周遠(yuǎn)松 唐曉龍 高鳳雨 于慶君

[摘要]環(huán)境工程原理課程教學(xué)重點(diǎn)之一在于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、創(chuàng)新能力、實(shí)踐動手能力和應(yīng)用所學(xué)的環(huán)境工程原理理論知識分析、解決工程實(shí)際問題能力，因此，課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。北京科技大學(xué)環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)學(xué)校辦學(xué)理念，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，通過對環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核模式等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，形成了具有礦冶背景特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境工程原理;礦冶背景;實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

[中圖分類號]G642

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]2095-3437（2020）03-0020-04

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中強(qiáng)調(diào)，“高等教育的任務(wù)是著力培養(yǎng)信念執(zhí)著、品德優(yōu)良、知識豐富、本領(lǐng)過硬的高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才”“強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)”;教育部在《教育部等部門關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》（教思政[2010]1號）中指出，“實(shí)踐育人特別是實(shí)踐教學(xué)依然是高校人才培養(yǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，與培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的要求還有差距”“注重學(xué)思結(jié)合，注重知行統(tǒng)一，注重因材施教……努力推動高校實(shí)踐育人工作取得新成效、開創(chuàng)新局面”;2018年9月，習(xí)近平總書記在全國教育大會上強(qiáng)調(diào)，要提升教育服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展能力，著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。由此可見，提高實(shí)踐教學(xué)水平，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、富有實(shí)踐能力的高素質(zhì)尖端人才是全國高校教育教學(xué)面臨的重要課題之一。

北京科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科作為北京市重點(diǎn)學(xué)科，在2017年全國高校學(xué)科評估中排名第16名（共155名），本專業(yè)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生的社會責(zé)任感和專業(yè)情懷，為社會的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。經(jīng)過近十年的探索，本專業(yè)以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)、實(shí)踐能力培養(yǎng)為主線、實(shí)踐教學(xué)改革為切入點(diǎn)，結(jié)合學(xué)校和專業(yè)特色，構(gòu)建特色化的實(shí)踐課程教學(xué)體系，切實(shí)解決學(xué)生實(shí)踐動手和工程設(shè)計(jì)能力不足、自主創(chuàng)新意識和能力缺乏等問題。本文以環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)課程為例，針對我校礦冶行業(yè)背景下實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)進(jìn)行探討。

一、環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)

環(huán)境工程原理課程源于化工原理，是高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教育部高等學(xué)校環(huán)境工程教學(xué)指導(dǎo)委員會已于2014年8月將該課程確定為高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)的核心課程之一，并列入專業(yè)規(guī)范。課程針對環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，經(jīng)過分析和總結(jié)，系統(tǒng)闡述了水處理、大氣污染、固體廢物處理與處置等環(huán)境污染控制工程中存在的共性污染防治技術(shù)原理，具有較強(qiáng)的理論性和系統(tǒng)性，為后續(xù)專業(yè)課程開設(shè)打下了良好的理論基礎(chǔ)。

本課程教學(xué)重點(diǎn)之一即在于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、創(chuàng)新能力、實(shí)踐動手操作和解決工程實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)是課程體系建設(shè)過程中不可或缺的一部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)相較于理論教學(xué)更具有直觀性、綜合性和創(chuàng)新性，對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力具有不可替代的重要作用。

我校環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是以學(xué)生能力培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)特征將學(xué)生畢業(yè)要求細(xì)化為兩個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)一項(xiàng)或兩項(xiàng)課程目標(biāo)，不同的目標(biāo)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)內(nèi)容，采取不同的教學(xué)模式及考核方法等，學(xué)生最終能力培養(yǎng)達(dá)成情況作為課程評價(jià)體系，為日后持續(xù)性改進(jìn)教學(xué)提供參考依據(jù)（見圖1）。具體教學(xué)體系設(shè)計(jì)如下：

1.實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容配合課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)置，涉及環(huán)境工程學(xué)物料與能量衡算、流體流動、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程的基本概念和基本原理，以演示實(shí)驗(yàn)形式直觀展示給學(xué)生，使其加深、加快對抽象內(nèi)容的理解。

2.培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐的能力，引導(dǎo)學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，通過實(shí)驗(yàn)了解基本分離過程沉淀、過濾、吸收、吸附、離子交換、膜分離等的原理及現(xiàn)象。同時(shí)，要求學(xué)生扎實(shí)掌握理論基礎(chǔ)，學(xué)會對先進(jìn)凈化裝置儀器的操作利用。

3.綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，圍繞學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力、形成創(chuàng)新思維、激發(fā)探索未知世界的熱情與興趣、團(tuán)隊(duì)之間協(xié)同合作等方面進(jìn)行教學(xué)體系設(shè)計(jì)，通過多種教學(xué)模式并行，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。

4.結(jié)合我校礦冶行業(yè)特色，著重圍繞采礦、冶煉生產(chǎn)過程中排放的水、氣、固等環(huán)境污染物整理技術(shù)及裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，與一般環(huán)境污染治理及化工行業(yè)環(huán)境污染治理相區(qū)別，突出行業(yè)背景和專業(yè)特色，強(qiáng)化深度，解決泛泛而做、多而不精的問題。

二、礦冶行業(yè)背景下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容特色化建設(shè)

（一）不同于化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

目前，國內(nèi)高等院校還未有專門的環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容多采用化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，內(nèi)容上雖可以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和質(zhì)量，達(dá)到教學(xué)指導(dǎo)委員會的要求，但由于內(nèi)容與環(huán)境工程專業(yè)關(guān)聯(lián)性，項(xiàng)目類型多為驗(yàn)證型和演示型，因此實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)在調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情上、開拓創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)方面貢獻(xiàn)略有不足。

我校環(huán)境工程原理課程教學(xué)研究組在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)和內(nèi)容安排上遵循既要涵蓋單元處理技術(shù)基本原理的共性實(shí)驗(yàn)部分，又要體現(xiàn)環(huán)境工程專業(yè)的特色教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的原則。一方面強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，重視單元操作實(shí)驗(yàn)。充分利用原有較為系統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保留了“流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)”“板框壓濾機(jī)過濾常數(shù)測定”“吸收系數(shù)測定”“洞道干燥”等驗(yàn)證型、演示型傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，確保學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，對這些基礎(chǔ)的重要概念原理有清晰的理解，能夠熟練運(yùn)用公式，熟悉各個(gè)單元操作。另一方面充分考慮環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際，積極設(shè)計(jì)題目新穎、簡潔實(shí)用的綜合型實(shí)驗(yàn)，注重考察學(xué)生的綜合能力，拓展學(xué)生素質(zhì)。結(jié)合本學(xué)院的科研背景和實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)了一系列研究型綜合實(shí)驗(yàn)，如“液相法凈化硫化氫氣體”“吸附法凈化低濃度有害氣體”等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從單一化轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合化，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，如指導(dǎo)學(xué)生自行完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組合搭建、制備吸收液或吸附劑、完成氣體濃度測量及結(jié)果分析等，讓他們通過一套較為系統(tǒng)完整的實(shí)驗(yàn)流程，了解和熟悉實(shí)際研究過程中涉及的單元操作原理和流程，掌握基本的測試分析方法等。

（二）具有礦冶行業(yè)背景的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

隨著國家對環(huán)保行業(yè)的重視，全國開辦環(huán)境工程專業(yè)的院校逐步增多，各高等院校編制的環(huán)境工程原理課程教學(xué)內(nèi)容類似，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)項(xiàng)目相差無幾，內(nèi)容均過于“大眾化”，無法體現(xiàn)不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的環(huán)境問題，以及采用的不同處理技術(shù)和工藝流程。這種內(nèi)容設(shè)置下培養(yǎng)的本科生缺乏鮮明“行業(yè)”特點(diǎn)，難以成為各行各業(yè)領(lǐng)軍人才和拔尖創(chuàng)新人才。

我們從教學(xué)實(shí)際需求出發(fā)，兼顧專業(yè)特色，設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容。在共性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，依托我?！暗V冶”特色行業(yè)背景進(jìn)行環(huán)境污染治理單元操作、處理工藝流程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。如實(shí)驗(yàn)過程中選用的環(huán)境治理污染物，源自鋼廠、鉛鋅廠等工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢水、廢氣、廢渣，采樣后直接送至實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用于教學(xué);綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)過程中，以河北某鋼廠真實(shí)生產(chǎn)線為樣本，進(jìn)行污染物綜合治理的各部分工藝流程講解，期間完成“板框壓濾機(jī)過濾常數(shù)測定”“吸收系數(shù)測定”“洞道干燥”等基礎(chǔ)單元操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種具有行業(yè)背景的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，不僅易于學(xué)生對基礎(chǔ)單元操作原理進(jìn)行理解，還使學(xué)生對“采礦、冶煉”行業(yè)內(nèi)環(huán)境污染物的種類、排放濃度、限定標(biāo)準(zhǔn)以及采用的治理工藝有所了解，更易于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情和學(xué)習(xí)興趣。

三、特色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

在以往的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，依賴于已有的較為成熟的化工原理設(shè)備，以簡單的演示和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，教學(xué)形式單一、枯燥。受實(shí)驗(yàn)設(shè)備所限，分組實(shí)驗(yàn)過程中，一般只有2～3名學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)記錄，其他同學(xué)只能旁觀，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程機(jī)械單調(diào)，效果不佳，難以激起學(xué)生們的自主學(xué)習(xí)熱情。為此，我們在教學(xué)體系建設(shè)中嘗試采用多種方式來豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，以期取得更好的教學(xué)效果。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

利用仿真軟件模擬環(huán)境工程原理單元操作實(shí)驗(yàn)條件和裝置，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)之前先安排學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真操作，讓學(xué)生在真實(shí)操作之前就做到心中有數(shù)，這樣大大提高了實(shí)際實(shí)驗(yàn)效率，減少學(xué)生的錯(cuò)誤操作。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)界面友好（見圖2），形象生動，快速靈活，能夠使學(xué)生同時(shí)從不同的角度（如基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、操作、實(shí)驗(yàn)組裝方法等）掌握實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)嚴(yán)肅認(rèn)真而又輕松愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境，對提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情具有極大的幫助。

（二）研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)

課堂教學(xué)后期，大部分知識點(diǎn)均已講授完畢，對應(yīng)的單元操作基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)已完成教學(xué)，為強(qiáng)化學(xué)生對知識點(diǎn)的融會貫通，并系統(tǒng)考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，我們根據(jù)學(xué)院自身的科研背景，充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究條件，設(shè)計(jì)幾個(gè)與環(huán)境工程專業(yè)技術(shù)密切相關(guān)的研究型實(shí)驗(yàn)。如“液相催化氧化法凈化硫化氫氣體”實(shí)驗(yàn)，預(yù)先在課堂上介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅蓪W(xué)生分組自行設(shè)計(jì)凈化流程，并通過小組討論的方式完善并確定各組的具體實(shí)驗(yàn)方案和內(nèi)容;確定方案后，按其內(nèi)容提供必要的實(shí)驗(yàn)器材，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建出各組的實(shí)驗(yàn)裝置，然后進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。后期包括吸收液配制、進(jìn)出口氣體濃度檢測、數(shù)據(jù)整理及分析等環(huán)節(jié)，需要小組內(nèi)每一位學(xué)生都清楚地了解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，并親自動手完成其中的某個(gè)環(huán)節(jié)，既有分工又有合作，學(xué)生必須認(rèn)真對待每一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)有誤都會對整體實(shí)驗(yàn)效果造成影響。獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理完成后，在課堂上進(jìn)行對比分析，各組之間相互討論實(shí)驗(yàn)中存在的各種問題，最終得到一個(gè)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)全部過程，均由學(xué)生利用所需知識，結(jié)合行業(yè)背景，通過查閱文獻(xiàn)進(jìn)行確定，老師只是從旁協(xié)助指導(dǎo)，這種研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，不僅可以系統(tǒng)考察學(xué)生多個(gè)知識點(diǎn)掌握以及靈活運(yùn)用的情況，還能夠調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)踐動手能力。

（三）網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課程受時(shí)間、空間、儀器裝置等客觀條件限制，無法開設(shè)過多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，已開設(shè)的項(xiàng)目也沒有足夠能力安排學(xué)生進(jìn)行課后重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，缺少了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，不利于學(xué)生自主創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。我們在參考國家重點(diǎn)學(xué)科教學(xué)模式基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，構(gòu)建一個(gè)依托現(xiàn)代信息技術(shù)、服務(wù)于廣大師生的環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合服務(wù)平臺。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合服務(wù)平臺包含豐富多樣的教學(xué)資源，如：課程指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)教學(xué)講義、實(shí)驗(yàn)過程操作視頻、實(shí)驗(yàn)動畫、儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖等媒體視頻音頻文件。此外，還涵蓋全國教學(xué)名師經(jīng)典授課資料（內(nèi)容、授課方法等）以及實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)案例等供學(xué)生選擇瀏覽。不同層次學(xué)生可根據(jù)知識點(diǎn)掌握情況，對學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)順序、學(xué)習(xí)方式進(jìn)行個(gè)性化選擇，并利用平臺完成課前預(yù)習(xí)、課程復(fù)習(xí)和課后拓展的自主性學(xué)習(xí)任務(wù)。平臺還為師生提供便捷、高效、互動的交流渠道，老師或?qū)W生可在此對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出問題，先由學(xué)生進(jìn)行在線討論，最后由老師進(jìn)行總結(jié)。

這種教學(xué)方法不僅解決了“時(shí)空”的問題，同時(shí)拓寬了學(xué)生視野，擴(kuò)充了學(xué)生知識面，更能夠使學(xué)生在積極、自由的互動環(huán)境中激發(fā)自主學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，完成創(chuàng)新思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系設(shè)計(jì)

環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為課程教學(xué)的重要部分之一，其考核方式和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要能夠體現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)的成效。傳統(tǒng)考核方式一般采用“實(shí)驗(yàn)報(bào)告定全局”的單一模式，即通過一份報(bào)告來評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，事實(shí)上，這種考核方式是無法準(zhǔn)確衡量學(xué)生的真實(shí)水平和能力培養(yǎng)的。實(shí)驗(yàn)報(bào)告只能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和報(bào)告撰寫能力，對于動手實(shí)踐、創(chuàng)新思維的能力就無法得到準(zhǔn)確的反饋信息，如僅通過報(bào)告成績作為考核方式的唯一標(biāo)準(zhǔn)，易使學(xué)生為追求高分而認(rèn)真書寫報(bào)告，卻忽視實(shí)驗(yàn)操作過程，不重視實(shí)踐動手操作和綜合性思維能力訓(xùn)練，這與當(dāng)代人才培養(yǎng)體系宗旨相悖。

在全國工程教育專業(yè)認(rèn)證的大環(huán)境下，我們實(shí)施“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的特色考核方式，即根據(jù)已制訂環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，分別通過一種或多種考核環(huán)節(jié)評價(jià)學(xué)生對知識掌握程度和能力培養(yǎng)情況，將所有環(huán)節(jié)成績按不同比重匯總，作為最終的實(shí)驗(yàn)課程考核成績。最后，我們將結(jié)合畢業(yè)要求和分解的指標(biāo)點(diǎn)，驗(yàn)算課程培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成情況，反饋用于課程體系的改進(jìn)。

五、結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)課程是通過對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式的不斷探索與改進(jìn)，逐步建設(shè)成為能夠提升學(xué)生實(shí)踐能力，激發(fā)創(chuàng)新思維的高效教學(xué)體系，進(jìn)一步提高專業(yè)的本科教學(xué)質(zhì)量。北京科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系建設(shè)過程中，結(jié)合學(xué)校礦冶專業(yè)特色行業(yè)背景，加強(qiáng)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研教學(xué)融合，不斷進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生解決實(shí)際工程復(fù)雜問題能力培養(yǎng)的有效達(dá)成。

[責(zé)任編輯：鐘嵐]