《环境工程综合实验》需求导向的教学改革*

王章鸿， 彭继友， 杨 成， 刘杰刚， 邱 露， 顾闰尧， 刘 静

(1 贵州民族大学生态环境工程学院，贵州 贵阳 550025；2 贵州民族大学教师工作处，贵州 贵阳 550025)

《环境工程综合实验》是我校针对环境科学与工程专业开设的一门综合性、专业性、实践性和应用性极强的课程，旨在引导学生将所学专业知识学以致用、融会贯通，培养其认识、发现、思考及动手解决复杂、多元环境工程问题的能力[1-3]。该课程是《大气污染控制工程》、《水污染控制工程》、《固体废弃物处理与处置工程》、《环境监测》、《环境化学》等专业课程(包括理论课和实验课)的互补课程和综合应用课程，需要在完成以上课程学习的基础上进行开设。当下的教学内容主要是基于学院现有教学条件(尤其是仪器设备)和避开其他专业课程已开设的内容进行设置的，主要涉及三个大方向，即固体废弃物资源化利用(包括垃圾分类、热转化制备碳材料及其应用性能开发、生物转化利用等)、大气污染监测与处理(包括大气中臭氧、颗粒物分布及二氧化硫等项目)及土壤重金属污染现状调研及重要指标测定。希望通过该课程的学习，学生对当下所存在的环境工程问题、对应的解决方法、实际实施等有全面又针对的认识，全面提高学生在认识环境工程问题、分析环境工程问题和处理环境工程问题等方面的综合素质。

1 当前《环境工程综合实验》课程教学中存在的问题

《环境工程综合实验》是培养学生综合应用《大气污染控制工程》、《水污染控制工程》、《固体废弃物处理与处置工程》、《环境监测》、《环境化学》等专业基础知识解决实际环境问题能力的一门课程。该课程的学习情况直接影响到学生对复杂、多元环境问题认识和解决方案提出的高度和深度，从而影响学生就业选择的主导性及其在工作岗位实际解决环境问题的专业性[4-6]。目前，该课程的总学时为48学时，均为实验课。因所涉及的知识广、领域宽且专业性强，要想利用有限的教学时间最大限度的提升学生应对复杂、多元环境问题的综合能力存在诸多困难[7-8]。加之，本校环境科学与工程专业的学生主要来自于贵州省内的地州市，有超过2/3的来自于少数民族地区，他们的数学、物理、化学和生物等工具学科的基础相对薄弱，导致其对于专业课程的掌握不甚透彻，进一步增加提升《环境工程综合实验》教学质量的难度。

当前《环境工程综合实验》课程在教学过程中存在的问题主要涉及如下四个方面：(1)教学内容。在教学内容选择上，机械、死板，仅定位作为其他先行专业课(如《环境监测》、《水污染控制》、《大气污染控制等》)的补充课程，未充分结合地区或社会实际需求，焦点模糊，导致课程实用性、趣味性等不强。(2)教学方法。承袭一贯的教学方法，硬碰硬，教师机械的教、学生机械的学，教师不了解学生问题所在，学生从头至尾似无头苍蝇一样颠颠撞撞，没有方向。(3)教学形式。教学形式太单一，实验课堂距离社会或行业太远，没能让学生真正感受到学以致用的乐趣，没能让学生在浩瀚的知识中抓住其需要主攻和掌握的主线。(4)考核方式。《环境工程综合实验》的考核主要由实验报告成绩和期末的闭卷考试成绩两部分组成，分值比例分别为40%和60%。该考核方式对于要求动手能力极强、以技能掌握情况为主要评价指标的实验课程而言不够全面、不够准确。

2 《环境工程综合实验》课程教学改革内容探讨

针对以上《环境工程综合实验》课程在教学过程中存在的问题，作者从以下几个方面进行了针对性的改革：

2.1 教学内容改革：面向社会，以行业需求为导向设置教学内容

《环境工程综合实验》课程的教学目的是培养学生学以致用，发现、分析和实际解决复杂、多元环境问题的能力。因此在课题内容的设置上，不应该拘泥于相关的专业课程内容或者方法，而应基于当下所面临的严峻环境问题及结合行业的实际需求，针对性的挑选一些代表性的热点方向或者值得开放性探索的方向，对学校现有资源进行整合，包括硬件设施和相关领域科研人员等，经过调研和论证后针对性的开设一些和社会行业结合紧密的教学内容。高校肩负着“为党育人、为国育才”的重任，而对地方的服务能力就是对所培育人才质量的重要评判标准。贵州民族大学所处的贵州省，地处祖国西南内陆，境内多山地，农业所占比例大，工业起步晚、基础差、底子薄，致使整体经济相对落后。为了实现新时代的高质量发展，贵州省提出了围绕“四新”主攻“四化”的重大策略。尤其是2022年1月26日，《国务院关于支持贵州在新时代西部大开发上创新路的意见》(新国发[2]号)的发布，“四区一高地”的战略定位为贵州地区的发展指明了方向。在高质量发展过程中，无可避免的会带来环境相关的问题，“既要金山银山，也要绿水青山”，科学、合理的解决这些环境问题对于推进高质量发展具有重要意义。例如，贵州当下正在大力发展的十二大特色农业产业，产业的蓬勃发展能够促进地方经济的发展，但是在发展这些产业所带来的农业固体废物(秸秆、药渣、地膜、农药瓶等)、土壤酸化板结、水中重金属、有机物污染超标等环境问题成为制约产业发展的重要瓶颈，解决这些环境问题就有助于推动这些产业的绿色发展。

《环境工程综合实验》作为一门以解决环境问题为使命的课程，地方发展的需求就应该是其重要的教学内容来源。由此，在《环境工程综合实验》课程中关于“固体废弃物资源化利用”部分的实验设计，我们一方面给学生提供香菇菌渣、板栗球刺壳、农用地膜、餐厨垃圾大渣、等贵州地区特色产业(行业)发展所带来的固体废弃物作为原料，另一方面也鼓励学生结合个人兴趣与生活实际，收集和准备相关原料，例如来自仁怀市的学生，收集了茅台酒厂的酒糟渣、福泉市的学生收集了磷石膏和刺梨渣等，拉近课堂与实际生产生活的距离。这与之前闭门造车式的教学(尤其表现在教学内容选择上)相比，学生学习的目的性和方向性变得明确，学习的积极性也得到提高。从学习效果而言，改革后的教学内容使得学生走出象牙塔，贴近社会实际，学到更多更实用的本领，在就业过程中口碑更好、竞争力更强。

2.2 教学方法改革：调整教学方法，多发问、强互动

教师单方面的输出，学生被动性的接受，这种常规的教学方法对于《环境工程综合实验》这门要求学生具备发现、分析和实际解决复杂、多元环境问题能力的课程而言完全不奏效，尤其教学的载体中有相当一部分的学生是基础知识相对薄弱、来自于少数名族地区的学生。《环境工程综合实验》课程要求学生必须掌握扎实的基础知识、具有娴熟的实验技能和较高的实验素养，这需要全面的激发学生对本门课程学习的兴趣和主动性。在教学过程中，拟通过教师多发问的方式，对学生所具备的专业知识进行了解，对学生不易理解的难点和重点进行细致解剖和多次巩固。同时，对实验内容进行全方位调研(例如当今社会形式，国家或行业发展需求等)，讲好实验背景、实验设计等的故事，循循善诱，强化与学生的互动，引导和鼓励学生思考“我为什么做？”“是否可以尝试这样做？”，提升学生对课程学习的主观能动性，让学生有存在感、参与感、收获感和期待感。例如，课程的第一个实验：“校园生活垃圾分类”，课程开始前，教师会让学生描述其所观察到的校园生活垃圾现状并结合所学课程(如《固体废物处理与处置》、《贵州省生态文明教育》等)分析开展垃圾分类的必要性；紧接着，教师会就几种常见但是又非常容易混淆的生活垃圾征询大家的分类方案(例如使用后的竹木筷子、口罩、丢弃的袜子等)；然后再结合我国现行的垃圾分类标准，分析具体如何分类方式并剖析原因；同时，学生也就他们所感到困惑的一些分类进行交流讨论。通过这样多发问、强互动的方式，学生对于认知垃圾分类开展的必要性、当下推行的情况及存在的问题有了深刻的认识，更能激发学生积极主动地思考、深刻掌握相关知识、尝试相关解决办法等，使得学生真正学到有用的知识、获得实用的本领。

2.3 教学形式改革：实验教学结合实践教学

学校实验室开展实验课这样的教学形式相对单一，学生对于所学的东西在实际的社会或行业需求中是否能够派的上用场会存在疑问。通过上面对教学内容的调整，设置面向社会，以行业需求为导向的教学内容，相应的，在教学形式上也应做出相应调整，更贴近社会或行业需求的实际，把课堂扩展到企业、相关的政府职能机构及科研院所，带领学生到其中去观摩，亲身感受，开展实践教学，一方面能够让学生切身感受到《环境工程综合实验》课程教学的实用性，强化学生学习的信心；另一方面也让学生感受到社会或行业对其专业素养的要求，鞭策和激励其更加踏实和努力的学习，全面提升个人能力。例如，针对校园生活垃圾分类后易腐垃圾(湿垃圾)的利用，按照课程设计是将其用于黑水虻养殖，学生对于养殖过程中可能遇到的问题，如黑水虻虫卵的分离、黑水虻生长过程温湿的调控等难以想象，于是在实验室阶段完成部分内容后，我们把学生带到真实黑水虻餐厨垃圾处理公司，现场的观摩、现场的与工作人员交流互动，结合课程所学，能更深刻认识到，所学知识的实用性；同时也认识到，在实际生产过程中涉及到的问题复杂多样，还需要完善自己的知识体系、融会贯通才能实际胜任。

2.4 考核方式改革：实验过程和实验结果并重

实验课注重的是实际的操作和技能的掌握，强调的是实践性和应用性。对于实验课程的考核应该不止于平时的实验报告成绩和期末的闭卷考试的考核。实验过程涉及到学生对实验方案的理解、对实验的规划，以及其实验技能、实验素养的展现，在重要性上应该等同于平时的实验报告成绩和期末的闭卷考试，或者更甚之。鉴于此，在《环境工程综合实验》课程中，我们把实验全过程，包括基本操作规范、实验流程、实验过程细节的处理等与动手能力和技能水平有关的因素纳入到学生对课程掌握情况的综合性评价中。对于整门课程的考核而言，实验过程、实验报告和期末闭卷考试分别占比40%、20%和40%。我们发现，在新的考核方式实施后，学生在以下几个方面发生了改变：(1)上课准点率提升。在每次课程之初，授课教师都会简要的介绍本次实验的思路、重点及注意事项，这对学生理解实验、开展实验及掌握实验至关重要。例如，对于“生物质基固体废弃物热解制备生物炭及其理化性质测定”的实验，授课教师首先从国家双碳目标的大背景下，介绍生物质制备生物炭的必要性，随后基于生物质热转化利用的两个重要映射关系，即“制备工艺决定生物炭理化性质”和“理化性质决定生物炭用途”，对实验的设置及实验过程中的注意事项进行介绍，随后学生即开始实验。如果没有理解授课教师所介绍的两个映射关系，就会存在实验工况为何要如此设置(如热解温度范围为300～600 ℃)、生物炭诸多理化性质为何唯独考察这些(如等电点、表面官能团、孔隙特征等)等等的疑问，致使整个实验过程就如无头苍蝇一样，乱飞乱撞、迷迷糊糊。将实验过程纳入考核内容后，学生对每次课程授课教师的“开场白”都非常重视，一改往届拖拖拉拉的状况，准点率明显提升。(2)实验操作更规范。实验操作直接关系到实验的成败、仪器的正常运行及实验室安全。对于移液管、天平等常规设施设备的使用，往届学生总是会“轻车熟路”的犯错。例如，移液管汲取液体后底部残留的液体全部吹出；天平中洒落的物质，不管不顾；真空抽滤泵不设置安全瓶等。往届开课时，虽然总是反复强调，甚至在实验过程中抓到现行，学生也总是不以为意。在新的考核方式下，学生对实验过程中的细节更加重视、操作更加规范。(3)实验过程中学生提问更积极。如前所述，实验过程除了直接影响实验结果的好与坏，更重要是其关乎实验室安全。往届学生常常存在不懂装懂，自以为是、擅自为之的行为。例如，有毒有害废液直接倒入水槽，蒸馏水直接加入硫酸中，氢氟酸直接在实验做上汲取，燃气瓶附近做加热实验等等。将实验过程纳入考核内容后，学生在实验过程中遇到不确定的问题，会更积极主动的提出来，与老师一同探讨。这个过程，一方面保证了实验的顺利完成，获得更科学准确的结果，另一方面也避免了很多实验室潜在的安全隐患。

3 结 语

本研究以我国西南部少数民族为主要生源的贵州民族大学所开设的《环境工程综合实验》为对象，通过对现有课程教学现状，包括教学内容、教学方法、教学形式和考核形式等进行全方位的剖析，揭示其中存在的问题，随后针对性的提出：(1)教学内容方面，要面向社会，以行业需求为导向进行设置；(2)教学方法方面，应调整教学方法，多发问、强互动；(3)教学形式方面，应实验教学结合实践教学；(4)考核方式方面，应实验过程和实验结果并重。