地方高校環境工程專業實驗教學的改革與實踐

張志軍++馮俊生++劉亮++韓學超

【摘要】針對當前地方高校環境工程實驗教學存在的問題，為提高環境工程實驗教學質量，主要從大型演示實驗、專業綜合創新實驗、自選實驗和開放性實驗室等三個方面進行實驗教學改革，對實際效果和存在的相關問題進行了探討，提出了地方高校環境工程專業實驗教學的改進方法和完善措施。

【關鍵詞】環境工程 實驗教學 綜合素質

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0010-02

The Reform and Practice of Experimental Teaching for Environmental Engineering Majority of Local University

Zhang Zhijun，Hong Junsheng，Liu Liang ，Han Xuechao.

（Enviroment and Safty Engineering School， Changzhou University， Changzhou 213164，Jiangsu china ）

【Abstract】Aiming at problems of environmental engineering experimental teaching of local university，and to improve the its quality， the teaching reform was carried out that includes： large-scale demonstration experiments、professional innovation experiments、optional experiments and opening laboratory. Relative problems and results were discussed， and the improvement measure was put out.

【Keywosrds】Environmental engineering；Experimental teaching；Comprehensive quality

如何在教學中實施素質教育一直是我國高等教育改革的一個重要議題[1]。環境工程是一門實踐性很強的專業[2]。由于環境治理問題的日益復雜化和迫切性，新的環境問題不斷涌現，因此具備一定的分析和解決實際問題的能力則日愈成為衡量環境工程專業人才素質的重要方面，這對高校環境工程專業人才培養的目標提出了更高的要求[3]。

實踐性教學環節是提高學生實際能力和綜合素質的重要環節，對于大多數地方性高校而言，由于一貫的自身定位和教育投入的相對不高，在提高實踐性教學效果方面往往面臨著較大的困難。

實驗教學是實踐性教學環節的重要組成部分，具有理論結合實踐并具有形象性和生動化的特點[4]。環境工程專業實驗是環境工程專業本科生的必修課程，其目標是培養學生環境工程專業實驗技能和提高專業綜合素質。

常州大學環境工程專業實驗室結合近年環境工程專業新形勢，以提高學生實際操作能力和鍛煉學生創新能力為導向，結合地方工業產業特征，進行了一系列環境工程專業創新實驗教學改革與實踐，過程中獲得了一定的效果和經驗。

一、現有實驗教學問題的分析

1.部分實驗內容陳舊

相對而言，環境工程專業是發展非常迅速，技術更新非常快的一個專業，這使得實驗內容及時更新較為困難。比如污水中COD的測定，近年來在實際工作中，人們多采用COD快速消解方法和快速測定儀器進行測定。但是由于快速測定方法儀器投入較大，實驗教學中大多依然采用傳統化學回流法。再如，由于環境保護領域環保標準不斷更新，使現有實驗教學中常用的儀器設備達不到一些指標的測定準確度和精度要求情況。例如，電鍍廢水排放標準GB21900-2008頒布后，電鍍廢水處理后的重金屬（Cu、Cr等）含量必須依靠AAS、AES等儀器，但是實驗教學中大多依然沿用化學分析方法。類似不足，造成學生缺乏積極性，難以適應當前人才培養的需要[5]。

2.實驗項目配置的不合理

以常州大學環境工程專業實驗室為例，存在的問題是：實驗設置之初，往往選擇單臺設備投入較少，容易規模化開設的實驗，通常容易導致基礎性內容偏多，而一些重點性內容難以兼顧；其次是實驗教學內容中演示性和驗證性的實驗偏多。例如常州大學的固體廢棄物處理與處置實驗室8個學時的實驗共開設了工業廢棄物磁選、粉煤灰中炭的浮選及城市生活垃圾的破碎和分選均為演示或驗證性實驗，學生幾乎沒有實際操作機會；另外該課程中的重難點內容——工業固廢的資源化，如有機廢棄物的熱解回收輕質油等，由于實驗設計和操作較難且費時較長等原因未能開設。類似問題在水污染控制、大氣污染控制等環境工程主干課程的實驗設置同樣存在。

實驗教學必須在一定的教學目標下，合理配置實驗項目，讓學生有一定自我發揮空間，調動學生的實驗能動性，才能在掌握基本實驗技能的同時，提高綜合素質[6]。

二、實驗教學改革

根據現有實驗項目設置情況，常州大學環境工程專業實驗確定首先基本保留現有實驗項目，以培養和鍛煉基本專業實驗技能，但適當壓縮實驗學時（實際操作中壓縮為原來學時數的3/5）；同時開設綜合創新實驗課程，并增設自選實驗和開放性實驗室。

1.大型演示性實驗

由于各主干課程實驗室普遍存在演示性和驗證性實驗占用學時數較多的問題，選擇部分耗時太長的實驗，通過增加大型演示性實驗環節，采用大屏幕投影的方式演示給學生看。以縮短這兩類實驗的學時數，同時保證了實驗效果。如微生物的生長活性監控實驗，可以預先能過生物顯微鏡拍攝照片和視頻然后進行剪輯，再用大屏幕投影的方式給學生演示，使學生能夠直觀地看到在活性污泥培養過程中微生物的形貌和數量的變化情況。另外，固體廢棄物的堆肥處理和煙氣除塵等實驗項目均采用這種方式對學生進行演示。在壓縮實驗學時的同時并沒有降低實驗教學效果，學生普遍反映良好。

此外，鑒于目前環境工程專業工藝方法繁多、流程較復雜的特點，常州大學建立了環境工程實驗中心建立大型環保工藝演示中心，選擇典型工藝流程，按一定比例，采用亞克力和PVC等替代材料建立相應工藝流程。如典型污水處理廠工藝流程A2O工藝（格柵-初沉池-厭氧池-缺氧池-好氧池-二沉池）、煤矸石資源化工藝、煙氣脫硫脫硝工藝等。該演示中心非常有助于學生直觀、透徹地理解環境工程專業典型工藝流程。

2.開設專業綜合創新實驗課程

環境工程是實踐性很強的專業，在培養學生基本實驗技能的基礎上，通過實驗課程鍛煉學生的綜合創新能力是實驗課程的重要目的[7]。常州大學環境工程專業從2012開始新增16學時的專業綜合創新實驗課程，實驗類型為綜合性或設計性實驗，時間放在環境工程專業大四的第一學期。

結合常州本地工業結構特點：化工、印染業發達。這兩類工業廢水處理難題較多，同時處理后的污泥較難處理，確定了三個實驗項目，分別是“微電解——Fenton——混凝法處理高濃度有機化工廢水”、“TiO2光催化劑的制備及處理印染廢水”、“剩余污泥制備活性碳吸附材料”。

為配合學生更好地完成實驗內容，在學生的認識實習和生產實習階段，專門選擇化工工業園區、印染工業園區作為實習基地。通過實習讓學生了解和掌握相關化工和印染廢水的普通處理工藝，為后續的綜合創新實驗的開展打下了基礎。實驗過程學生以自行設計和動手操作為主，學生可以采用教師給出的實驗方案，也可以對實驗流程作適當改動。以“TiO2光催化劑的制備及處理印染廢水”實驗為例，學生可以制備實驗要求單一TiO2光催化劑，也可以制備TiO2—活性炭復合光催化材料，再進行印染廢水處理的條件實驗。整個實驗過程除了使學生熟悉TiO2的光催化基本實驗原理和實驗技能，同時開拓了學生的思維和設計能力。另外相關實驗指標測定儀器，如COD快速測定儀器數量不足的問題，則通過學生分組，如分成三組交替進行得到解決。

專業綜合創新實驗使本專業的學生實驗基本技能和創新思維兩方面都得到了鍛練，學生的實驗動手積極性明顯提高。由于專業綜合創新實驗內容與實際聯系較緊密，不少畢業工作后的學生反映，有些實驗方法可以直接應用到實際工作中，受到工作單位的肯定。

3.自選實驗和開放性實驗室

由于實驗經費所限，部分專業實驗設備數量較少，無法做到人人動手操作。為了彌補這一不足，并充分利用現有資源，常州大學環境工程專業將一部分實驗設為自選內容，共設立了四個實驗：污染物的可生物降解性測定、SBR 法間歇式活性污泥系統處理廢水、電解法處理工業廢水實驗、聚丙烯酸-聚偏氟乙烯樹脂吸附銅離子。由學生根據自己的興趣選做1-2個實驗，實驗時間定在每周一、三、五的下午第8-9節課，計入學分。這幾個實驗的可研究性較強，例如聚丙烯酸-聚偏氟乙烯樹脂吸附銅離子，該實驗首先要制備聚丙烯酸-聚偏氟乙烯吸附樹脂，再利用樹脂對電鍍廢水中銅離子進行吸附實驗，要求學生計算出樹脂吸附量，并分析吸附pH 值、吸附時間等因素對銅離子吸附去除率的影響。實驗的廣度和深度均較大，以滿足學習興趣較濃厚學生需求。

另外由于實驗時間拉得較開，像AAS這種大型且數量少的實驗儀器，讓學生可以在實驗管理員的指導下得到操作的機會。

開放性實驗室的設立則主要是針對實驗時間很長的實驗項目。例如污泥的厭氧消化和廢水的生物處理的內容均時間限制而無法在實驗教學中開展。但這些環境工程專業的重要內容如果僅是通過理論講解往往不易理解透徹。而這個兩個實驗室“污泥厭氧消化實驗室”、“有機工業廢水生物處理實驗室”是常州大學環境工程專業的常州市重點實驗室。因此將這兩個相關實驗室設為開放性實驗室，讓學生在課余時間開展相關實驗項目，學生根據課表選定時間進行實驗，根據實驗指導教師給定的實驗方案觀察實驗現象，做好實驗記錄，最后撰寫實驗報告。由于開放實驗室有充足的實驗時間，因此給予學生更大的自由度，讓學生參與到實驗的準備和實驗結束后的整理工作中來。這兩項內容雖然不計入學生學分，但讓學生得到全面的鍛煉，自2012年以來，學生結合開放性實驗室資源已申請江蘇省學生創新性實驗課題11項，讓部分學有余力的學生有了充分的發揮空間。

三、實驗教學效果考核體系創新

一般來說，實驗成績判定通常是根據學生的實驗報告給出的，而實驗過程難以進行考核，造成對學生的考核不全面。因此必須要對實驗過程進行考核，一是實驗指導教師的觀察打分，另外設立環節要求學生分析實驗過程，解釋實驗中間環節的各種現象和原因，通過這樣的過程考核手段，相對全面地了解和評價學生實驗效果和能力，調動學生積極性，有利于實驗創新能力的培養。

但是這樣的考核方式，要求實驗指導教師能更多地參與，隨時考察學生實驗表現，而不僅僅是“管理員”的角色。這就要求平時注重實驗技術隊伍建設。鼓勵實驗指導教師多參與學院專業教師科研課題，多了解和掌握新的專業動態，不斷鞏固自身實驗技能，更新實驗思路，為培養具有扎實技能和創新能力學生提供更可靠的保障。

四、結束語

經過兩年的實驗教學改革后，我校環境工程實驗教學質量有明顯提高。從學生反饋的信息看，普遍認為目前的實驗課更有吸引力、非常鍛煉專業實驗技能，同時對環境工程專業的認識和理解程度也有所提高，獨立發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力和素質得到培養和鍛煉。

地方高校雖然資源配置相對不足，但同樣可以結合地方工業、社會特點有針對性設立實驗教學內容，靈活安排實驗教學方法加以彌補，充分利用現有資源，培養具有扎實實驗技能和綜合創新思維的環境工程專業本科人才，提高學生綜合素質，以適應時代發展的需求。

參考文獻：

[1]張曉健.轉變教育思想和觀念，推進環境工程系的教學改革[J].清華大學教育研究，2012，（1）：101-105.

[2]孟慶繁，逯家輝.探索性實驗是創新型人才培養的有效途徑[J].實驗室研究與探索，2004，23（1）：85-88.

[3]葉輝.微生物實驗教學改革與學生創新能力培養[J].實驗室研究與探索，2004，23（2）：58-65.

[4]曹杰，彭宜紅.醫學微生物實驗教學中開展自主性實驗的嘗試[J].實驗技術與管理，2004，21（1）：130-132.

[5]韓照祥，朱惠娟，韓桂泉.環境工程專業學生實踐能力培養方案設計[J].中國電力教育，2014，（2）：103-104.

[6]曾令初，孫連鵬，張再利.環境工程專業實驗教學改革的探索[J].實驗室研究與探索，2008，3（27）：89-92.

[7]劉恒明，劉靖，劉長發.環境工程專業實踐環節教學的改革與實踐[J].高等理科教育，2014，（1）：121-123.

*本文系常州大學教改課題（GJY13020049）

作者簡介： 張志軍（1973- ） ，男，江西新干人，博士，副教授，主要從事環境工程教學及科研工作。