陳霞明 , 周 亮 , 廖穎敏 , 李 瑩

(廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 , 河口生態(tài)安全與環(huán)境健康福建省高校重點實驗室 , 福建 漳州 363105)

膜分離技術(shù)是一種新型高效、精密分離技術(shù),是當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。作為膜科學(xué)的主要奠基人之一、美籍華人科學(xué)家黎念之指出“誰掌握了膜技術(shù),誰就掌握了化學(xué)工業(yè)的未來”。該技術(shù)是材料科學(xué)與物質(zhì)分離技術(shù)的交叉結(jié)合,且具有分離、濃縮和純化功能,具有高效分離、設(shè)備簡單和無污染等優(yōu)點。因此,廣泛應(yīng)用于環(huán)保、醫(yī)學(xué)及化工行業(yè)。特別是在水處理領(lǐng)域,膜技術(shù)發(fā)揮了重要的作用,并顯示了廣闊的發(fā)展前景[1-2]。

到2019年,全國從事分離膜的相關(guān)企業(yè)總數(shù)約2 075家[3]。但相關(guān)的設(shè)計、制造和運行管理等企業(yè)的專業(yè)技術(shù)水平參差不齊,致使不少工程存在各類設(shè)計與運行問題。其主要原因是缺乏掌握完整的工藝理論和能夠?qū)に囘M行深入應(yīng)用研究的專業(yè)技術(shù)人才。我國從事分離膜研究的科研院所及高等院校近百家,但膜分離技術(shù)相關(guān)專業(yè)教學(xué)發(fā)展的步伐遠遠跟不上科研及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。目前,提供本科應(yīng)用型膜分離技術(shù)教學(xué)的單位尚不足,如何將膜工業(yè)的應(yīng)用型科研、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與教學(xué)相結(jié)合,推進相關(guān)課程改革,培養(yǎng)高水平應(yīng)用型技術(shù)人才,迫在眉睫。

1 教學(xué)過程中存在的問題分析

1.1 專業(yè)課程內(nèi)容涉及面廣、學(xué)習(xí)難度高

隨著科技的發(fā)展,專業(yè)對口才能發(fā)揮自身的最大潛能,也是學(xué)生今后個人發(fā)展選擇的決定因素之一,因此對膜分離技術(shù)專業(yè)課程內(nèi)容的整合也提出了新的要求。由于膜分離技術(shù)涉及的學(xué)科門類眾多,專業(yè)性高且實踐性強。其中,膜材料涉及無機化學(xué)和高分子化學(xué);制備和分離過程特征又涉及物理化學(xué)和數(shù)學(xué);膜分離過程還涉及流體力學(xué)和化工動力學(xué)。因此,學(xué)生選修該課程時需具備扎實的基礎(chǔ)知識,學(xué)習(xí)難度較高。為達到應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo),單獨一門課難以全面性、系統(tǒng)性掌握膜分離機制、膜工藝設(shè)計原理及運行管理等相關(guān)知識。而且,由于在專業(yè)教學(xué)的歷史較短,相關(guān)專業(yè)教材稀缺且更新慢,其發(fā)展步伐遠遠跟不上產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。另外,在教學(xué)過程中使用的相關(guān)參考書籍沒有學(xué)習(xí)要點和不同層次的課后習(xí)題,以及未充分考慮課程內(nèi)容與學(xué)生先修課程的合理銜接等問題。授課教師在課程內(nèi)容設(shè)置時,需根據(jù)本專業(yè)特點,從不同的參考書籍上選擇相應(yīng)的內(nèi)容,并設(shè)置各章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)。因此,將一些具有典型意義的、有代表性的膜分離過程納入課程內(nèi)容體系是非常必要的,確保膜分離技術(shù)相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容形成系統(tǒng)性和連貫性。

1.2 實踐教學(xué)內(nèi)容較為缺乏,系統(tǒng)性差

實踐教學(xué)和理論教學(xué)在教學(xué)過程中相互轉(zhuǎn)化、互為主從,具有共同的人才培養(yǎng)目標(biāo),兩者是不可分割的。但兩者又有不同的規(guī)律和教學(xué)方法,實踐教學(xué)通過其驗證功能加深學(xué)生對理論教學(xué)知識點的認識和掌握。膜分離技術(shù)的工程應(yīng)用具有典型的工科專業(yè)屬性,有著很強的實踐操作性。目前,除微濾、超濾、納濾及反滲透等膜過程的技術(shù)成熟度高得到大規(guī)模應(yīng)用外,其他新型膜過程大多處在研究開發(fā)或小規(guī)模應(yīng)用水平。與其他傳統(tǒng)技術(shù)相比較,膜分離技術(shù)相關(guān)的工藝設(shè)計規(guī)范和操作規(guī)范的制定還有待完善。膜分離技術(shù)的實驗教材奇缺,多是任課教師的自編講義,操作過程及驗證內(nèi)容等都存在差異。另外,教學(xué)實驗設(shè)備不僅標(biāo)準不統(tǒng)一且價格昂貴,阻礙了高校膜分離技術(shù)實驗室的規(guī)模化發(fā)展。也有高校不單獨設(shè)置膜分離技術(shù)實驗課程,將部分膜過程實驗納入水質(zhì)工程學(xué)實驗、水污染控制工程實驗的教學(xué)內(nèi)容,因此學(xué)生只能片面地了解部分知識點,難以形成系統(tǒng)性。其他實踐活動多以參觀學(xué)習(xí)為主,雖能拓寬學(xué)生的視野,但鑒于各地區(qū)分離膜工業(yè)企業(yè)的發(fā)展水平不同,同時又受到時間和交通條件的限制等因素,難以深入地去了解。

1.3 專業(yè)教師的工程實踐經(jīng)驗缺乏

在大學(xué)生的專業(yè)知識學(xué)習(xí)和未來職業(yè)發(fā)展規(guī)劃過程中,專業(yè)課老師作用至關(guān)重要。專業(yè)教師不僅僅傳授專業(yè)的理論知識和技能,還需掌握專業(yè)發(fā)展趨勢和最新動向,引導(dǎo)向?qū)W生走向就業(yè)。高素質(zhì)的教師隊伍是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的前提,具有典型的工科專業(yè)屬性膜分離技術(shù)的專業(yè)課程教師不僅需具備專業(yè)的知識素養(yǎng),還要擁有豐富的實際工程運行管理及工藝設(shè)計經(jīng)驗。但專業(yè)教師除了教學(xué)和科研任務(wù)外,還有諸多其他方面的任務(wù),難以抽身參與工程實踐,從而導(dǎo)致部分專業(yè)教師的工程經(jīng)驗欠缺。教師的工程實踐經(jīng)驗不足,在教學(xué)過程中所講授的內(nèi)容與企業(yè)的生產(chǎn)實際產(chǎn)生脫節(jié),工程案例介紹不準確、不生動。這些問題不僅造成課堂教學(xué)質(zhì)量的下降,也抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2 應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系建設(shè)

截止到2021年,我國高等教育的毛入學(xué)率達到57.8%,這也標(biāo)志著我國進入高等教育普及化和大眾化時代[4]。在此大背景下,各地方高等院校的應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)模式應(yīng)更符合各地區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。因此,膜分離技術(shù)課程體系建設(shè)應(yīng)緊緊圍繞社會經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)對應(yīng)用型人才的需求,既注重課程理論的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性,又要注重學(xué)科理論的前沿性。

2.1 設(shè)定側(cè)重職業(yè)能力培養(yǎng)的課程目標(biāo)

能力是決定一個人進入職業(yè)的先決條件,是否能勝任職業(yè)工作的主觀條件。由于受到客觀和主觀因素的影響,我國的大學(xué)生應(yīng)試能力強,但動手能力特別是創(chuàng)新能力的現(xiàn)狀不盡理想。因此,課程目標(biāo)設(shè)定時應(yīng)堅持以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向,結(jié)合周邊區(qū)域的經(jīng)濟建設(shè)和膜分離技術(shù)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展對專業(yè)應(yīng)用型人才的實際需求,增進專業(yè)基礎(chǔ)知識,提高專業(yè)知識水平,以培養(yǎng)解決專業(yè)問題能力為基礎(chǔ),同時重視實踐環(huán)節(jié),在實習(xí)和實訓(xùn)課程中進一步提高崗位技能的培養(yǎng),實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機結(jié)合,教學(xué)內(nèi)容與工作崗位要求相結(jié)合,構(gòu)建一體化課程體系。

2.2 基于工作過程設(shè)定相應(yīng)的課程內(nèi)容

根據(jù)崗位確定能力模塊,確定典型工作任務(wù)職業(yè)能力分析。確定培養(yǎng)職業(yè)崗位工作能力的相關(guān)專業(yè)課程,在設(shè)置教學(xué)內(nèi)容時,將完成工作過程的典型任務(wù)所需的關(guān)鍵知識和能力充分融入每個教學(xué)環(huán)節(jié)。按崗位技能的需要劃分專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)應(yīng)用課程和實踐課程,形成與崗位職業(yè)資格標(biāo)準要求相對應(yīng)的理論課程和綜合實訓(xùn)項目。以我校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)為例,在培養(yǎng)大綱中明確將膜技術(shù)與資源再生利用工程作為專業(yè)培養(yǎng)方向之一：①在專業(yè)入門指導(dǎo)課中簡要引入一些膜過程的應(yīng)用實例,引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)業(yè)規(guī)劃及制定選課計劃;②將有機化學(xué)、無機及分析化學(xué)、化工原理基礎(chǔ)等課程作為先修課程,以降低膜分離技術(shù)基礎(chǔ)課程的知識點難度,也是提高課堂知識點的吸收程度的重要基礎(chǔ);③將膜分離技術(shù)基礎(chǔ)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程,使學(xué)生熟練掌握典型膜分離過程的特點與分類,了解膜分離特性、膜分離組件類型及其適用條件和新型膜過程的基本原理及其應(yīng)用;④將膜分離系統(tǒng)設(shè)計與運行作為應(yīng)用課程,再配合膜分離技術(shù)實驗的實踐課程,使學(xué)生能充分掌握膜元件及膜系統(tǒng)的特性分析、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)運行管理,熟悉元件參數(shù)、系統(tǒng)的極限收率以及設(shè)計指標(biāo)間的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生的集成膜系統(tǒng)工藝設(shè)計和運行管理技能,為今后從事膜分離相關(guān)的工程技術(shù)工作以及應(yīng)用研究打下堅實基礎(chǔ)。

2.3 課程建設(shè)過程應(yīng)注重校企合作

校企合作平臺的建設(shè)可有效推動產(chǎn)教融合,服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展。同時,也為更好地推進高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)與就業(yè)的有機聯(lián)動,做好人才供需有效對接。利用“訪企拓崗”機會,了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和各崗位的能力要求等重要信息,不斷改進課程內(nèi)容。通過邀請膜分離相關(guān)企業(yè)的高級工程技術(shù)人員進校授課,定期開展實踐指導(dǎo)、技術(shù)講座等活動,使學(xué)生能夠?qū)π袠I(yè)發(fā)展動態(tài)、工作模式及崗位要求有更清晰的認識。在企業(yè)建立學(xué)生校外實踐基地,讓學(xué)生提前了解企業(yè)和掌握崗位要求,同時對工作環(huán)境也有更清晰的認識。另外,也可以為專業(yè)教師提供更多的頂崗學(xué)習(xí)機會,提高工程實踐能力。

2.4 教學(xué)資源的多樣化和綜合利用

教學(xué)資源不僅是課程建設(shè)的基礎(chǔ),其有效利用也是達成課程目標(biāo)的關(guān)鍵所在。在信息技術(shù)高速發(fā)展的大背景下,不僅為教學(xué)資源的獲取提供了技術(shù)條件,也為課堂教學(xué)資源的多樣化和綜合利用打下基礎(chǔ)。例如,在教授膜分離機制和介紹工程案例時,選取一些具有形象具體、動靜結(jié)合的動圖、視頻短片和圖片,豐富教學(xué)形象化內(nèi)容,將一些難以理解的教學(xué)難點有效展現(xiàn),刺激學(xué)生的感官,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外,為適應(yīng)線上教學(xué),也涌現(xiàn)出許多優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源,例如學(xué)習(xí)通、慕課等,這也為打造多維度互動式線上線下混合教學(xué)模式創(chuàng)造了有利條件。在多樣化的教學(xué)資源中吸取精華充實于課堂教學(xué),拓寬學(xué)生視域的同時,其專業(yè)能力、創(chuàng)新思維及對專業(yè)的認同感也必將得到多方面的滋養(yǎng)和提升。

2.5 “學(xué)和做”相結(jié)合的教學(xué)方法,以提高學(xué)生的動手能力

在專業(yè)基礎(chǔ)課程膜分離技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用型專業(yè)技能課程膜分離系統(tǒng)設(shè)計與運行中引入多層次的教學(xué)模式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與意識。為了進一步提高膜分離技術(shù)相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量,無論對教學(xué)方法以何種形式進行改革,對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)來講,“學(xué)以致用”都是一個重要的標(biāo)準。以“學(xué)和做”相結(jié)合的教學(xué)模式,既提高學(xué)生的動手能力,又能讓學(xué)生有了更加明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和努力方向。例如,在講授膜分離系統(tǒng)設(shè)計與運行課程中的膜組件選型時,通過膜工藝設(shè)計模擬軟件,讓學(xué)生自行改變原水水質(zhì)及運行參數(shù),使學(xué)生能更清楚、更直觀地認識分離過程中膜污染的發(fā)展與系統(tǒng)出水水質(zhì)的變化。另外,教師在教學(xué)接觸過程中導(dǎo)入工程技術(shù)倫理,提高學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的同時,也可提高學(xué)生對本專業(yè)的自信心。

3 結(jié)語

應(yīng)用型人才培養(yǎng)是我國高等教育發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。在地方應(yīng)用型高校的環(huán)境工程專業(yè)中,將膜分離技術(shù)打造為專業(yè)特色課程,其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是課程內(nèi)容設(shè)置和師資建設(shè)?；诋a(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向的應(yīng)用型人才培養(yǎng)開展教學(xué),設(shè)置的專業(yè)理論課程和實踐課程要適應(yīng)企業(yè)需求。讓學(xué)生系統(tǒng)性、連貫性地掌握膜分離技術(shù)知識,提高學(xué)生自主解決實際工程技術(shù)問題的能力和創(chuàng)新思維。此外,專業(yè)課程的教學(xué)改革是不斷探索和改進的漫長過程,其成果不能僅限于課程考核評價,更重要的是畢業(yè)生就業(yè)后的企業(yè)反饋,因此還需對畢業(yè)生和所在企業(yè)定期回訪交流,不斷改進和完善課程內(nèi)容。