孫 也 朱天樂 曾小嵐北京航空航天大學化學與環(huán)境學院 北京 100191

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環(huán)境工程綜合實驗的體系設(shè)計及過程管理

孫 也 朱天樂 曾小嵐
北京航空航天大學化學與環(huán)境學院 北京 100191

摘 要：環(huán)境工程綜合實驗是本科生提高實驗實踐技能、培養(yǎng)科研興趣的重要途徑，是環(huán)境專業(yè)實驗教學的核心環(huán)節(jié)。各高校針對綜合實驗不斷地改革探索，逐漸形成了實驗項目設(shè)置合理、授課內(nèi)容科學、教學方法有效的、具有鮮活生命力的實驗體系。文章介紹了環(huán)境工程綜合實驗課程的體系設(shè)計，并就教學各個過程管理進行了探討。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程綜合實驗；實驗教學示范；教學過程管理

2013年以來，環(huán)境工程專業(yè)認證工作得到了很大的推進，高校希望借此為契機，促進環(huán)境工程教育國際化，以提高工程人才培養(yǎng)的質(zhì)量[1-4]。工程人才培養(yǎng)過程中，實踐能力和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)是重中之重，環(huán)境工程綜合實驗作為實驗實踐教學體系的核心部分，必須不斷地改革創(chuàng)新，才能符合專業(yè)教育的國際化進程[5-7]。

目前不同高校開設(shè)的環(huán)境綜合實驗各具特色，開課時間和實驗內(nèi)容不同，但共同點都是剝離于理論課的一個獨立課程，這樣綜合實驗可以不受理論課的限制，使得綜合實驗更加具有綜合性、開放性和設(shè)計性[8-12]。我校環(huán)境工程綜合實驗依托市級實驗教學示范中心，是一門“以科研開放反哺實驗教學內(nèi)容，以實驗設(shè)計啟發(fā)原始創(chuàng)新能力，以綜合實踐帶動工程實際能力”為特色的開放式、立體式綜合實驗。本文詳細介紹了實驗體系設(shè)計特點，并就教學過程管理進行了探討。

1 環(huán)境工程綜合實驗體系設(shè)計

構(gòu)建開放式、立體式環(huán)境綜合實驗的目標是著力培養(yǎng)學生探索精神、科學思維、工程實踐和創(chuàng)新能力，該課程開設(shè)在夏季小學期，采取集中時間段開課方式，授課對象為二年級升三年級的本科學生。小學期集中開課，一方面學生完成儀器分析、環(huán)境工程原理、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境微生物等基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗的學習后，掌握了一定專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本實驗技能，另一方面學生能夠利用一個完整的時間段集中精力投入實驗實踐中，教學效果更為顯著。

課程由三個部分組成：講座、參觀實踐和綜合實驗。整個實驗體系以綜合實驗為主線，實驗貫穿整個課程，實驗部分選擇貼近學生生活的實驗設(shè)計，以提高學生開展實驗的熱情和興趣。以“校園環(huán)境檢測”為背景，涵蓋水、氣、固廢等主要方向，占總課程的70%以上，其間穿插講座和參觀實踐內(nèi)容，以豐富實驗教學體系。綜合實驗體系設(shè)計如圖1所示。

2 環(huán)境工程綜合實驗過程管理

教學過程中能否達到預(yù)期實驗體系設(shè)計的目標，過程管理尤為重要。一、實驗過程管理主要包括：實驗大綱及講義、課堂講授、實驗方案討論、實驗準備、實驗演示、實驗結(jié)果分析和實驗報告；二、講座過程包括：講座教師選擇、講座內(nèi)容把握；三、參觀實踐過程包括：課堂講授、問題準備、入廠教育、中期考核、實踐報告。下面對具體的過程管理進行介紹。

2.1實驗過程管理

(1)實驗大綱及講義。由于綜合實驗開放性和設(shè)計性的特點，沒有使用已出版的實驗教材，講義是由任課教師根據(jù)實驗大綱編寫而成，每學年都根據(jù)專業(yè)前沿技術(shù)、科研現(xiàn)狀和上學年實驗中發(fā)現(xiàn)的問題進行補充和修訂，更新的大綱和講義開課前1個月上傳至實驗教學示范中心網(wǎng)站，提前通知學生，使得學生做到心中有數(shù)，并根據(jù)情況提前準備實驗方案。

(2)課堂講授。任課教師通過課堂講授介紹本課程的紀律要求和規(guī)章制度，另一方面介紹實驗具體安排，包括時間安排、實驗要求和考核制度。同時針對綜合實驗的特點，增加文獻檢索內(nèi)容的教學，幫助學生更快地學會使用數(shù)據(jù)庫，為實驗方案設(shè)計提供文獻支撐。

(3)實驗方案討論。組建3～5人的多元化綜合實踐團隊，根據(jù)講義指導(dǎo)和文獻啟發(fā)提出自己在環(huán)境領(lǐng)域的實踐思路及選題，自行確定研究內(nèi)容，實驗方法和技術(shù)路線，撰寫正式格式的申報書。通過PPT匯報，教師根據(jù)實驗的預(yù)期結(jié)果和實驗教學示范中心現(xiàn)有設(shè)備情況，與學生討論修改方案的可行性和技術(shù)路線。

(4)實驗準備。教師根據(jù)學生團隊的實驗方案，提前準備實驗所需玻璃器皿、儀器和試劑等，本項工作是綜合實驗教學中的難點之一，教師需要提前調(diào)試好實驗裝置并進行一定的預(yù)實驗，盡量排除實驗中可能存在的問題。

(5)實驗演示。一是針對學生實驗中需要的儀器設(shè)備正確的使用流程和易發(fā)生問題的步驟進行現(xiàn)場演示，例如大氣采樣器、COD消解儀、離子色譜儀等。二是對實驗方案中關(guān)鍵步驟進行分析并部分步驟進行現(xiàn)場演示，以提高實驗的成功率，減少不必要的操作失誤。

(6)實驗結(jié)果分析。倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，增設(shè)實驗結(jié)果討論分析環(huán)節(jié)，針對實驗結(jié)果和實驗過程中遇到的問題進行分析，特別是典型的成功和失敗實驗案例進行分析，為后續(xù)學生專業(yè)實驗作為前車之鑒，促使學生感受實驗的嚴謹性和科學性。

(7)實驗報告。實驗報告的內(nèi)容除了包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容和實驗結(jié)果分析，首先要針對技術(shù)的研究進展進行綜述，掌握整個選題的發(fā)展現(xiàn)狀。其次根據(jù)實驗設(shè)計到實驗實施過程中得與失進行全面自評和分析總結(jié)。并要求學生用Origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)。

2.2講座過程管理

(1)講座教師的選擇。講座的目的是讓學生更快地了解學科前沿及工程實際，必須少而精。據(jù)此，邀請的講座人包括科研課題前沿和具有工程經(jīng)驗的教師和具有實踐經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員擔任客座教師，通過引入實際案例教學和現(xiàn)場教學等環(huán)節(jié)，可以消除理論教學與實習環(huán)節(jié)脫離的弊端。

(2)講座內(nèi)容的把握。積極與講座教師溝通講座內(nèi)容，針對大二升大三學生的特點，把握講座內(nèi)容的深度和廣度，既滿足學科前沿內(nèi)容的介紹，又對工程案例進行分析，指導(dǎo)學生學習專業(yè)課程和實驗過程中有目的、有效率地學習。

2.3參觀實踐過程管理

(1)課堂講授和問題準備。任課教師通過課堂講授介紹實踐基地的基本情況，布置實踐的具體安排，包括時間安排、實踐要求和入廠安全教育。要求學生入廠前預(yù)習實踐基地的工藝流程和基本設(shè)備參數(shù)，每人準備1～2個問題，帶著問題去進行工程實踐，保證實踐的質(zhì)量，以免走馬觀花。

(2)中期考核。在每個實踐基地學習后，采用公共題目筆試和隨機一對一問答方式對實踐內(nèi)容進行中期考核，實踐證明，這種方式不但有助于吸引學生實踐過程中的學習效率，提高學生參觀實踐的注意力，也鞏固加深了學生對實踐知識的掌握。

(3)實踐報告。為杜絕個別學生偷懶、拷貝報告的行為，要求學生實驗數(shù)據(jù)及分析部分手寫報告；要求學生寫出自己所學知識與工程實踐的聯(lián)系，以此來鞏固提高自己的專業(yè)知識，并為后續(xù)專業(yè)課的學習做鋪墊。

3 環(huán)境工程綜合實驗的創(chuàng)新開放式

環(huán)境工程綜合實驗實踐教學強調(diào)設(shè)計性、自主創(chuàng)新和獨立從事實驗的能力培養(yǎng)，在學生實驗技能形成、綜合素質(zhì)提高和創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中具有重要的地位和作用。

(1)綜合實驗教學鼓勵了部分本科生參與科研活動。部分學生通過綜合實驗的鍛煉，提高了實驗?zāi)芰?，開始參與教師科研活動，這使本科生和研究生一樣接受系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，承擔起一些助教和助研的任務(wù)。

(2)促進科研與教學互動，及時把創(chuàng)新的科研成果轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，例如將等離子放電處理VOCs，納米材料光催化法處理廢水，重金屬污染物遷移轉(zhuǎn)化、生態(tài)毒理效應(yīng)，生物膜法處理廢水等科研成果，啟迪學生的創(chuàng)新意識。

(3)真正實行開放式體系，一是實驗室、研究基地等向?qū)W生開放；二是實驗內(nèi)容開放，學生自主設(shè)計實驗方案及路線，與同學或指導(dǎo)教師探討后實驗；三是時間開放，充分利用小學期時間以及其他課外時間。

(4)部分同學延續(xù)綜合實驗的選題，并參加“馮如杯”科技競賽、大學生科研計劃(SRTP)及大學生化學競賽等課外科技活動，展示其科研成果。

(5)實驗和實踐的有機結(jié)合使得學生充分了解科研和工程實際，為其后續(xù)就業(yè)作為指導(dǎo)。

4 結(jié)束語

環(huán)境工程綜合實驗作為一門獨立的實驗課程，是工程實驗教學的重要環(huán)節(jié)。該課程作為基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗的中間環(huán)節(jié)，直接影響著環(huán)境工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，嚴控教學過程管理，對提高學生檢索資料及獲取知識能力、思考能力、設(shè)計能力，解決綜合實驗過程中出現(xiàn)問題的應(yīng)急能力及實驗數(shù)據(jù)的分析處理能力大有裨益[13]。

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System Design and Process Management of Environmental Engineering Synthetical Experimental Course

Sun Ye, Zhu Tianle, Zeng Xiaolan
School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing, 100191, China

Abstract:As an environmental course, environmental synthetical experiment is important for undergraduate students to acquire basic experimental skills and develop scientific interest, which is core areas of teaching system of environmental courses. Reform and explore is constantly done in various colleges and universities, then a teaching system, which is Setting of experimental projects scientifically and reasonably, and establishing of effective teaching methods, is established. The article introduces the experimental items setting, meanwhile discusses experimental teaching demonstration and methods of teaching process.

Key words:environmental synthetical experiment; experimental teaching demonstration; teaching process

基金項目：北京航空航天大學教改立項(編號：2013-432322)；北京航空航天大學基礎(chǔ)科研項目(編號：30422401)。

作者簡介：孫也，實驗師。

收稿日期：2015-05-28