《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》需求導(dǎo)向的教學(xué)改革*

王章鴻， 彭繼友， 楊 成， 劉杰剛， 邱 露， 顧閏堯， 劉 靜

(1 貴州民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2 貴州民族大學(xué)教師工作處，貴州 貴陽(yáng) 550025)

《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》是我校針對(duì)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)綜合性、專業(yè)性、實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，旨在引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識(shí)學(xué)以致用、融會(huì)貫通，培養(yǎng)其認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)、思考及動(dòng)手解決復(fù)雜、多元環(huán)境工程問(wèn)題的能力[1-3]。該課程是《大氣污染控制工程》、《水污染控制工程》、《固體廢棄物處理與處置工程》、《環(huán)境監(jiān)測(cè)》、《環(huán)境化學(xué)》等專業(yè)課程(包括理論課和實(shí)驗(yàn)課)的互補(bǔ)課程和綜合應(yīng)用課程，需要在完成以上課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)設(shè)。當(dāng)下的教學(xué)內(nèi)容主要是基于學(xué)院現(xiàn)有教學(xué)條件(尤其是儀器設(shè)備)和避開(kāi)其他專業(yè)課程已開(kāi)設(shè)的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置的，主要涉及三個(gè)大方向，即固體廢棄物資源化利用(包括垃圾分類、熱轉(zhuǎn)化制備碳材料及其應(yīng)用性能開(kāi)發(fā)、生物轉(zhuǎn)化利用等)、大氣污染監(jiān)測(cè)與處理(包括大氣中臭氧、顆粒物分布及二氧化硫等項(xiàng)目)及土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)研及重要指標(biāo)測(cè)定。希望通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)當(dāng)下所存在的環(huán)境工程問(wèn)題、對(duì)應(yīng)的解決方法、實(shí)際實(shí)施等有全面又針對(duì)的認(rèn)識(shí)，全面提高學(xué)生在認(rèn)識(shí)環(huán)境工程問(wèn)題、分析環(huán)境工程問(wèn)題和處理環(huán)境工程問(wèn)題等方面的綜合素質(zhì)。

1 當(dāng)前《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用《大氣污染控制工程》、《水污染控制工程》、《固體廢棄物處理與處置工程》、《環(huán)境監(jiān)測(cè)》、《環(huán)境化學(xué)》等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題能力的一門(mén)課程。該課程的學(xué)習(xí)情況直接影響到學(xué)生對(duì)復(fù)雜、多元環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)和解決方案提出的高度和深度，從而影響學(xué)生就業(yè)選擇的主導(dǎo)性及其在工作崗位實(shí)際解決環(huán)境問(wèn)題的專業(yè)性[4-6]。目前，該課程的總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，均為實(shí)驗(yàn)課。因所涉及的知識(shí)廣、領(lǐng)域?qū)捛覍I(yè)性強(qiáng)，要想利用有限的教學(xué)時(shí)間最大限度的提升學(xué)生應(yīng)對(duì)復(fù)雜、多元環(huán)境問(wèn)題的綜合能力存在諸多困難[7-8]。加之，本校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生主要來(lái)自于貴州省內(nèi)的地州市，有超過(guò)2/3的來(lái)自于少數(shù)民族地區(qū)，他們的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物等工具學(xué)科的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，導(dǎo)致其對(duì)于專業(yè)課程的掌握不甚透徹，進(jìn)一步增加提升《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)質(zhì)量的難度。

當(dāng)前《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題主要涉及如下四個(gè)方面：(1)教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容選擇上，機(jī)械、死板，僅定位作為其他先行專業(yè)課(如《環(huán)境監(jiān)測(cè)》、《水污染控制》、《大氣污染控制等》)的補(bǔ)充課程，未充分結(jié)合地區(qū)或社會(huì)實(shí)際需求，焦點(diǎn)模糊，導(dǎo)致課程實(shí)用性、趣味性等不強(qiáng)。(2)教學(xué)方法。承襲一貫的教學(xué)方法，硬碰硬，教師機(jī)械的教、學(xué)生機(jī)械的學(xué)，教師不了解學(xué)生問(wèn)題所在，學(xué)生從頭至尾似無(wú)頭蒼蠅一樣顛顛撞撞，沒(méi)有方向。(3)教學(xué)形式。教學(xué)形式太單一，實(shí)驗(yàn)課堂距離社會(huì)或行業(yè)太遠(yuǎn)，沒(méi)能讓學(xué)生真正感受到學(xué)以致用的樂(lè)趣，沒(méi)能讓學(xué)生在浩瀚的知識(shí)中抓住其需要主攻和掌握的主線。(4)考核方式。《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》的考核主要由實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)和期末的閉卷考試成績(jī)兩部分組成，分值比例分別為40%和60%。該考核方式對(duì)于要求動(dòng)手能力極強(qiáng)、以技能掌握情況為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)課程而言不夠全面、不夠準(zhǔn)確。

2 《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革內(nèi)容探討

針對(duì)以上《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，作者從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了針對(duì)性的改革：

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革：面向社會(huì)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向設(shè)置教學(xué)內(nèi)容

《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用，發(fā)現(xiàn)、分析和實(shí)際解決復(fù)雜、多元環(huán)境問(wèn)題的能力。因此在課題內(nèi)容的設(shè)置上，不應(yīng)該拘泥于相關(guān)的專業(yè)課程內(nèi)容或者方法，而應(yīng)基于當(dāng)下所面臨的嚴(yán)峻環(huán)境問(wèn)題及結(jié)合行業(yè)的實(shí)際需求，針對(duì)性的挑選一些代表性的熱點(diǎn)方向或者值得開(kāi)放性探索的方向，對(duì)學(xué)校現(xiàn)有資源進(jìn)行整合，包括硬件設(shè)施和相關(guān)領(lǐng)域科研人員等，經(jīng)過(guò)調(diào)研和論證后針對(duì)性的開(kāi)設(shè)一些和社會(huì)行業(yè)結(jié)合緊密的教學(xué)內(nèi)容。高校肩負(fù)著“為黨育人、為國(guó)育才”的重任，而對(duì)地方的服務(wù)能力就是對(duì)所培育人才質(zhì)量的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。貴州民族大學(xué)所處的貴州省，地處祖國(guó)西南內(nèi)陸，境內(nèi)多山地，農(nóng)業(yè)所占比例大，工業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差、底子薄，致使整體經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后。為了實(shí)現(xiàn)新時(shí)代的高質(zhì)量發(fā)展，貴州省提出了圍繞“四新”主攻“四化”的重大策略。尤其是2022年1月26日，《國(guó)務(wù)院關(guān)于支持貴州在新時(shí)代西部大開(kāi)發(fā)上創(chuàng)新路的意見(jiàn)》(新國(guó)發(fā)[2]號(hào))的發(fā)布，“四區(qū)一高地”的戰(zhàn)略定位為貴州地區(qū)的發(fā)展指明了方向。在高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，無(wú)可避免的會(huì)帶來(lái)環(huán)境相關(guān)的問(wèn)題，“既要金山銀山，也要綠水青山”，科學(xué)、合理的解決這些環(huán)境問(wèn)題對(duì)于推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。例如，貴州當(dāng)下正在大力發(fā)展的十二大特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展能夠促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是在發(fā)展這些產(chǎn)業(yè)所帶來(lái)的農(nóng)業(yè)固體廢物(秸稈、藥渣、地膜、農(nóng)藥瓶等)、土壤酸化板結(jié)、水中重金屬、有機(jī)物污染超標(biāo)等環(huán)境問(wèn)題成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸，解決這些環(huán)境問(wèn)題就有助于推動(dòng)這些產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。

《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》作為一門(mén)以解決環(huán)境問(wèn)題為使命的課程，地方發(fā)展的需求就應(yīng)該是其重要的教學(xué)內(nèi)容來(lái)源。由此，在《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程中關(guān)于“固體廢棄物資源化利用”部分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我們一方面給學(xué)生提供香菇菌渣、板栗球刺殼、農(nóng)用地膜、餐廚垃圾大渣、等貴州地區(qū)特色產(chǎn)業(yè)(行業(yè))發(fā)展所帶來(lái)的固體廢棄物作為原料，另一方面也鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合個(gè)人興趣與生活實(shí)際，收集和準(zhǔn)備相關(guān)原料，例如來(lái)自仁懷市的學(xué)生，收集了茅臺(tái)酒廠的酒糟渣、福泉市的學(xué)生收集了磷石膏和刺梨渣等，拉近課堂與實(shí)際生產(chǎn)生活的距離。這與之前閉門(mén)造車(chē)式的教學(xué)(尤其表現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容選擇上)相比，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和方向性變得明確，學(xué)習(xí)的積極性也得到提高。從學(xué)習(xí)效果而言，改革后的教學(xué)內(nèi)容使得學(xué)生走出象牙塔，貼近社會(huì)實(shí)際，學(xué)到更多更實(shí)用的本領(lǐng)，在就業(yè)過(guò)程中口碑更好、競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。

2.2 教學(xué)方法改革：調(diào)整教學(xué)方法，多發(fā)問(wèn)、強(qiáng)互動(dòng)

教師單方面的輸出，學(xué)生被動(dòng)性的接受，這種常規(guī)的教學(xué)方法對(duì)于《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》這門(mén)要求學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)、分析和實(shí)際解決復(fù)雜、多元環(huán)境問(wèn)題能力的課程而言完全不奏效，尤其教學(xué)的載體中有相當(dāng)一部分的學(xué)生是基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱、來(lái)自于少數(shù)名族地區(qū)的學(xué)生。《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程要求學(xué)生必須掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、具有嫻熟的實(shí)驗(yàn)技能和較高的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，這需要全面的激發(fā)學(xué)生對(duì)本門(mén)課程學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性。在教學(xué)過(guò)程中，擬通過(guò)教師多發(fā)問(wèn)的方式，對(duì)學(xué)生所具備的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了解，對(duì)學(xué)生不易理解的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致解剖和多次鞏固。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行全方位調(diào)研(例如當(dāng)今社會(huì)形式，國(guó)家或行業(yè)發(fā)展需求等)，講好實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等的故事，循循善誘，強(qiáng)化與學(xué)生的互動(dòng)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生思考“我為什么做？”“是否可以嘗試這樣做？”，提升學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生有存在感、參與感、收獲感和期待感。例如，課程的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：“校園生活垃圾分類”，課程開(kāi)始前，教師會(huì)讓學(xué)生描述其所觀察到的校園生活垃圾現(xiàn)狀并結(jié)合所學(xué)課程(如《固體廢物處理與處置》、《貴州省生態(tài)文明教育》等)分析開(kāi)展垃圾分類的必要性；緊接著，教師會(huì)就幾種常見(jiàn)但是又非常容易混淆的生活垃圾征詢大家的分類方案(例如使用后的竹木筷子、口罩、丟棄的襪子等)；然后再結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行的垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)，分析具體如何分類方式并剖析原因；同時(shí)，學(xué)生也就他們所感到困惑的一些分類進(jìn)行交流討論。通過(guò)這樣多發(fā)問(wèn)、強(qiáng)互動(dòng)的方式，學(xué)生對(duì)于認(rèn)知垃圾分類開(kāi)展的必要性、當(dāng)下推行的情況及存在的問(wèn)題有了深刻的認(rèn)識(shí)，更能激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)地思考、深刻掌握相關(guān)知識(shí)、嘗試相關(guān)解決辦法等，使得學(xué)生真正學(xué)到有用的知識(shí)、獲得實(shí)用的本領(lǐng)。

2.3 教學(xué)形式改革：實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)

學(xué)校實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課這樣的教學(xué)形式相對(duì)單一，學(xué)生對(duì)于所學(xué)的東西在實(shí)際的社會(huì)或行業(yè)需求中是否能夠派的上用場(chǎng)會(huì)存在疑問(wèn)。通過(guò)上面對(duì)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，設(shè)置面向社會(huì)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容，相應(yīng)的，在教學(xué)形式上也應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整，更貼近社會(huì)或行業(yè)需求的實(shí)際，把課堂擴(kuò)展到企業(yè)、相關(guān)的政府職能機(jī)構(gòu)及科研院所，帶領(lǐng)學(xué)生到其中去觀摩，親身感受，開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，一方面能夠讓學(xué)生切身感受到《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)的實(shí)用性，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的信心；另一方面也讓學(xué)生感受到社會(huì)或行業(yè)對(duì)其專業(yè)素養(yǎng)的要求，鞭策和激勵(lì)其更加踏實(shí)和努力的學(xué)習(xí)，全面提升個(gè)人能力。例如，針對(duì)校園生活垃圾分類后易腐垃圾(濕垃圾)的利用，按照課程設(shè)計(jì)是將其用于黑水虻養(yǎng)殖，學(xué)生對(duì)于養(yǎng)殖過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，如黑水虻蟲(chóng)卵的分離、黑水虻生長(zhǎng)過(guò)程溫濕的調(diào)控等難以想象，于是在實(shí)驗(yàn)室階段完成部分內(nèi)容后，我們把學(xué)生帶到真實(shí)黑水虻餐廚垃圾處理公司，現(xiàn)場(chǎng)的觀摩、現(xiàn)場(chǎng)的與工作人員交流互動(dòng)，結(jié)合課程所學(xué)，能更深刻認(rèn)識(shí)到，所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性；同時(shí)也認(rèn)識(shí)到，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的問(wèn)題復(fù)雜多樣，還需要完善自己的知識(shí)體系、融會(huì)貫通才能實(shí)際勝任。

2.4 考核方式改革：實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果并重

實(shí)驗(yàn)課注重的是實(shí)際的操作和技能的掌握，強(qiáng)調(diào)的是實(shí)踐性和應(yīng)用性。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的考核應(yīng)該不止于平時(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)和期末的閉卷考試的考核。實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的理解、對(duì)實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃，以及其實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的展現(xiàn)，在重要性上應(yīng)該等同于平時(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)和期末的閉卷考試，或者更甚之。鑒于此，在《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》課程中，我們把實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，包括基本操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)過(guò)程細(xì)節(jié)的處理等與動(dòng)手能力和技能水平有關(guān)的因素納入到學(xué)生對(duì)課程掌握情況的綜合性評(píng)價(jià)中。對(duì)于整門(mén)課程的考核而言，實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末閉卷考試分別占比40%、20%和40%。我們發(fā)現(xiàn)，在新的考核方式實(shí)施后，學(xué)生在以下幾個(gè)方面發(fā)生了改變：(1)上課準(zhǔn)點(diǎn)率提升。在每次課程之初，授課教師都會(huì)簡(jiǎn)要的介紹本次實(shí)驗(yàn)的思路、重點(diǎn)及注意事項(xiàng)，這對(duì)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)及掌握實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。例如，對(duì)于“生物質(zhì)基固體廢棄物熱解制備生物炭及其理化性質(zhì)測(cè)定”的實(shí)驗(yàn)，授課教師首先從國(guó)家雙碳目標(biāo)的大背景下，介紹生物質(zhì)制備生物炭的必要性，隨后基于生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化利用的兩個(gè)重要映射關(guān)系，即“制備工藝決定生物炭理化性質(zhì)”和“理化性質(zhì)決定生物炭用途”，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹，隨后學(xué)生即開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。如果沒(méi)有理解授課教師所介紹的兩個(gè)映射關(guān)系，就會(huì)存在實(shí)驗(yàn)工況為何要如此設(shè)置(如熱解溫度范圍為300～600 ℃)、生物炭諸多理化性質(zhì)為何唯獨(dú)考察這些(如等電點(diǎn)、表面官能團(tuán)、孔隙特征等)等等的疑問(wèn)，致使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程就如無(wú)頭蒼蠅一樣，亂飛亂撞、迷迷糊糊。將實(shí)驗(yàn)過(guò)程納入考核內(nèi)容后，學(xué)生對(duì)每次課程授課教師的“開(kāi)場(chǎng)白”都非常重視，一改往屆拖拖拉拉的狀況，準(zhǔn)點(diǎn)率明顯提升。(2)實(shí)驗(yàn)操作更規(guī)范。實(shí)驗(yàn)操作直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成敗、儀器的正常運(yùn)行及實(shí)驗(yàn)室安全。對(duì)于移液管、天平等常規(guī)設(shè)施設(shè)備的使用，往屆學(xué)生總是會(huì)“輕車(chē)熟路”的犯錯(cuò)。例如，移液管汲取液體后底部殘留的液體全部吹出；天平中灑落的物質(zhì)，不管不顧；真空抽濾泵不設(shè)置安全瓶等。往屆開(kāi)課時(shí)，雖然總是反復(fù)強(qiáng)調(diào)，甚至在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中抓到現(xiàn)行，學(xué)生也總是不以為意。在新的考核方式下，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)更加重視、操作更加規(guī)范。(3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生提問(wèn)更積極。如前所述，實(shí)驗(yàn)過(guò)程除了直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好與壞，更重要是其關(guān)乎實(shí)驗(yàn)室安全。往屆學(xué)生常常存在不懂裝懂，自以為是、擅自為之的行為。例如，有毒有害廢液直接倒入水槽，蒸餾水直接加入硫酸中，氫氟酸直接在實(shí)驗(yàn)做上汲取，燃?xì)馄扛浇黾訜釋?shí)驗(yàn)等等。將實(shí)驗(yàn)過(guò)程納入考核內(nèi)容后，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到不確定的問(wèn)題，會(huì)更積極主動(dòng)的提出來(lái)，與老師一同探討。這個(gè)過(guò)程，一方面保證了實(shí)驗(yàn)的順利完成，獲得更科學(xué)準(zhǔn)確的結(jié)果，另一方面也避免了很多實(shí)驗(yàn)室潛在的安全隱患。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究以我國(guó)西南部少數(shù)民族為主要生源的貴州民族大學(xué)所開(kāi)設(shè)的《環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)》為對(duì)象，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有課程教學(xué)現(xiàn)狀，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)形式和考核形式等進(jìn)行全方位的剖析，揭示其中存在的問(wèn)題，隨后針對(duì)性的提出：(1)教學(xué)內(nèi)容方面，要面向社會(huì)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)置；(2)教學(xué)方法方面，應(yīng)調(diào)整教學(xué)方法，多發(fā)問(wèn)、強(qiáng)互動(dòng)；(3)教學(xué)形式方面，應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)；(4)考核方式方面，應(yīng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果并重。