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近年來,環境污染越來越趨于復合化和時空化特征,當前的環境治理技術可劃分為水處理技術、大氣污染控制技術、固體廢棄物處理與處置技術、污染凈化與生態修復技術等,對環境污染治理的從業人員提出更高的要求,需要具有較強的解決復雜環境污染問題的能力,這就對環境類專業的教學提出了更高的要求[1]。《環境工程原理》是環境科學與工程類專業本科教學中最重要的一門專業基礎課。該課程提煉了上述技術中所涉及的共性原理、現象和過程進行闡述,具有非常強的理論性、系統性和實踐性特點。《環境工程原理》課程的學習引導學生由“理論”思維向“工程”思維轉變,要求學生擁有較高的高等數學和物理化學教育背景,是一門入門門檻較高的課程。如何實現教與學之間的高質量知識傳輸,如何實現理論到實踐的思維轉變,如何激發學生主觀能動性學習,如何培養出高質量的環境保護人才,都是當前教育教學面臨的挑戰。教學團隊通過十余年的《環境工程原理》教學經歷,通過長期摸索,實踐了一種線下教學為主、線上教學為輔的教學模式,目標是最大限度的保證教學質量下調動學生的主觀能動性,為后續專業課程的學習打下扎實的基礎。
1《環境工程原理》課程教學難點分析
以河南科技大學環境工程專業本科生為教育對象,教材選擇胡洪營教授主編的《環境工程原理》(第三版),該教材是“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材,由高等教育出版社出版,通過十余年的《環境工程原理》教學經歷分析,該課程在教學過程存在的教學難點是:
1.1教學內容多
《環境工程原理》課程主要分為三部分:原理基礎、分離過程原理、化學與生物反應工程原理,教學內容涉及到質量守恒和能量守恒、流體流動、熱量傳遞、質量傳遞、沉降、過濾、吸收、吸附、萃取、離子交換、膜分離、反應動力學、化學反應器、生物反應動力學、生物反應器等內容,共計十六章五十四小節。教學內容涉及到了一個反應、兩個守恒、三個傳遞、多個應用,是多門學科的綜合,教學知識點多且都非常重要。該課程知識量大是目前教學過程難點之一。
1.2教學內容難度大
《環境工程原理》課程主要涉及到污染控制技術的共性原理,學生對于教學內容上規律性原理的理解和掌握上存在較大的偏差。課程中出現大量的數學符號及公式,表1統計了書中具體的數量,從表1可以看出,全書符號數達581個,公式數達1121個。如此大量的公式和符號為課程教學過程提出了巨大挑戰,教學內容的難度大是目前教學過程難點之一。
1.3教學學時少
以河南科技大學為例,《環境工程原理》課程的理論課學為五十六學時,每周四學時,共計十四周完成該門課程的理論課教學任務。本書共有五十四小節,因此需要每學時完成一小節的內容。可是每小節的內容多少不一,多數情況下一節四十五分鐘的教學課程很難完成一節內容的教學工作,少學時難以保證教學內容的完成和教學質量的提高。所以教學學時少也是教學過程的難點之一。
1.4課后習題難度高
學生課后習題的完成效果是有效檢驗教學質量高低的最重要指標。由于上課過程中為了加快教學進度,對課本例題處于基本不講的情況,學生沒有時間吸納相應的知識,又由于課后的習題難度明顯高于課堂例題,學生獨立完成課后習題質量不高,甚至出現大范圍無法完成的情況。課堂習題與課后習題難度不匹配,少學時無法設置習題課導致學生對課程的理解程度不高是目前教學過程的難點之一。
2《環境工程原理》課程線上線下混合教學具體實踐
《環境工程原理》課程的線上線下混合教學的具體實踐對象為河南科技大學17級環境工程專業本科生,兩個平行班,共計64人。課程共計56學時,每周兩次課4學時,共計14周,具體教學實踐時間為2019年3月至2019年6月之間。具體的實踐過程如下:
2.1線上平臺與線上課程建設
《環境工程原理》課程的線上平臺是基于河南科技大學在線開放課程完成的。線上課程建設具體包括:線上視頻課程資源建設、課程課件建設、課后習題庫的建設、試題庫的建設、試卷庫的建設、分組討論題庫的建設、學生考核形式評價體系的建設、課程目標問題建設等方面的課前準備工作。
2.2課前準備與預習實踐
首先,利用在線開放課程平臺學習目標、學習任務,布置研討問題。監控學生學習情況,特別是視頻課程學習的完成度和研討問題發言的活躍度,通過線上學習和討論過程中學生對相關知識點的理解確定本節教課的重點和難點,從而調整教學目標解決學生共性難點。以《環境工程原理》第三章第三節邊界層理論為實踐例:一、問題的,具體問題包括:邊界層理論的基本概念;邊界層的形成過程;邊界層分離。二、線上學習,在線平臺上提供四個知識點視頻,具體是Prandtl邊界層理論、繞平板流動邊界層、圓直管內流動的邊界層、邊界層分離及卡門渦街現象,視頻觀看率達98%。三、線上討論,95%的學生參與了線上討論,83%學生表達了線上學習過程中知識點的掌握情況。四、根據學生反饋信息整理確定線下教學重點內容。
2.3課中線下教學實踐
轉變以教師為中心學生僅作為被動接受的傳統教學思路,線下教學采用以問題導向出發的學生為主導教師為輔助教學的“翻轉”課堂[2]或者分組討論的方式改革線下教學模式。這種教學模式能夠最大限度的提高學生在課堂上的參與程度,調動學生學習的積極性和主動性。接上例具體教學實踐過程:一、將64名學生分為4組,每組16人,選出要發言的4名代表。二、利用20分鐘時間進行面對面討論本節課的四個知識點,形成頭腦風暴。三、作為教師下沉各組聆聽同學們討論情況,并解答學生在討論過程中可能遇到的問題或者提供給學生解決問題的途徑,鍛煉學生自主分析問題和解決問題的能力。通過這個環節,學生已經基本上解決了80%以上的難點問題。四、利用20分鐘每組利用5分鐘的時間展示1個教學知識點,重點是交流在學習過程中該知識點存在的難點及本組解決方法。五、利用剩余5分鐘時間,教師總結及表揚大家的精彩表現。
2.4課后教學質量評價實踐
課后教學質量評價工作是檢驗教學改革成功與否的最重要組成部分,教學質量評價從學生和教師兩方面進行具體的評價。學生層面包括:知識點的掌握程度、獨立思考和解決問題水平的提高、課程的滿意度、相互協作能力的培養等方面。教師層面包括:教學改革過程的控制效果、對學生知識掌握程度的評價方式、課程學生參與度的評估、教師自身修養的提高等方面。接上例具體從學生層面進行教學質量評價:利用課后作業完成度對學生知識點的掌握程度進行評價;利用如何實現知識點從不會到會的過程與方法評估學生獨立思考和解決問題的能力;利用問卷調查的方法對“翻轉”課堂[2]的滿意度進行評價;利用現場觀察對小組互動過程中學生活躍程度評價學生相互協作能力。四方面的評價各占25分,滿分100分。完成本次教學改革后,學生層面教學質量評價為94分。教師層面進行教學質量評價:通過課前、課中和課后對本次課程進程的熟練把控程度進行自我評價,向學生發放問卷調查評估教師在課程進展過程中的熟練操控程度;利用本節對應試題的發放與反饋從教師層面是評估學生掌握本節知識點的水平;深入各小組討論中檢測學生參與度的評價體系建立;通過教學改革后教師在教學水平和教師自身修養上的評價。完成本次教學改革后,教師層面教學質量評價為90分。
《環境工程原理》是一門超越污染介質的界限,從理論上系統、深入地闡述環境凈化與污染控制基礎理論及其工程原理的專業基礎課程.該課程旨在提煉大氣污染控制工程、水處理工程、固體廢棄物處理處置工程等涉及的具有共性的現象和過程,為環境工程后續的專業課程打下良好的理論基礎,在環境課程教學中起著承前啟后的作用.全國各高校對該課程都非常重視,目前普遍使用的教材是普通高等教育“十五”國家級規劃教材,清華大學胡洪營等編寫的《環境工程原理》,主要內容包括原理基礎、分離過程原理和反應工程原理三大部分,先修課程涉及高等數學、物理、無機及分析化學、有機化學、物理化學等.這門課程的特點是知識點多,原理偏難,在本校開設這門課后,學生普遍反應難學.因此根據本校學生實際情況對這門課實行改革是很有必要的.改革主要體現在以下幾個方面.
1改革教學方法,激發學生學習興趣
《環境工程原理》一般安排在三年級上學期,此時同學們剛學完公共基礎課,尚未正式接觸專業課程,對專業將來所從事的工作對象及相應的知識需求均不甚了解,故初學環境工程原理會感到與以前所學的知識相差較大,學習的積極性與能動性均難以充分調動,甚至還易產生消極抵觸的情緒.因此,幫助學生克服這種心理很重要.課堂教學過程中可通過舉例的方式,層層啟發,由淺入深,深入淺出,引發學生思考,讓學生把所學的理論、公式與以前所學的知識聯系在一起,認識到這門課是未來專業課知識的理論支撐,是“有用的”,促使其產生學習興趣.[1-2]要做到這一點,需要教師擴大知識面,把授課內容與相關的知識和日常生活中遇到的實際問題聯系起來.例如,在講解第二章內容“流體流動和熱量傳遞”時,強調流體流動是第三章“熱量傳遞”和第五章“質量傳遞”的基礎,同時幫助學生回憶物理化學中已經學習過的熱力學第二定律及卡諾循環,建立各部分知識點間的聯系,減少學生學習這些知識的陌生感;同時引導學生分析日常生活中的空調、淋浴器等家用電器傳熱方式,給學生講解工業余熱利用等實例,讓學生明白燃燒的火焰、高溫流體等都可作為高溫熱源,冷卻水等介質都可以作為低溫熱源,幫助學生將抽象的思維轉化為具體的實在;在講解過濾技術等基本概念和基本原理時,幫助學生回憶大學一年級做過的《無機與分析化學實驗》中的CuSO4結晶實驗,回憶在抽濾機上的抽濾步驟,最后得到純凈的CuSO4晶體過程,讓學生親自動手拆裝自來水過濾器,明白濾芯就是活性炭等,使學生對過濾知識有更加深刻的理解.這樣才能使學生樹立環境工程意識,培養學生把理論知識應用于工程實踐的思維能力,同時也讓學生切身感受到環境工程原理的實際應用價值,激發學習的能動性.[3]
2改革實驗教學方法,注重實驗教學效果
《環境工程原理》這門課程可以開設的基礎性實驗課有流體流動阻力測定、流量測量、總傳熱系數和對流傳熱系數的測定等.《環境工程原理》實驗教學目標就是要培養學生的動手能力和操作技能,培養學生把知識付諸實驗的操作能力,讓學生在實驗操作中鞏固已學過的知識.因此,在實驗教學中,必須充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用,將二者有機地結合起來,才能收到較好的教學效果.實驗開始階段,教師應重點強調實驗的關鍵技術、容易造成誤差的操作和安全注意事項,為實驗結果的準確分析和思考題回答做好鋪墊.在學生實驗過程中要積極引導創新,及時糾正學生的錯誤操作,解答實驗中的疑難問題.對于學生的錯誤操作要引導他們分析原因,啟發他們找出糾正錯誤的方法,讓學生在失敗中吸取教訓,從中獲取正確的實驗技能,對于疑難問題,多采用討論、研究的方法,充分帶動學生的積極性.讓學生主動獲取理論知識與技能,讓他們在實踐的失敗與成功中受到鍛煉,培養獨立創新實驗工作能力.在實驗教學中,應該鼓勵學生盡可能地參與到實驗預習、實驗操作、結果分析反饋中.對實驗中的個別異常現象,教師不要立即給出答案,應先讓學生復述此前操作過程,在學生敘述過程中一般會自己發現錯誤,使問題迎刃而解.這樣做一方面使學生更加認真操作,另一方面也端正了其實驗態度.
3改革考試方法,改變期末突擊弊病
環境工程原理涉及的原理分析、公式推導較多,但該課程的學習不是要死記硬背這些公式和繁雜的推導過程,而是要了解前人對實際工程問題的處理思路和解決方法.只有注重對方法的理解,才能在后續專業課程學習中觸類旁通,以及在實際工程應用中實現舉一反三.因此,筆者在本課程的考核方式上也努力體現對基本概念的掌握和基本方法的理解,更注重平時的考核.例如,在作業中通過典型事例分析,要求學生對該過程涉及的基本概念進行陳述,然后提出解決問題的可行思路.筆者要求方法可以不唯一,也不注重標準答案,甚至也可允許超越課堂教學內容,但要求邏輯嚴密,思路清晰,結果可行.通過這種多形式、多時段的過程考核措施,改變學生期末突擊的不良習慣,有利于端正學生的學習態度.學生最終的成績由以下幾部分組成:平時成績(包括考勤和作業等)、期中考試、實驗成績和期末考試.逐步降低期末考核成績的比重,強化學生過程學習的動力和興趣,減輕學生期末考試的壓力.作業中增加PPT匯報交流的環節,鍛煉學生的表達能力和寫作水平.
4增加到實踐基地參觀考察環節
俗話說“百聞不如一見”.在講解環境工程原理課程內容時,突出“三傳一反”的教學主線,系統地講解流體流動、熱量傳遞、質量傳遞和化學反應工程理論的同時,應盡可能創造條件帶學生去環境工程基地考察.[4]帶領學生到實踐基地參觀考察的目的就在于認知工程設備、了解實際工況,將課程基本知識與工程實際情況聯系起來.讓學生了解各種豐富多彩的工程實際,使學生通過該環節的訓練體會工程觀念,領悟環境工程原理知識在工程觀念中的應用.把研究問題與工程實例結合起來,體現加強基礎,面向生產,突出應用,引導思維,啟發創新的教學模式,進一步激發學生的學習興趣和學習積極性.通過親自運行設備,觀察環境工程設備構成及操作要點,引導學生從生產技術性、經濟合理性方面進行系統的“工程”考慮,要對不同的方案進行“工程”比對,形成工程觀點并強化工程思想,同時貫徹“理論教學環節以應用為目的,實踐教學環節以應用為目標,培養工程素質和實踐動手為主線”的教育戰略思想帶領學生學習.認知實習能夠讓學生對環境設備和工業流程有綜合的了解,調動學生對知識的求知欲,培養學生的實踐能力,提高學生的綜合素質,能夠最大限度地將以往課程內容、課程實驗和課程設計的結果向深層次做引申,通過認識現象、發現問題、研究對象來達到提高學生綜合能力的目的,可以把教師豐富的教學經驗、多年實際工作閱歷和學生的現場認知、積極向上的探索精神與實踐教學有機地結合起來,對培養學生實際工程能力有非常積極的作用.#p#分頁標題#e#
5鼓勵學生參與科研,以科研帶動創新
關鍵詞:高職院校;環境工程;實踐教育;教學改革;發展方向
中圖分類號:G642.0文獻標志碼:A文章編號:2095-9214(2016)07-0169-01一、環境工程傳統教學模式
傳統教學模式注重知識的積累,注重對專業知識的掌握,通過課堂,由教育者對課本知識進行講解,對于工程上的結構,施工流程,施工工藝,通過舉例說明,主要是平面化教育,有一定范圍的教育。教育針對的是科學文化知識的掌握,對工程力學,化學,化工掌握,對于環境污染治理,工程招投標及工程預結算以專業知識,用專業規范教學,以專業方法來計算,得出結論,傳統教學加強對科學的掌握,對技術原理的掌握,對規范要求的掌握。
二、傳統教學特點
在過去的高職院校教育中,提升學生自身素質文化素養是重點。環境工程學致力于化學與環境污染治理,注重理論知識提高,對化學、生物科學知識掌握。但是在傳統教育灌輸下,了解了技術原理,結構的力學原理,以及規范要求,不是根據經驗施工,設計,而是依據規范要求專業規范施工。
傳統教育的優點在于學習最正規的理論,讓工程行業更加規范化,通過在學校的教育下,有了一群會在實際工作中以國家規范,理論嚴格要求自己,規范自己與施工者,提高行業整體標準,守住底線,提高素質。
三、傳統教學的缺點
(1)抽象化:根據書本知識來進行講解,用專業化術語講述專業化知識,抽象,難以理解。環境工程學包括普通化學、工程力學、測量學、工程制圖等。這些專業課知識對于沒有接觸過的人來說是及難懂的,難以在大腦思維形成圖像。而課本更是以較為專業的話語在解釋工程學,傳統教學根據課本在教室內進行教學,學生只能知其然,如何更好的知其所以然就成了學生求學道路上的難題。
(2)局限化:傳統教學在部分知識點上,只能講述工程局部,對于工程的細節,由于缺乏實踐,缺少實物,以及課時等各方面原因,這些最基礎的工程概念,學生無法了解。這也是受高等教育者與工程上一線工人的區別,他們有經驗,而學生只有理論,但要想透徹學習工程學,課本上的點是不足以蓋面的。傳統教學注重的是知識培養,但書本中科學理論講述的知識很局限,要想真正理解,需要實踐與探索。
四、環境工程實踐教學定義
環境工程實踐教學,是一種教學改革,由字面意義可知道,環境工程實踐教學就是將實踐融入教育,在教育過程中加入需要實踐的課程,增強學生動手能力。在傳統教育中重點是理論的掌握,而實踐教育注重理論與實踐全面發展,培養高素質人才。
五、環境工程實踐教學改革的意義
(一)實踐與理論相結合,積極響應國家政策
案例1:太原科技大學化工與環境安全專業開大量實驗課程,如空氣質量檢測實驗,水污染控制工程實驗等。學校為學生購買大量實驗器材,實驗課要求學生對專業相關實驗流程熟練掌握,能夠自主,獨立完成相關實驗,在實驗過程中,分組進行實驗,團結互助,共同學習,教師則在課堂中起監督指導作用,為學生講解實驗設備的使用,如何規范操作,整理相關數據[1]。在實驗完成后,學生根據指導教師要求,依據課本及相關規范,收集數據,處理數據。實驗的最終目的是得出相關環境數據,對相關數據進行處理。太原科技大學實驗課程要求學生能夠達到專業處理實驗數據的效果。最后有指導老師對整個過程給予評價,對數據處理進行批復。
課本教育,知識,總不如動手實踐來的真實。將科學理論與實踐相結合,這是大勢所趨,形式推動下的教育改革。由案例1可見,通過實踐,學生能夠更加扎實掌握實驗過程,在社會上,能夠對實驗熟練運用,及對數據的處理,可以更好對口社會職業,更好,更專業服務社會。實踐是人類最好的老師。在實驗過程中,學生不僅了解了知識,更能促進師生交流,同學之間團結互助,增強學生動手能力,指導教師能夠在過程中能夠了解實踐中,學生難以掌握的難點及容易出錯的細節,以便更全面為學生講解。
(二)增加學生動手能力,更好適應社會,增強學生社會競爭力
案例2:某高職院校在教學時間內設置實訓周,在實訓周內,為學生布置任務,時間由學生支配,指導教師負責為學生講解所需要的知識點,然后為學生布置任務,在實訓周內,學生自主學習,通過網絡及實地考察,完成相應任務。在測量實訓周內,學生通過對校園內建筑的測量,收集整理數據,完成放樣等工作。學校建設小規模施工場地,有學生分組進行小規模施工,對工藝流程有了深刻了解。在實訓周結束后,學生提交實訓成果,由指導教師對每個學生進行實訓答辯,通過各方面考察,為學生打分[2]。
學生學習效率低,原因是不夠自覺,學習不夠自主,沒有積極向上的探索知識。用實踐的方式,調動學生學習興趣。環境工程在現場施工過程中,科學知識運用在何處,只有學生了解所學知識的用途,才能更好學習。
在當今社會就業競爭壓力極大的現狀下,高職院校學生如何脫穎而出,與本科生抗衡,那就是提高動手實踐能力,在進入公司后能夠盡快上手公司事務,有強大科學理論支持,有較高動手能力,特別是環境工程類,對職員的實踐經驗要求更高,在工程上,沒有實踐,只是理論知識,是絕對行不通的,所以,環境工程實踐教學改革正好補足了學生在學校缺乏實踐經驗的缺點,提高了高職環境工程專業學生社會競爭力。
參考文獻:
本科畢業生就業問題已經成為我國面臨的一個嚴峻現實,畢業生總人數及待業人數急劇增加。本科生起薪普遍下跌,甚至出現了“零起薪”就業現象,為逃避就業壓力而選擇考研等。由此引發了學生及家長對學習的態度和價值產生了新的懷疑。環境工程專業的就業市場亦然。早在1998年,國家環保局和國家教委聯合主持的“中國高等環境教育發展戰略研究”課題組就預測,2000~2010年我國對環境工程專業人才的年均需求量為1147萬人;2004年,人事部又宣稱,環境工程師將是今后幾年需求最大的熱門人才之一。然而事實卻不容樂觀,環境工程專業人才在各種畢業生供需見面會上普遍受到冷遇,一次就業率達不到50%。重慶工商大學環境工程專業于2002年開始招生,至今已有10屆,共計招生1000余人;畢業5屆,共500多人。一次性就業率徘徊于60%~70%之間。其原因主要有三[1-2]:一是畢業生人數過多,二是學生就業意向,三是學生自身的素質。如何適應社會對環境工程專業人才的需求?如何躋身于眾多的環境工程專業之列謀求長期健康的發展?環境工程專業必須深化課程體系改革、加強實踐環節訓練等入手,以全面提高學生的素質,提升辦學品位。
1環境工程課程體系設置的實踐與探索教學計劃和課程體系的設置直接影響學生的知識層次和培養目標的實現。我校環境工程專業經過十余年的探索與努力初步形成了以下的課程體系。
1.1知識體系四年制環境工程專業教育主要分為通識教育、專業教育和集中實踐性教學三個模塊。一般在一、二年級完成通識教育,并通過環境工程原理等課程的教學起到環境工程“入門”的目的,而專業教育主要在三、四年級完成。
1.2課程設置
1.2.1專業骨干課程體系改革2002年專業主干課為7門,共205學分。2004年無專業骨干課的概念提出。2005年專業主干課有4門(環境工程原理、環境工程實驗、水污染控制工程、大氣污染控制工程),占125學分。2006年環境工程專業的4門核心課程(環境工程原理、水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理與處置)為骨干課,學分為14。2007、2008、2009年環境工程專業骨干課調整為:環境工程原理、水污染控制工程、大氣污染控制工程,共三門,學分為115。2010~2011年環境工程專業骨干課又重新調整為4門:環境工程原理、水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理與處置。2010年、2011年學分分別為:145、150,其中2011年固體廢物處理與處置增加了0.5學分。專業骨干課就經歷了一波三折的變動。
1.2.2公共課和選修課的年度變化從表1可以看出,整體上來說,2010級的課程體系比2007級和2009級的更加合理。就要求完成的總學分而言,雖然保持在175的基礎上。但是,就公共課、專業課(包括學科基礎課、專業主干課、專業選修課)和通識課占總學分的比例而言,2007級分別為49.6%、44.0%、64.0%,2009級分別為48.9%、44.6%、64.0%,兩者的差異不明顯。而2010級分別為47.9%、46.4%、57.1%。表明專業課占的比例逐年增加,通識課和公共課占的比例逐年降低。專業課從2007級到2010級整體優化。2007級、2009級、2010級專業選修課的學分分別為25、28和28,分別占專業課總學分36.5、39.5和42.5的68.5%、70.9%和65.9%。2007級、2009級、2010級的方向共同選修課可選擇范圍為25學分、34學分、34學分,方向選修課范圍為8學分、8學分、8學分,但是方向共同選修課要求達到1分、24學分、24學分,方向選修課分別達到6學分、4學分、4學分。也就是說,雖然2007級選修課的比例很大,但實際上,在所有可選的方向共同選修課25學分中,必須要選擇19分,實際可選性受到了很大的限制。2010級雖然選修課只有65.9%,但是34選24,8中選4,學生實際的自主性更大。集中實踐性教學環節學分,2007級~2010級均為35學分,占專業課總學分的20.0%。
1.2.3環境工程專業課程結構專業課程包括學科基礎課課程、專業主干課和專業選修課。在教學順序上采用了從單一到綜合、從微觀到宏觀、從簡單到復雜的傳統環境工程專業的課程時序安排。大一、大二低年級階段主要完成基礎理論課和相關實踐課;大三是整個學習階段的重心,進行專業核心理論課的學習和相關課程設計;大四的高年級階段在前修課程的基礎上,主要進行綜合設計能力的訓練和工程實踐能力的鍛煉,同時,根據專業拓展的需要和學生自己的興趣進行多門交叉課程的選擇性學習。
1.2.4專業理論課程設置由表2可知,專業理論課的設置分為學科基礎課、專業骨干課和專業方向三個環節。這其中包含了環境工程專業指導委員會指定的4門核心課程,還有多學科交叉理論的課程如工程力學B等,但是沒有體現自身課程方向與特色的課程。大量的選修課的開設更為學生提供了自由選擇的平臺。
1.2.5專業實踐教育體系
1.2.5.1專業實踐教育體系的構成專業實踐教育體系由基礎實驗→學科基礎實驗→專業實驗逐步過渡。在教學順序上,先通過基礎實習使學生掌握必要的計算機、大學物理、化學基礎。再通過各門課程的課程設計拓展到規劃設計與CAD,使學生對環境工程的各個方面(計算機、化學、物理等)以及各個層次(檢測基礎實驗、環境工程設計等)有所掌握。最后通過綜合實習和畢業設計逐步深入到社會與環境的綜合發展規劃之中,使其達到知識拓展和能力培養的目的(圖2)。
1.2.5.2實踐環節的訓練由表2可知,自2005年開始,我院環境工程專業實踐總學分由原來的30學分增加到35學分。從學期分配情況看,自學生大二后半期開始安排實踐實習,且學時分配也相應的由原來單一集中大四進行的模式變為各學期分散進行。環境工程2004,2005和2006級培養方案中實踐環節學分為:30,35,35學分,占總學分比例分別為16.5%,18.9%,20.0%。2007~2011年度均保持在20.0%的比例。而在同類高校中這一比例占到了40%以上[3]。
2專業改革的實踐與探索
2.1專業辦學定位我校環境工程專業如何能夠在眾多同行兄弟院校中做到“人無我有、人有我特”的辦學方略,這些概念尚未明確定位。目前我院教師的縱向科研項目、橫向課題等沒有較好的凝聚學科研究方向,未能形成強有力的科研團隊。學生也少有機會圍繞主題參與到教師的科研及各種課外科技活動。#p#分頁標題#e#
2.2辦學條件辦學條件是教育的基本保障。近年來,學校和學院對環境工程專業在實驗條件和教學條件的改善上給予了很大的支持。先后建立了設施完善的工科實驗中心、環境工程設計室,相應的專業軟件、繪圖儀等軟硬件實驗設備也配套完全,保障了學生實驗、實踐動手等能力的全面培養和提高。同時,在理論教學過程中采用多媒體教學,圖文并茂的教學課件使學生在更深入的理解理論知識的基礎上,對實踐也有了更多的感性認識。我校環境工程專業目前建立了3個校外參觀實習基地。由于經費緊張,各實踐環節削減學時,或者到就近找一家不合適的企業進行實踐,甚至有的干脆讓學生自己去尋找企業進行實踐;另外,學校沒有建立穩定的實踐教學基地,企業不太愿意接收學生來實習,導致目前很多學校的實訓環節流于形式,達不到工程實訓的目的。
2.3師資結構教師是教學工作的核心資源,人才培養的質量取決于教師的素質。我校在引進新人才的時候,注重學科背景的選擇和實際動手能力的考核。目前,在環境工程教研室現有的9名教師中,有8名專業教師,有環境影響評價工程師資格的教師4名;教授2名,副教授1名;博士(含在讀)8人,學士1人,且40歲以下教師全為博士以上學歷。目前主要存在的問題在于師資隊伍的專業背景差異較大,且擁有高級職稱的教師比例太小。只有通過教師資源的不斷的有效整合,才能為專業的發展、教學質量的提高以及學生素質的全面發展和就業能力的拓展提供更加有力的保障。
2.4人才培養質量教育的最終目的是人的素質的全面提高。從歷年的畢業生來看,其就業率、就業渠道、就業單位表現以及各種反饋信息都說明畢業生的綜合素質、實踐能力以及分析處理問題的能力逐年有一定的提高。近幾年來,考取研究生的人數比例也在不斷的上升,包括考取浙江大學、大連理工大學等重點大學。但是,我校環境工程專業學生參與科研、、參加競賽等情況可以看出學生的素質及其創新能力的亟待提高。學生在參與教師科研課題的基礎上,申請創新基金和課外科技立項僅寥寥十余項,在核心或一般公開刊物上發表文章也只有幾十篇。
3環境工程課程體系改革建議
3.1課程設置的調整課程設置的重新調整包括對不必要課程的刪減,同類課程的整合,學時量的增減,必修課和選修課的變換以及教學順序的調整等。建議如下:(1)專業主干課應該包括體現自身課程方向與特色的課程。但是特色的定位尚需要環境工程專業諸位教師,包括學校領導的努力。只有不斷地探索與實踐,才可能形成鮮明的特色。(2)學科基礎課方面。加強CAD、軟件應用、程序設計相關課程。學習環境工程專業需要很強的責任心和數理能力。繁瑣的計算,大量的圖紙可能會讓你覺得麻煩。有了較好的計算機水平,并學會了操作專業軟件,就會事半功倍。(3)專業必修課方面。刪去《普通生物學B》,增設《環境化學》等。許多高校都開設了該門課程[4-5]。《環境化學》課程主要闡述污染物在各圈層環境介質中遷移轉化過程,所涉及的污染化學問題及其效應為主線,討論密切結合我國乃至全球關注的環境問題。它應當是環境科學的核心組成部分。(4)實驗課開設方面。壓縮《化學實驗Ⅰ》、《化學實驗Ⅱ》,開設與環境監測分析有關的《儀器分析》。《儀器分析》是一門綜合性課程,涉及近代物理學、電子技術、計算機技術等許多知識,在眾多領域應用十分廣泛,自20世紀80年代以來很多高校都開設了該門課程[6-7]。《儀器分析》應當是環境工程專業一門重要的專業基礎課。同時,增加綜合性、設計性實驗的比重[8]。這是教學改革的客觀要求,它能夠培養學生獨立分析和解決問題的能力。例如,在活性污泥活性的測定實驗中,教師給定污泥負荷,由學生自己設計實驗方案,確定活性污泥的取樣量和污水的取樣量,制定COD工作曲線的制作方法。
新型案例教學設計
基于對微生物燃料電池多年的研究基礎及對環境工程專業的認識,筆者總結了微生物燃料電池與以下課程的結合。
1.水質工程學教學
微生物燃料電池作為一種有應用前景的新技術,近年來得到廣泛關注,也取得了進展。而微生物燃料電池可以作為案例,引入到水質工程學的教學中來。在講授生物處理部分,可以引入微生物燃料電池這項新技術。首先需要向學生講清楚微生物燃料處理廢水的原理。在微生物燃料電池陽極室內,同時發生著厭氧生物處理、電化學氧化、生物氧化與生物混凝等多個過程,并逐一介紹此四個過程的原理特征。然后向學生介紹當前應用微生物燃料電池技術進行污染處理的研究狀況。近年來,一系列富含生物可降解有機物的廢水,在微生物燃料電池中逐漸被嘗試用來產電,同時廢水本身得到降解。在介紹完整體研究狀況后,任課教師可以根據熟悉的特征廢水,展開而深入地向學生展示。需要提及的是,氮污染控制是當下環境保護工作的重點,微生物燃料電池處理含氮廢水是該技術在廢水處理領域最重要的應用之一,也與中國地質大學(北京)以地下水污染防治為特色的環境工程教學特點密切相關。微生物燃料電池生物脫氮的研究最早開始于2004年,研究者發現當陰極電勢控制在-500mV時,微生物能夠直接以陰極作為電子供體將NO3-還原[7],這對微生物燃料電池處理含氮廢水的實際應用具有十分重要的意義。同時也需要向學生說明,當前受制于材料成本,微生物燃料電池處理廢水還只停留在實驗室研究,還未真正應用。這樣既向學生傳授了生物水處理的相關知識,又激發學生進行深入了解研究的動力,培養了學生善于思考與聯想的能力。在講授水處理系統部分時,在講解完生活污水傳統的處理工藝的基礎上,可以針對當下相對難以處理的工業廢水,介紹基于微生物燃料電池的新型處理工藝。如筆者所在的課題組嘗試用UASB-MFC-BAF的組合工藝處理糖蜜酒精廢水[8],高效去除污染物的同時,并獲得1410.2mW/m2的最大功率密度。其中,在UASB單元高效去除COD并進行硫酸鹽還原,MFC單元氧化硫化物的同時產電,BAF單元去除色度并降解苯酚衍生物。與常規工藝的結合為MFC在污水處理方面的應用提供了新的思路,成為一種很有前途的處理方式。這除了向學生傳遞了水處理工藝的相關知識,也示范了工藝組合的特點與基本規律,培養了學生講自己所學的水處理技術融會貫通,靈活運用的能力。
2.固體廢物處理處置工程教學
堆肥處理是主要的資源化技術之一,在講到堆肥部分時,可以介紹微生物燃料電池固體廢物堆肥中的應用案例,即微生物燃料電池既可以處理廢水,也可以處理固體廢物,展示了該技術良好的發展前景。其在固體廢物堆肥中,底物不需要頻繁更換,而且有機質含量高,堆肥過程自身產熱可提高溫度,為堆肥過程中形成的高度復雜的微生物種群的富集和生長提供了更加穩定的外部環境,當前以廚余垃圾和園林肥料為原料的堆肥微生物燃料電池也已經有報道[9]。剩余污泥是城市污水處理廠運行中最為頭疼的問題,在講授城市污水處理廠剩余污泥處理處置部分時,可以著重介紹微生物燃料電池在剩余污泥資源化過程中的應用,微生物燃料電池可以將剩余污泥中的化學能轉化為最清潔的電能,為污泥資源化提供了新的思路。具體包括直接利用剩余污泥與間接利用剩余污泥兩方面,前者是直接以剩余污泥為燃料,在輸出電能的同時,能達到良好的污泥減量效果;后者是分別以剩余污泥微波預處理上清液與剩余污泥發酵產生的揮發性脂肪酸作為燃料,可以有效地資源化利用剩余污泥,同時達到污泥減量的目的。將此類案例介紹給學生,既可以傳授了固體廢物資源化與處置的相關知識點,又可以激發學生的學習熱情,提高教學質量,并且進一步培養了學生環境工程意識和環境工程研究的能力,進一步培養了學生分析和解決環境工程實際問題的能力。
3.環境學教學
環境學是環境類專業本科生的專業基礎課程,旨在使學生正確理解和掌握與環境問題有關的基本概念、基本知識以及基本原理,以便為學習后續課程奠定必要的基礎。而微生物燃料電池與其課程教學也有密切聯系,可以成為增強教學效果的有力工具。污染物是環境工程的處理目標,而污染物指標是檢驗環境技術優劣的標準,在水體污染教學方面,五日生活需氧量(BOD5)的含義與測定是教學中的一項重要內容。常規BOD5測定主要采用呼吸法,該法測定較為復雜,而且耗時長,基于微生物燃料電池工作原理的BOD5傳感器具有良好的應用前景,其電流或電壓與污染物濃度呈現良好的線性關系,而且能夠快速響應,并且測量范圍較寬,結果具有良好的重復性,因此成為微生物燃料電池實際應用領域較為重要的直接應用方向。在利用微生物燃料電池類型的傳感器測定BOD5時,以待測廢水為陽極液,通過之前測定的電壓與濃度對應關系,讀取電壓值,便可換算為BOD5的濃度。此測定方法發現電池轉移電荷與BOD5之間呈明顯的線性關系,相關系數達到0.99,標準偏差為3%~12%。而且微生物燃料電池類型的BOD5傳感器響應快,恢復能力強,當污水濃度發生變化時,電流滯后1h即可達到穩定。而且微生物燃料電池型BOD5測定方法的另一突出優點是可連續運行,無需路外保養。通過介紹微生物燃料電池在測定BOD5中的應用,可以加深學生對BOD5的理解,傳授了水體污染指標的概念,也培養了學生觸類旁通、理論聯系實際的能力。在環境學課程講授中,會涉及全球的能源與環境問題,也會提到一些新型的清潔能源如氫能、核能等。此時可以介紹微生物燃料電池電助產氫的相關知識,這也是微生物燃料電池可能直接利用的主要形式。根據電化學理論,電解水的分解電壓為1.6V,而在無氧氣存在的條件下,在雙室微生物燃料電池陰極施加一個遠小于水的分解電壓的小電壓(一般小于0.8V),可以促進外電路轉移至陰極的電子和陽極轉移至陰極的質子結合而生成氫氣,從而達到利用微生物燃料電池系統產生氫氣的目的,該工藝產生的氫氣純度較高,并可以積累和儲存以及運輸,克服了以前微生物燃料電池輸出功率低、無法直接應用的缺點,從而促進微生物燃料電池技術朝著實際應用又邁進了一步。這一方面可以吸引學生更深的了解微生物燃料電池技術,而且培養學生的研發興趣與愛好,另一方面傳授了氫能等清潔能源的相關知識,拓展了氫能的來源,啟發了學生深入探究、勤于聯想的能力,取得良好的教學效果。
課堂教學實踐
在中國地質大學(北京),筆者主要參與環境工程專業基礎課與專業課的教學。在實際教學中,將微生物燃料電池的研究心得與實際教學相結合,對教學起到很好的促進作用。如在環境專業基礎課有機化學的教學中,在講授烯烴部分時,講到石墨烯作為微生物燃料電池陽極的優點,更多地利用了其比表面積大、易于微生物附著的特征,促進了微生物燃料電池的產電與污染物去除,使得學生對于石墨烯的應用有了更直觀的認識,對教學起到了促進與拓展的作用,符合當下理論聯系實際的教學思路。在環境專業主干課環境生態學的教學中,將水生生態系統部分引入微生物燃料電池的概念,介紹了產電微生物的工作原理及特性,并介紹了沉積物微生物燃料電池的工作原理及應用,這不僅向學生傳遞了水生生態系統中的環境微生物的類群與功能,以及污染物在水生生態系統中的遷移轉化規律等知識點,而且可以使學生明晰微生物燃料電池的在其中所起的作用,形象地展示了微生物燃料電池參與污染遷移轉化的過程,對于此部分知識的教學,起到很好的促進作用。講到這些案例時,學生的學習熱情都比較高漲,教學效果明顯提升。可見微生物燃料電池確實是良好的教學載體,有助于提高環境工程教學的質量,筆者在后續教學中還需進一步完善提煉。
關鍵詞:課程思政;土壤修復;環境工程
1土壤及地下水污染修復課程介紹
土壤及地下水修復課程總學時為32學時,為專業必修課。通過本門課程的學習,使學生對土壤及地下水污染及修復有一個最基本的了解,正確理解土壤及地下水污染修復中涉及的基本概念和基本理論,對不同土壤及地下水污染問題的原理、效應及其控制有一個總體的掌握,并掌握土壤及地下水污染修復的原理、方法及計算,了解土壤及地下水污染修復的發展趨勢。原課程分為6大章節:①土壤及地下水概述、②場地特征描述、③土壤-地下水中污染物遷移基礎理論、④反應器的設計、⑤土壤及地下水修復技術及⑥風險評估及管理。如果要將課程思政融入到課程的教學環節之中,必須解決以下問題:培養什么人(課程目標)、怎樣培養人(課程設計)、如何評判學生是否達標(教學效果與考核)。
2土壤及地下水污染修復課程目標
中南民族大學環境工程專業在申請專業工程認證的過程中調整培養目標,從四個方面對人才培養提出了要求:(1)知識能力;(2)實踐能力;(3)職業素養和(4)發展潛能,其中重點強調了素質教育和發展潛力[2]。此外,中南民族大學學生超過一半來自與少數民族地區,所培養的專業人才也需要能夠服務民族地區。民族地區蘊藏著豐富的水資源、礦產資源和動植物資源,是我國重要的生態功能區。進入新世紀以來,我國民族地區的社會、經濟取得了顯著的發展,但也帶來了日益嚴重的環境問題,因此急需環境工程專業人才。資源過快消耗越來越突出和受到關注,政府或者企業在做決策時常常存在經濟與利益的沖突,常常有對立的情況發生。比如說,如果想要高效的經濟效益就必然要犧牲環境,但出于環保的考慮,經濟成本又會很高,在這種情況下,環境工程師做出怎樣的取舍尤為重要。我們既要通過先進發達的科技改善和優化現存的生活條件,但同時要遵循自然規律并且使我們的后代能可持續發展下去。我們不能以浪費和犧牲地球—我們共同的家園為代價來擴大自身的財富,目光短淺的只看現在而不顧及后代的權利和利益。那么應該培養什么樣的人才?土壤及地下水污染修復課程目標設定為使學生對地下水及土壤污染及機理有一個最基本的了解,對不同土壤及地下水污染問題的原理、效應及其控制有一個總體的掌握,并著重掌握土壤及地下水修復技術的原理及修復技術,能進行簡單的土壤和地下水修復設計計算,掌握土壤環境風險評估步驟及方法,能提出修復設施方案和運行管理措施并遵守工程倫理準則,具有強烈的社會責任感,正確的價值觀、利益觀,把全人類的共同利益放在第一位。
3教學效果與考核
對于課程思政內容的考核不能單一的以考試成績為評判標準,因為單純以卷面形式考查不能滿足對于思政教育的評價,需要由單純的考試轉向“考試與實踐調查”相結合;由終結性評價轉向“過程性評價與終結性評價相結合”,即對學生平時學習能力進行實時的記載。人的能力是多方面的,會考試只是其中很小的一部分,通過考核方式的改變讓學生有更多的途徑展現自己。表1為土壤及地下水修復課程的考核方式及評價標準,過程考核和期末考試相結合,過程考核包括課堂表現和平時作業;期末考試的考核方式為筆試(閉卷)。考核成績的構成:總成績為100%,平時成績(包括課堂討論、平時作業和出勤等方面)占50%,期末成績占50%。
4結語
我國環境工程專業從1977年清華大學、同濟大學等一批院校開設開始,經過30多年的發展,目前年招生人數已達到2萬人左右。環境工程的最大特點在于它是一門邊緣交叉型的綜合性學科。廣義地說,幾乎任何一門基礎學科或工程學科的技術應用于環境保護領域都會在環境工程專業占有一席之地。在現有專業目錄中,環境工程可能算得上是一門對其他各門學科的知識體系包容性很強的學科,也正是由于這一特點,我國環境工程本科專業的知識結構和教學計劃自專業創建之始至今一直處于發展、完善之中。
雖然各高校的環境工程專業已統一相同的名字,但各高校依舊保持了傳統的特色。全國各院校環境工程專業的培養體系也呈百花齊放、多種特色并存的特點。一般環境工程專業教學體系強調基礎教學,以環境工程原理為專業基礎,以水污染控制工程、大氣污染控制工程、噪聲污染控制工程、固體廢物處理處置與資源化工程、環境監測、環境規劃與管理等為專業課。培養過程過于強調教學過程,輕視綜合能力這一最終目標。強調課堂教學,重視提供大量的實踐鍛煉,學生畢業論文或設計課題多為模擬,缺乏“真刀真槍”的實際訓練。[1]國家環境保護“十二五”規劃中對涉核環境保護與輻射安全管理提出本文由收集整理了明確的要求,按此規劃要求,在核原料開采、純化和核廢物處置循環全過程、核電設計、核工程技術、核反應堆工程、核與輻射安全、運行管理等領域均需要大量具有核環境保護知識的專門人才。為了滿足這個需求,探索南華大學有核特色環境工程學科新的教學體系,培養厚基礎、寬專業、強能力的專門人才,使之理論扎實、知識面廣、素質高、創新意識和獨立工作能力強,服務于國防建設、核工業發展、地方經濟建設與社會發展的各個領域。通過十多年的建設和發展,在教學體系建設與實踐方面進行了有效探索,積累了一些成功的經驗,并逐步形成了特色。
一、有核特色環境工程教學體系的建立
隨著環境保護政策的深入,環境保護相關產業的發展基本走過了以“三廢”治理為主要特征的發展階段,正在朝著有利于改善經濟的環境品質、促進經濟增長、提高經濟檔次的方向發展,這樣就對環境專業人才應具備的知識、能力、素質提出了更高要求。
環境工程專業既堅持“統一”性又注意發展“特殊”性,突出“個性”。統一性就是在培養規格和基本要求上做到一致。特殊性就是要根據學校相關學科優勢和自身條件及畢業生服務行業、部門和區域的要求,使培養的人才在某個或某些方面具有特色或優勢,得到社會的認可。kyoto大學本科生的教學重點以有毒有害及放射性廢物管理為主。德國環境工程專業本科生的教學目標是使學生能夠從事一般性的環境技術問題,更多地強調工程教學的實踐性和應用性,并以應用型人才的培養為主。[2]國內大多數高校已經或正在使自己的環境工程教育特色化。為使南華大學環境工程專業學生能滿足國防事業、核電建設、地方經濟發展對環境工程專業人才的需求,實現“厚基礎、高素質、重實踐、強能力、寬適應”的全新的教學內容和課程體系,拓寬學生專業知識,為培養多樣化、個性化、高素質的創造性人才構建好平臺。在教學體系的制訂過程中,以市場需求為導向,以追求教學質量和教學效果為目標,以學生的能力提高為核心,多平臺設置課程,將實踐教學、實習與校內課堂教學放在同等重要的位置。設有公共基礎課平臺、學科基礎課平臺、專業課平臺、實踐教學平臺。每個平臺又分為必修和選修,開設跨專業修雙學士學位課程,對學生實行彈性管理模式,學生在一定的時間內修滿180課程學分、10分第二課堂學分即可申請學位。為了達到上述目的,根據教育部高等學校環境工程專業教學指導分委員會的意見,將所有的課程分為四大類:一是公共基礎課,重點培養學生的基本素質,尤其強調世界觀、道德、外語和計算機應用知識的學習。二是學科基礎課,在于讓學生打好基礎,開設了“大學物理”、“分析化學”和“核工業生產概論”等課程。三是專業課程,提供1~2個專業課程模塊,讓學生了解相關專業的情況,實行主修和輔修相結合的教學機制。將“水污染控制工程”與“排水工程”的相關內容結合起來教學;“環工原理與設備”、“環境微生物學”、“大氣污染控制工程”、“固體廢棄物的處置和綜合利用”、“噪聲控制工程”為主要專業課程。特別增設了“核環境學”、“放射性輻射防護”、“放射性三廢處理”、“放射性環境監測與評價”等課程,以“環境保護與可持續發展”、“環境系統工程”等課程強調持續發展理念以及環境倫理學的觀念。四是專業選修類課程,分為限制選修和任意選修。鼓勵學生跨專業跨學科選修課程,也可在大類學科范圍內任意選課,以建立合理的知識結構,擴展知識面,開設了“環境管理與法律”、“工程監理”等課程。培養計劃的模塊化操作除了落實教育部高等學校環境工程專業教學指導分委員會制訂的高等學校本科環境工程專業專業規范所要求的教學任務外,其顯著的特點是增加涉核課程,突出實踐教學,使畢業生能快速地適應國防、核工業等有關領域的工作需要。
二、培養核特色環工人才的實踐
1.整合資源,促進發展
不同層次學校學科建設的目標和建設思路有所不同,如何堅持走以內涵發展為主的道路,突出特色,優化資源配置,打破學科壁壘,增強學科間的內在聯系和相互支撐是實施資源整合、培養有核特色的環境工程人才的前提條件。核心能力是資源整合的結果,但核心能力首先不是單指一個組織所擁有的一、兩種“我有你沒有”、“我行你不行”的專長設備、專長技術,而是獲取、配置并充分運用各種資源的有效優化的整合能力。教學資源整合可分為四個方面。專業內課程資源整合:同一專業、不同研究方向的教師共享教學資源,就教學內容、教學形式等進行交流與合作,形成基于課程的教師學習與教研共同體;專業之間教學資源的整合:與輻射防護與環境工程、市政工程及安全工程專業實現教學資源的整合與共享;校內教學資源的整合:在專業課之外,與校內采礦工程、核技術及應用、市政工程等6個省級重點學科中環境相關的研究領域建立資源共享機制,拓展專業的課程內容,豐富課程學習資源;校園—社會相關資源的整合:為了營造學術氛圍,學校經常開展學術報告、咨詢、講座等活動,讓學生在這個大環境中受到潛移默化的影響,充分利用核類企業實踐教學資源。
2.改革實驗教學,培養動手能力
實驗室是“知識創新的源頭、人才培育的基地”。實驗室在提高學生的實踐能力、創新能力以及實施素質教育的過程中發揮著不可替代的作用。學校一直高度重視實驗室建設,以培養學生的實踐能力、創新能力和社會競爭力,體現專業特色為基礎,構建了校園微型專業環境,進行專業之間的橫向拓展,實現專業之間的教學資源、校內教學資源整合;市政與環境實驗室、基礎化學實驗室、放射性輻射防護實驗室和環境監測實驗室對學生全面開放;作為部省級重點實驗室的節能與環境實驗室和氡實驗室向學生的科研、畢業論文開放,不僅使實驗室的功能得到了拓展,而且使儀器設備的功能得到了開發和利用。
在實驗內容和形式上,增加設計性實驗、綜合性實驗、創新性實驗和探索實驗,減少單純驗證性實驗。部分實驗,學生在獨立查閱文獻的基礎上自己設計方案,采用“三開放”形式,實驗時間、實驗地點和實驗方式開放,以此培養學生的初步工程意識和提高學生的工程實踐能力。
3.強化實踐,培養工程能力
在實驗教學和課程設計、實習、畢業設計等環節大幅度提高實踐教育的地位,并以實驗的設計上最充分地調動學生的主體性和充分發揮他們的主觀能動性作為實驗室設計的主要宗旨,使高仿真的實驗環境和主體角色體驗成為促進學生主動學習的興趣源、動力源,強化學生創新和科研能力的培養。為此,設置研究型課程和第二課堂學分,廣泛開展科技文化活動;進行了公共場所空氣質量評價、校園環境監測、湘江流域(衡陽段)水質評價、放射性核素和重金屬在表層土壤中的遷移行為研究等;讓學生根據情況查閱相關的文獻資料,在老師的指導下自己制訂方案,實施實驗,對實驗現象及結果進行分析和解釋。同時,鼓勵學生參加省、市、學校和環境保護協會舉辦的大學生科研創新活動。通過這些活動使他們的創新思維和實踐動手能力得到了很好的鍛煉。充分利用已開辟的6處教學實習基地(中核集團二七二鈾業有限責任公司、桂林污水處理廠和耒陽電廠等),讓學生有充分的接觸和認知工程的機會。
環境問題涉及多學科,覆蓋面廣。因此課程設置不僅要包括傳統的四大化學及與化學、化工相關的專業課外,也應該涉及生活中的邊緣學科農學、材料、冶金、海洋、市政等與環境息息相關的課程。河南科技大學現有的環境專業的課程遠遠滿足不了日益涌現的環境問題的需要。例如農學課程的《特種經濟作物栽培》、《農產品加工》,環境工程的學生可以站在環境的角度分析和學習農作物的栽培和加工是否會對環境造成潛在的危害。材料學的《高分子與復合材料》、《工程材料研究技術》,這兩門課程的學習會讓學生在了解有關新型材料的同時,注重材料的環保意義。現代人的生活越來越重視裝潢材料及工程材料對人類健康和環境保護的意義。海洋學的《海洋化學》、《海洋調查與檢測》,水體污染是最嚴重的環境問題之一,這兩門課程可以更加深入地幫助學生了解海洋所進行的化學變化,從原理上用環境的方法指導海洋水體的保護。市政工程的《城市給排水工程》、《市政工程課程設計》,這兩門課程引領學生關心身邊的生活起居環境問題以及激發學生為市政工程的環境意義和以開設有關課程引導學生深入思考霧霾形成的原因,從而提出創造性的解決方法。通過增加安全方面提出合理的建設性的建議。總之,與環境工程相關專業的課程延伸性特別強,本科教育強調學生的知識掌握廣度,在學好環境工程專業的專業課之外,我們必須加強對學生興趣的培養,開設更多與生活相關的環境問題的課程。例如近期熱議的霧霾天氣,學院完全可有關生活化的環境問題的選修課程有目的地培養多樣化環境工程人才,一方面滿足了本科培養素質人才的要求,另一方面可以增加學生畢業之后的就業寬度。
2.改變傳統的教學模式傳統的教學模式
注重的是教師的受教,學生是被動性的接受知識,沒有留給學生思考和創新的空間。河南科技大學的環境專業是工學方向的,環境科學和環境工程是一個方向兩種不同的培養方案。環境科學偏向知識的學習和研究,而環境工程則偏向實踐與應用型人才的培養。要想改變這種培養模式,首先要求我們在教學上有所革新。在新教學模式的探索中我們要突出學生的主體地位,建立以學生為主體、教師組織、全校服務的教學模式。高校的環境工程專業教科書,只能滿足學生對一些原理知識的掌握,有關最新、最前沿的知識和案例通常很少涉及,而環境工程專業就是為了解決和防止已經出現的和即將出現的環境問題而設置的。鑒于這種目的要求教師將最新、最熱門的環境問題雜糅在教科書中,并且完全可以以一種討論案例的方式組織整堂課程教學。一方面增加了教師與學生的課堂互動,另一方面使學生更加透徹與深刻地掌握了本節所要學習的內容。教師在選擇案例時要注意案例的特點,每個案例的設計要求在討論中能突出課程中的某些難點和重點,使學生對課程的一些問題有較深的理解,從而提高分析問題和解決問題的能力。再次,雙語教學的探索也是新型教育模式的一種探索。我國高校的非英語專業普遍采用中文教學,而在一些發展中國家,例如印度,巴基斯坦等高校使用英語專業課教材、英語授課、課堂辯論用英語、用英文寫論文報告。印度大學生總體英語水平比中國大學生高的多,故此在全球產業鏈分工競賽中,印度大學生優勢明顯。中英雙語教學模式的實施不僅有助于中國大學生英語水平和閱讀英語文獻能力的提高,而且也提高了中國大學生在跨國企業中的競爭力。
3.實習和實驗課程的加強以及環保活動的參與
環境工程是一門實踐性與參與性極強的課程,要求學生有嫻熟的實驗技能和豐富的實習課程。作為培養環境人才主力的高校,我們要盡全力為學生提供實驗環境及實驗設備,使學生的基礎實驗能力不能缺乏。另一方面我們要加強校企合作,使學生有更多的機會參與到實際解決環境問題的過程中來,條件允許的情況下,有必要讓學生積極進行一些實際的環境工程設計,而不是單純依靠畢業設計來訓練學生的分析與解決問題的能力。另外,我們要建立引導式和啟發式專業實驗課堂,精選實驗項目,選擇環境專業中比較經典的基礎實驗,編寫新的實驗講義要做到理論聯系實際,使實驗內容更能激發學生的創造性思維。此外,以環保為主題的活動要盡量豐富多彩,環保競賽、環保演講賽、環保科技制作大賽、環保進社區、以學生為發起對象的環保倡議活動都能有效地促進學生的積極性和環保意識,增強其在學校和社會上的影響力。環境專業人才要求扎實過硬的環境專業知識基本功,更應該有社會環境,人人有責的號召力和感染力。
4.結語
一、專業實習教學的現狀與不足
(一)實習教學現狀
多年來,我校環境工程專業的校外實習教學分為污染源調查實習和畢業實習。2010年以前,污染源調查實習安排在第五學期的1~3周[6],目的是在開展專業課程(大氣污染控制工程、水污染控制工程、固廢處理與資源化、噪聲控制工程、礦山環境保護等)教學之前,讓學生認識專業知識的應用范圍、就業前景等,激發學習興趣。2010年以后,污染源調查實習安排在第六學期的最后3周,
目的是在專業課程教學之后,強化已學專業知識,培養學生深入性和創新性學習的意識。畢業實習一直安排在第八學期開學的1~4周,使學生在畢業之前嘗試企業的具體崗位工作,以便畢業后盡快適應相關社會工作。
畢業實習通常和畢業設計(論文)一起分配給各位專業教師,結合學生的就業或考研情況,實習形式相對靈活自由,非本文闡述的重點。污染源調查實習由4名專業教師指導,實習前2周聯系好學校周邊的6~8個企業或單位作為實習教學點(表1),遞交實習計劃書,指導教師和企業技術人員共同協商實習教學的具體內容和形式,準備好現場教學講義。實習當日,學生約30人一組,由企業技術人員帶領參觀現場,講解生產工藝流程,詳述關鍵設備功能、設計尺寸、操作參數等。學生在認識企業生產流程的基礎上,分析環境污染物(廢水、廢氣、固廢和噪聲)的產生環節、排放特征和防控措施等,了解企業生產過程對周邊生態環境的影響,以及企業采取的相應防護措施與生態恢復措施。此外,對現場涉及化工原理和環境管理課程的內容,指導教師安排學生復習相關知識,加深理解。
學生的實習成績由3部分組成:考勤(20%)+答辯(40%)+報告(40%)。通常在實習兩周內完成校外實習點的參觀與學習,期間有兩次指導教師答疑。第三周學生制作答辯幻燈片、撰寫實習報告。考勤成績還包括學生在校外的紀律表現等。答辯以小組為單位進行,每組5~6人,自由選取1個實習基地,根據實習內容查找資料,準備幻燈片,選派小組代表進行匯報并回答指導教師問題。小組代表的答辯成績在小組平均答辯成績基礎上適當增加5~10分。報告成績根據學生對實習教學內容的把握程度評定。由1名指導教師專職負責實習的紀律安全與成績評定管理工作。
目前,學校環境系專職教師共16人,其中教授2人,副教授8人,講師6人,博士學位教師11人,具備較強的師資力量開展專業課程講授和實習教學。同時,依托環境系環評研究所與周邊重點企業單位的業務往來,保障實習教學的開展和實習地點的相對穩定性。
表1 近三年環境工程專業實習教學點及其教學內容
單位名稱廢水處理廢氣處理固廢處置噪聲控制生態措施化工原理環境管理
第一污水處理廠改進氧化溝工藝污泥濃縮壓濾
第三污水處理廠多級A/O+微濾污泥離心+加鈣穩定處理
科林公司旋風除塵+半干式脫硫+袋式除塵
生活垃圾分選+焚燒熱交換苯并芘源排放控制工藝 垃圾填埋場UASB+生物膜過濾+納濾沼氣發電,生物除臭生活垃圾衛生填埋工藝滲濾液零排放措施
校熱力中心麻石除塵+濕式脫硫粉煤灰綜合利用噪聲源隔離流體輸送+熱交換
某糠醛廠旋風除塵,麻石除塵農業固廢資源化精餾+熱交換
某尿素廠A/O+絮凝沉降室+濕式除塵流體輸送+熱交換+氣體吸收
某皮革廠厭氧+亞鐵還原+絮凝集塵罩清潔生產管理
韓王煤礦煤炭洗選+板框過濾粉煤灰膏體井下填充綠化隔聲帶塌陷區農業修復
粉煤灰-赤泥堆場河谷筑壩堆存工藝封場覆土+植被選擇非均相流體輸送與分離
森林公園塌陷區林業修復
縫山針礦山公園邊坡階梯綠化+噴播綠化
環境監測站跨區污染生態補償環境信息管理系統