祁红学,刘 迎,安 静,刘秀萍
(晋中学院化学化工系,山西 晋中 030619)
以工程专业认证为目标[1],地方高校为培养应用型人才,践行“课堂教学-实验教学-课程设计-实习”一体化教学模式[2]。这对大学生动手能力、实践能力的提升提出了更高的要求。以培养学生能力为导向[3],实验课程是提高学生实践能力的重要途径。水处理工程及其实验是环境科学与工程类专业的专业核心课程之一,对环境类专业学生工程技术应用能力的培养发挥着至关重要的作用。
在传统教学模式下,大中型实验设备与装置数量有限,实验中每组学生人数较多,上课时只有一部分学生能够操作实验设备及装置,另一部分学生的动手能力得不到很好地锻炼,严重影响学生参与实验操作的积极性。学生参与度不高,主动性未能充分调动,长此以往,不利于学生实验能力的提高。2015年,韦文珍等[4]报道,“大循环式”教学在《实验化学》教学中进行了运用,即一学期内所有开设的实验内容同时进行,充分有效地利用了实验设备和资源,提高了仪器设备的利用率。但在这种教学方法实施过程中,也存在很多的问题。鉴于此,为了提高教学质量和效率,着力推进专业认证,对于水处理工程实验采用“大循环式”教学,结合实际教学情况和教学要求及人才培养标准,进行了以下探索与改进。
“大循环式”教学有利于节约教学资源,学生在不同时间阶段轮流操作一套设备,有利于设备使用的最大化,避免了教学资源的浪费。有利于实验教学的全覆盖。以水处理工程实验为例,大部分的实验都具有设备占地面积大,实验操作耗时长的特点。传统教学方法想要在一次课内让所有学生动手参与实验,显然是不切实际的。而“大循环式”教学能较好的解决这一问题,确定本学期的实验内容,提供相应设备后,学生分为若干小组,流动循环进行操作,可以保障每个学生均能操作每台设备,参与每个实验。从学生主体来看,有利于学生对每个实验操作、每个实验设备的认识和理解,为日后学生的专业发展做准备。从教师的角度看,有利于有效针对每个实验的要求,每个学生的特点开展教学。
“大循环式”教学模式在一定时间段内降低了仪器的使用人数,为学生提供了更好的操作环境,有利于学生最大程度地参与实验教学,充分参与实验的每个环节,加深学生实验过程的印象。学生能够更主动了解实验背景,做好实验预习,加强实验基本理论的理解,提高动手能力,培养实验思维,有利于学生科学素养和科学态度的培养以及学生创新能力的发展。
“大循环式”教学以固定数目的实验项目为一个周期,学生分组同时开展该实验周期下的不同实验,依次循环完成实验。它很好地解决了实验器材不足,打破了时间空间的限制。
但是,正是由于它的特点,“大循环式”教学最大的问题就是理论教学与实验教学的进度不符,这严重影响了实验教学的效果。针对这一现象所做的改进是:理论教学早于实验教学一学期开设。实验实施需要基于实验理论教学,加强基础知识理解,强化基础实验操作,进一步培养运用理论知识的能力,同时实验理论教学应尽量避免与实验操作教学间隔时间过长,以免因理论知识遗忘造成的理论与实验脱节。
水处理工程实验的设置,以基础性实验、综合性实验、设计性实验三大类设置。对于基础实验,例如水处理工程实验项目中,混凝实验、沉淀实验、活性炭吸附实验等,以基础实验操作技能培养为主,强调学生基础类实验操作的规范和训练。针对此类实验,应该使用“大循环式”教学,原因在于大循环式教学可以做到学生实验操作的全覆盖,可以使每个学生参与到实验操作中,掌握每台实验仪器的操作规范和使用流程,不会因时空限制而得不到训练。但基础验证性实验的比例较高,则涉及的知识面较窄,教学内容创新性不强[5]。同时开设综合性、设计性实验,更能体现以学生为主体。
综合性实验的设置,例如生活污水、印染废水处理等综合性实验,则是以多种基础性实验操作构建起的综合型实验,它往往涉及多种实验仪器和实验手段。所以在使用“大循环式”教学时,尽可能在一次实验周期中避免同一台仪器同一操作的重复使用,或者说在一个实验组别中不要安排具有大量相似实验操作的实验,从而使学生在一个实验周期中可接触更多的实验设备。
而设计性实验需要多种实验方法和工艺,对于提高学习主动性,培养学生独立解决实际问题的能力具有重要的作用。例如焦化废水处理达标等综合性实验,它主要是培养学生实验设计能力和创新创造能力,利用已有的知识和实验技能,通过查阅资料,自主设计实验,制定计划,然后在老师的指导下开设实验,既调动了学生实验的积极性与主动性,又培养了团队合作精神。
在进行“大循环式”教学实验时,同时进行多个实验,涉及的实验范围广和人数多,单靠教师指导教学,会造成教师的工作负担较重,无法顾及所有学生,所以实验员也应该参与到实验教学过程中辅助教学。首先,学生是学习的主体,万事开头难,只要经过第一次实验课的历练,每个学生在之后的实验中都可以成为小老师,同学之间的相互讨论与帮助,较传统式教学有较大地改观,在教师辅助下通过阶段性总结,对比不同分组间学生实验结果,可使学生查漏补缺,讨论实验中各种影响因素,加深对实验的理解。这也是“大循环式”教学的一大特色。其次,应该加强教师在实验教学中的主导作用[6],对学生的学习起到了定位和指导的作用。在实验前后,要求教师发挥其指导作用,针对学生遇到的问题引导学生进行分析,从而进一步解决问题。再者,实验员的辅助教学作用也应大力加强。整个实验过程中,对学生进行操作的正确指引,规范实验流程,纠正学生实验操作中的错误。经过一个实验周期之后,从教学管理来看,构建教师、实验员、学生“三方”合作机制能够很好地保证实验教学的实施。
一般的实验教学流程都遵循由易到难,由简到繁,在培养学生的基础操作技能的基础上逐步增加教学难度,做到逐步提高学生实验能力和实验思维的养成。而“大循环式”教学的实施过程中各个实验间相对独立,这就要求学生要有一定实验操作基础,具备一定的操作技能。鉴于此,“大循环式”教学模式应面向大学高年级开设,如水处理工程实验在大学三年级开设。通过前期一、二年级基础性实验的训练,受过相关实验的理论指导和操作规范指导,学生已经掌握了常规仪器与设备的使用操作,有利于既定实验的顺利进行。否则,实验进行过程中再去进行部分基础性实验操作的学习,会造成实验时间过长,实验任务负担过重,造成学生学习疲劳,不利于该实验的进行。
工程专业认证背景下,应以社会需求和成果为导向[7],加大对学生工程素质的培养[8],构建梯级实验培养环节[9]。例如在实际污水处理过程中,污水处理厂的污水处理系统是由多个处理单元组成,运行复杂,通过综合性和设计性实验的锻炼[10],更能适应实际的需要。除加大综合性和设计性实验的比例以外,通过虚拟仿真技术[11]或实体实验与仿真技术相结合[12],利用网络构建在线虚拟实验平台[13]或在线模拟实验[14],注重与实际工程相结合[15],实行开放式实验教学[16]或对实验室进行预约开放[17]等多种举措紧密结合,让学生在开课期间自主安排实验时间,类似做课题研究式地完成实验,从而使学生既掌握基本原理和操作,又能熟练地处理分析数据,像写科研论文一样完成实验报告,对工科专业学生实践能力地培养大有裨益。
在工程专业认证的背景下,实验技能的培养对于工科专业学生实践能力的培养极其重要。在大学高年级中,采用“大循环式”实验教学模式,通过实验课程晚于理论课一学期开设、增加综合性和自主性实验的比例、构建“三方”合作教学机制的策略,能够较好地解决实验教学时空、设备的限制,做到实验教学的全覆盖,有利于地方高校实验教学的发展。同时针对该教学模式下的教学现状,应该具体问题具体分析,扬长避短,不断完善实验教学体制,改进“大循环式”教学方法,充分发挥其在实验教学中的长处,做到理论教学与实验教学的有机统一。着力培养学生实验科学素养,提高学生的动手操作能力,强化实验思维的训练。