祁紅學(xué)，劉 迎，安 靜，劉秀萍

(晉中學(xué)院化學(xué)化工系，山西 晉中 030619)

以工程專業(yè)認(rèn)證為目標(biāo)[1]，地方高校為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，踐行“課堂教學(xué)-實(shí)驗(yàn)教學(xué)-課程設(shè)計(jì)-實(shí)習(xí)”一體化教學(xué)模式[2]。這對大學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力的提升提出了更高的要求。以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向[3]，實(shí)驗(yàn)課程是提高學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑。水處理工程及其實(shí)驗(yàn)是環(huán)境科學(xué)與工程類專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，對環(huán)境類專業(yè)學(xué)生工程技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，大中型實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)中每組學(xué)生人數(shù)較多，上課時(shí)只有一部分學(xué)生能夠操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置，另一部分學(xué)生的動(dòng)手能力得不到很好地鍛煉，嚴(yán)重影響學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)操作的積極性。學(xué)生參與度不高，主動(dòng)性未能充分調(diào)動(dòng)，長此以往，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣摺?015年，韋文珍等[4]報(bào)道，“大循環(huán)式”教學(xué)在《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》教學(xué)中進(jìn)行了運(yùn)用，即一學(xué)期內(nèi)所有開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容同時(shí)進(jìn)行，充分有效地利用了實(shí)驗(yàn)設(shè)備和資源，提高了儀器設(shè)備的利用率。但在這種教學(xué)方法實(shí)施過程中，也存在很多的問題。鑒于此，為了提高教學(xué)質(zhì)量和效率，著力推進(jìn)專業(yè)認(rèn)證，對于水處理工程實(shí)驗(yàn)采用“大循環(huán)式”教學(xué)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況和教學(xué)要求及人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了以下探索與改進(jìn)。

1 “大循環(huán)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)勢

1.1 “大循環(huán)式”能充分地利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備

“大循環(huán)式”教學(xué)有利于節(jié)約教學(xué)資源，學(xué)生在不同時(shí)間階段輪流操作一套設(shè)備，有利于設(shè)備使用的最大化，避免了教學(xué)資源的浪費(fèi)。有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全覆蓋。以水處理工程實(shí)驗(yàn)為例，大部分的實(shí)驗(yàn)都具有設(shè)備占地面積大，實(shí)驗(yàn)操作耗時(shí)長的特點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)方法想要在一次課內(nèi)讓所有學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)，顯然是不切實(shí)際的。而“大循環(huán)式”教學(xué)能較好的解決這一問題，確定本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提供相應(yīng)設(shè)備后，學(xué)生分為若干小組，流動(dòng)循環(huán)進(jìn)行操作，可以保障每個(gè)學(xué)生均能操作每臺設(shè)備，參與每個(gè)實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生主體來看，有利于學(xué)生對每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作、每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的認(rèn)識和理解，為日后學(xué)生的專業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備。從教師的角度看，有利于有效針對每個(gè)實(shí)驗(yàn)的要求，每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)開展教學(xué)。

1.2 “大循環(huán)式”最大程度地訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力

“大循環(huán)式”教學(xué)模式在一定時(shí)間段內(nèi)降低了儀器的使用人數(shù)，為學(xué)生提供了更好的操作環(huán)境，有利于學(xué)生最大程度地參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分參與實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，加深學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的印象。學(xué)生能夠更主動(dòng)了解實(shí)驗(yàn)背景，做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)基本理論的理解，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)思維，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)以及學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2 “大循環(huán)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的問題及改進(jìn)措施

2.1 實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和理論教學(xué)不一致，理論教學(xué)應(yīng)提前于實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)

“大循環(huán)式”教學(xué)以固定數(shù)目的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為一個(gè)周期，學(xué)生分組同時(shí)開展該實(shí)驗(yàn)周期下的不同實(shí)驗(yàn)，依次循環(huán)完成實(shí)驗(yàn)。它很好地解決了實(shí)驗(yàn)器材不足，打破了時(shí)間空間的限制。

但是，正是由于它的特點(diǎn)，“大循環(huán)式”教學(xué)最大的問題就是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)度不符，這嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。針對這一現(xiàn)象所做的改進(jìn)是：理論教學(xué)早于實(shí)驗(yàn)教學(xué)一學(xué)期開設(shè)。實(shí)驗(yàn)實(shí)施需要基于實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識理解，強(qiáng)化基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)一步培養(yǎng)運(yùn)用理論知識的能力，同時(shí)實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)應(yīng)盡量避免與實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)間隔時(shí)間過長，以免因理論知識遺忘造成的理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)。

2.2 適度增加綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例

水處理工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三大類設(shè)置。對于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，例如水處理工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，混凝實(shí)驗(yàn)、沉淀實(shí)驗(yàn)、活性炭吸附實(shí)驗(yàn)等，以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技能培養(yǎng)為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范和訓(xùn)練。針對此類實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該使用“大循環(huán)式”教學(xué)，原因在于大循環(huán)式教學(xué)可以做到學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的全覆蓋，可以使每個(gè)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)操作中，掌握每臺實(shí)驗(yàn)儀器的操作規(guī)范和使用流程，不會(huì)因時(shí)空限制而得不到訓(xùn)練。但基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例較高，則涉及的知識面較窄，教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新性不強(qiáng)[5]。同時(shí)開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，更能體現(xiàn)以學(xué)生為主體。

綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，例如生活污水、印染廢水處理等綜合性實(shí)驗(yàn)，則是以多種基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)操作構(gòu)建起的綜合型實(shí)驗(yàn)，它往往涉及多種實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)手段。所以在使用“大循環(huán)式”教學(xué)時(shí)，盡可能在一次實(shí)驗(yàn)周期中避免同一臺儀器同一操作的重復(fù)使用，或者說在一個(gè)實(shí)驗(yàn)組別中不要安排具有大量相似實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生在一個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中可接觸更多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要多種實(shí)驗(yàn)方法和工藝，對于提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力具有重要的作用。例如焦化廢水處理達(dá)標(biāo)等綜合性實(shí)驗(yàn)，它主要是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，利用已有的知識和實(shí)驗(yàn)技能，通過查閱資料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，制定計(jì)劃，然后在老師的指導(dǎo)下開設(shè)實(shí)驗(yàn)，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性與主動(dòng)性，又培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

2.3 每節(jié)課所有實(shí)驗(yàn)同時(shí)開設(shè)，需加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備投入，構(gòu)建“三方”合作機(jī)制實(shí)施教學(xué)

在進(jìn)行“大循環(huán)式”教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，同時(shí)進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及的實(shí)驗(yàn)范圍廣和人數(shù)多，單靠教師指導(dǎo)教學(xué)，會(huì)造成教師的工作負(fù)擔(dān)較重，無法顧及所有學(xué)生，所以實(shí)驗(yàn)員也應(yīng)該參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中輔助教學(xué)。首先，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，萬事開頭難，只要經(jīng)過第一次實(shí)驗(yàn)課的歷練，每個(gè)學(xué)生在之后的實(shí)驗(yàn)中都可以成為小老師，同學(xué)之間的相互討論與幫助，較傳統(tǒng)式教學(xué)有較大地改觀，在教師輔助下通過階段性總結(jié)，對比不同分組間學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可使學(xué)生查漏補(bǔ)缺，討論實(shí)驗(yàn)中各種影響因素，加深對實(shí)驗(yàn)的理解。這也是“大循環(huán)式”教學(xué)的一大特色。其次，應(yīng)該加強(qiáng)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主導(dǎo)作用[6]，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了定位和指導(dǎo)的作用。在實(shí)驗(yàn)前后，要求教師發(fā)揮其指導(dǎo)作用，針對學(xué)生遇到的問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步解決問題。再者，實(shí)驗(yàn)員的輔助教學(xué)作用也應(yīng)大力加強(qiáng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，對學(xué)生進(jìn)行操作的正確指引，規(guī)范實(shí)驗(yàn)流程，糾正學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的錯(cuò)誤。經(jīng)過一個(gè)實(shí)驗(yàn)周期之后，從教學(xué)管理來看，構(gòu)建教師、實(shí)驗(yàn)員、學(xué)生“三方”合作機(jī)制能夠很好地保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施。

2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對獨(dú)立，“大循環(huán)式”教學(xué)應(yīng)在大學(xué)高年級進(jìn)行

一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程都遵循由易到難，由簡到繁，在培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)操作技能的基礎(chǔ)上逐步增加教學(xué)難度，做到逐步提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)思維的養(yǎng)成。而“大循環(huán)式”教學(xué)的實(shí)施過程中各個(gè)實(shí)驗(yàn)間相對獨(dú)立，這就要求學(xué)生要有一定實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)，具備一定的操作技能。鑒于此，“大循環(huán)式”教學(xué)模式應(yīng)面向大學(xué)高年級開設(shè)，如水處理工程實(shí)驗(yàn)在大學(xué)三年級開設(shè)。通過前期一、二年級基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，受過相關(guān)實(shí)驗(yàn)的理論指導(dǎo)和操作規(guī)范指導(dǎo)，學(xué)生已經(jīng)掌握了常規(guī)儀器與設(shè)備的使用操作，有利于既定實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。否則，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中再去進(jìn)行部分基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)，會(huì)造成實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長，實(shí)驗(yàn)任務(wù)負(fù)擔(dān)過重，造成學(xué)生學(xué)習(xí)疲勞，不利于該實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

工程專業(yè)認(rèn)證背景下，應(yīng)以社會(huì)需求和成果為導(dǎo)向[7]，加大對學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)[8]，構(gòu)建梯級實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)環(huán)節(jié)[9]。例如在實(shí)際污水處理過程中，污水處理廠的污水處理系統(tǒng)是由多個(gè)處理單元組成，運(yùn)行復(fù)雜，通過綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的鍛煉[10]，更能適應(yīng)實(shí)際的需要。除加大綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例以外，通過虛擬仿真技術(shù)[11]或?qū)嶓w實(shí)驗(yàn)與仿真技術(shù)相結(jié)合[12]，利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在線虛擬實(shí)驗(yàn)平臺[13]或在線模擬實(shí)驗(yàn)[14]，注重與實(shí)際工程相結(jié)合[15]，實(shí)行開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)[16]或?qū)?shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)約開放[17]等多種舉措緊密結(jié)合，讓學(xué)生在開課期間自主安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，類似做課題研究式地完成實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生既掌握基本原理和操作，又能熟練地處理分析數(shù)據(jù)，像寫科研論文一樣完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對工科專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力地培養(yǎng)大有裨益。

3 結(jié) 語

在工程專業(yè)認(rèn)證的背景下，實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)對于工科專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)極其重要。在大學(xué)高年級中，采用“大循環(huán)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過實(shí)驗(yàn)課程晚于理論課一學(xué)期開設(shè)、增加綜合性和自主性實(shí)驗(yàn)的比例、構(gòu)建“三方”合作教學(xué)機(jī)制的策略，能夠較好地解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)空、設(shè)備的限制，做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全覆蓋，有利于地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。同時(shí)針對該教學(xué)模式下的教學(xué)現(xiàn)狀，應(yīng)該具體問題具體分析，揚(yáng)長避短，不斷完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制，改進(jìn)“大循環(huán)式”教學(xué)方法，充分發(fā)揮其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的長處，做到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。著力培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)思維的訓(xùn)練。