給排水科學與工程專業實驗教學改革與實踐＊

康孟新，王德弘，王偉卓，那春紅

（東北電力大學，吉林 長春132012）

針對新形勢下，經濟社會的發展對人才多元化的需求，為增加中國的國際核心競爭力，培養應用型創新人才成為給排水科學與工程專業的大勢所趨。但在給排水科學與工程專業的人才培養中卻存在不少弊端，比如理論教學與實踐教學脫節、實習困難且效果差、實驗教學作用有限、教師隊伍能力有待加強、師生之間為單向輸出被動接受等。在今年召開的兩會上，“水污染防治”“農村污水”等關鍵詞寫入多省市的政府工作報告中，為給排水科學與工程專業的人才培養提供了廣闊的就業環境，同時對行業技術人員的工程能力和實踐創新等提出了更高的要求。高校作為重要的人才培養基地也面臨著教學體系和培養模式的改革，以適應國內外發展的需求。給排水科學與工程專業的實驗教學環節有利于提升學生的動手操作能力和學習研究能力，是培養應用型創新人才的重要途徑[1]。傳統的實驗模式由于理論教學與實踐教學脫節、實驗內容固化、教學成果評估不合理等原因，實驗教學作用發揮有限，制約了給排水科學與工程專業教學優化改革的步伐[2]。

1 現狀分析

1.1 對實驗教學的重視度不足

首先，實驗教學體系中存在實驗課程學時占比較低、實驗室設備有限，分組實驗時每名學生實際實驗時間更少的問題。就東北電力大學給排水科學與工程專業而言，水質工程學總學時為104 學時，其中實驗學時16 學時，占總學時比例為15%，實驗成績占總成績10%。這很容易給學生造成實驗課不重要的假象，內心不重視實驗教學。其次，根據《高等學校給排水科學與工程本科指導性專業規范》要求，國內高校給排水科學與工程專業開設的實驗課內容基本相似，這就導致學生的實驗報告很容易通過網絡等資源抄襲，上課期間學習主動性不高。最后，目前高校教學班一般為40 人左右，由于實驗室面積限制、實驗教學設備數量不夠和實驗教學學時不足，很難做到一人一組實驗，通常為兩三人一組，同開15～20 組實驗。這就導致學生做實驗時的動手機會減少為原來的1/2 或1/3，同時加上學生自身的惰性和依賴性，很容易出現小組中僅有若干名同學進行實驗操作，而其余同學則作壁上觀。

1.2 實驗教學內容結構不合理

給排水科學與工程專業所開實驗中傳統驗證性實驗多，綜合創新性實驗較少，就東北電力大學而言，一共開展了26 個專業實驗教學項目，其中驗證性實驗約占54%、設計性實驗約占26%，綜合性實驗約占12%，創新性實驗約占8%。目前的實驗教學體系，跟不上時代科學技術的發展和人才培養目標，缺乏對學生綜合能力實踐訓練的內容，不能夠凸顯學生的能動性，無法滿足社會對創新型人才的需求。例如，在實驗課前，教師準備好試樣，教師演示操作實驗過程，然后學生依次觀察教師的實驗結果，分析實驗現象并撰寫實驗報告。這樣的教學體系無法鍛煉學生的自主創新和鉆研能力[3]。

1.3 考核形式單一

學校衡量和考核學生的基本就是分數，所以上課前學生首先問的是分數比例和怎么考試。通常的考核主要依據學生出勤、實驗操作和實驗報告，尤其是實驗報告占比較高，可占最終分數的50%以上。學生只需按照實驗指導書抄寫實驗報告，而學生原創的實驗數據處理和思考題多為數據和實驗結果的平鋪直敘，缺乏理論分析深度，尤其是開放性的思考題，學生之間抄襲嚴重，答案重復率高，缺乏對問題的討論和質疑。因此用學生出勤、實驗操作和實驗報告加權的成績來評價學生學習程度并不科學合理。由于大環境的影響，學生學習的功利性特別明顯，拿高分，提高績點，申請獎學金或保研等，導致學生認為實驗教學環節占據時間長，分值不高，即所謂的性價比低。學生來實驗室之后需要簽到，作為考勤的主要依據，但有學生簽到之后，在做實驗的過程中離開實驗室，去學習所謂高性價比的課程。考核形式的單一，往往導致學生敷衍了事，忘記了實驗教學原有的出發點——提供學生理論聯系實際的機會，提升學生的動手操作能力和學習研究能力。

1.4 教學模式固化，缺乏主動性

給排水科學與工程專業實驗課堂的教學模式是教師用15 min 左右簡單介紹實驗原理，演示操作實驗之后開始讓同學們分組實驗，教學方式以“填鴨式”為主，師生之間的互動交流很少，即便有互動也僅限于教師提問和學生回答，此種教學模式無法鍛煉學生的自主創新和鉆研精神，實驗教學方式過于書本化和理論化[4]。

2 主要改革措施

2.1 提升實驗教學地位及重要性

首先高校要以培養實踐性創新人才為目標，以社會人才需求為導向，調整專業培養計劃方案，并適當增加實驗學時量和增加實驗成績在總成績中的占比，提高學生對實驗教學的重視程度。同時采取小組合作模式，由各小組長負責分配組員任務，激發學生的自主探索興趣和組員間相互配合的高效合作精神，同時以小組為單位，提前布置學習任務，課堂上通過討論、驗證和匯報等方式活躍課堂氣氛，為學生答疑解惑，培養和提升學生的學習主動性。同時通過學生小組間的分工協作互相交流學習，實現優勢互補，喚醒學生的主體意識，培養學生創新意識和實踐能力。

2.2 模塊化管理

將實驗教學體系分為專業基礎實驗教學模塊、專業實驗教學模塊和創新實驗模塊，根據每個模塊的培養要求和《專業規范》，設置不同實驗教學項目，同時增設綜合性和創新性實驗教學項目，優化創新實驗的開展形式，突出對學生實踐能力和創新能力的培養。可將創新實驗模塊與教師科研相結合，有效利用科研資源，使學生參與到教師科研項目中，將所學專業知識應用到實際科研問題解決中，調動學習積極性。在開展實驗教學的過程中，要讓學生了解該實驗所蘊含的廣泛而深遠的社會、環境和經濟意義。例如在學習“納氏比色法測水中氨氮含量”實驗時，除了要學生了解實驗背景和目的外，還可以適當增加相關的水環境污染重大事件，如太湖藍藻事件和洱海富營養化問題，提升學生對專業的認同感和社會責任感[5]。

2.3 “全過程”考核

對實驗教學效果進行“全過程”考核，改進的考核內容應該包括課題預習、操作技能、動手能力、解決問題能力、實驗態度、實驗結果和分析報告，側重對學生整個實驗過程的評價。首先重視實驗預習效果檢查，拒絕未預習實驗的同學進行實驗操作，在實驗課堂上以多種形式檢查學生的實驗預習效果，如隨堂提問實驗原理和實驗步驟要點，根據學生領取實驗器皿和藥品的正確性檢驗前期實驗準備是否充分。其次加大實驗過程考核的比例，觀察學生實驗操作步驟的準確性，并給出相應的評價。最后實驗結束時，利用“雨課堂”之類的教育軟件，隨機下發思考題，進行隨堂測驗，并要求在規定的時間內提交答案，一方面考察學生對實驗過程的理解和掌握程度，另一方面可以杜絕學生之間的抄襲問題。

2.4 建立線上實驗教學體系

建立完善的線上實驗教學體系，各實驗項目在進行之前先進行線上實驗項目預習教學，或提前錄制實驗操作短視頻，通過微信、QQ、學習通、雨課堂等媒體手段發送給學生，隨后進行小試卷測評，完成學習打卡和測評合格方可進入實驗室進行實際操作，如有不合格則返回重新打卡學習和進行小試卷測評，直到合格為止，學習打卡和小試卷測評可代替預習報告，納入平時考核評分中[6]。通過完善的線上實驗教學體系，可以讓學生提前了解實驗要點，主動查閱有關資料，減少具體操作中可能出現的失誤，避免出現“一問三不知”的冷場，促進師生之間的溝通和互動，提高了學生的實驗操作參與度，提升實驗教學質量。

3 改革成果

對“水處理實驗技術”這門課程進行結構優化調整和內容更新，增加綜合性和設計性實驗教學內容，以下以增加的實驗項目“校園水環境監測”為例說明。學生分為若干小組，每組成員需明確各自任務分工，以小組為單位完成實驗設計、取樣、水質檢測、數據處理和整理報告等步驟，具體內容如表1 所示。

表1 “校園水環境監測”步驟及內容

將一個教學班36 人分為4 組，每組學生9 名，由小組長按照實驗內容進行任務分工，以校園內的景觀湖為研究對象。首先各小組通過實地探查地形，根據水樣采集的要求與規定，確定合理的取樣點、取樣深度、取樣方法和取樣量，同時記錄當時天氣狀況和周邊環境情況。水樣采集后，迅速送到實驗室，盡快測定，若當天無法完成測定，根據水質分析標準方法，進行適當水樣保存。如測定水中的重金屬含量，需要用硝酸酸化至pH 小于2，在4 ℃下進行冷藏。如果評價水體的富營養化水平，可采用綜合營養指數法，評價水體中重金屬污染水平可采用綜合評價法和登記模型法。最后，小組形成一份不少于3 000 字的校園水環境監測報告。通過對實驗過程的全過程管理，發現學生的學習積極性得到大大提高，實驗態度端正，能夠主動對所學知識進行擴充，充分利用學校圖書館資源，進行文獻搜索，且主動與實驗教師/任課教師進行交流和溝通，確定實驗方案以及評估實驗方案的可行性。經過課前線上學習和課堂儀器教學演示，如采用原子吸收分光光度法測重金屬，采用紫外及可見分光光度法測氮磷含量，學生儀器操作能力得到了鍛煉和強化，充分提升了學生自主學習能力，同時通過小組分工協作，組員的團隊意識有了明顯提升。

4 結語

在國際競爭日趨激烈的時代，培養應用型創新人才是增加中國國際核心競爭力的重要保障，本文以東北電力大學給排水科學與工程專業為例，指出了現階段中國高等學校在實驗教學方面存在的問題與不足，并提出了相應的改進措施，形成突出以人才需求為導向，以培養學生實踐能力和創新意識為目的，以學生為主體、教師輔助的實驗教學模式，以激發學生的能動意識，培養學生良好的團隊意識和嚴謹的科研態度，提高實踐動手能力。