實踐能力和專業理論知識應用能力,實現復合應用型人才的培養目標。鑒于CAD課程在給排水工程規劃設計中的重要性,在專業課教學中,調整了給排水CAD的教學大綱,在工程實踐性極強的《泵與泵站》、《給水排水管網系統》等課程的課程設計之前完成給排水CAD的教學,相關課程設計要求學生運用CAD設計軟件完成,初步鍛煉學生運用CAD軟件進行工程初步設計的能力。吸收專業知識掌握好、CAD軟件運用熟練的學生進入教研室老師組建的市政工程設計室參與老師橫向社會服務項目的完成。近年來,學生在教師負責的橫向課題如水資源規劃、給水工程專項規劃、排水工程專項規劃、給排水管道施工圖設計及給水廠初步設計等領域發揮重要作用。此外,每年教研室均組織給排水設計大賽,吸收設計能力強的學生進入設計室學習與工作,做到設計室向學生的開放。從實際結果看,進入設計室的學生在教師指導下,工作熱情積極,服從設計室管理與調配,工作中不計報酬,以鍛煉自身的工程設計能力為目的,其自身工程設計能力均有較大提高。
4開放性實驗教學存在的問題
本校給排水開放性實驗教學由于組織實施時間較短,實際運行中存在較多問題。由于開放性實驗具有獨立性、設計性及創造性等特點,在實驗過程中,指導教師只負責實驗方案的審查,實驗過程的指導。實踐證明,開放性實驗教學有助于地方高校應用型人才的培養。結合本校給排水工程開放性實驗室的運行,開放性實驗教學存在以下問題:
4.1重設計、輕實驗開放性實驗教學對提高給排水專業實驗教學及理論知識的提高具有重大意義。但多年形成的教學傳統短時間內仍難以改變。重社會服務項目、輕縱向科研的教學風格也使得學生更加注重自身工程設計的能力培養,學生對實驗項目不夠重視,認為實驗對其將來要從事的工作幫助不大,心理上的不重視也導致了開放性實驗實施的困難性。對此,學科帶頭人向學生強調了實驗的重要性和必要性,統一思想認識,調動學生的積極性。因此,開放性實驗教學的實施仍然需要較長一段時間的認知過程。
4.2經費投耗大開放性實驗教學勢必增加實驗器材及藥材的耗用量,加上原來實驗室器材基礎薄弱,先進的實驗設備少,這都給給排水開放性實驗的順利開展增加了難度。學院以“湖南省給水排水工程特色專業”和學校“應用型人才培養”的目標為契機,加速了給排水實驗室實驗儀器的更新,自行設計制作了部分實驗器材,并對實驗耗材進行統一管理,從各方面盡量做到節約。雖然目前有特色專業專項經費支持,但從長遠發展來看,仍面臨經費短缺現象,需要多方面拓展經費來源。
4.3實驗內容及組織難度大開放性實驗的目的在于提高給排水實驗教學的內容和層次,實驗內容注重學生理論知識的應用和綜合專業能力的培養,提高學生獨立解決問題和團結協作的能力。由于各種條件限制,開放性實驗的選題遇到較多困難。指導教師根據實驗室條件、專業研究熱點以及縱向科研項目在給水處理、污水處理及生態環境等方面給予選題指導,最大限度地豐富學生的選題范圍。同時,鼓勵學生結合自己的興趣,踴躍參加校級、省級大學生科技創新項目的申報和研究工作。由于開放性實驗的特殊屬性,實驗過程中耗材的增加、實驗儀器的損壞以及實驗時間的安排等因素均給開放性實驗的組織帶了了難度。
5結束語
關鍵詞:環境化學;教學改革;課程建設
環境化學是環境科學與工程專業的重要基礎課,主要研究有害污染物在環境中的遷移、轉化和效應[1]。在污染源分析和確定、污染消除和控制、環保策略和措施的制定等方面起著重要的作用[2]。目前環境惡化、礦產資源短缺、土壤退化、生物多樣性減少等全球環境問題日益突出,新的污染物不斷出現,環境化學的研究也在發展[3]。高校環境類專業開設環境化學課程,能夠提高學生對環境問題的認識能力,增強環保意識和對環境污染的防治能力。環境化學課程教學質量的提高能夠為后續專業課程的教學打下基礎,在教學過程中進行改革和創新,培養學生的學習和專業興趣,使學生既能掌握基本理論,又能夠應用所學知識解決環境問題的能力,為培養綜合素質型人才打下基礎。筆者從事環境化學教學工作10余年,文中從課程設置、教學內容更新與方法的改進、實驗實踐教學以及考核等方面(圖1),對環境化學課程進行教學改革探討,望能為高校環境類專業課程的建設和教學的發展提供參考。
1教學現狀
讓學生牢固掌握環境化學課程基礎知識和理論,是環境化學教學的主要教學內容和學生學習的重點[4]。在之前的教學中,環境化學開設在大一上學期,學生的基礎化學知識來源于高中的學習,這是遠遠不夠的,在學習環境化學時感到吃力。因此,在環境化學的學習之前,需開設無機、有機以及分析化學等課程,讓學生掌握牢固的基礎知識。教學時數安排不合理,環境化學教學選用教材為戴樹桂主編的《環境化學》(第2版),共8章內容。原有的48學時太少,應該安排足夠的學時才能夠把理論講完。教學過程中應注重知識的更新和發展,彌補教材內容的不足,使教學內容能夠反映環境化學的理論、方法、技術等的更新。除了理論課,需安排實驗實踐環節,對理論知識進一步鞏固。教學理念和教學模式陳舊,仍然是教師講,學生學,教師的思維占據了主導地位,教學內容局限于教材,學生的創新思維和學習能力得不到培養[1]。課程考核體系面過窄,不應單以期末考試試卷的成績來評定,而應當增加平時(如課堂討論、課程論文和專題報告等)的成績比例,才能對學生掌握知識的程度進行全面考核。實驗教學需讓學生參與實驗前的準備,認真觀察實驗現象和總結,實驗結果應獨立分析。增加綜合設計性實驗項目的比例,讓學生擬定實驗項目和實驗方案,獨立完成。實驗課的考核方式應對動手操作能力、創新能力等方面進行綜合考查。根據上述現狀,針對專業和課程特點,依據培養目標,完善教學大綱,對環境化學進行教學改革,培養綜合素質型的應用人才。
2教學改革
2.1課程設置改革
環境化學課程具有承上啟下的作用,在學習環境化學之前,先開設“環境學導論”進行專業引入,讓學生對環境問題和所學專業有初步的認識。在課程學習之前,增設“無機化學”“有機化學”“分析化學”等相關基礎課程,為環境化學知識的掌握打下基礎。在培養方案的設置中,在大一上學期開設“環境學導論”“無機及分析化學”“有機化學”等基礎課,環境化學安排在大一年級第二學期。環境化學共8章內容,應根據培養目標以及專業要求,對各章節內容進行選擇和側重,選取第二、三、四、五、六章節作為重點教學內容,理論學時增加到64學時。實驗環節設置28學時,包括基礎驗證性實驗和綜合性設計性實驗,基礎性實驗鍛煉學生的動手操作能力,綜合性實驗鍛煉學生獨立實驗以及分析問題的能力。
2.2理論教學改革
環境化學課程理論基礎較強,涉及的反應機理及過程較多、較難且枯燥乏味,改變傳統的教學模式,探索有效的教學方法和手段成為必要。教學內容也應與時俱進,補充新的研究成果和發展趨勢。2.2.1內容的更新和補充環境化學教材的更新滯后于其新理論、方法和技術的發展,應及時對教材以及教學內容進行補充,添加最新科研成果、案例及相關的環境保政策等,提高學生的學習興趣,擴展知識面。(1)前沿知識的補充和介紹。補充反映環境化學發展的前沿信息,使學生能夠及時了解環境化學的發展趨勢。在大氣環境化學一章中,補充的主要內容有:臭氧與PM2.5一樣,成為夏天空氣中的首要污染物,成為環保研究的新課題;氣溶膠污染了空氣,但是卻能抵消溫室效應;在無氟空調和冰箱的生產中,新型制冷劑的使用減少了對臭氧層的破壞;冬季的霧霾天氣給人類健康帶來的危害,垃圾焚燒產生的二惡英對環境的危害。在水環境化學一章中,以太湖、滇池藍藻的爆發,青島滸苔的大量生長來講述水體富營養化,并探索氮磷等污染物在水環境中的空間分布和轉化過程;典型持久性有機污染物(POPs)如有機氯農藥等的來源、分布特征、輸入途徑等的研究成果;西昌邛海人工濕地生態修復原理等研究成果;成都市活水公園人工濕地凈化水的典型例子等,并把筆者在科研中對水生植物吸收氮磷的研究成果進行補充,讓學生了解前沿知識。在土壤環境化學中,補充超積累植物東南景天、蜈蚣草等對土壤重金屬的修復情況等。(2)當前環境熱點問題探討。例如“垃圾圍城”,城市生活垃圾的不斷增長,高速發展中的中國城市,正在遭遇“垃圾圍城”之痛。農業生產過程中,化肥及農藥的施用、作物秸稈、廢棄農膜、畜禽水產養殖產生的廢棄物、農村生活污水和生活垃圾等使農村遭遇面源污染。飲用水安全問題是廣大的重大的民生問題,保護好飲用水和水源地,直接關系到民眾的健康和利益。“環境激素”以及“持久性有機污染物”的危害是近年來被廣泛研究和討論的內容。冬季在我國多數城市出現的霧霾天氣PM2.5等都是環境熱點問題,通過在課堂教學中進行討論,拓展了知識面,并激發學生的研究興趣。(3)專家進課堂,進行專題報告。邀請學科和行業專家進行專題講座,使學生了解國內外環境化學學科的發展現狀。安排本市環保局工作人員、環境監測站工程師以及環保工程師進行專題講座,引入前沿內容,并且對以后的就業方向、理論知識的重要性有更深的認識。2.2.2教學方法的改革和創新(1)結合區域特點,開展案例教學。以世界公害事件為例(如水俁病、痛痛病事件),通過多媒體,展示大量的污染圖片。補充環境污染視頻資料,展現污染情況,增強學生對污染的感性認識。在講述大氣環境化學時,展示倫敦煙霧和洛杉磯煙霧事件等的圖片,讓污染狀況呈現,配上文字說明,讓學生記憶深刻。結合本地的污染事件進行講述,四川沱江特大污染,綿陽市涪江污染事件,草溪河的污染。大氣污染以成都霧霾紅色預警以及綿陽市越來越嚴重的霧霾天氣為例。通過把身邊的環境污染問題與環境化學結合起來,讓學生感受環境污染的嚴重性以及學習知識的重要性。(2)利用網絡資源、網絡技術,開展多媒體教學。多媒體教學利用圖片、視頻、聲音等先進教學技術,內容更加形象生動。在過程模擬、解決抽象問題、列表比較等方面能夠克服傳統教學的不足。例如:在講解影響污染物遷移的天氣形勢(熱島效應、海陸風、山谷風)的時候,通過制作動畫演示氣流以及污染物的遷移過程,形象直觀。在講解水環境中顆粒物的吸附作用時,通過圖片、動畫演示、表格的形式表現表面吸附、離子交換吸附以及專屬吸附之間的差別與聯系。當前環境問題通過圖片展示,例:大氣污染圖片(工廠污染氣體排放、汽車尾氣、霧霾天氣)、水污染圖片(污水排放、富營養化、赤潮)、土壤污染(農藥化肥污染、生活垃圾、重金屬污染)。通過電視、網絡和其他新聞媒體收集相關素材,豐富課堂教學內容,讓學生了解當前環境污染的嚴峻形勢。多媒體教學過程中,學生可以把幻燈片拷貝下來,課后再去認真消化,使學生能精力集中地聽取難點。通過郵件、QQ聊天工具等及時解決學生學習中遇到的問題,用QQ群分享課件、電子教案和環境視頻等資料,及時和學生進行交流溝通,掌握教學狀態和效果。(3)互動式和研究性教學。根據環境化學課程的特點,對教學內容進行設計,教師講授后、師生互動進行討論。每次討論課后,提出與下次教學內容相關的討論題目,進行分組,例如:曾討論過的議題有“草溪河的水葫蘆哪里來”“現在的農村還是小時的農村嗎”“垃圾圍城”等。讓學生主動去查閱相關資料,認真思考,等上課時,根據相關議題進行發言和討論。在講解酸雨的形成時,提出議題“貴陽和蘭州的降水”,讓學生對比兩個地方的降水pH值不同的影響因素并進行討論,總結降水pH值的影響因素。通過分組討論,最后小組長發言,讓學生歸納總結,教師進行補充講解,鍛煉學生分析問題的能力。研究式教學通過分組,給出學生研究議題如“安昌河污染源調查”“草溪河富營養化問題”,分析污染形成原因、特征、危害并提出治理措施。
2.3實驗實踐教學改革
現階段的實驗教學中,多數是以教師為主體的模式,實驗教師準備好實驗所用樣品、藥品試劑、耗材等,實驗前教師把實驗目的、原理、操作過程、結果計算方法、注意事項等講得很清楚,之后學生按照實驗步驟和規程完成實驗。學生沒有去思考,無法從實驗中獲取知識和技能,不能提升學生實踐和創新能力。因此,對環境化學的實驗教學進行如下改革。以學生為主體,教師進行指導,通過工作任務的分配,讓學生參與試劑準備、采樣布點、實驗用品和儀器準備的整個過程。例如:在地表水溶解氧測定實驗中,依據實驗要求制定任務分配表,并讓學生分小組并相互協作完成。在實驗中,引導學生對實驗現象以及實驗中出現的問題進行分析,培養分析和解決問題的能力,且增強了團隊和作的精神。環境化學實驗時數為28學時,設計7個實驗,分為基礎驗證性實驗和綜合設計性實驗。基礎驗證性實驗培養學生的基本操作能力,加強理解教學中的理論知識。綜合設計性實驗系統應用所學基本理論、實驗知識和操作技能,在老師的引導下,設計實驗去解決實際問題。基礎實驗包括大氣中TSP測定,有機物的正辛醇-水分配系數,水中溶解氧測定等,通過實驗記錄現象以及結果,并進行分析,形成總結報告,教師根據實驗過程和結果予以點評。綜合設計性項目如:校內河流草溪河水水質評價等,分小組寫出設計方案,在教師論證其可行性后小組開展并完成實驗,撰寫實驗報告或小論文[5]。除了課程實驗,還安排課程的見習,包括到綿陽環保局、垃圾填埋場、綿陽永興污水處理廠等實習基地進行參觀學習,使學生擴展了基礎理論,開拓了眼界,增強環保的責任感以及學知識的主動性。
2.4考試方式改革
課程考核能夠讓學生進一步了解、鞏固、歸納和總結所學知識。采取教學全過程考核,考核內容包括:期末閉卷考試、平時成績(作業、討論和論文)、實驗操作、實驗報告及其科研小論文等多種形式,既重視結果又重視過程。將理論課成績分為兩部分,平時成績占20%(作業10%;討論5%;課程論文5%)和期末筆試成績50%;實驗課成績占20%,考勤成績10%。考核內容以應用為主,主要考核學生掌握和應用知識的能力[6-7]。
3成果與展望
通過對環境化學課程教學的改革,取得各方面的進展。通過案例教學、聯系當前環境污染以及熱點問題,激發了學生對環境化學學習的興趣,拓寬了知識面。通過互動式和研究性教學,培養了學生探索和創新的能力。實踐環節,鍛煉了學生獨立實驗的創新能力以及協作能力。鼓勵學生進行學生科研項目的申報,已有兩組2015級學生申報兩個學生科研項目,關于草溪河水質監測以及污染治理。學生主動參與教師的科研,積極申報學校的學生科研和創新項目,培養了獨立科研的能力。環境化學課程教學改革和建設是一項長期的系統工程,需要有步驟、有計劃的開展課程建設和改革,將課程建設落在實處,優化學生的知識結構和能力結構,走產、學、研結合之路,才能培養高質量和創新應用型人才,適應社會發展的需要。
參考文獻
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