优化环境工程学科的实验教学体系

摘要：环境工程是一门综合性、实践性很强的学科，环境工程专业实验课教学是高校培养学生的重要环节。随着社会经济的快速发展，环境污染问题日益突出，社会对环境保护和污染治理的要求不断提高，这就要求高校能够培养出具有理论知识扎实、动手能力较强、有一定创新能力的高素质环境工程专业人才，以适应社会和市场的需求。然而，传统的高校教学普遍存在着重理论轻实践的现象，已经无法满足社会对人才的要求。因此，我们以2010版本科人才培养计划的修订为契机，对佛山科学技术学院环境工程专业原有的实验教学体系进行优化，积极探索“厚基础、宽口径、重实践、强能力、高素质”的应用型人才培养模式，取得了一定的成效。

1原有实验教学体系存在的问题

佛山科学技术学院环境工程专业起步相对较晚，是在2005年从资源环境与城乡规划管理专业(环保方向）发展而新成立的本科专业。依托于原资环专业良好的基础，加上学校对新增专业的重点扶持，环境工程专业建设得到了快速发展，但是客观分析当前本专业实验教学体系状况，仍然存在一些问题。

1.1实验学时不足，实验内容设置不合理

由于受传统教学思想的束缚，造成教学中普遍存在重理论、轻实践的现象，实验教学学时不足。目前，我校环境工程专业开出实验的课程共计14门，总实验为200学时，只占总课程学时的8%(课内总教学为2500学时），而且没有一门课程能够独立开设实验课，全部是跟着理论课教学走。另外，实验课程内容的设置各自为政，缺乏整体性、系统性，导致部分实验内容重复，制约了学生的知识面，如《普通化学》实验中的“分析天平使用”与《分析化学》实验相应内容重复；《仪器分析》实验中的“用氯离子选择性电极测定微量”与《环境监测》实验相应内容重复。实验内容多为验证性实验，综合性和设计性实验较少，而且与社会服务、科研、生产第一线脱节。这样既不利于提高学生动手能力和创新能力，又不利于培养学生综合分析能力和解决实际问题能力。

1.2实验教学方法单一

传统的实验教学方法基本上是先由指导老师介绍实验目的、实验原理以及所用的仪器设备，然后学生按照实验指导书规定的测试方法、实验步骤动手操作实验，读取数据和得出结果，最后完成实验报告。这种照方抓药的“填鸭式”教学模式单一，难以发挥学生主观能动性，导致学生分析能力差、依赖性强，显然已不适应21世纪知识经济时代对应用型、创新型人才培养的要求。

1.3实验考核制度不完善

实验课考核的办法一般是根据学生的出勤率和实验报告评定实验成绩，没有安排专门的考试，导致学生对实验课不够重视，容易出现做实验不积极，抄袭实验报告等不良现象。实验课成绩不能全面地反映学生对实验掌握的程度，学生实验动手能力的高低也很难从课程考核中客观地反映出来。

1.4实验仪器设备台（套）数少

学校由于办学经费有限和投入不足，造成实验仪器设备台（套）数不够。近年来，虽然学校对新增专业在经费上有一定的支持，但是力度不够。学校仅在2006年投入27万元、在2007年投入44万元购置了如自由沉降、工业污水可生化、活性炭吸附、烟气脱硫脱氮、旋风除尘器性能、垃圾焚烧发电等环境工程实验装置。由于经费有限，每种设备只能购置2~3台（套），有的甚至是1台（套）]，而2008~2010年几乎没有经费投入，造成许多实验项目都要借用原来资环专业（环保方向）的仪器设备才能开出。由于设备台（套）数较少，学生实验分组只能安排多人一组，这样无法保证每名同学都能动手操作，有些实验往往会出现一人做多人看的现象。因此，高校实验教学硬件配套不足，是导致学生动手能力差、创新能力弱的一个重要原因。

2实验教学体系的优化

所谓实验教学体系的优化，就是通过选择、改进和整合，使实验教学体系的诸要素包括实验课程、实验教学内容、实验教学方法、实验考核制度、实验仪器设备、实验队伍等相互有机匹配，使整体功能达到最佳状态0。为适应社会经济建设发展的需要，我们结合2010版本科人才培养计划的修订，对我校环境工程专业原有的实验教学体系进行优化，以培养“厚基础、宽口径、重实践、强能力、高素质”的环境科学与工程应用型人才。

2.1优化实验课程体系

我们在修订人才培养计划中，把4年的实验教学作为一个整体统一考虑。根据环境工程专业的特点，重新调整和有机组合所有实验课程，构建由公共基础实验课+学科基础实验课+专业实验课3个层次组成的新型实验课程体系。

原来的课程体系中没有开设公共基础实验，从而影响了后续实验的开展。因此，我们选择工科各专业通用的《计算机基础》《C语言程序设计》开设实验，而且独立开设一门实验课程一《大学物理实验B》。通过学习，使学生掌握计算机基本操作技能和基本物理量及物理参数的测量技术。

这是整个实验课程体系中重要的组成部分，它不仅直接影响日后专业实验课程学习，而且也是学生进一步深造硕士、博士层次的基础。我们主要开设《环境工程微生物学》《测量学》《电子与电工技术》《水力学与水泵》《化工原理》等课程实验，并把原来分散的《普通化学》《分析化学》《有机化学》《物理化学》和《仪器分析》5门课程的实验进行优化整合，单独开设一门实验课程一《化学实验》，安排80学时，把原来《环境监测》课程中的实验列出，单独开设24学时的《环境监测实验》。通过学习，使学生掌握本专业的基本实验理论知识和实验方法，基本技能得到训练。

原来的课程体系中只在《水污染控制工程》《大气污染控制工程》和《固体废物处理与处置》开设实验，专业实验具有难度大、耗时长的特点，但却只安排了20学时、8学时和4学时，明显不足。因此，我们把《水污染控制工程》《大气污染控制工程》实验整合成独立开设的实验课程一《污染控制工程实验》，安排48学时，并增开8学时《物理性污染控制工程》实验和8学时《环境水文学》实验《固体废物处理与处置》实验增加到8学时。通过学习，进一步强化学生专业技能，培养学生运用专业知识去分析问题、解决问题的能力。

以上实验课程体系总实验为330学时，占总课程学时的14%(课内总教学为2372学时），比原来增加了130学时，提高了6%，而且3个层次共有4门独立开设的实验课程，形成一个合理的实验课程体系。

2.2更新、整合实验教学内容

对重复的实验内容进行整合优化，淘汰陈旧落后的实验项目，减少验证性实验，增加综合性、设计性实验，并增设工程应用性实验、专业研究性实验，使实验内容多样化。

综合性、设计性实验《化学实验》增加了与环境相关的综合性实验内容，如“自来水总硬度的测定”“邻二氮菲分光光度法测定废水中微量铁”，促进了学生对专业的了解，提高实验兴趣。如《环境监测实验》中，“化学需氧量（CODcr)和生化需氧量（BOD5)的测定”“空气中SO。的测定”，它们原来属于验证性实验，经过整合后成为2个综合性实验。此外，还增加1个选做的综合性、设计性实验一“校园大气、水、噪声环境质量监测与评价”，要求学生自己制订监测方案、设计实验线路和选择实验仪器，详细实验方案经指导老师审定后，方可进行实验。学生做完实验，还要认真写出有结论、有分析评价、有心得体会的实验报告。这种综合性、设计性实验，极大地提高了学生参与实验的积极性，综合分析能力、独立设计能力也得到了充分的锻炼。

工程应用性实验环境工程是工程应用型专业，涉及应用领域广泛，学生毕业后多数人进入污水厂、净水厂、市政公司、环保公司、设计院等单位从事工程实际工作。因此，我们积极开设一些与社会服务、科研、实际工程相结合的实用性实验内容。如在《污染控制工程实验》中，将水处理流程的各个环节联系起来，形成一个专业应用性实验，该实验项目安排到校外实践基地（某某污水处理厂）去做，要求学生应用所学的专业知识在污水处理现场亲自动手采集整个工艺过程中的水样和污泥样，分析测定进水、出水的SS、COD&、BOD5等，观察污泥样的微生物，让学生充分了解污水处理厂构筑物，掌握污水处理过程中工艺参数的变化规律以及出现污泥膨胀、水质变差等异常现象所采取的措施。学生通过对这些实际处理工艺的运行操作，一方面让学生掌握一套完整的污水处理流程，培养学生综合应用能力和解决实际问题能力；另一方面拉近理论与实际、学校与社会的距离，为企业培养适用性强的应用型人才打下了坚实的基础。

专业研究性实验我校环境工程专业目前有教师12名，其中正高职称2名、glj高职称6名、中级职称4名。他们各自形成了自己稳定的研究方向，主要有水污染控制、大气污染控制、清洁生产、环境监测与评价等多个研究领域，每年承担多项各类课题。为了提高学生对专业知识的运用能力，逐渐培养学生科研能力，我们结合专业教师的科研课题，对学生增开一些研究性的实验内容，如“酸雨时空分布特征及其影响机制研究”“机动车污染排放特征及环境影响的量化研究”“化学氧化法在有机工业废水处理中的应用研究“土壤重金属污染及其修复技术研究”等，使学生掌握当前科学研究动态，为大四毕业论文（设计）和日后从事科学研究做铺垫。

2.3改进实验教学方法

在对实验教学内容更新、整合的同时，也改进了实验教学方法。首先，创立“学生为主体、教师为主导”的新教学模式，采用“启发式”的教学方法，老师提出问题，引导学生去思考和讨论，鼓励学生大胆发言。同时，让学生带着问题去实验，经过思考得到正确的认识和满意的实验结果。其次，充分利用现代信息技术如CAI、多媒体和网站等进行多种方法的教学，这些方法直观、图文并茂、形象生动，不仅可增大教学信息量，缩短课堂教学时间[4，而且能激发学生学习兴趣，增强实验效果。如我们完成的学校“151工程”项目一《环境监测实验》CAI课件制作，已投入《环境监测实验》教学中，学生普遍反映较好。另外，创造计算机仿真实验，对一些目前尚不具备条件开展的实验进行模拟，以开拓学生的视野。如将目前国内外最先进、最完整的垃圾处理与处置工艺流程以动态运行表现出来，让学生形成深刻的感性认识。

2.4完善实验考核制度

建立科学的实验考评体系和激励机制，采取综合考核方式，即实验成绩由平时成绩（包括考勤、实验预习、课堂提问）、实验报告、实验考试（包括实验操作考试、笔试）3部分组成，各部分所占比例分别为20%、30%、50%。对于课程中的实验，如《测量学》实验，在期末考试题中增加了实验题，提高了实验成绩在课程总评成绩中的比重，使实验的总成绩在课程总评成绩中占30%~40%，与学时比基本上一致。对于独立开设的实验课程，如《化学实验》《环境监测实验》和《污染控制工程实验》，期末单独笔试，占实验考试成绩的60%，主要考查学生对实验理论、基本原理的掌握情况以及对实验现象的分析、解释等。独立开设的实验课程，要求单独给出实验总成绩和学分。这种改革后的实验考评体系，不仅能够全面、客观、公正地反映学生的实验情况，而且大大调动学生实验的自觉性、积极性，提高实验教学质量。

2.5改善实验教学条件

为了保证学生学到先进的实验技术和方法，学校在有限的财力基础上加大投入的倾斜度，增添一些新的实验设备。如2011年在“国土资源环境与旅游研究中心”校级学科平台建设中投入了55万元购置设备，其中有45万元主要用于购置环境类进口大型精密仪器，如ICS-900型离子色谱仪（美国戴安生产）、Kjeltec8200型凯氏定氮仪（丹麦福斯生产）等，加上原有的紫外光谱仪、原子吸收分光光度计等大型仪器，除保证科研任务能顺利完成外，可让学生接触到这些先进的大型精密仪器设备，拓宽眼界，增长知识。同时，我们在“十二五”实验室发展规划中，计划未来2~3年逐步增加常规仪器设备台（套）数，保证每名学生都能动手实验。另外，对现有的实验室进行必要的整合和调整，优化实验室结构，将功能相同或相近的化学分析室、仪器分析室、环境监测室、环境化学室合并为环境分析测试室，将电教室改造为环境污染控制室，使课程与课程之间建立横向联系，发挥实验室多功能的作用，并改实验室“封闭式”管理为“开放式”管理，为学生开展科研活动和综合性、设计性实验提供更多的时间和空间。

3结束语

优化后的实验教学体系注重对学生实践能力的培养，对21世纪环境工程应用型人才的培养具有十分重要的意义。该实验教学体系在我校2009级、2010级环境工程专业中试行教学，收到了良好的成效，学生普遍反映这种新体系大大激发了实验兴趣，提高了动手能力、综合分析能力和解决问题能力，应用型人才的培养真正落到实处，值得进一步完善并推广实施。