环境工程专业实验教学中创新方法的探讨

赵璐1，聂文杰2，刘晓玲3

（1、2.西安科技大学，陕西西安710054；3.陕西能源职业技术学院，陕西咸阳712000）

摘要：针对目前教育观理念及环境就业市场对人才培养、选拔的要求，本文结合西安科技大学环境工程专业实验教学中存在的问题，建议实施加强师资队伍建设与交流、提高实验室信息化程度、增加“中试”实验、整合专业课实验、学生毕业论文（设计）与教师实验课题相结合等创新与改革，旨在提升环境工程专业教学质量，为人才培养奠定基础。

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关键词 ：环境工程；实验教学；教学创新；教学质量

DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.03.018

中图分类号：G642.2 文献标识码：A文章编号：1671—1580（2015）03—0039—03

项目编号：西安科技大学教育教学改革与研究项目（JG1244）。

收稿日期：2014—10—08

作者简介：赵璐（1988— ），女，陕西西安人。西安科技大学地质与环境学院，助理工程师，硕士，研究方向：环境微生物学实验教学。

聂文杰（1981— ），男，河南项城人。西安科技大学地质与环境学院，工程师，在读博士，研究方向：环境科学与工程专业教学与管理。

刘晓玲（1989— ），女，陕西汉中人。陕西能源职业技术学院，助教，硕士，研究方向：岩土体稳定及环境地质灾害评价。

21世纪，全球性环境恶化带来的极端天气、环境污染等一系列问题迫使各国政府和民众在环境领域投入大量的精力和资金来应对。为解决这一系列环境问题，社会急需培养一批高质量的环保领域的优秀人才，因而将理论知识、应用技术及工程实践紧密结合的环境工程专业应运而生。［1］西安科技大学作为一所以理工科为主的地方骨干高校，旨在成为特色鲜明的高水平教学研究型大学，培养具备扎实的理论基础、宽广的知识面、较高的素质、较强的创新意识与独立的工作能力的应用型工程领域人才。专业实验教学以专业理论知识为基础，通过让学生动手实践来加深其对理论知识的理解和应用，在此过程中培养学生的创新意识及专业操作技能，因而是人才培养过程中不可或缺的一环。但现行的实验教学体系并不能很好地发挥其作用，［2］因此，改革现有的教学方法、更加注重教学的创新性变得尤为重要。本文在综合考虑我校环境实验教学现状和其他高校相关教学实践及理论创新经验的同时，总结性地提出了一些建议和方法。

一、实验教学体系现状分析

（一）实验师资队伍建设缺乏重视及有效管理

首先，对实验师资队伍的梯队建设重视程度不足。长期以来，实验人员在教学中一直被视作教辅人员，严重缺编，很少或根本无法直接参与到教学和科研工作中，自身的发展受到很大的制约，晋升、成长慢，享受的待遇差，队伍难以稳定。以我院实验示范中心为例，共有八名专职实验人员，仅占学院教职工总数（78人）的10.3%，八人中高级工程师一人，具有中级职称的有三人，其余四人均为初级职称。没有形成一支具有充分凝聚力、层次衔接紧密的梯队，实验人员应有的价值便无法得到充分体现。

其次，对实验人员专业水平的培养力度低。在高校人才培养方面，要求实验人员应为学生提供最贴近现代科技的平台，科学合理地开展教学，不断地学习和进步，充分发挥其在实践教学中的主体作用，成为“三师型”（技师型、讲师型和工程师型）实验师。［2］但仅靠实验室人员自身的不断学习是不够的，还需学校、学院提高对实验室人员的培训力度，着力于提高每一位实验人员的业务水平、实践能力和教学素养。

（二）实验室信息化水平低

在高校管理改革日益推进的新形势下，现行的实验室管理模式主要存在以下弊端：1.管理体制落后，多头管理，分工不明确，信息反馈、信息共享不及时，工作效率低下；［3］2.实验经费投入失衡，资源配置不合理，低水平重复建设现象严重，实验设备老化与闲置；3.药品、仪器的管理方法落后，未能实现数字化和自动化，这使得管理工作繁琐、效率低；4.教学系统未实现网络化、数字化，不利于学生更直观、快速地理解课程内容，导致教学效果受到影响。

（三）实验安排开放性、整体性和系统性欠缺，与实际生产环节脱节

传统的环境工程实验教学内容和实验方法陈旧，创新不足，实验安排缺乏组织性、系统性，过分强调理论教学；实验项目单一，以验证性实验为主，受到教学模式和条件限制，创新性、设计性、开放性和综合性强的实验较少；贴近实际生产的“中试”实验没有开设，学生很难真正了解实验所涉及的工艺或技术在实际中的应用。以上问题使得学生消极地对待实验课程，导致其对实验现象的观察能力、对实验项目的操作能力以及在实验设计方面的发散思维能力都无法得到充分的培养和锻炼。

（四）各门专业实验课独立开设，缺少综合性实验

实验教学安排在每门课程的教学过程中，仅仅为本课程的某一个知识点服务，有时存在与其他专业课实验重复的现象。例如：分析化学中铜离子的测定与环境监测中铜离子的测定实验仅仅存在样品预处理的差异，大部分为重复实验。但是，传统的教学模式没有将这些实验课程相互联系，未能形成一个有很强综合性的整体。此外，多门专业课之间的知识点可以相互联系，形成1+1>2 的结果，例如：利用环境微生物实验中讲到的菌藻培养，结合水污染控制工程实验中水质检测的内容开设微生物对某种废水的处理效果研究的综合性实验。

二、创新方法探讨

（一）加强具有工程背景的校内外实验教师梯队建设

为了更好地培养环境工程专业人才，建立一支高素质、有阶梯层次的师资队伍是尤为重要的。引进高水平人才，建立一支分别由学术带头人、中坚骨干教师、有培养潜质的青年教师组成的实验教师梯队是必不可少的。［4］实验室教师除了需要掌握专业理论基础知识外，更重要的是，要具有较强的实践能力及创新意识。因此，实验师资队伍建设应重视以下两个方面：第一，加大对具有深厚工程教育背景和丰富实践经验的人才的引进，以壮大实验师资队伍，并努力增进企业和教师间的交流与合作，组织实验人员去企业参观、培训，聘请专家对其进行实验技能培训，使其掌握与本专业实验发展相关的前沿动态。第二，创新用人机制，拓宽进人渠道。在人才培养工作中，可聘请专业背景深厚、学术水平高、实践经验足的工程技术人员，定期为专业的培养方案把关，完善培养环节，并将其供职单位发展成为长期稳定的实习实训平台，为学生和实验师提供提升自身的平台，实现产学研一体化。

（二）提高实验室信息化程度

可以通过加强实验室信息化建设力度的举措，提升实验室的教学质量、管理水平和服务水平。［5］实验室信息化建设的重点是要将各种资料、教学软件、药品、设备与先进的多媒体技术、网络技术结合，实现实验室工作的现代化、开放化和高效化。

提高实验室信息化程度主要从以下四个方面着手：1.构建实验室信息化管理平台。降低实验人员重复工作的强度，从而提高其工作效率，充分利用实验资源，增加信息交流途径，建立起便捷、高效的信息交流平台，从而规范实验室管理工作，实现实验室的标准化管理。［6］2.优化仪器设备配置。学校有限的教育资源投入到了环境工程实验室，必然要求实验室对仪器设备实现合理配置，提高其使用率和投入产出比。大型仪器设备要分类、分人管理，根据实验需要，在不同功能的实验室中建立固定资产档案并确定管理人，将基本信息（如产地、价格、设备生产厂商、型号、规格、存放地点、性能、保管人、维护状况、开放时间和可预约时间等）进行登记，教师和学生可根据需要，按时段预约，经管理员批准和确认后，按时使用。3.危化品管理科学化。环境工程专业实验室危化品数量较大，品种较杂，难以管理，对此应采取实验中心、实验室、实验员三级管理模式，将安全管理工作分解落实到个人。由实验中心统一购买后，在化学药品档案库系统中入库，登记化学试剂的信息（如库存化学试剂名称、生产厂家、存放位置、注意事项、性能、规格、数量、产地等），各实验室、实验员需要使用时，必须按照规定流程申请、领用，并将领用品种、数量及使用情况、退还情况录入系统，做好记录与跟踪工作。4.开展网络教学系统。学生通过实验教学管理系统可以浏览实验教学大纲、讲义、课件等；此外，还可以将实验步骤录制成相应的视频，放在互联网上，供学生随时观看。同时，开设网络课堂，设置网络作业，让学生的学习更方便，提高学生学习的自主性。

（三）增加“中试”实验，整合专业课实验

传统实验课主要以演示型实验、验证型实验为主，忽视了对学生实践能力、创新能力及理论联系实际能力的培养。要改变这一状况，在实验教学中增加“中试”实验将是一项重要的举措。将实验课程中涉及到的知识点及时进行扩充、整合和更新，建立知识点之间的有机联系，［7］设计具有开放性、综合性的“中试”实验，由学生完成。在此过程中，可以培养学生的工程设计思想，使学生在掌握专业理论、验证理论正确性的同时，对工程应用中的设计方法有充分的认识和了解。

一方面，可将实验室拓展为生产模拟现场，在课程中增加“中试”实验。实践能力的培养是环境工程专业学生培养的重中之重，实践环节是每一个工科学生必不可少的学习阶段。例如：在水污染控制工程的实验教学中，为了再现工业生产过程，除了絮凝沉降池、生物膜转盘、普通快滤池等传统的水处理设备模型外，可增加一些“中试”实验设备，如成套的反渗透过滤系统装置，让学生针对不同的废水水源，自行设计运行参数，并对水质进行监测，验证设备运行结果。学生在此过程中能够更清晰、直观地认识装置的内部构造、功能和运行原理，这是参观生产场地无法做到的。在实验教学过程中，指导学生进行“中试”实验，模拟污水处理等实际生产过程，这能够让每一位学生深刻理解生产中各个环节的重要作用，在充分认识专业理论的基础上体会实践的重要性，加深与实际生产的亲近感，有效地提高学生的专业实际操作技能。

另一方面，打破传统的按理论课划分实验的方式，将各科目实验整合，增加专业综合实验教学环节，尝试让学生独立完成“小科研”。综合实验的题目可在教师的指导下自行选择，以“大学生创新实验大赛”、“挑战杯”等学生竞赛为契机，申请部分实验经费。在此过程中，以学生为主体，在实验开始前，首先要求学生查阅相关的资料、文献，确定选题，提出立项依据，完成项目报告书，教师协助审查；在操作过程中，重视学生独立思考、发现问题、解决问题、与教师和同学交流合作的能力。课题涉及到的实验综合性较强，知识点较多，实验操作较复杂，有利于培养学生独立思考、查阅文献、设计安排实验、实际动手操作、观察实验现象、处理实验数据、总结实验结果等多方面的能力，训练学生整理、分析、处理实验数据的能力，可以保证学生及时了解国际前沿研究动态，激发学生对学科的兴趣及创新意识。同时，通过训练，学生可以了解科研项目书的编写思路及过程，为日后参与教师实际科研项目及企业工程项目打下基础。

（四）学生毕业论文（设计）与教师实验课题结合

本科生毕业论文多以综述性研究为主，这类论文的撰写多以堆积文献为主，［8］学生总结知识、大胆创新、小心求证的科研思维无法得到培养。教师应积极倡导学生撰写以工程研究为背景，通过工程实验或综合性实验得出相关结果或结论的毕业论文（设计）。此前，经过多门综合性实验的实习训练，学生已经具备了较强的独立科研能力，可将毕业论文（设计）的题目与教师主持或参与的工程项目和科研项目相结合，完成项目的一部分工作，或基于自己之前完成的某个综合性实验再进行进一步探究。在此过程中，如有需要，可聘请校外工程技术人员进行指导，将学生的实验研究与工程项目巧妙结合，从而使学生毕业论文（设计）的目的性更强，研究意义更大。如我院2014届毕业生以教师现有的国家自然科学基金课题“煤/聚乙烯亚胺交联复合螯合吸附剂制备及其对重金属离子的协同作用机制研究”作为毕业论文实验研究素材，撰写本科论文《不同变质程度煤对重金属的吸附性能研究》，该项目涉及学科广泛，如材料学、化学等，因此，不但要求环境工程专业学生具备充足的与环境相关的知识，还要求其了解其他相关学科的知识，并能够将二者有机结合。在实验具体操作前，学生首先要明确自己的研究目的，根据目的查阅和总结大量国内外文献，提出实验设计方案，并准备实验所需的仪器、材料，学习实验方法，测定、分析、处理实验数据，总结实验结果，得出研究结论，最终完成毕业论文（设计）的撰写。要求学生在此过程中积极思考、充分交流，主动发现问题、解决问题、总结问题。学生在实验过程中遇到的实际问题及所得到的实验结果有利于丰富教师的科研数据，补充科研成果。

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参考文献］

［1］汪怀建，周跃龙，熊江波等.新世纪高等农业院校环境工程专业实验教学的改革与创新探讨［J］.上海工程技术大学教学研究，2007（1）.

［2］刘潘，李圣楠，任百祥等.环境工程专业实验教学体系改革探析［J］.教育与教学研究，2010（5）.

［3］穆松梅.对高校实验师资队伍建设的思考［J］.考试周刊，2012（58）.

［4］李玉刚.关于实验室队伍建设的思考［J］.技术与创新管理，2006（5）.

［5］刘锡建，徐菁利，唐博合金等.化学实验室信息化管理系统的探索［J］.计算机与应用化学，2009（5）.

［6］曹威，姚湘娥.高校实验室设备管理系统设计与开发［J］.技术与创新管理，2008（3）.

［7］李祥，黄勇，沈耀良.环境工程综合性实验系统建立对优化专业实验教学的思考［J］.安徽农业科学，2012（35）.

［8］赵丽杰，赵丽萍，李良等.环境工程专业综合实验教学改革与实践［J］.实验室科学，2009（3）.