魏祥东 邹慧玲 铁柏清 秦普丰 邵继海 刘孝利
(湖南农业大学 湖南长沙 410128)
环境工程专业实验实践课程体系探究*
——以湖南农业大学环境工程专业为例
魏祥东 邹慧玲 铁柏清 秦普丰 邵继海 刘孝利
(湖南农业大学 湖南长沙 410128)
环境工程专业是实践性、实用性、社会性很强的综合性专业,对实验实践教学要求较高。文章对湖南农业大学环境工程专业当前实验实践课程体系现状进行深入分析,剖析湖南农业大学环境工程专业实验实践教学中存在的主要问题,并针对这些主要问题提出相应对策,为实现卓越计划和专业综合改革建立新型实验实践教学体系提供理论依据。
环境工程专业;实验实践课程体系;现状;问题;对策
近年来,随着社会经济的快速发展和城镇化进程的加快,我国环境污染、生态破坏、资源短缺等问题日趋严峻。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确提出,地方高等院校工科专业的人才培养目标就是培养应用型卓越工程师。为了引导高校主动适应国家战略和地方经济社会发展需求,2011年高教司决定在“十二五”期间启动实施“专业综合改革试点”项目,该项目旨在优化专业结构,加强专业内涵建设,创新人才培养模式,大力提升人才培养水平。因此,培养基础扎实、知识面宽的,开拓性、创造性和实践能力强的环境保护高级专门人才(即应用型卓越工程师),是湖南农业大学(以下简称“我校”)环境工程专业的出发点和归宿。
实验实践教学是理论教学的重要辅助部分,是高等院校培养学生过程中的一个重要环节[1][2]。通过实验、实践教学,不仅可以帮助学生加深理解理论课学习过程中遇到的难题,而且是培养学生动手能力、创新能力和实际工作能力的重要途径之一[1]-[4]。环境工程专业是一门理论性、技术性、实践性很强的综合性专业,该专业的学生除了应具备扎实的基础理论和专业知识外,还应具有较强的动手能力和创新能力。因此,要想培养环境类应用型卓越工程师,就必须重视和加强其实验、实践教学和改革。教学体系是教学的核心,它是将教学目标与教学任务落到实处的指南与保证。构建科学、合理、完整的实验、实践教学体系,不仅对学生动手能力和创新能力培养是至关重要的,而且也是地方高等院校工科专业培养应用型卓越工程师和实现专业综合改革的重要途径。本文结合我校环境工程专业当前实验、实践教学体系的实际情况,对该教学体系及其存在的问题进行深入剖析,从而为构建实验实践教学新的课程体系奠定坚实基础。
我校环境工程专业经过五十多年的发展,经过几代教师的改革与创新,建立了当前的课程体系与实验、实践教学体系。该体系的目的是要培养出具备生态学、环境科学与工程学科的基本理论和技术,具备污染物监测和分析、工程设计与施工、环境管理及规划方面的基本技能,具有环境科学技术的科学研究、工程设计和管理规划方面的基本能力,能在政府部门、规划部门、经济管理部门、环保部门、设计单位、工矿企业、科研单位、学校等从事规划、设计、施工、管理、教育和研究开发方面工作的环境学科高级工程技术人才。该培养体系的基本点为“厚基础、宽口径、重能力",其中重能力主要是培养本科生的动手能力、实践能力、社会适应能力。为了达到重能力的目标,我校环境工程专业已建立了较为完善的实验、实践课程体系(详见表1)。从表1可以看出,环境工程专业本科生的实践能力培养中体现了我校环境工程专业以农为核心的特色。该实验、 实践教学体系既注重化学、生物学、农药残留检测等传统优势,又补充了环境工程专业关于污染物在环境中的行为、效应和控制原理等特色,为湖南省及至全国培养了一批优秀的环境学科高级工程技术人才。为了更好地了解我校环境工程专业实验、实践教学体系,我们在此首先对我校当前环境工程专业实验、实践教学体系进行深入分析。
表1 湖南农业大学环境工程实践教学体系[5]
表2 环境工程专业实验和实践课程分布概况
(一)环境工程专业当前实验、实践课程体系总体概况。我校环境工程专业开设有课程69门,总学时数为3869学时。其中开设了40门实验和实践课程(其中8门为公共基础课的实验课和全校公共实践课程,共212学时),总学时数为1595学时,约51.17周(详见表1和表2)。其中6周为假期进行或分散进行。如果按每学年45周计算,实验和实践课程约为一个完整学年。由于公共基础课的实验课和公共实践课由学校统一设置,故在后面所有统计分析中均不将其计算在内。从当前所开设的实验、实践课程门数及学时数来看,我校环境工程专业共开设实验、实践课程32门,总学时达1333学时,分别占环境工程专业课程总门数和总学时数的46.38%和34.45%(详见表2)。其中,开设了19门实验课程,总学时数为388学时(约12.93周),分别占环境工程专业课程总门数和总学时数的27.54%和10.03%;开设了13门实践课程,总学时数为945学时(约31.50周),分别占环境工程专业课程总门数和总学时数的18.843%和24.42%。
(二)环境工程专业实验课程体系总体概况。从实验课开设情况来看,在45门理论课中,19门课程开设有实验课程,约占42.22%。从专业总课程数来看,约1/4的专业课程开设有实验课(详见表3)。在这些实验课中,除1门实验课独立成课外,其他全部依托于理论课。从学时数来看,实验课程总学时数为388学时,占理论课程总学时数的18.18%,占专业课程总学时数的10.03%。从实验课程的课程属性来看,专业基础课、专业主干课和专业选修课开设的实验课程分别为6门、4门和9门,分别占同类理论课程门数的40%、80%和36%,分别占理论课程总门数的13.33%、8.89%和20%,分别占专业课程总门数的8.7%、5.8%和13.04%(详见表3)。从学时数来看,专业基础课、专业主干课和专业选修课的实验学时总数分别为188学时、64学时和136学时,分别占同类理论课程总学时数的19.11%、23.70%和15.45%,分别占理论课程总学时数的8.81%、3.00%和6.37%,分别占环境工程专业总学时数的4.86%、1.65%和3.52%(详见表3)。从每门实验课程的学时来看,学时数最高为76学时,有1门课程即基础化学实验占5.26%,已单列成课;其次是40学时,有1门课程即环境监测实验占5.26%;然后分别是24学时,有2门课程即普通生物学实验及物理化学和胶体化学实验,占10.53%;20学时,有7门课程即水污染控制工程实验、农业环境保护实验、环境监测仪器实验、农药残留检测技术实验、环境工程原理、环境工程CAD技术实验和测量实验占36.84%;12学时,有2门课程即环境化学实验和固体废弃物处理处置实验占10.53%;10学时,有2门课程即环境工程微生物学实验和环境毒理学实验占10.53%;学时数最少为6学时,有2门课程即噪声污染与控制实验和流体力学与流体机械实验占10.53%。其中,学时少于或等于12学时(3个实验,每个实验4个学时)的课程有6门,约占实验课程总门数的26.32%。
表3 环境工程专业实验课程概况
表4 环境工程专业实践课程概况
(三)环境工程专业实践的体系总体概况。当前,我校环境工程专业共开设13门实践课程,且这些实践课程都独立设置。从实践课程的课程属性来看,专业基础课、专业主干课和单独设课分别开设了3门、4门和6门实践课程,分别占实践课程总门数的21.43%、35.71%和42.86%,分别占环境工程专业课程总门数的5.56%、9.26%和11.11%;从实践课程学时数来看,专业基础课、专业主干课和单独设课分别为90学时、135学时和720学时,分别占实践课程总学时数的9.52%、14.29%和76.19%,分别占环境工程专业课程总学时数的3.16%、4.75和25.31%(详见表4)。从实践课程类别来看,可以分为7类(详见表5)。其中毕业实习学时数最高,有360学时,占38.1%,是其他实践课程学时数的1.18-5.0倍;其次是教学实习,共165学时,占17.46%;然后是生产实习和课程设计2类课程,均为120学时,均占12.7%;学时数最少的是社会调查、课程论文和毕业论文3类课程,均为60学时,均占6.35%。其中教学实习有6门课程,即工程制图、农业环境保护、水污染控制工程、大气污染控制工程和固体废弃物处理与利用和环境规划与管理,除环境规划与管理为15学时外,其他课程均为30学时;课程设计有2门课程,即环境工程课程设计和环境工程原理课程设计,分别为90学时和30学时;课程论文分为2门课程,各30学时;社会调查分为4个学期进行,各15学时。
表5 环境工程专业实践课程类别及其分布概况
(一)课程门数多、学时分散。从实验实践课程学时总数来看,我校环境工程专业实验实践教学体系已达到教育部的要求,也体现了以专业主干课程为核心、以专业选修课程为辅助,厚基础、宽口径、重能力的办学思路及目标。然而,从实验实践课程总门数及总学时占环境工程专业课程总门数和总学时数的比例来看,该实验实践课程教学体系存在开设课程门数多、学时分散的特点,尤其是实验课程体系更为突出。从现状分析结果来看,我校环境工程专业实验实践课程占专业课程总门数的比例高达61.11%,而学时数占本专业总学时数的48.12%。这种现象在实验课程教学体系中更加突出。实验课程门数占专业课程总门数的比例高达35.91%,而学时数仅占本专业总学时数的12.13%,即实验课程门数的比例比学时数所占比例高约2倍。从学时来看,一般实验课程只能开设5-6个实验,有的甚至只能开设1-2个实验。由于每门课程都有1-3个基础实验,因此大多数实验课程开设内容相对简单,仅能安排做最基本的认知性和验证性实验,综合性、创造性实验很难实施。由于学时有限,学生的动手能力和创新能力得不到充分发挥,教师也仅仅是满足教学计划要求,缺乏主动性与互动性,实验教学改革的难度也较大。相对于实验课程来讲,实践课程学时数相对较高,如果把毕业实习和生产实习分开另计,实践课程学时也相对较少,平均每门课程约38.75学时。综上所述,虽然我校环境工程专业实验实践教学体系达到了教育部的要求,但由于课程数量多、学时分散、实验内容简单等原因,很难实现重能力的专业培养目标,更难实现培养应用型卓越工程师的目标。
(二)实验设置不合理,内容简单,重复率高。由于课程的交叉重叠,致使很多实验实践课程设置不合理,内容相对简单。目前,虽然本专业所开设的实验大部分属于操作型和验证型实验,学生易于掌握,但实验项目之间知识联系不紧密,与工程实践联系相距甚远,不能使学生产生一种系统的专业知识概念。同时,实验结果以及对结果的分析基本上与课堂上所讲授的理论知识完全一致,因而能客观反映实际问题,也使学生感觉没有收获,使实验实践课程仅作为理论验证的辅助手段。这既不能够满足学生对专业的好奇心,激发学习兴趣,又不能够满足学生渴望理论联系实际的愿望,更不能培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。实验实践课程教学内容重复率较高。例如,本专业在很多课程中都开设了环境污染物含量分析与测定实验,虽然为了避免重复性,不同实验课程改变了测定的污染物种类,但实验过程和实验方法却完全相同;在课程设计实践课中,不同课程仅改变了需要设计的设备种类,有的甚至只更改了设计的参数;不同课程教学实习参观同一个地方,仅仅是参观的重点不同,且一周的教学实习往往1-2天就完成了;在课程论文写作过程中,很多学生根本不知道如何写课程论文,也无专人指导,致使课程论文变成抄袭论文。以上现象不仅使教学失去了严肃性,还严重影响学生学习的积极性,不仅不能培养学生的动手能力和创新能力,更不能实现专业培养目标,还可能造成其他一些严重社会问题。
(三)实验场地和设备严重不足。环境工程专业是一个综合性很强的应用型专业,很多实验需要了解整个流程,有时甚至需要更换流程中某个或某几个模板,从而了解不同工艺处理效果。因此,不仅需要购买成套设备,还需要有足够的实验场地放置这些成套设备。然而,由于扩招和拆迁,我校面临着严峻的挑战,直接导致资金投入不足、设施紧张,使本来就薄弱的实验实践教学更是困难重重,不但实验仪器设备数量不够,而且实验室的数量也远远不够。这样一来,原来两人一组的实验,现在变成三人一组甚至四人一组做实验;原先一个实验室安排做1-2门实验课程,现在不得不安排做5-6门实验课程,造成实验仪器搬来搬去,药剂摆放也很混乱,严重影响了教学质量及教学效果。例如,环境主干课程之水、气、渣仅有5套仪器设备,一次仅能满足10-15名学生进行实验,但当前本专业一个实验班往往超过30人,这就导致每次做实验时,一部分学生做、一部分学生看,不利学生动手能力的培养。
(四)教学模式呆板、落后。目前,我校环境工程专业实验课程教学模式基本完全一样,即“实验指导书+教师讲解、演示+学生操作+学生完成实验报告”。实验指导书中详细写出实验内容和操作步骤,做哪些实验都由教师安排,实验仪器和药品都由教师准备,学生只是机械地对照课本或指导书上的操作步骤,向A试剂中加入B试剂得出C结果,就可以顺利完成实验。实验前不重视预习,实验中不重视观察,实验后不认真总结,只需填写实验报告,而无需进行思考、分析和总结;有的实验结果以及对结果的分析基本上与课堂上所讲授的理论知识完全一致,既不能客观反映实际问题,还使学生感觉没有收获,使实验实践课程仅作为理论验证的辅助手段,根本不能提高学生的动手能力和创新能力。例如,本人指导大四学生完成毕业论文时,让一名学生配置某污染物选择培养基,该生在1升培养基中添加200毫升污染物;另一名学生在配置一种试剂时,配了5次都未能成功。
从本专业实践课程教学来看,教学实习基本上都是带领学生去参观某个地方,然后写一个实习报告;课程设计则基本上给一些参数,设计某个设备。这种在固定的地点和规定的时间内按部就班地完成实践的教学模式,既呆板又使实验内容和要求一刀切,学生没有充分的时间和空间去独立思考,没有尝试的机会,因而学生对实验感到枯燥乏味,学生的创新思维得不到训练,学生的主动性得不到充分挖掘和发挥,更谈不上创新教育、个性化教育。这种呆板的教学方法,是不能培养出能力强、适应知识经济发展需要的人才的。
(五)考核制度和竞争机制不健全。目前,本专业仅1门实验课和6门实践课程单独设课,其他实验和实践课程都是依附于理论课程。非单独设课的实验课程经常没有安排上课时间,也不要求给实验成绩。致使很多实验课程成绩与课程总成绩无关或占的比例过低,再加上实验课程考核的依据只是学生的出勤和实验报告情况,一般不作其他实质性的考试,无法调动学生做实验的积极性,导致“出勤不出力"、抄袭实验报告等不良现象较为普遍。虽然全部实践课程都要求单独给成绩,但很多教师也是根据出勤和实习报告情况给成绩,也有教师根据学生考试成绩给实习成绩。因而,这样的激励机制和考核制度,既使实验实践课程失去了对学生的约束力,也严重地制约了实验实践课程教学质量的提高。
(六)教师数量少、重视程度低,管理不到位。据调查,本专业教学实习实践课程的教学内容基本上都是由任课教师决定,一般是带领学生去参观某个地方,虽然事先做了动员,但很多学生根本不知道该看什么、干什么,有时甚至带队教师都不知道要干什么,从而使教学实习成为空谈。在做课程设计时,指导教师经常不在,学生有问题时没有人作答,致使学生大量时间浪费在数据计算上,对绘图及计算机辅助做图等要重点掌握的内容反而掌握较少。有些教师对毕业实习的学生不管不问,放任自流,对学生的数据不进行核对,对学生写的论文不进行指导,致使学生随意更改数据,全文剽窃他人研究成果,由于学校督查不严、片面追求毕业率等原因,上述现象并不影响学生正常毕业。然而,这种走马观花、放任自流状况,不仅使培养学生动手能力和创新能力的实践教学逐渐失去了其应有的作用,而且严重影响了本专业实验实践教学的质量,还严重影响本专业学生培养的质量,也使教学失去了严肃性。由于目前职称评定、教师收入与科研工作量及发表论文数量密切相关,而教学影响较小。因而,很多教师不注重课程教学,只关注科研和发表论文;虽然有的教师甚至一个学年都不在岗,但并不影响其评奖评优和晋升职称。这导致很多教师更注重科研,而不注重教学,导致教学质量严重下降。为了加强实验实践教学的规范管理和组织,很多学院组建了实验中心,将全院实验教学进行集中统一管理。虽然这种模式在教学组织和管理上更加规范,但造成药品浪费、实验室闲置、实验教学改革难度增大等实际问题,尤其是当前我校资金紧张、教师科研用房严重不足的情况,实验室闲置不仅造成资源严重浪费,也影响到教师自身素质的提高。
(七)课外实践教学数量较少,资助力度太低。创新实践活动不仅能培养学生的动手能力,还能倡导勇于开拓、不断进取的创新精神,激发与培养学生的自主创新意识和创新能力。因而,很多学校都十分重视学生课外创新实验活动。从目前我校环境工程专业学生参加课外创新实验活动实际情况来看,每年最多只有3个创新研究团队,每个团队2-4人,每年仅10人左右参加课外创新实验,还不到本专业学生总数的10%。目前我校每个课外创新实验前期资助金额300元,由于试剂涨价,学生很难利用这点经费进行相关研究。
(一)构建新的实验、实践教学体系。高教司为了更好地落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》、促使卓越计划顺利实现,在“十二五"期间启动实施“专业综合改革试点"项目,该项目的核心就是实验、实践教学改革。为了响应高教司“专业综合改革试点"的要求,我校已于今年启动了新一轮专业人才培养方案修订工作。因此,本专业必须抓住这一历史机遇,构建新的实验、实践教学体系,切实解决当前实验、实践教学体系存在的课程门数多、学时分散这一主要问题。构建的实验、实践教学新体系应该适当减少课程门数,增加每门课程的学时数。我们在上述分析的基础上认为,我校环境工程专业当前开设的实验实践课程可归纳成6类,即基础化学实验、污染物监测与分析实验、环境工程(水、气、渣)实验、课程设计、教学实习和毕业实习。根据我校环境工程专业实验实践课程体系现状,结合用人单位的人才需求和教育部专业综合改革的精神,要构建环境工程专业实验实践教学新体系,新体系应该包括7门独立课程,即基础化学实验、污染物监测与分析实验、环境工程实验、金工及电工实习、工程设计及作图、教学实习和毕业综合实习。其中实验课程3门,分别属于专业基础课程和专业主干课程,且根据其特点可分别在大二(基础化学实验)、大三(污染物监测与分析实验)和大四(环境工程实验)开设。通过上述调整,可以有效解决实验课程门数多、学时分散、内容重复、实验仪器缺乏、实验场地不足、实验课程依赖于理论课程等缺点。在新的实践课程体系中,应该适当减少教学实习学时。这主要是由于教学实习主要是认知实习,并且教学方式均是带领学生参观相关企业,然后写实习报告。从前面分析和实际情况来看,当前开设的教学实习课程一周教学内容往往1-2天就可以完成,其他时间均由学生写实习报告。这种教学方式严重影响了学生积极性,也使教学失去了严肃性。因而,在新实践体系中,应适当减少教学实习课程的学时数量。与当前实践教学体系相比,增设金工及电工实习课程,增加工程设计及作图课程学时。这主要是满足企业当前人才需求的需要。根据调查反馈结果来看,环境工程专业学生要能针对某一环境污染物或环境问题提出解决方案或治理工艺,并能指导现场工程施工。因此,增设金工及电工实习课程,有助于学生了解金工及电工基础知识,为指导现场工程施工奠定基础。增加工程设计与作图课程学时数,可以让学生能针对某一污染物,设计出治理工程,并绘制出工艺流程图及主要设备图,从而提高学生的设计能力和作图能力。同时,这也是满足当前许多环保公司所需。
(二)实验、实践课程独立成课。在当前的实验、实践教学体系中,全部实验课程和大部分实践课程是依附于理论课程的,由于精力有限,很多教师往往注重理论教学而忽视实验及实践教学。同时,由于很多实验课程不单独给成绩,使部分学生对实验课程不重视,这直接影响了学生动手能力的培养。因此在新的教学体系中,应该把全部实验实践课程独立开课,使其与理论课程分离,并按理论课一样安排专门的任课教师。这样,既可以促进教师、学生更加重视实验和实践教学,又便于学校、学院管理,还能提高教学质量。
(三)规范实验、实践课程的教学内容及管理。在构建新的实验、实践教学体系的同时,应明确每门实验、实践课程的教学内容。在教学内容安排上,既不能简单地将几门课程的实验进行简单地加合,也不能减少实验内容,而应该根据专业的特点,深入分析该专业学生应该掌握什么技能,从而有针对性地设置教学内容。例如:在污染物监测与分析实验课程中,可分别开设物理性污染物、生物性污染物和化学性污染物监测分析实验。在化学性污染物监测分析实验中,可以分别开设无机化学污染物监测分析实验和有机污染物监测分析实验。在化学污染物监测分析实验中可分别开设重金属、类金属及N、P等营养元素监测与分析实验;在有机污染物监测分析实验中可分别开设农药及常见化学有机溶剂检测与分析实验。通过该实验课程设置,可以使学生在进行污染物监测分析时,首先了解污染物性质,然后根据污染物性质选择适宜的检测方法,从而有助于今后的学习与工作。在管理上,可以按照理论课程管理模式,进行统一排课、统一课程教学检查、统一考核、统一归档和统一要求,从而在制度上保证了实验实践教学的有序性和规范性。同时,应积极探索实验、实践课程教学的特点,构建其管理新模式。
(四)积极探索实验、实践教学新模式。由于实验实践课程跟理论课程有本质区别,其教学模式也应该有较大的不同,因此应积极探索实验、实践教学模式,确保其教学效果。在实验、实践课程开设时间安排方面,应充分考虑到各种干扰因素,合理安排,减小其影响。如将毕业综合实习移至第三学年,将生产实习和课程实习移到假期,通过上述安排就可以有效地减少学生考研和考公务员对实习的影响。为了保证实验、实践教学效果,可以与美国等国家一样根据实验台数量实行小班制,即实验课程班级与理论课程班级不同,从而保证做实验时1人1组,从而确保每个学生能独立地完成全部实验、实践教学内容,促使其动手能力有较大提高。针对实验场地、实验仪器设备严重不足这一实际问题,可以根据每门实验、实践课程的仪器设备需求,设置不同的实验模块,让学生依次、轮流地完成不同实验模块。
总之,为了实现我国人才发展战略,培养出更多高素质环保人才,就必须弄清我校环境工程专业当前实验、实践教学体系存在的主要问题,并针对这些问题进行整改,构建一个实验实践教学新体系,并积极探索其管理新模式,从而确保实验实践教学质量稳步提高。
[1]曾令初,孙连鹏,张再利.环境工程专业实验教学改革的探索[J].实验室研究与探索,2008,27(3).
[2]王向东,金 燕,曾抗美,蒋文举,王 安.环境工程专业实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2005,22(8).
[3]唐登勇,郭照冰.环境工程专业实践教学的改革与实践[J].气象教育与科技,2008,31(3-4).
[4]孔 惠,陈家庆,周翠红,桑义敏,梁存珍.环境工程专业实践教学体系的改革与探索[J].中国现代教育装备,2008,69(11).
[5]湖南农业大学.湖南农业大学环境工程专业教学指南[M].长沙:湖南农业大学出版社,2008.
(责任编辑:李文富)
Study on Experimental and Practical Course System of Environmental Engineering Specialty—Taking Hunan Agricultural University as an example
Wei Xiang-dong Zou Hui-ling Tie Bai-qing Qin Pu-feng Shao Ji-hai Liu Xiao-li
(Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan, 410128, China)
Experimental and practical teaching is very important for environmental engineering specialty because of its strong practicality,utility,sociality and comprehensiveness.Here we analyzed the situation of current experimental and practical course systems of environmental engineering specialty,Hunan Agricultural University and the main problems in experimental and practical teaching.The best countermeasure for solving these main problems is the construction of the new experimental and practical teaching system.The aim of this paper is to provide the theoretic foundation for the construction of a new experimental and practical teaching system,which is important for the realization of outstanding engineer plans and comprehensive reform of specialty.
environmental engineering specialty;experimental and practical course system;situation;problems;countermeasure
2014-01-16
湖南省教育厅教改项目(湘教通〔2011〕315号,No.132)、湖南农业大学教改项目(湘农教〔2007〕86号,No.162)。
魏祥东(1973—),男,湖南农业大学资源环境学院环境科学与工程系副主任,副教授,博士。研究方向:环境科学和环境工程。
G642.3
A
1674-6120(2014)08-0079-07