环境工程专业模型嵌入式实验教学改革与实践

王书敏,郑士远,于洪卫,徐 强,唐 英,宋 力,关 伟,范 亮

(1.重庆文理学院重庆市环境材料与修复技术重点实验室,重庆 402160;2.重庆文理学院公共管理学院,重庆 402160;3.重庆师范大学教育科学学院,重庆 401331)

环境工程专业模型嵌入式实验教学改革与实践

王书敏1,郑士远1,于洪卫2,徐 强1,唐 英1,宋 力1,关 伟1,范 亮3

(1.重庆文理学院重庆市环境材料与修复技术重点实验室,重庆 402160;2.重庆文理学院公共管理学院,重庆 402160;3.重庆师范大学教育科学学院,重庆 401331)

为保障新建本科院校高级应用型人才的培养质量,针对环境工程实验教学中普遍存在的问题,构建了模型嵌入式实验教学体系。以重庆文理学院环境工程专业为例,介绍了模型嵌入式实验教学体系的特点和运行过程,提出并实施了该教学体系的几点保障措施,取得了一定的实践教学成效。

环境工程专业;实验教学;模型嵌入

2013年,《地方本科院校转型发展实践与政策研究报告》指出:新建本科院校普遍存在“学科专业无特色,与地方产业结构脱节”、“学校的培养方案过于强调理论体系的系统和完整,实训、生产实习等集中大学时的工程实践类教学环节的比例明显不足,且由于条件所限不能落到实处”等问题。作为新建本科院校,人才培养要求学生不仅要掌握必要的专业理论知识,更重要的是要具备较强的实践能力和现场探索解决工程实际问题的能力。近年来,在环境专业实验教学中,围绕如何培养学生的实践能力、分析和解决实际问题的能力展开了广泛的研究与探索[1-3]。尽管针对环境工程专业实验教学已进行了不少改革尝试,但这些研究更多是教师意志为主、学生参与为辅的教学方式改革,缺乏发挥学生主观能动性、教师积极引导/辅导的模型嵌入式教学方法改革。

模型嵌入式是指在一定的教学思想或教学理论的指导下,在丰富的实践教学经验的基础上,为达到一定的教学目的和完成预定的教学任务,通过概念预置、实物限定、目标约束等手段,将以学生自主发挥为主、教师引导/辅导为辅构建的实验项目模型融入实践教学序列并付诸实现的教学方式。论文围绕如何有效扎实地提高应用型人才的培养质量,把模型嵌入的理念与思路引入环境专业实验教学体系,基于模型嵌入概念构建了实验教学体系,并进行了多年的实践与完善。

1 目前环境工程专业实验教学困境与难题

1.1 实验项目设置灵活性不足

环境问题的产生、解决与科技发展密不可分,科学技术是不断向前发展的,人们面临的环境问题的产生、解决也是动态变化的,因此,实验项目的设置应该与时俱进的,既能体现主流环境问题,又能涉及先进技术手段。然而,实验项目的实际设置往往受制于已有条件,所开设的实验项目往往是比较成熟的技术,这就使得实验项目不能反映技术前沿动态,学生所掌握的技能和理论储备往往滞后于市场需求[4]。

1.2 实验项目设置的模型嵌入意识薄弱

目前该课程实验项目的实施,不论是源头设计,还是过程实施、终端质量控制,均是教师为主,一般都是教师和实验员提前准备好,学生机械式完成实验项目,在这个过程中,学生的主观能动性被弱化。由于学生的认知水平及兴趣爱好的个体差异,一刀切的实验项目设置模式削弱了该课程的完成质量及设置初衷,把实验项目做成以学生为主体、体现学生意志的模型形式融于实验教学体系的意识目前还较薄弱。

2 模型嵌入式实验教学改革思路

重庆文理学院升本之后随即创建了“三标一体”教育质量管理模型,确立了“教育即服务,学生即顾客,质量即生命”的办学思想以及“顶天立地”的战略发展思路,明确提出高级应用型人才为学校的终极人才培养目标[5]。重庆市化学与环境实验教学示范中心秉承重庆文理学院教学理念,并结合环境科学与工程的学科特点,确立了模型嵌入式实验教学指导思想[6]。中心依托学校化学、环境的传统学科优势,以及环境材料与修复技术重庆市重点实验室、重庆市水质监测中心、重庆市环境科学特色建设专业等平台的软硬件优势,进一步深化实验教学内容改革,强化野外实验实训基地建设,与不断涌现的新环境问题、新检测方法高度融合,不断更新实验教学内容,锻炼学生分析实际问题、解决实际问题、理论联系实际的能力,逐步在平台融合的基础上形成了模型嵌入式的实验教学体系。

3 模型嵌入式实验教学体系构建

中心着力培养能够解决实际问题的高素质应用型人才,形成了循环式一体化二层次的模型嵌入式实验教学体系,如图1所示。

图1 模型嵌入式实验教学体系

二层次实验教学模块由基础性实验教学模块和实战性实验教学模块2部分组成。基础性实验教学模块是实战性实验教学模块的支撑和铺垫,而实战性实验教学模块则是基础性实验教学模块的延伸和检验,2部分相辅相成,相互弥补和促进。

基础性实验教学模块主要涉及环境工程领域的基础知识,并实时添加新方法和新环境问题。该模块的实验教学由课堂模型讲解、课外模型制作和实验教学效果考核与评价3部分组成。课堂模型讲解以教师主导为主,主要讲解实验要求、实验目标、实验条件等,例如,对于内容涉及新环境问题、新方法的实验项目,主要通过讲解实验内容和实验要求,对于成熟的基础性实验主要介绍实验要求;课外模型制作环节占用实验项目的主要部分,该环节的大部分时间是以学生为主导进行的课外实验,在这个过程中,学生通过查阅资料自主完成实验方案,与教师交流完善后完成实验项目,并提交实验报告、设计作品或设计模型实物展示;实验教学效果考核与评价模块是教师通过批阅实验报告、与学生交流实验过程、实验过程加权考核等方式了解实验教学效果,并不断改进实验教学设计。

实战性实验教学模块主要涉及环境工程新技术、新装备以及成熟技术工艺的实际应用,通过室外中试设备的设计、组装等,使得实验过程无限接近生产状态。该模块的实验教学过程和基础性实验教学模块相同,但实验内容以室外实战演练为主,大部分工艺设计、工艺组装、工艺启动和调试运行由学生自主完成。

经过基础和实战2个层次的系列实验项目的训练,培养学生理论联系实际的能力,着力打造适应时代发展的高级应用型人才,并通过市场对人才培养质量的检验,不断优化二层次实验教学体系,实现人才培养质量与市场需求的无缝对接。

4 模型嵌入式实验教学体系特点

4.1 以学生为主体,充分发挥学生主观能动性

与以往对环境工程综合实验的改革研究不同,模型嵌入式实验教学体系不是围绕具体实验项目的选择着手,也不是在实验过程中学生按部就班完成教师的部署,而是以学生全过程参与为核心。模型嵌入式实验教学方式是将具体实验项目演变成具体模型的形式提出,实验项目的内容、要求等演变成模型的边框,由教师讲解完成,而学生是模型边框内的能动主体,可以按照自身的设计、构想去完成实验内容,教师起到引导、辅导的作用。在整个教学过程中,真正实现教学合一、师生合一,师生一起完成整个实验项目,既充分调动了学生的学习积极性,发挥了学生的主观能动性,也实现了理论、实践教学二位一体的高度融合和教学效果的极大升华[7]。

4.2 教学内容紧扣实践需求,与时俱进

以往在环境工程综合实验的改革中,实验项目一旦设定,很长一段时间内不会变动,一些新技术、新需求在该课程中得不到体现,而模型嵌入式实验教学体系将实验项目的设置与生产实践紧密对接,实验项目能够反映环境工程领域的新动态、新成果,实验项目的选择处于生产需求、教学需求两者之间的动态平衡点上,真正发挥了该课程展示行业大舞台的窗口作用。

4.3 教学体系动态开放,不断优化

整个教学体系不是封闭不变的,而是遵循否定之否定规律螺旋进步的。首先,市场需求是整个教学体系不断改进的驱动力。随着经济的不断发展和科技的飞速进步,市场对人才的要求也不断变化,二层次实验教学体系根据市场反馈的信息及时调整实验教学内容,使得人才培养质量与市场需求高度接轨。其次,实验教学项目开放性的设置特点,能够及时吸纳新技术、新方法、新观点,不断融入典型工程案例,持续更新实验内容,既能保证实验项目的实用性,又能确保实验内容的先进性,使实验教学内容与时俱进,有的放矢[8-9]。

5 模型嵌入式实验教学体系运行保障措施

5.1 强化实验教学过程管理

近年来,随着我校高级应用型本科院校办学思想的定位,实验教学地位也日益提升,与此同时,配套的管理措施也应运而生,尤其是对实验教学过程的监控,包括实验过程记录制度、随机听课制度等。学校编制了实验过程记录本,要求教师必须预做实验,并详细记录预做实验过程;同时,上课过程中,要求教师详细记录实验教学过程,包括学生的认知情况、设备运行情况、教学效果及改进意见等。学校建立了实验教学管理系统,实现了实验教学过程的网络在线管理,并要求高职称教师、教学管理人员必须根据实验课程的网络信息随机深入实验教学一线听课,及时了解教学过程中的不足,强化了对实验教学过程的质量把控。通过这些实验过程管理制度的实施,保障了学生课外制作模型过程、教师评价学生作品过程等环节的教学质量[10]。

5.2 加强实验室硬件投入,保障实验条件

学校通过自建、联建等手段不断增加环境工程实验教学场地,经过几年的建设,教学中心已建成环境科学与工程实验室4 000余m2,以及300余m2的室外实验教学基地,同时,还与重庆市水质监测中心(永川分中心)联合共建了环境科学与工程实践教学基地,大大丰富了环境科学与工程实验教学的内容,提升了实验教学质量,满足了场地需求。近几年来,我校通过日元贷款、中央与地方共建等建设项目的实施,加大了对环境工程实验教学的仪器设备投入,资产总值已累计达到1 000余万元,保障了模型嵌入式实验教学对仪器台套和品目的数量需求。同时,我中心鼓励师生根据各专业特点自制实验教学设备,在长期对外服务和教学实践的基础上,充分发挥广大师生的创造力,自制了阶梯式脱氮除磷反应器、浅层水高效充氧设备、内循环土壤重金属洗脱装置以及一系列箱体反应器等,进一步充实了实验设备储备。

5.3 加强实验教学教师队伍建设

建设一支稳定的高素质实验教学队伍是保障模型嵌入式实验教学的基础和前提。学校高度重视实验教学师资队伍的建设,建立了专职与兼职相结合的用人模式,通过引进、培养、聘任等方式不断充实一线实验教学队伍。通过双向选择的方式,大力聘任/引进生产企业中实践经验丰富的高职称人员;制订鼓励政策,引导有丰富实践经验的教师深入一线实验教学;鼓励偏重科学研究的高职称教师将科研成果转化成实验教学项目,积极参与实验教学研究;制定实验室协管员制度,鼓励高年级本科生参与实验室协管工作,协助实验员完成实验准备、仪器维护等工作,既补充了实验队伍,又提高了学生的实验动手能力。在保证实验教学师资队伍规模的同时,严格把控指导教师执教水平,对于新进教师,先观摩培养,考核合格后才能站讲台授课,而对于高职称教师,则规定必须承担一定量的实验教学任务[11]。

5.4 加强实验教材及实验项目库建设

适合学校特点的优质教材是模型嵌入式教学方式的重要支撑。近年来,我中心已组织教师编写并出版教材3部,自编实验讲义多部,正在使用的自编讲义有“环境工程实训讲义”、“环境科学与工程综合实验讲义”、“固体废物处置与资源化实验讲义”、“水污染控制工程实验讲义”等,同时,为保证实验讲义质量,教研室每学年都要组织讨论优化实验讲义内容。

实验项目库开放是保障实验教学质量的另一个重要措施。模型每4年循环一次,教学大纲每4年由教研室组织牵头讨论修改一次,为保证实验项目不断更新的同时,经典的成熟实验项目也得以保留,有力保证了实验教学内容的最佳。学校组织建立了实验教学网络平台,实验项目可从教学网络上在线查看。

6 结束语

通过几年的探索和努力,在我校进行的模型嵌入式实验教学取得了一定成效。一方面,模型嵌入式实验教学方法调动了学生上实验课的积极性,培养了学生的专业兴趣,增强了实验过程中学生的主人翁意识,扭转了以往学生被动做实验的局面,受到了广大学生的欢迎和支持;另一方面,模型嵌入式实验教学体系的开放式特点,通过实验项目的持续更新和不断完善,使实验内容与市场需求、生产实际高度接近,提高了我校高级应用型人才的培养质量,为学生将来就业打下了坚实的基础。

References)

[1]刘艳,魏洽.环境工程专业综合性设计性实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理,2007,24(11):131-133.

[2]游少鸿,王敦球,朱义年.以典型案例为纽带构建一体化环境工程专业课程的研究与实践[J].当代教育理论与实践,2012,4(11): 74-76.

[3]黄晓菊,刘春梅.环境工程专业综合实验改革与实践[J].教育改革, 2012(7):18-19

[4]崔芳.环境工程专业创新实验教学体系改革[J].实验技术与管理, 2011,28(2):139-144.

[5]钟代军.“三标一体”教育质量管理模型下的实验教学中心管理模式探究:以重庆文理学院传媒实验教学中心为例[J].重庆文理学院学报:自然科学版,2008,27(1):89-92.

[6]徐强,孟江平,宋仲容,等.应用型本科院校化学专业实验课程体系改革与实践研究[J].重庆文理学院学报:自然科学版,2011,30(2): 90-93.

[7]陈雪梅.以学生自主学习为主的实验教学模式实践与思考[J].实验技术与管理,2014,31(6):197-199.

[8]陈贞干,周诗彪,刘北平,等.层次递进的基础化学实验教学体系之构建[J].实验室研究与探索,2011,30(8):150-152.

[9]彭素芬,尹华,甘焕英,等.环境科学与工程专业的三段式实验教学[J].实验技术与管理,2011,28(5):167-169.

[10]朱玉华,杨正宏,顾伟宏,等.建立系统的实验教学管理模式[J].实验室研究与探索,2008,27(5):14-16.

[11]孙健,陆国栋.高校实验教学队伍建设的思考与探索[J].实验室研究与探索,2008,27(10):92-95.

Reform and practice of experimental teaching embedded model for Environmental Engineering specialty

Wang Shumin1,Zheng Shiyuan1,Yu Hongwei2,Xu Qiang1, Tang Ying1,Song Li1,Guan Wei1,Fan Liang3
(1.Key Laboratory of Water Environmental Restoration,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China;2.College of public administration,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China;3.College of Educational Sciences,Chongqing Normal University,Chongqing 401331,China)

In order to guarantee the training quality of advanced applied talents in the new colleges,a novel experimental teaching system embedded model is built aiming at the shortage of current experiment teaching system of Environmental Engineering specialty.Taking Environmental Engineering specialty of Chongqing University of Arts and Sciences as a study case,the characteristic and running process of experimental teaching system embedded model are explained,and several safeguards are proposed and implemented.In the practice, the effectiveness is also obtained.

environmental engineering specialty;experimental teaching;model embedded

G642.0

B

1002-4956(2015)4-0200-04

2014-09-07修改日期：2014-10-29

教育部基金项目(12YJA710088);重庆文理学院教改课题(130213)

王书敏(1980—),男,山东泰安,博士,副教授,重庆市化学与环境实验教学示范中心副主任,主要从事实验教学及实验室管理工作

范亮(1981—),女,四川泸县,硕士,助理研究员,主要从事教育学研究.

E-mail:wangshumin5103＠sina.com