環境工程專業模型嵌入式實驗教學改革與實踐

王書敏,鄭士遠,于洪衛,徐 強,唐 英,宋 力,關 偉,范 亮

(1.重慶文理學院重慶市環境材料與修復技術重點實驗室,重慶 402160;2.重慶文理學院公共管理學院,重慶 402160;3.重慶師范大學教育科學學院,重慶 401331)

環境工程專業模型嵌入式實驗教學改革與實踐

王書敏1,鄭士遠1,于洪衛2,徐 強1,唐 英1,宋 力1,關 偉1,范 亮3

(1.重慶文理學院重慶市環境材料與修復技術重點實驗室,重慶 402160;2.重慶文理學院公共管理學院,重慶 402160;3.重慶師范大學教育科學學院,重慶 401331)

為保障新建本科院校高級應用型人才的培養質量,針對環境工程實驗教學中普遍存在的問題,構建了模型嵌入式實驗教學體系。以重慶文理學院環境工程專業為例,介紹了模型嵌入式實驗教學體系的特點和運行過程,提出并實施了該教學體系的幾點保障措施,取得了一定的實踐教學成效。

環境工程專業;實驗教學;模型嵌入

2013年,《地方本科院校轉型發展實踐與政策研究報告》指出:新建本科院校普遍存在“學科專業無特色,與地方產業結構脫節”、“學校的培養方案過于強調理論體系的系統和完整,實訓、生產實習等集中大學時的工程實踐類教學環節的比例明顯不足,且由于條件所限不能落到實處”等問題。作為新建本科院校,人才培養要求學生不僅要掌握必要的專業理論知識,更重要的是要具備較強的實踐能力和現場探索解決工程實際問題的能力。近年來,在環境專業實驗教學中,圍繞如何培養學生的實踐能力、分析和解決實際問題的能力展開了廣泛的研究與探索[1-3]。盡管針對環境工程專業實驗教學已進行了不少改革嘗試,但這些研究更多是教師意志為主、學生參與為輔的教學方式改革,缺乏發揮學生主觀能動性、教師積極引導/輔導的模型嵌入式教學方法改革。

模型嵌入式是指在一定的教學思想或教學理論的指導下,在豐富的實踐教學經驗的基礎上,為達到一定的教學目的和完成預定的教學任務,通過概念預置、實物限定、目標約束等手段,將以學生自主發揮為主、教師引導/輔導為輔構建的實驗項目模型融入實踐教學序列并付諸實現的教學方式。論文圍繞如何有效扎實地提高應用型人才的培養質量,把模型嵌入的理念與思路引入環境專業實驗教學體系,基于模型嵌入概念構建了實驗教學體系,并進行了多年的實踐與完善。

1 目前環境工程專業實驗教學困境與難題

1.1 實驗項目設置靈活性不足

環境問題的產生、解決與科技發展密不可分,科學技術是不斷向前發展的,人們面臨的環境問題的產生、解決也是動態變化的,因此,實驗項目的設置應該與時俱進的,既能體現主流環境問題,又能涉及先進技術手段。然而,實驗項目的實際設置往往受制于已有條件,所開設的實驗項目往往是比較成熟的技術,這就使得實驗項目不能反映技術前沿動態,學生所掌握的技能和理論儲備往往滯后于市場需求[4]。

1.2 實驗項目設置的模型嵌入意識薄弱

目前該課程實驗項目的實施,不論是源頭設計,還是過程實施、終端質量控制,均是教師為主,一般都是教師和實驗員提前準備好,學生機械式完成實驗項目,在這個過程中,學生的主觀能動性被弱化。由于學生的認知水平及興趣愛好的個體差異,一刀切的實驗項目設置模式削弱了該課程的完成質量及設置初衷,把實驗項目做成以學生為主體、體現學生意志的模型形式融于實驗教學體系的意識目前還較薄弱。

2 模型嵌入式實驗教學改革思路

重慶文理學院升本之后隨即創建了“三標一體”教育質量管理模型,確立了“教育即服務,學生即顧客,質量即生命”的辦學思想以及“頂天立地”的戰略發展思路,明確提出高級應用型人才為學校的終極人才培養目標[5]。重慶市化學與環境實驗教學示范中心秉承重慶文理學院教學理念,并結合環境科學與工程的學科特點,確立了模型嵌入式實驗教學指導思想[6]。中心依托學校化學、環境的傳統學科優勢,以及環境材料與修復技術重慶市重點實驗室、重慶市水質監測中心、重慶市環境科學特色建設專業等平臺的軟硬件優勢,進一步深化實驗教學內容改革,強化野外實驗實訓基地建設,與不斷涌現的新環境問題、新檢測方法高度融合,不斷更新實驗教學內容,鍛煉學生分析實際問題、解決實際問題、理論聯系實際的能力,逐步在平臺融合的基礎上形成了模型嵌入式的實驗教學體系。

3 模型嵌入式實驗教學體系構建

中心著力培養能夠解決實際問題的高素質應用型人才,形成了循環式一體化二層次的模型嵌入式實驗教學體系,如圖1所示。

圖1 模型嵌入式實驗教學體系

二層次實驗教學模塊由基礎性實驗教學模塊和實戰性實驗教學模塊2部分組成。基礎性實驗教學模塊是實戰性實驗教學模塊的支撐和鋪墊,而實戰性實驗教學模塊則是基礎性實驗教學模塊的延伸和檢驗,2部分相輔相成,相互彌補和促進。

基礎性實驗教學模塊主要涉及環境工程領域的基礎知識,并實時添加新方法和新環境問題。該模塊的實驗教學由課堂模型講解、課外模型制作和實驗教學效果考核與評價3部分組成。課堂模型講解以教師主導為主,主要講解實驗要求、實驗目標、實驗條件等,例如,對于內容涉及新環境問題、新方法的實驗項目,主要通過講解實驗內容和實驗要求,對于成熟的基礎性實驗主要介紹實驗要求;課外模型制作環節占用實驗項目的主要部分,該環節的大部分時間是以學生為主導進行的課外實驗,在這個過程中,學生通過查閱資料自主完成實驗方案,與教師交流完善后完成實驗項目,并提交實驗報告、設計作品或設計模型實物展示;實驗教學效果考核與評價模塊是教師通過批閱實驗報告、與學生交流實驗過程、實驗過程加權考核等方式了解實驗教學效果,并不斷改進實驗教學設計。

實戰性實驗教學模塊主要涉及環境工程新技術、新裝備以及成熟技術工藝的實際應用,通過室外中試設備的設計、組裝等,使得實驗過程無限接近生產狀態。該模塊的實驗教學過程和基礎性實驗教學模塊相同,但實驗內容以室外實戰演練為主,大部分工藝設計、工藝組裝、工藝啟動和調試運行由學生自主完成。

經過基礎和實戰2個層次的系列實驗項目的訓練,培養學生理論聯系實際的能力,著力打造適應時代發展的高級應用型人才,并通過市場對人才培養質量的檢驗,不斷優化二層次實驗教學體系,實現人才培養質量與市場需求的無縫對接。

4 模型嵌入式實驗教學體系特點

4.1 以學生為主體,充分發揮學生主觀能動性

與以往對環境工程綜合實驗的改革研究不同,模型嵌入式實驗教學體系不是圍繞具體實驗項目的選擇著手,也不是在實驗過程中學生按部就班完成教師的部署,而是以學生全過程參與為核心。模型嵌入式實驗教學方式是將具體實驗項目演變成具體模型的形式提出,實驗項目的內容、要求等演變成模型的邊框,由教師講解完成,而學生是模型邊框內的能動主體,可以按照自身的設計、構想去完成實驗內容,教師起到引導、輔導的作用。在整個教學過程中,真正實現教學合一、師生合一,師生一起完成整個實驗項目,既充分調動了學生的學習積極性,發揮了學生的主觀能動性,也實現了理論、實踐教學二位一體的高度融合和教學效果的極大升華[7]。

4.2 教學內容緊扣實踐需求,與時俱進

以往在環境工程綜合實驗的改革中,實驗項目一旦設定,很長一段時間內不會變動,一些新技術、新需求在該課程中得不到體現,而模型嵌入式實驗教學體系將實驗項目的設置與生產實踐緊密對接,實驗項目能夠反映環境工程領域的新動態、新成果,實驗項目的選擇處于生產需求、教學需求兩者之間的動態平衡點上,真正發揮了該課程展示行業大舞臺的窗口作用。

4.3 教學體系動態開放,不斷優化

整個教學體系不是封閉不變的,而是遵循否定之否定規律螺旋進步的。首先,市場需求是整個教學體系不斷改進的驅動力。隨著經濟的不斷發展和科技的飛速進步,市場對人才的要求也不斷變化,二層次實驗教學體系根據市場反饋的信息及時調整實驗教學內容,使得人才培養質量與市場需求高度接軌。其次,實驗教學項目開放性的設置特點,能夠及時吸納新技術、新方法、新觀點,不斷融入典型工程案例,持續更新實驗內容,既能保證實驗項目的實用性,又能確保實驗內容的先進性,使實驗教學內容與時俱進,有的放矢[8-9]。

5 模型嵌入式實驗教學體系運行保障措施

5.1 強化實驗教學過程管理

近年來,隨著我校高級應用型本科院校辦學思想的定位,實驗教學地位也日益提升,與此同時,配套的管理措施也應運而生,尤其是對實驗教學過程的監控,包括實驗過程記錄制度、隨機聽課制度等。學校編制了實驗過程記錄本,要求教師必須預做實驗,并詳細記錄預做實驗過程;同時,上課過程中,要求教師詳細記錄實驗教學過程,包括學生的認知情況、設備運行情況、教學效果及改進意見等。學校建立了實驗教學管理系統,實現了實驗教學過程的網絡在線管理,并要求高職稱教師、教學管理人員必須根據實驗課程的網絡信息隨機深入實驗教學一線聽課,及時了解教學過程中的不足,強化了對實驗教學過程的質量把控。通過這些實驗過程管理制度的實施,保障了學生課外制作模型過程、教師評價學生作品過程等環節的教學質量[10]。

5.2 加強實驗室硬件投入,保障實驗條件

學校通過自建、聯建等手段不斷增加環境工程實驗教學場地,經過幾年的建設,教學中心已建成環境科學與工程實驗室4 000余m2,以及300余m2的室外實驗教學基地,同時,還與重慶市水質監測中心(永川分中心)聯合共建了環境科學與工程實踐教學基地,大大豐富了環境科學與工程實驗教學的內容,提升了實驗教學質量,滿足了場地需求。近幾年來,我校通過日元貸款、中央與地方共建等建設項目的實施,加大了對環境工程實驗教學的儀器設備投入,資產總值已累計達到1 000余萬元,保障了模型嵌入式實驗教學對儀器臺套和品目的數量需求。同時,我中心鼓勵師生根據各專業特點自制實驗教學設備,在長期對外服務和教學實踐的基礎上,充分發揮廣大師生的創造力,自制了階梯式脫氮除磷反應器、淺層水高效充氧設備、內循環土壤重金屬洗脫裝置以及一系列箱體反應器等,進一步充實了實驗設備儲備。

5.3 加強實驗教學教師隊伍建設

建設一支穩定的高素質實驗教學隊伍是保障模型嵌入式實驗教學的基礎和前提。學校高度重視實驗教學師資隊伍的建設,建立了專職與兼職相結合的用人模式,通過引進、培養、聘任等方式不斷充實一線實驗教學隊伍。通過雙向選擇的方式,大力聘任/引進生產企業中實踐經驗豐富的高職稱人員;制訂鼓勵政策,引導有豐富實踐經驗的教師深入一線實驗教學;鼓勵偏重科學研究的高職稱教師將科研成果轉化成實驗教學項目,積極參與實驗教學研究;制定實驗室協管員制度,鼓勵高年級本科生參與實驗室協管工作,協助實驗員完成實驗準備、儀器維護等工作,既補充了實驗隊伍,又提高了學生的實驗動手能力。在保證實驗教學師資隊伍規模的同時,嚴格把控指導教師執教水平,對于新進教師,先觀摩培養,考核合格后才能站講臺授課,而對于高職稱教師,則規定必須承擔一定量的實驗教學任務[11]。

5.4 加強實驗教材及實驗項目庫建設

適合學校特點的優質教材是模型嵌入式教學方式的重要支撐。近年來,我中心已組織教師編寫并出版教材3部,自編實驗講義多部,正在使用的自編講義有“環境工程實訓講義”、“環境科學與工程綜合實驗講義”、“固體廢物處置與資源化實驗講義”、“水污染控制工程實驗講義”等,同時,為保證實驗講義質量,教研室每學年都要組織討論優化實驗講義內容。

實驗項目庫開放是保障實驗教學質量的另一個重要措施。模型每4年循環一次,教學大綱每4年由教研室組織牽頭討論修改一次,為保證實驗項目不斷更新的同時,經典的成熟實驗項目也得以保留,有力保證了實驗教學內容的最佳。學校組織建立了實驗教學網絡平臺,實驗項目可從教學網絡上在線查看。

6 結束語

通過幾年的探索和努力,在我校進行的模型嵌入式實驗教學取得了一定成效。一方面,模型嵌入式實驗教學方法調動了學生上實驗課的積極性,培養了學生的專業興趣,增強了實驗過程中學生的主人翁意識,扭轉了以往學生被動做實驗的局面,受到了廣大學生的歡迎和支持;另一方面,模型嵌入式實驗教學體系的開放式特點,通過實驗項目的持續更新和不斷完善,使實驗內容與市場需求、生產實際高度接近,提高了我校高級應用型人才的培養質量,為學生將來就業打下了堅實的基礎。

References)

[1]劉艷,魏洽.環境工程專業綜合性設計性實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理,2007,24(11):131-133.

[2]游少鴻,王敦球,朱義年.以典型案例為紐帶構建一體化環境工程專業課程的研究與實踐[J].當代教育理論與實踐,2012,4(11): 74-76.

[3]黃曉菊,劉春梅.環境工程專業綜合實驗改革與實踐[J].教育改革, 2012(7):18-19

[4]崔芳.環境工程專業創新實驗教學體系改革[J].實驗技術與管理, 2011,28(2):139-144.

[5]鐘代軍.“三標一體”教育質量管理模型下的實驗教學中心管理模式探究:以重慶文理學院傳媒實驗教學中心為例[J].重慶文理學院學報:自然科學版,2008,27(1):89-92.

[6]徐強,孟江平,宋仲容,等.應用型本科院校化學專業實驗課程體系改革與實踐研究[J].重慶文理學院學報:自然科學版,2011,30(2): 90-93.

[7]陳雪梅.以學生自主學習為主的實驗教學模式實踐與思考[J].實驗技術與管理,2014,31(6):197-199.

[8]陳貞干,周詩彪,劉北平,等.層次遞進的基礎化學實驗教學體系之構建[J].實驗室研究與探索,2011,30(8):150-152.

[9]彭素芬,尹華,甘煥英,等.環境科學與工程專業的三段式實驗教學[J].實驗技術與管理,2011,28(5):167-169.

[10]朱玉華,楊正宏,顧偉宏,等.建立系統的實驗教學管理模式[J].實驗室研究與探索,2008,27(5):14-16.

[11]孫健,陸國棟.高校實驗教學隊伍建設的思考與探索[J].實驗室研究與探索,2008,27(10):92-95.

Reform and practice of experimental teaching embedded model for Environmental Engineering specialty

Wang Shumin1,Zheng Shiyuan1,Yu Hongwei2,Xu Qiang1, Tang Ying1,Song Li1,Guan Wei1,Fan Liang3
(1.Key Laboratory of Water Environmental Restoration,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China;2.College of public administration,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China;3.College of Educational Sciences,Chongqing Normal University,Chongqing 401331,China)

In order to guarantee the training quality of advanced applied talents in the new colleges,a novel experimental teaching system embedded model is built aiming at the shortage of current experiment teaching system of Environmental Engineering specialty.Taking Environmental Engineering specialty of Chongqing University of Arts and Sciences as a study case,the characteristic and running process of experimental teaching system embedded model are explained,and several safeguards are proposed and implemented.In the practice, the effectiveness is also obtained.

environmental engineering specialty;experimental teaching;model embedded

G642.0

B

1002-4956(2015)4-0200-04

2014-09-07修改日期：2014-10-29

教育部基金項目(12YJA710088);重慶文理學院教改課題(130213)

王書敏(1980—),男,山東泰安,博士,副教授,重慶市化學與環境實驗教學示范中心副主任,主要從事實驗教學及實驗室管理工作

范亮(1981—),女,四川瀘縣,碩士,助理研究員,主要從事教育學研究.

E-mail:wangshumin5103＠sina.com