摘要：仿真實(shí)驗(yàn)是近年來一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，具有使用便捷、操作簡單、交互性好、成本低廉、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等優(yōu)點(diǎn)。針對當(dāng)前地方本科院校環(huán)境工程專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，提出加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，進(jìn)一步改進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)軟件，設(shè)立仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開放式實(shí)驗(yàn)室，大力提倡學(xué)生利用仿真實(shí)驗(yàn)開展自主學(xué)習(xí)，以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高。

關(guān)鍵詞：地方本科院校；環(huán)境工程；仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

作者簡介：陶敏（1982-），男，湖北武漢人，湖北理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，講師；鐘松（1970-），男，湖北黃石人，湖北理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，副教授。（湖北 黃石 435003）

基金項(xiàng)目：本文系湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012381）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）28-0149-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，是對學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)技能、獨(dú)立分析問題和解決問題的綜合考查。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)、提高學(xué)生分析解決實(shí)踐問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。[1]

實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（真實(shí)實(shí)驗(yàn)）教學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充和延伸，它作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，已在我國高校環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了應(yīng)用。[2]

為了適應(yīng)新形勢，地方本科院校應(yīng)認(rèn)真分析目前仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，充分發(fā)揮仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力。

一、仿真實(shí)驗(yàn)簡介

仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，通過這些虛擬實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的教學(xué)目的和要求。[3]目前，環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有自由沉淀實(shí)驗(yàn)、過濾實(shí)驗(yàn)、混凝實(shí)驗(yàn)、氣浮實(shí)驗(yàn)、曝氣充氧實(shí)驗(yàn)、活性污泥實(shí)驗(yàn)、堿液吸收SO2實(shí)驗(yàn)、旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗(yàn)、污水處理實(shí)習(xí)仿真，涉及的專業(yè)課程包括“環(huán)境工程原理”、“環(huán)境工程學(xué)”、“水污染控制工程”、“水處理設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用”、“大氣污染控制工程”、“流體力學(xué)”。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，仿真實(shí)驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）使用便捷，可以靈活開展實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)只需計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件即可，學(xué)生可以隨時(shí)隨地完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

（2）操作簡單，交互性好。仿真實(shí)驗(yàn)具有良好的人機(jī)交互界面和幫助文檔，能隨時(shí)對學(xué)生給予提示和幫助。

（3）成本低廉，可以重復(fù)開展實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)是虛擬環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，即使操作不當(dāng)，也不會(huì)損壞儀器，實(shí)驗(yàn)成本低廉。同時(shí)，由于某些真實(shí)實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料、測試費(fèi)用比較昂貴而常常無法開展，仿真實(shí)驗(yàn)則起到了較好的替代或補(bǔ)充。

（4）有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)造性。對于仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可自行組織、自由操作和調(diào)試，有助于學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想；同時(shí)這種自主探索的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

二、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

1.過于依賴仿真實(shí)驗(yàn)

目前，由于師資力量有限、教學(xué)經(jīng)費(fèi)缺乏等原因，為了完成教學(xué)大綱所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)，仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成為首選。正是基于仿真實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性、快捷性、安全性等優(yōu)點(diǎn)，部分高校將其作為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)、防止實(shí)驗(yàn)儀器耗損、節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品及耗材費(fèi)用的“法寶”。對于新建地方本科院校，為了緩解硬件資源的不足，仿真實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的比重更為突出。

然而過于依賴仿真實(shí)驗(yàn)，會(huì)削弱學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器、藥品的認(rèn)知程度，減弱學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器操作的熟練程度，降低學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。[4]

2.仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立

從環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來看，仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)幾乎都是獨(dú)立進(jìn)行的，很少將仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)聯(lián)合起來作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行開設(shè)，從而無法發(fā)揮仿真實(shí)驗(yàn)“預(yù)演”的優(yōu)勢。究其原因，一方面是由于沒有充分認(rèn)識(shí)到聯(lián)合開設(shè)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，認(rèn)為沒有必要；另一方面是由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)偏少，無法同時(shí)開設(shè)實(shí)驗(yàn)。

3.學(xué)生重視程度不夠

仿真實(shí)驗(yàn)幾乎都是計(jì)算機(jī)設(shè)定程序下的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，通過簡單的鼠標(biāo)點(diǎn)擊或鍵盤輸入即可完成，學(xué)生無論操作好壞對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大。其結(jié)果是很多學(xué)生對仿真實(shí)驗(yàn)不重視，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過程簡單，隨便操作一下便可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)分析也是一知半解，并未主動(dòng)分析思考問題，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果較差。

4.仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)意識(shí)淡薄

當(dāng)前，仿真實(shí)驗(yàn)很多只是作為緩解學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備壓力、滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)數(shù)的要求，而未真正思考仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢所在。學(xué)生只是在教師的要求下進(jìn)行某項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)，尚未形成仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)意識(shí)，如課前利用仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、課后利用仿真實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化理解相關(guān)知識(shí)、真實(shí)實(shí)驗(yàn)開展前利用仿真實(shí)驗(yàn)提前熟悉實(shí)驗(yàn)過程等。

另外，仿真實(shí)驗(yàn)軟件一般安裝在計(jì)算機(jī)上，只在實(shí)驗(yàn)課上開放，平時(shí)學(xué)生無法接觸，這可能是學(xué)生無法充分利用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的原因；同時(shí)，從某種程度上說這也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的浪費(fèi)。

三、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)對措施

1.加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合

雖然仿真實(shí)驗(yàn)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是與真實(shí)實(shí)驗(yàn)還存在一定的差距，若過于依賴仿真實(shí)驗(yàn)，則不利于學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。[5]因此，仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，其不應(yīng)成為專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，而應(yīng)作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充和延伸。

仿真實(shí)驗(yàn)可為真實(shí)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，利用仿真實(shí)驗(yàn)為真實(shí)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐課作好“預(yù)演”，可以使學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)過程、掌握實(shí)驗(yàn)操作步驟，從而提前發(fā)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程中可能遇到的問題，減少實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤，提高實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。同時(shí)，通過仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)演和真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，不僅有利于強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)，改進(jìn)學(xué)生的思維模式；還有利于學(xué)生樹立全局觀念，預(yù)先對真實(shí)實(shí)驗(yàn)形成整體認(rèn)識(shí)。[6]例如，學(xué)生要進(jìn)行城市污水處理廠的實(shí)習(xí)，可以提前使用“污水處理實(shí)習(xí)仿真”進(jìn)行預(yù)參觀，使學(xué)生全面了解污水處理廠的工藝原理、工藝流程、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)、操作規(guī)程、安全事項(xiàng)等，從而形成一個(gè)整體認(rèn)識(shí)；在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，可以加深學(xué)生對專業(yè)內(nèi)容的理解和掌握，達(dá)到滿意的實(shí)習(xí)效果。

2.改進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)軟件

為了提高學(xué)生對仿真實(shí)驗(yàn)的興趣和重視程度，應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有仿真實(shí)驗(yàn)軟件，增加一些設(shè)計(jì)性操作或考查試題。例如，每個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置不直接給出，而只是提供各模擬組件或單元，要求學(xué)生自己操作組裝，這樣有利于加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)的了解，也可增加實(shí)驗(yàn)的趣味性。再如，可在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等之后設(shè)置若干考查試題，要求學(xué)生正確回答后才能進(jìn)行下一步操作，從而促使學(xué)生深入理解、認(rèn)真對待仿真實(shí)驗(yàn)。

3.建立仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開放式實(shí)驗(yàn)室

通過仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開放式實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在教師規(guī)定的期限內(nèi)隨時(shí)進(jìn)入，自行在線完成指定的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可根據(jù)自己的興趣開展其他仿真實(shí)驗(yàn)，這不僅有效解決了實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少的問題，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容在時(shí)間和空間上得到延伸。[7]

另外，仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開放式實(shí)驗(yàn)室的建立將為學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)提供先決條件，也可顯著提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用率。

4.提高學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)意識(shí)

教師應(yīng)積極引導(dǎo)并鼓勵(lì)學(xué)生課外多利用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，不僅可作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)開展前的預(yù)實(shí)驗(yàn)，也可作為相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。另外，要鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自行開展相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)造意識(shí)，形成仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)之風(fēng)。

四、結(jié)語

環(huán)境工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有至關(guān)重要的作用。對于地方本科院校來說，仿真實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)有效緩解了硬件資源的不足，顯著提高了環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，但同時(shí)應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，它只是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充和延伸。因此，在環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)調(diào)節(jié)好仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，注重二者的相互結(jié)合，最大限度地發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高。

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（責(zé)任編輯：孫晴）