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【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；下水道及化糞池；可燃?xì)怏w；監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)
1.引言
城市下水道和化糞池?fù)?dān)負(fù)著生活污水、工業(yè)廢水的接納、輸送功能，但由于其相對(duì)封閉，環(huán)境特殊，污水中的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)在密閉的管道中，在厭氧條件下受微生物作用，會(huì)分解產(chǎn)生多種有毒有害、易燃易爆氣體。如若管理不善，容易造成氣體蓄積，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，若泄漏會(huì)造成人員中毒，如遇明火則極易產(chǎn)生爆炸，造成傷亡事故，對(duì)人民群眾的人身和財(cái)產(chǎn)安全造成危害。近年來(lái)，由于下水道、化糞池內(nèi)可燃?xì)怏w濃度過(guò)高，市政排污管道可燃?xì)怏w爆炸事故成了國(guó)內(nèi)多發(fā)的事件。由于歷史的原因，我國(guó)城市下水道管網(wǎng)設(shè)置不夠合理，處理設(shè)施維護(hù)管理不規(guī)范；其次，城市化進(jìn)程過(guò)快，城市人口密度大，管網(wǎng)設(shè)施使用負(fù)荷較高；同時(shí)，還與公民的環(huán)境教育、環(huán)境意識(shí)、環(huán)境道德，以及政府的環(huán)境立法、執(zhí)法有關(guān)。顯然，除了積極開展正面的環(huán)境意識(shí)教育，完善設(shè)施維護(hù)以外，更重要的是建立一套可燃有害氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，做到防患于未然。
為了達(dá)到安全性預(yù)報(bào)的目的，傳統(tǒng)的環(huán)境污染源應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要基于單臺(tái)儀器的間斷方法，甚至是人工取樣、實(shí)驗(yàn)室分析的非在線式監(jiān)測(cè)。此方法存在三個(gè)方面的明顯不足：一是具有間斷性；二是無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、在線測(cè)量和遠(yuǎn)程監(jiān)控；三是需要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。
下水道、化糞池氣體的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種最小人工干預(yù)的安全預(yù)警的實(shí)時(shí)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)并預(yù)警的自動(dòng)化系統(tǒng)，它能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程中心，自動(dòng)地監(jiān)控下水管道設(shè)施內(nèi)可燃?xì)怏w狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在線、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制。所以，開展城市市政下水道、化糞池的長(zhǎng)期、遠(yuǎn)程在線監(jiān)控研究意義重大。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種可燃?xì)怏w的智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，即用于市政下水道和化糞池中可燃沼氣濃度和相關(guān)信息的實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，對(duì)市政污水管網(wǎng)設(shè)施的安全運(yùn)行實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和預(yù)警，確保污水管網(wǎng)設(shè)施的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。
本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，利用高靈敏度、性能穩(wěn)定的紅外氣體傳感器和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠；系統(tǒng)監(jiān)控中心能及時(shí)發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w的異常信息，并發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成：氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)。氣體傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)氣體濃度的檢測(cè)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)完成監(jiān)控中心與濃度檢測(cè)系統(tǒng)之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通信傳輸；監(jiān)控中心系統(tǒng)通過(guò)合理的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)控預(yù)警功能。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)城市市政下水道和化糞池可燃?xì)鉂舛鹊念A(yù)警監(jiān)控，滿足監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和實(shí)時(shí)性要求，在進(jìn)行廣泛調(diào)研現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀后，本設(shè)計(jì)提出了以下的預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案。采用模塊化的思想，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三個(gè)子系統(tǒng)：氣體監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心子系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：現(xiàn)場(chǎng)儀器：用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，包括氣體濃度傳感器和數(shù)據(jù)采集儀器；傳輸網(wǎng)絡(luò)：用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；監(jiān)控中心：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。監(jiān)控中心通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)與污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)交換、實(shí)況監(jiān)測(cè)、指令應(yīng)答和決策調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
3.系統(tǒng)的主要技術(shù)路線
3.1 可燃?xì)怏w檢測(cè)
非分散紅外（NDIR：Non Dispersive Infrared）氣體分析儀作為一種快速、準(zhǔn)確的氣體分析技術(shù)，特別連續(xù)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）以及機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)應(yīng)用中十分普遍。隨著紅外光源、傳感器及電子技術(shù)的發(fā)展，NDIR氣體傳感器在國(guó)內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在采用新型紅外傳感器及電調(diào)制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、性能、價(jià)格上具有以往儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
3.2 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)即EPC（ElectronicProductCode產(chǎn)品電子代碼）系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和射頻技術(shù)RFID的基礎(chǔ)上，利用全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼技術(shù)給每一個(gè)實(shí)體對(duì)象一個(gè)唯一的代碼，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”。EPC系統(tǒng)是一個(gè)非常先進(jìn)的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)，其最終目標(biāo)是為每一實(shí)體對(duì)象建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，主要由6個(gè)方面組成：EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)、RFID標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Savant）系統(tǒng)、對(duì)象名解析服務(wù)（ONS）、實(shí)體標(biāo)記語(yǔ)言（PML）。
3.3 射頻識(shí)別技術(shù)
射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種高級(jí)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用它通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸式的全雙工數(shù)據(jù)通信，以對(duì)實(shí)物目標(biāo)加以識(shí)別；閱讀器（Reader）可控制射頻模塊向電子標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)可對(duì)電子標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，從而將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶電子標(biāo)簽上的其它相關(guān)信息傳輸?shù)絊avant系統(tǒng)以供處理；Savant是一種軟件技術(shù)，在EPC網(wǎng)絡(luò)中扮演中樞神經(jīng)的角色并負(fù)責(zé)信息的管理和流動(dòng)，減少?gòu)拈喿x器傳往企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)量，確?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不超負(fù)荷運(yùn)作；對(duì)象名解析服務(wù)（ONS）是聯(lián)系前臺(tái)Savant軟件和后臺(tái)PML服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)樞紐，把Savant引入儲(chǔ)存該產(chǎn)品信息的企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)；實(shí)體標(biāo)記語(yǔ)言（PML）是EPC網(wǎng)絡(luò)中的通用語(yǔ)言，用來(lái)定義物理對(duì)象的數(shù)據(jù)。
3.4 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)
監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件以Windows為工作平臺(tái)，采用先進(jìn)的軟件開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)工具，充分利用可視化及事件驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，采用對(duì)象化結(jié)構(gòu)，具有用戶界面友好、函數(shù)資源豐富、開發(fā)工作量較小的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)模塊化，觀測(cè)結(jié)果存放采用后臺(tái)Access數(shù)據(jù)庫(kù)，并具有觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，使大量人工勞作由計(jì)算機(jī)快速而準(zhǔn)確地完成。從軟件功能上，系統(tǒng)由組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件、監(jiān)控軟件構(gòu)成。組態(tài)軟件負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，主要組態(tài)內(nèi)容包括監(jiān)控節(jié)點(diǎn)組態(tài)、報(bào)警上、下限組態(tài)、報(bào)警動(dòng)作組態(tài)等。數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)狀態(tài)檢測(cè)，報(bào)警檢測(cè)，報(bào)警信息的發(fā)送以及短息查詢處理等。而監(jiān)控軟件負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示，監(jiān)控中心報(bào)警處理，歷史趨勢(shì)處理，報(bào)表處理等。
4.主要技術(shù)關(guān)鍵及技術(shù)指標(biāo)
4.1 主要技術(shù)關(guān)鍵
1）采用感應(yīng)器對(duì)下水道及化糞池中可燃?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)控并預(yù)警；2）建立可燃?xì)怏w模型，采用智能控制技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；3）使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；4）系統(tǒng)接口還保留許多擴(kuò)充部分，如增加其他傳感器，只需再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步軟件擴(kuò)充與完善，就能實(shí)現(xiàn)其他更多氣體的監(jiān)測(cè)；5）無(wú)線傳輸可執(zhí)行一對(duì)多的方式（即一個(gè)監(jiān)控中心，接收多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)出的不同數(shù)據(jù)）。
4.2 主要技術(shù)指標(biāo)
工作溫度：-40°C～+70°C（可燃?xì)猓还ぷ鳚穸龋海?5%RH（非冷凝）；檢測(cè)誤差：＜5%F.S；防護(hù)等級(jí)：IP66；輸出信號(hào)：4～20mA模擬信號(hào)；工作電源：10～30V DC。
5.結(jié)語(yǔ)
該自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用于市政排水管道可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)，并從基于物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，基于先進(jìn)的氣體傳感器檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)獲取，基于尋找一種具備統(tǒng)一性、開放性的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系結(jié)構(gòu)和成本相對(duì)較低的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)來(lái)組成這種環(huán)境監(jiān)測(cè)的體系，基于設(shè)定一套統(tǒng)一的預(yù)警監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)大范圍環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同等幾個(gè)方面開展工作，通過(guò)實(shí)際建設(shè)將研究成果直接應(yīng)用于城市下水管道和化糞池設(shè)施的實(shí)踐過(guò)程中，有較高創(chuàng)新性研究成果和實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]卜秋平.城市污水管網(wǎng)的建設(shè)與管理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
關(guān)鍵詞：水污染控制工程；教學(xué)改革；教學(xué)方法；教學(xué)實(shí)踐
水污染控制工程是一門重要的環(huán)境工程專業(yè)課程，也是一門綜合性較高，同時(shí)融合了數(shù)理化基礎(chǔ)知識(shí)并且具有極高的應(yīng)用性的課程，只有通過(guò)明確課程定位，優(yōu)化課程體系，革新教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)等一系列措施，才能更好地完成教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中解決問題的能力。本文就現(xiàn)階段水污染控制工程教學(xué)中的人才培養(yǎng)方案存在的問題予以提出和討論，以達(dá)到教學(xué)目的，為社會(huì)培養(yǎng)更加優(yōu)秀的環(huán)保人才。
一、革新教學(xué)內(nèi)容
環(huán)境工程專業(yè)的人才培養(yǎng)定位體現(xiàn)了工程型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)合格的環(huán)境工程技術(shù)型人才。我校環(huán)境工程專業(yè)中水污染控制工程教學(xué)安排在第六學(xué)期，講授的內(nèi)容包括理論講授、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐四部分。這種培養(yǎng)模式顯然不適合環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)時(shí)少的教學(xué)，因?yàn)樵谳^少的學(xué)時(shí)內(nèi)無(wú)論如何是完不成如此多的教學(xué)內(nèi)容的。
因此，在課程教學(xué)上應(yīng)適當(dāng)增加教育課時(shí)，將課堂課程與實(shí)驗(yàn)課程分開教學(xué)，同時(shí)為了增加課堂與實(shí)踐的結(jié)合，在課堂教學(xué)內(nèi)容方向上做調(diào)整，一是應(yīng)重視本專業(yè)相關(guān)課程的知識(shí)整合與銜接，加大理論學(xué)時(shí)，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)；二是多綜合，把現(xiàn)代技術(shù)與先進(jìn)的理論適時(shí)地傳授給學(xué)生。結(jié)合水污染控制理論和工藝技術(shù)的進(jìn)步，以及我國(guó)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，及時(shí)更新過(guò)時(shí)工藝技術(shù)，同時(shí)結(jié)合近年畢業(yè)設(shè)計(jì)中工藝方案選擇、構(gòu)筑物計(jì)算與圖件繪制等方面存在的共性問題，有針對(duì)性地進(jìn)行了城市生活污水和工業(yè)廢水工藝方案選擇的教學(xué)以及討論。
二、優(yōu)化教學(xué)方法
1.強(qiáng)化多媒體教學(xué)
在水污染控制工程課程教學(xué)中強(qiáng)化采用多媒體教學(xué)，不僅給課堂教學(xué)帶來(lái)了勃勃生氣，活躍了課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)效果，還通過(guò)文本、圖像、動(dòng)畫、聲音等方式，創(chuàng)設(shè)情景，激趣，突出重點(diǎn)，化靜為動(dòng)，在一定程度上發(fā)展了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的能力，大大提高了課堂教學(xué)效率。
2.增加課堂實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思維興趣
一個(gè)人一旦對(duì)某事物有了濃厚的興趣，就會(huì)主動(dòng)去求知、去探索、去實(shí)踐，并在求知、探索、實(shí)踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗(yàn)。所以激發(fā)起學(xué)生的興趣，學(xué)生就會(huì)積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)并學(xué)得輕松而有成效。
3.組織課堂討論
教學(xué)中的課堂討論是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，就教材中的基礎(chǔ)理論或主要疑難問題，在獨(dú)立鉆研的基礎(chǔ)上，共同進(jìn)行討論、辯論的教學(xué)組織形式，可以全班集體討論，也可以分組進(jìn)行討論。課堂討論可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，有助于啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、相互交流意見，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析問題、解決問題的能力和訓(xùn)練口頭表達(dá)能力。
三、實(shí)踐課堂相結(jié)合
據(jù)我們觀察，現(xiàn)階段的實(shí)踐環(huán)節(jié)仍局限于傳統(tǒng)的教學(xué)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)多為“按部就班”的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生主動(dòng)參與的積極性難以發(fā)揮；生產(chǎn)實(shí)習(xí)受經(jīng)費(fèi)限制僅僅停留在“走馬觀花”，難以深入到生產(chǎn)第一線；課程設(shè)計(jì)沒有完全結(jié)合工程實(shí)際，是學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)。主要表現(xiàn)在：①功能單一，實(shí)驗(yàn)室基本上按課程設(shè)置安排實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，演示型、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)型、綜合性實(shí)驗(yàn)少。②地位從屬，實(shí)驗(yàn)室從屬于系部、教研室，實(shí)驗(yàn)課過(guò)多依附于理論教學(xué)，沒有實(shí)現(xiàn)從課程實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立教學(xué)能力很弱，缺乏應(yīng)有的活力。
四、結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需求教學(xué)
水污染控制工程教學(xué)體系應(yīng)該緊密結(jié)合地區(qū)產(chǎn)業(yè)特色與污染特點(diǎn)，本著解決地方環(huán)境污染問題和經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)為目的，從認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和設(shè)計(jì)教學(xué)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的改革；例如，上海地區(qū)河流較多且分布較密集，工業(yè)生產(chǎn)污染物排入河流情況嚴(yán)重，在水污染工程教學(xué)中，宜適當(dāng)增加河流污染控制的講解?？傊?，在人才培養(yǎng)大眾化的新形勢(shì)下，水污染控制工程課程體系教學(xué)只有根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域特色，不斷地對(duì)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行改革，才能培養(yǎng)出符合地方產(chǎn)業(yè)需求的新時(shí)代技能型、應(yīng)用型環(huán)保人才。
對(duì)水污染控制工程的實(shí)踐教學(xué)體系的探討和建設(shè)是時(shí)展的需要，是身為教師的職責(zé)。我校在水污染控制工程課程方面的教學(xué)改革僅僅是一個(gè)開始，還需要不斷地探索和完善，并且要綜合考慮它的前續(xù)和后續(xù)課程以及該課程在培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新人才方面的地位，從而形成改革的總體思想，達(dá)到學(xué)生能夠?qū)W以致用的目的。
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水污染控制工程課程改革理實(shí)一體《水污染控制工程》是高職環(huán)境類專業(yè)的核心課程，本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能運(yùn)行、調(diào)試和初步管理各類污水處理設(shè)施及構(gòu)筑物，能根據(jù)污水中污染物的類型選用不同的污水處理工藝，能初步解決污水處理運(yùn)行中出現(xiàn)的疑難問題等。在課程改革過(guò)程中，以工作過(guò)程為導(dǎo)向，建構(gòu)學(xué)習(xí)領(lǐng)域；以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元，并在教學(xué)過(guò)程中突破傳統(tǒng)教學(xué)方法，探索理實(shí)一體教學(xué)新模式。
一、課程設(shè)計(jì)
1.課程設(shè)計(jì)思路
通過(guò)對(duì)大慶市區(qū)附近石化企業(yè)調(diào)研，確定污水處理工工作崗位職責(zé)；根據(jù)崗位“應(yīng)知應(yīng)會(huì)”水平選取典型工作任務(wù)；將典型工作任務(wù)與理論知識(shí)相融合，設(shè)計(jì)若干學(xué)習(xí)任務(wù)單元；以學(xué)習(xí)任務(wù)為驅(qū)動(dòng)實(shí)施課程教學(xué)。新構(gòu)建的課程內(nèi)容，是按照工作任務(wù)來(lái)序化知識(shí)，將理論知識(shí)與實(shí)踐技能融合，形成“以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)”的課程體系。
2.教學(xué)內(nèi)容的重組
教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成3個(gè)模塊，每個(gè)模塊有若干學(xué)習(xí)任務(wù)單元，每個(gè)學(xué)習(xí)單元作為一個(gè)項(xiàng)目，由若干的工作任務(wù)來(lái)完成。通過(guò)完成相應(yīng)的工作任務(wù)實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能和理論知識(shí)的融合。
理論教學(xué)內(nèi)容的選取，加強(qiáng)各處理技術(shù)單元的基本原理、處理設(shè)備操作和運(yùn)行管理知識(shí)的講授；實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的選取，注重對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的訓(xùn)練和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。重點(diǎn)是污水處理工藝調(diào)整和操作，解決工藝設(shè)備的基本維護(hù)和故障判斷及排除問題，同時(shí)要求學(xué)生能夠看懂圖紙，掌握在線儀表相關(guān)操作知識(shí)等。
本課程設(shè)計(jì)倡導(dǎo)“過(guò)程導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、內(nèi)容序化、技能延伸”理念，將典型的污水治理項(xiàng)目引入課堂，將水污染控制的常用技術(shù)貫穿到相應(yīng)項(xiàng)目中，同時(shí)將技能學(xué)習(xí)延伸到校外實(shí)習(xí)基地、工作現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)做一體化。
二、課程教學(xué)實(shí)施
教學(xué)程序依據(jù)典型工作任務(wù)完成過(guò)程中，所經(jīng)歷的“資訊、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評(píng)價(jià)”6個(gè)步驟進(jìn)行，符合學(xué)生循序漸進(jìn)的認(rèn)知心理順序。如“活性污泥運(yùn)行參數(shù)控制”的教學(xué)設(shè)計(jì)：
三、課程改革體會(huì)
1.理實(shí)一體化校本教材的開發(fā)
教材編寫應(yīng)圍繞課程設(shè)計(jì)的工作任務(wù)開展，注重實(shí)用性和可操作性，理論知識(shí)應(yīng)服從實(shí)踐教學(xué)的需要，理論應(yīng)淺顯易懂，簡(jiǎn)潔明了。
2.教學(xué)過(guò)程的有效設(shè)計(jì)
“理實(shí)一體化”教學(xué)的關(guān)鍵在于理論與實(shí)踐的穿行，在教學(xué)實(shí)施中，其教學(xué)尺度很難把握，過(guò)多操作，又類似于實(shí)驗(yàn)課。在教學(xué)過(guò)程中如何適時(shí)的穿插錄像、動(dòng)畫、掛圖、板書，教師的備課工作量很大且必須較為周密的計(jì)劃與時(shí)間安排，否則教學(xué)尺度一旦把握不準(zhǔn)，就難以達(dá)到一體教學(xué)的要求。
3.學(xué)生主觀能動(dòng)性的開發(fā)
“理實(shí)一體化”教學(xué)模式，使學(xué)生獲得分析、思考、和解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，這些能力是學(xué)生未來(lái)的工作和生活中真正需要的。
4.教師技能水平的提高
“理實(shí)一體化”這種教學(xué)模式的開展，需要教師獲得更多的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，教師要逐漸形成“一專多能”的知識(shí)結(jié)構(gòu)才能勝任新形勢(shì)下的教學(xué)要求。
5.評(píng)價(jià)體系的建立
本課程在“理實(shí)一體化”教學(xué)效果考核中，強(qiáng)調(diào)基本技能的培養(yǎng)。通過(guò)實(shí)操，學(xué)生是否獲得初步的、準(zhǔn)確的操作技能；理論知識(shí)考核，通過(guò)匯報(bào)和測(cè)試掌握學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平。
“理實(shí)一體化”作為一種教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果的提高起到了很大的作用，但在課程改革過(guò)程中也存在著教材編寫水平有限，設(shè)備配置不完善、評(píng)價(jià)體系不全面等諸多困難，這些都有待于我們?cè)谏罨虒W(xué)改革過(guò)程中，不斷探索、不斷克服、不斷完善。
參考文獻(xiàn)：
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專業(yè)介紹：
主要課程：給水工程、排水工程、建筑給水排水工程、工程力學(xué)、水力學(xué)、測(cè)量學(xué)、水泵與泵站、水處理微生物學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、水分析化學(xué)、工程制圖、電工與電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用、管理科學(xué)等。
主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)：金工實(shí)習(xí)、測(cè)量實(shí)習(xí)、工程制圖、管道工程安裝實(shí)訓(xùn)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用及上機(jī)實(shí)習(xí)、建筑給水排水課程設(shè)計(jì)、工程施工實(shí)習(xí)、CAD制圖訓(xùn)練、物理實(shí)驗(yàn)、力學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等，一般安排40周左右。
就業(yè)方向：設(shè)計(jì)部門、規(guī)劃部門、環(huán)境保護(hù)部門、科研院所、高等院校、工礦企業(yè)、經(jīng)濟(jì)管理部門和政府部門等從事給水排水工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、科研和教學(xué)等工作。
修業(yè)年限：四年
授予學(xué)位：工學(xué)學(xué)士
建立3+3+3實(shí)踐課程新體系，優(yōu)化環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案
生產(chǎn)實(shí)習(xí)安排學(xué)生參觀焦化聯(lián)合企業(yè)大氣污染綜合治理工程、2～3種工業(yè)廢水治理工程及城市垃圾填埋場(chǎng)、垃圾發(fā)電廠，和上機(jī)操作環(huán)境工程技術(shù)模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)［6］，模擬污水處理廠管理，解決進(jìn)企業(yè)蹲點(diǎn)實(shí)習(xí)難問題。畢業(yè)實(shí)習(xí)結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)或論文選題進(jìn)行，由指導(dǎo)教師按選題涉及的具體行業(yè)、污染問題、技術(shù)方案進(jìn)行安排。即環(huán)境監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、水污染控制設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)與專業(yè)綜合型大實(shí)驗(yàn)。環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)安排COD、NH4－N、BOD、pH等水質(zhì)監(jiān)測(cè)，TSP、SO2等大氣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，要求學(xué)生掌握取樣保存、試劑配制、儀器操作、數(shù)據(jù)處理、分析與評(píng)價(jià)等基本實(shí)驗(yàn)技能。水污染控制設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)給出幾種污水水質(zhì)和實(shí)驗(yàn)室已具備的實(shí)驗(yàn)條件:生物法、混凝法、離子交換法、Fenton試劑法、鐵碳微電解法等，讓學(xué)生自行分組選擇處理工藝，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。專業(yè)綜合大實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙验_設(shè)的有:校園湖泊水質(zhì)評(píng)價(jià)與治理、室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)、純凈水制備、印染廢水處理等綜合型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行工藝比選、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)等綜合訓(xùn)練提高［7］。
即污水廠設(shè)計(jì)、大氣污染控制工程設(shè)計(jì)、固廢處理處置課程設(shè)計(jì)，均安排在主干專業(yè)課學(xué)習(xí)結(jié)束后。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，對(duì)已學(xué)知識(shí)進(jìn)行消化、擴(kuò)展、應(yīng)用，要求進(jìn)行工程分析與源強(qiáng)計(jì)算，工藝選擇與數(shù)質(zhì)量衡算，主要設(shè)備設(shè)計(jì)(或選型計(jì)算)、輔助設(shè)備選型計(jì)算、管道與高程計(jì)算、工藝布置圖紙繪制，以課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙?zhí)峤徽n程成果。堅(jiān)持將三門課程設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，鼓勵(lì)在這些環(huán)節(jié)中學(xué)生直接參與環(huán)境工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，雖然環(huán)節(jié)時(shí)間短，但能夠直接進(jìn)入工程實(shí)踐，對(duì)學(xué)生的幫助是非常顯著，經(jīng)過(guò)10屆學(xué)生和老師的共同努力，課程設(shè)計(jì)已成為學(xué)生痛并快樂著、收獲頗豐的實(shí)踐教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3+3+3實(shí)踐教學(xué)保障體系建設(shè)
通過(guò)積極爭(zhēng)取，獲得“化工與環(huán)境類專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)中心”、“環(huán)境工程特色專業(yè)建設(shè)”、“院級(jí)重點(diǎn)建設(shè)課程資助經(jīng)費(fèi)”等各項(xiàng)省級(jí)、校級(jí)質(zhì)量工程專項(xiàng)基金支持，加快了環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室與實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)。目前環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室擁有TOC、TN、TP在線監(jiān)測(cè)、紫外可見光分光光度計(jì)、移動(dòng)式室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、快速水質(zhì)監(jiān)測(cè)等環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、污水處理實(shí)驗(yàn)裝置、純水制備系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)備200多臺(tái)套，為三大實(shí)驗(yàn)開設(shè)提供了硬件條件。投入25萬(wàn)元在學(xué)院建立了環(huán)境工程技術(shù)的模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包括:污水處理廠模擬管理等［8］。在皖維集團(tuán)建立了學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心、在蕪湖垃圾填埋場(chǎng)、新鑫鑄管、蕪湖垃圾發(fā)電廠等建立實(shí)習(xí)基地。為學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)起了較大貢獻(xiàn)，有效增強(qiáng)人才實(shí)踐能力培養(yǎng)的實(shí)戰(zhàn)型、針對(duì)性。教研室老師積極申報(bào)教研項(xiàng)目，每年均有立項(xiàng):如省級(jí)教研項(xiàng)目有:“環(huán)境工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)新體系的研究與實(shí)踐”、“環(huán)境類本科生創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的研究”等。發(fā)表教研論文1～2篇/人。將案例教學(xué)、啟發(fā)教學(xué)、閱讀教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合［9］，老師給出案例，剖解分析，給出選題，讓學(xué)生自查文獻(xiàn)、自主交流、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和治理工藝，有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新能力。
教研室老師為保障具有環(huán)境工程專業(yè)自身特色的實(shí)踐教學(xué)新體系的實(shí)施，逐步積累污染源產(chǎn)排污系數(shù)［10］、源強(qiáng)計(jì)算公式等三門課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，緩解課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料空缺嚴(yán)重現(xiàn)象。初步完成大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書系列:之一煙塵污染治理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、之二工業(yè)粉塵污染治理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、之三酸性氣體污染治理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、之四有機(jī)氣體污染治理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書;和污水治理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書系列:城鎮(zhèn)污水處理廠課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、工業(yè)廢水處理站課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書;及固體廢棄物處置與資源化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書系列。填補(bǔ)了課程設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書空白。教研室老師積極申報(bào)課題，獲得國(guó)家和安徽省自然科學(xué)基金及省教育廳、蕪湖市科技計(jì)劃科研經(jīng)費(fèi)支持，以及產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目。將課題研究?jī)?nèi)容分解成適合的本科畢業(yè)論文選題和碩士研究生學(xué)位論文題目，老師指導(dǎo)和帶領(lǐng)學(xué)生將科學(xué)研究和社會(huì)實(shí)踐穿插在實(shí)踐教學(xué)中。即為實(shí)踐教學(xué)耗材、檢測(cè)提供了經(jīng)費(fèi)保障，也有效的保證了本科畢業(yè)論文質(zhì)量。教師與學(xué)生創(chuàng)新能力顯著提高;學(xué)生對(duì)教學(xué)實(shí)踐的興趣、參與度、完成質(zhì)量大大改善。
關(guān)鍵詞：水專項(xiàng)；給水排水；本科生；教育
中圖分類號(hào)：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）37-0100-02
當(dāng)前形勢(shì)下，我國(guó)水體污染形勢(shì)愈加嚴(yán)峻，水資源短缺、供水危機(jī)頻發(fā)、水生態(tài)退化等問題已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的能源、資源和環(huán)境的瓶頸問題。面對(duì)日益嚴(yán)重的水污染，我國(guó)于2009年3月啟動(dòng)了水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)，旨在為我國(guó)水污染控制與治理提供全面技術(shù)支持。在我國(guó)當(dāng)前這樣的背景與環(huán)境下，本文將粗略介紹水專項(xiàng)，并將就水專項(xiàng)對(duì)于給排水科學(xué)與工程本科生教育的作用進(jìn)行分析，并提出筆者自己的幾點(diǎn)看法。
一、水專項(xiàng)簡(jiǎn)介
水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（水專項(xiàng)），是我國(guó)幾大國(guó)家重大科技專項(xiàng)所包含的其中之一，其目的在于為中國(guó)水體污染控制與治理提供強(qiáng)有力的科技支撐。目前，我國(guó)城鎮(zhèn)在新的“十二五”期間，水體污染控制與治理形勢(shì)出現(xiàn)了一些挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為水體污染情況仍然較為嚴(yán)重，極端氣候參與影響，化學(xué)品與突發(fā)性污染事故，飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求大幅提升，國(guó)家提出了新的減排目標(biāo)這五大內(nèi)容[1]。同時(shí)，國(guó)家也為水專項(xiàng)在“十二五”期間制定了新的內(nèi)容和目標(biāo)，其主要圍繞“三河三湖一江一庫(kù)”重點(diǎn)流域，重點(diǎn)攻克重污染行業(yè)廢水全過(guò)程治理技術(shù)、重污染河流和富營(yíng)養(yǎng)化湖泊綜合治理技術(shù)、面源污染控制技術(shù)、適用于不同水源水質(zhì)的凈化技術(shù)、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警遙感監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵成套技術(shù)300項(xiàng)以上。在太湖、遼河等重點(diǎn)流域開展綜合示范，示范流域水環(huán)境質(zhì)量提高一個(gè)等級(jí)并消除劣V類，基本建立流域水污染治理和水環(huán)境管理技術(shù)體系。在這樣的形勢(shì)下，為了很好地適應(yīng)這些挑戰(zhàn)并達(dá)到國(guó)家制定的目標(biāo)，有專家[2]具體提出了水專項(xiàng)在“十二五”期間的技術(shù)突破重點(diǎn)主要有研發(fā)安全節(jié)能的消毒技術(shù)、超高標(biāo)準(zhǔn)污水處理技術(shù)、高靈敏度以及低成本的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等若干個(gè)方向。而若談到水處理技術(shù)的應(yīng)用、研發(fā)和改進(jìn)，則需要知道這項(xiàng)過(guò)程必須依賴于研究人員。對(duì)于社會(huì)上的各個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，政府和企業(yè)應(yīng)加大力度投入更多的資金進(jìn)入研究行業(yè)，同時(shí)鼓勵(lì)并倡導(dǎo)及運(yùn)用高效、能達(dá)到處理效果的水處理技術(shù)，例如嘉興政府將“水源生物―生態(tài)修復(fù)”和“高氨氮、高有機(jī)物污染河網(wǎng)原水深度處理”技術(shù)運(yùn)用到水廠中去，很好地提高了水處理效果[3]。而對(duì)于像大學(xué)這樣的機(jī)構(gòu)而言，筆者認(rèn)為不僅教師們可以在這樣的條件下加大這塊的研究，同時(shí)也可以將水專項(xiàng)與大學(xué)教學(xué)相結(jié)合，這樣才能充分趁著這個(gè)國(guó)家推行水專項(xiàng)的勢(shì)頭使得該項(xiàng)目能在校園環(huán)境普及并讓學(xué)生去了解，能夠參與其中，為他們以后的不管是科研還是進(jìn)入社會(huì)能夠起到更好的作用。而這樣一來(lái)，也可以讓那些對(duì)科研感興趣的學(xué)生初步了解到科研的面貌，愿意選擇進(jìn)一步深造，今后成為從事于水專項(xiàng)研究的學(xué)生，這樣也能為水專項(xiàng)今后的發(fā)展和研究投入源源不斷的生力軍。
二、教師教學(xué)
對(duì)于教師教學(xué)這塊，有不少本科生[4]在上課的時(shí)候感覺教師常常只是起到一個(gè)“傳聲筒”的作用，把學(xué)生只是當(dāng)成“接收器”，這樣一來(lái)老師與學(xué)生之間只是一個(gè)單向作用，并不能反映出學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的吸收和消化，而這樣也是不能培養(yǎng)有個(gè)性、有創(chuàng)造力、有開拓精神的人才。同時(shí)，也有不少人[5，6]認(rèn)為，大學(xué)教師應(yīng)有兩大職責(zé)，科研和教學(xué)，這兩塊應(yīng)是有機(jī)結(jié)合且不可分割的，但目前大多數(shù)老師都將科研與教學(xué)分離，而造成這個(gè)的原因也有若干。這些原因都在一定程度上影響了本科生教學(xué)水平和質(zhì)量的提高。筆者認(rèn)為，對(duì)于現(xiàn)在的本科生來(lái)說(shuō)，一位能夠能將所研究的結(jié)合進(jìn)教學(xué)中，與實(shí)際結(jié)合的老師肯定能受到學(xué)生的歡迎，同時(shí)也能使得學(xué)生在上課的時(shí)候能夠得到新的知識(shí)。而水專項(xiàng)對(duì)老師提升他們授課質(zhì)量能有所幫助。教師若要寓教于樂，則必須對(duì)于他所授的知識(shí)有著充分的了解。隸屬于國(guó)家項(xiàng)目的水專項(xiàng)能夠大大促進(jìn)教師們參與這塊研究方面的熱情和動(dòng)力。同時(shí)趁著這個(gè)機(jī)會(huì)，教師們水處理方面的認(rèn)識(shí)也能夠進(jìn)一步深化，使得教學(xué)更具生動(dòng)性和實(shí)踐性，為學(xué)生積累進(jìn)一步的科研經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際能力打好良好基礎(chǔ)。
三、本科生參與創(chuàng)新試驗(yàn)
目前高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的任務(wù)不斷加重，不少學(xué)校和所屬院系都設(shè)立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，并將一些設(shè)計(jì)類課程與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。結(jié)合一些人對(duì)于本科生教學(xué)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和研究，筆者認(rèn)為，本科生參與科研不僅必要，而且還非常緊迫。本科生參與科研，這能夠幫助他們?cè)缛樟私獾娇蒲芯唧w是一項(xiàng)怎樣的工作，為那些想讀研究生以及博士生的本科生積累更多的經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)他們的創(chuàng)新素質(zhì)、創(chuàng)新能力以及創(chuàng)新精神。而即便對(duì)于那些并不打算進(jìn)入研究行業(yè)的本科生來(lái)講，這類寶貴的經(jīng)驗(yàn)也可以鍛煉他們的工作能力，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為他們以后的從事的其他工作做一定的能力訓(xùn)練。就具體形式而言，可以將其與課程設(shè)計(jì)或是畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，可以讓學(xué)生在設(shè)計(jì)的時(shí)候不是一味地與現(xiàn)實(shí)脫軌。同時(shí)，結(jié)合前面所說(shuō)的課堂教育，教師們不僅在課堂上向?qū)W生展示他們對(duì)于水專項(xiàng)方面的研究，也可以鼓勵(lì)學(xué)生參與這方面的設(shè)計(jì)，并給予親身指導(dǎo)。
四、本科生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)
在本科教學(xué)中，實(shí)習(xí)可以說(shuō)是一塊非常重要的組成部分。實(shí)習(xí)作為一塊實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它不僅可以加深本科生對(duì)書本上的現(xiàn)有知識(shí)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還可以鍛煉他們的一定程度上的實(shí)際操作能力。通過(guò)參觀以及生產(chǎn)實(shí)習(xí)，學(xué)生可以理論聯(lián)系實(shí)際，把自己上課所學(xué)的印證于當(dāng)下的實(shí)踐當(dāng)中，同時(shí)還可以提高自己的動(dòng)腦能力以及動(dòng)手能力。當(dāng)下水專項(xiàng)正在全國(guó)各地的高校和研究所中，還有水廠的運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著不小的影響，各位研究人員和水廠技術(shù)工作人員都在為了能達(dá)到國(guó)家的“十二五”計(jì)劃，提高水的質(zhì)量以及處理效果的目標(biāo)而各司其職，各盡其力。而另一方面，這也可以說(shuō)是為給排水專業(yè)的本科生的實(shí)習(xí)帶去了不少去了解目前國(guó)家新興水處理技術(shù)的機(jī)會(huì)。本科生不僅可以在課堂上了解水專項(xiàng)的知識(shí)，參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步接近水專項(xiàng)，還可以在有條件的情況下參觀運(yùn)用了較新處理技術(shù)的水廠和企業(yè)，尤其是那些參與到國(guó)家水專項(xiàng)的水廠及企業(yè)，來(lái)進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大學(xué)生關(guān)于本專業(yè)的以及水專項(xiàng)的知識(shí)儲(chǔ)備，開拓眼界，從而激發(fā)大家愿意了解以及參與水專項(xiàng)的興趣。
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現(xiàn)狀分析
專業(yè)實(shí)驗(yàn)下面以西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃為例介紹。環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)了環(huán)境化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水污染控制工程、大氣污染控制工程和固體廢物處理與處置5類專業(yè)實(shí)驗(yàn)，上述專業(yè)實(shí)驗(yàn)存在以下問題:首先，由于農(nóng)林類院校環(huán)境工程專業(yè)教師多半從事與土壤有關(guān)的研究，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中還存在為數(shù)不少的土壤農(nóng)化方面的實(shí)驗(yàn)安排，例如環(huán)境污染物的分析過(guò)程中所采環(huán)境樣品往往以土樣為主，對(duì)于水質(zhì)或大氣方面的實(shí)驗(yàn)較少。其次，傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，以環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)為例，只進(jìn)行簡(jiǎn)單的水質(zhì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如濁度，混凝沉降的性能等的測(cè)定，限制了學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ腻憻?。再次，?shí)驗(yàn)過(guò)程將學(xué)生分為15人左右小組進(jìn)行，容易造成小組實(shí)驗(yàn)中，僅僅動(dòng)手力強(qiáng)的同學(xué)主動(dòng)操作實(shí)驗(yàn)，其他同學(xué)只是在旁邊觀看，不能親自動(dòng)手參與的局面，并且，由于實(shí)驗(yàn)待檢測(cè)的樣品都是實(shí)驗(yàn)室配制的，使得學(xué)生在采樣、預(yù)處理等環(huán)節(jié)得不到鍛煉，造成與實(shí)際監(jiān)測(cè)工作脫節(jié)。最后，在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要求學(xué)生按照教師的講解，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按指導(dǎo)書的方法與步驟一步一步地完成實(shí)驗(yàn)，既不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，同時(shí)也抑制了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)設(shè)計(jì)包括水污染控制工程課程設(shè)計(jì)、大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)、環(huán)境管理課程設(shè)計(jì)、環(huán)境規(guī)劃課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前主要存在以下三個(gè)方面的問題。
首先，指導(dǎo)教師的水平有待進(jìn)一步提高，我校環(huán)境工程專業(yè)教師幾乎都沒有企業(yè)實(shí)際鍛煉，缺乏現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，所以，教師在工程實(shí)際上的經(jīng)驗(yàn)亟待提高，工科教學(xué)資源不足是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象。我國(guó)自1999年高校擴(kuò)招以來(lái)，盡管廣開增加師資隊(duì)伍的渠道(包括外聘和兼職等)，但是其與教學(xué)資源發(fā)展不同步，造成畢業(yè)設(shè)計(jì)課程師資、基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)備資源短缺，師生比嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生(實(shí)際中一個(gè)老師指導(dǎo)幾十名學(xué)生的情況常有發(fā)生)［3］。其次，課程設(shè)計(jì)過(guò)于理論化，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題普遍比較落后，大量存在綜述性課題，難以體現(xiàn)創(chuàng)新性內(nèi)涵。最后，課程設(shè)計(jì)涉及多門課程，但是這些課程之間沒有有效的整合、協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)計(jì)層次、內(nèi)容，使得這些課程設(shè)計(jì)變?yōu)榱撕?jiǎn)單的課程重復(fù)。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)環(huán)境工程專業(yè)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)包括認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、金工實(shí)習(xí)、生態(tài)環(huán)境綜合實(shí)習(xí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)綜合實(shí)習(xí)，環(huán)境工程綜合實(shí)習(xí)，環(huán)境與市政工程實(shí)踐訓(xùn)練。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)存在的問題如下:首先，環(huán)境工程專業(yè)相應(yīng)的實(shí)習(xí)基地匱乏，實(shí)習(xí)基地建設(shè)落后于實(shí)踐教學(xué)需要。環(huán)境保護(hù)崗位一般具有專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生的大部分實(shí)習(xí)僅限于參觀實(shí)習(xí)。再者，實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)短缺和實(shí)習(xí)基地容量限制。由于擴(kuò)招，2008級(jí)環(huán)境工程專業(yè)目前有155人。對(duì)于認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)問題不大，對(duì)于需要到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的實(shí)習(xí)而言問題就比較突出，所有實(shí)習(xí)單位都不能提供一次性容納近100人的生產(chǎn)實(shí)習(xí)場(chǎng)地，由于時(shí)間、場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)等的限制，這些實(shí)習(xí)只能是走馬觀花，基本流于形式。對(duì)于農(nóng)林院校，一方面應(yīng)結(jié)合自己的生物特色，根據(jù)需要培養(yǎng)環(huán)境工程應(yīng)用型專業(yè)人才，另一方面由于上述原因在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)還存在著不少薄弱環(huán)節(jié)，因此對(duì)農(nóng)林院校環(huán)境工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革勢(shì)在必行。
對(duì)策
以創(chuàng)新、綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開發(fā)為切入點(diǎn)推動(dòng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革整合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，杜絕土壤農(nóng)化實(shí)驗(yàn)等農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)類課程充斥環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)象。進(jìn)一步增加創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。從必要性方面而言，實(shí)施滿足學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是當(dāng)前高等學(xué)校工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向。根據(jù)教高廳［2004］21號(hào)文件———《教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)＜普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評(píng)估方案(試行)＞的通知》的要求，對(duì)于工科院校各專業(yè)的實(shí)驗(yàn)有如下要求:A級(jí):有綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的課程占有實(shí)驗(yàn)課程總數(shù)的比例≥80%，效果好;C級(jí):有綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的課程占有實(shí)驗(yàn)的課程總數(shù)的比例達(dá)50%～60%，效果較好［4］。其中綜合性實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及相關(guān)的綜合知識(shí)或運(yùn)用多方面知識(shí)、多種實(shí)驗(yàn)方法和手段，按照要求進(jìn)行試驗(yàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能，以及綜合分析、解決問題的能力，達(dá)到對(duì)學(xué)生能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的有效途徑。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，依據(jù)教師給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑥膶?shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)器材選擇、擬定實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及后期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取和整理等均要求學(xué)生獨(dú)立完成。這類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)主要是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)綜合應(yīng)用以及解決實(shí)際工程應(yīng)用問題的能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，改變傳統(tǒng)的教師“填鴨式”教學(xué)模式，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的積極性得到有效調(diào)動(dòng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方法具有多樣性，可以開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，促使其全面發(fā)展。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的獨(dú)立思維、才智、個(gè)性得到充分尊重，改變了千人一面的傳統(tǒng)教學(xué)模式，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，體現(xiàn)了以人為本的教育思想。培養(yǎng)滿足社會(huì)需要和具有創(chuàng)新能力與實(shí)踐技能的人才是大學(xué)的根本任務(wù)。
從人才全面培養(yǎng)的角度考慮，在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中開設(shè)創(chuàng)新性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，營(yíng)造出具有獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，以及具有創(chuàng)造性思維能力，全面發(fā)展的當(dāng)代年輕型人才是非常必要的。隨著社會(huì)對(duì)人才實(shí)踐動(dòng)手能力要求日益提高，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大勢(shì)所趨。尤其對(duì)于一些特色院校，只有培養(yǎng)適合特色經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要、具有實(shí)際工作能力的科研和應(yīng)用人才才是人才培養(yǎng)的方向。而目前農(nóng)林院校環(huán)境工程專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到這些要求。以西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院的《水污染控制》，《大氣污染控制》，《土壤污染控制》，《固體廢物處理與處置》實(shí)驗(yàn)為例，針對(duì)其存在的不足，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容形成分析、檢測(cè)、評(píng)價(jià)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，分為基礎(chǔ)驗(yàn)證、綜合設(shè)計(jì)以及研究創(chuàng)新三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了《區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)》這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)題目，該實(shí)驗(yàn)主要包括以下兩個(gè)方面內(nèi)容:一是由學(xué)生選定某一特定區(qū)域后，對(duì)其大氣、水、土壤和固廢，生物等環(huán)境要素的基本情況進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)。二是在對(duì)各環(huán)境要素進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各環(huán)境要素的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所選區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。新增綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)見表1。在綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，注意了以下原則:①通過(guò)將教師的科研課題引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，給予學(xué)生選題的充分主動(dòng)權(quán)，為他們進(jìn)實(shí)驗(yàn)室提供寬松的條件，對(duì)他們完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)題目的時(shí)間僅給予宏觀控制;②通過(guò)自己設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方案、開展指標(biāo)監(jiān)測(cè)、完成分析報(bào)告、編制環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)報(bào)告等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索、研究能力、綜合總結(jié)、組織協(xié)調(diào)能力等;③增加復(fù)合污染控制實(shí)驗(yàn)方面的內(nèi)容，例如土壤生物中重金屬污染控制實(shí)驗(yàn)課，結(jié)合鉛、錫、鋅的復(fù)合污染現(xiàn)狀，由學(xué)生依據(jù)所學(xué)基本知識(shí)再結(jié)合查閱資料，擬定步驟，老師給予適當(dāng)指導(dǎo)，由學(xué)生來(lái)進(jìn)行實(shí)踐操作。通過(guò)實(shí)踐收到了良好效果。使學(xué)生建立了對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)的全面認(rèn)識(shí);提高了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和合作精神;使學(xué)生初步掌握了數(shù)據(jù)處理分析和環(huán)境評(píng)價(jià)的方法。依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，緊密結(jié)合農(nóng)村生態(tài)環(huán)境建設(shè)實(shí)際提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量配合專業(yè)培養(yǎng)突出“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)，具有創(chuàng)新意識(shí)和較強(qiáng)實(shí)踐能力的高級(jí)應(yīng)用型人才”的需要，為了解決農(nóng)林院校環(huán)境工程專業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)指導(dǎo)教師水平有待進(jìn)一步提高的問題，我校環(huán)境工程專業(yè)先后引進(jìn)了多名具有較強(qiáng)的工科背景的碩、博士來(lái)校工作。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
同時(shí)送出了部分優(yōu)秀教師赴國(guó)外著名環(huán)境工程研究室研究和攻讀博士學(xué)位，把握國(guó)際領(lǐng)域相關(guān)研究前沿。2008級(jí)以后要求畢業(yè)設(shè)計(jì)必須以工程實(shí)驗(yàn)為背景進(jìn)行撰寫。要求指導(dǎo)老師必須要有一定的科研經(jīng)費(fèi)才能具備指導(dǎo)資格。使學(xué)生在滿足基本教學(xué)目標(biāo)的前提下，結(jié)合農(nóng)林生產(chǎn)實(shí)際以及科研前沿，使學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)際中得到鍛煉。杜絕畢業(yè)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)綜述性課題。在環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)計(jì)劃的制定過(guò)程中系統(tǒng)、全面考慮，通過(guò)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境水質(zhì)、大氣、生物綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)，既保證設(shè)計(jì)內(nèi)容不重復(fù)，又注意各門課程之間的銜接，有效整合課程設(shè)計(jì)的層次和內(nèi)容。通過(guò)建立校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地結(jié)合影像資料和可視化教學(xué)滿足實(shí)踐教學(xué)的需要本科教學(xué)中最重要的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)就是生產(chǎn)實(shí)習(xí)，如何保證和提高實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量一直是困擾農(nóng)林院校的一個(gè)難題。建立穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地是確保生產(chǎn)實(shí)習(xí)質(zhì)量的保證。本著資源互享，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原則，從2008級(jí)開始，我校環(huán)境工程專業(yè)先后與多個(gè)企事業(yè)建立了聯(lián)系，例如:在水處理方面與西安市自來(lái)水總公司曲江水廠，西安創(chuàng)業(yè)水務(wù)公司建立了實(shí)習(xí)合作關(guān)系;在大氣污染控制方面與興平化肥廠，銅川市水泥廠，陜西社會(huì)水泥有限責(zé)任公司，寶雞市熱力有限責(zé)任公司和陜西渭北電力公司建立了實(shí)習(xí)合作關(guān)系;在固體廢物處理與利用方面與寶雞啤酒廠(有機(jī)廢料處理)、西安市城市生活垃圾無(wú)害化綜合處理廠、西安市江村溝垃圾填埋場(chǎng)、三民垃圾中轉(zhuǎn)站和興平市星光良種豬繁養(yǎng)殖有限公司確立了實(shí)習(xí)合作關(guān)系，另外，學(xué)校在農(nóng)一站新建的資源環(huán)境實(shí)驗(yàn)站也以嶄新的面貌投入到迎接實(shí)習(xí)教學(xué)任務(wù)中。
在與眾多企業(yè)建立長(zhǎng)期、穩(wěn)定并且不斷完善的各類實(shí)習(xí)基地的同時(shí)，邀請(qǐng)具有豐富工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專家來(lái)校講課，強(qiáng)化學(xué)生在環(huán)境廢棄物處理與利用方面的專業(yè)知識(shí)。對(duì)農(nóng)林高校而言，由于受到擴(kuò)招及實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)短缺和實(shí)習(xí)基地容量限制，這個(gè)問題表現(xiàn)尤為突出，并且短期內(nèi)就傳統(tǒng)方法而言很難有所突破。通過(guò)把計(jì)算機(jī)仿真作為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的重要補(bǔ)充，在教學(xué)中引進(jìn)多媒體和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)方式，充分利用影像資料和可視化教程講解工程案例，既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣又收到良好效果。例如人為設(shè)置一些生產(chǎn)中常見的非正常情況和生產(chǎn)故障，使學(xué)生在模擬的工業(yè)控制鍵盤上對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程或者個(gè)別崗位進(jìn)行控制，以此來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)污染物處理系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。學(xué)生不僅可以通過(guò)各處理單元熟悉各處理過(guò)程的常用原理及效果，也可以在仿真操作中反復(fù)練習(xí)工藝操作過(guò)程，強(qiáng)化系統(tǒng)性訓(xùn)練。特別是可以在人為設(shè)置工藝條件下進(jìn)行系統(tǒng)開停車、工藝條件的調(diào)整、工藝和設(shè)備故障的處理等操作，而且，系統(tǒng)中還設(shè)有評(píng)分系統(tǒng)，教師可以通過(guò)教師工作站對(duì)每位學(xué)生的操作情況實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每次操作結(jié)束后，系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)每位學(xué)生的操作進(jìn)行評(píng)定。
環(huán)境科學(xué)的廣博性與復(fù)雜性使教師在進(jìn)行高校環(huán)境類專業(yè)課程設(shè)置時(shí)感到棘手。專業(yè)課門類多，所需基礎(chǔ)課內(nèi)容廣，而學(xué)生在校時(shí)間有限。擺在教師面前的問題是如何理清主線，精選主干課程，制訂出較為合理的教學(xué)計(jì)劃，以便培養(yǎng)出適應(yīng)市場(chǎng)需求、競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)的人才。我國(guó)目前辦環(huán)境類專業(yè)的院校很多，其中多數(shù)是從原先與環(huán)境聯(lián)系較密切的專業(yè)演變而來(lái)。這些院校有綜合性大學(xué)、工業(yè)院校、農(nóng)業(yè)院校、水電類院校、地質(zhì)院校等，基礎(chǔ)和特長(zhǎng)各異。各類院校在修訂教學(xué)計(jì)劃時(shí)，首先應(yīng)在保證基礎(chǔ)課和環(huán)境專業(yè)主干課程的基礎(chǔ)上，發(fā)揮各自特長(zhǎng)開設(shè)相應(yīng)專業(yè)課與選修課。例如，農(nóng)業(yè)院校的環(huán)境專業(yè)可在農(nóng)業(yè)環(huán)境方面有所側(cè)重；地質(zhì)院校的環(huán)境專業(yè)可多涉及地質(zhì)或自然環(huán)境方面的教學(xué)與研究?jī)?nèi)容，從而辦出有自身特色的環(huán)境科學(xué)或環(huán)境工程專業(yè)，不應(yīng)強(qiáng)求統(tǒng)一模式。此外，在制定教學(xué)計(jì)劃時(shí)，也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)、順應(yīng)時(shí)代潮流。如進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著環(huán)境新問題的不斷出現(xiàn)，環(huán)境科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境保護(hù)工作在管理思想和管理制度上都發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)課程結(jié)構(gòu)體系的改革也提出了新的要求。從專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)看，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、總量控制、清潔生產(chǎn)、環(huán)境審計(jì)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證等新觀念、新技術(shù)、新知識(shí)應(yīng)該了解；從專業(yè)課程體系來(lái)看，環(huán)境法規(guī)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)分析等課程應(yīng)予補(bǔ)充和加強(qiáng)，不斷拓寬專業(yè)知識(shí)面。
2課堂理論教學(xué)的改革
2.1教學(xué)方法的改革
教學(xué)方法是教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的的手段和途徑，直接關(guān)系到教學(xué)目的的達(dá)到和完成。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是講授法，即以單向的思想交流方式為主。這致使學(xué)生是知識(shí)的被動(dòng)接受者，不是主動(dòng)獲取者，從而影響學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師采用的教學(xué)方法需多元化，如在運(yùn)用講授法的同時(shí)，可以兼而采用下述幾種方法。（1）討論法。學(xué)生以全班或小組為單位，圍繞教材的中心問題，各抒己見，通過(guò)討論或辯論活動(dòng)，獲得知識(shí)或鞏固知識(shí)、加深理解。由于全體學(xué)生都參加活動(dòng)，可以培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性。（2）演示法。教師在課堂上通過(guò)展示各種實(shí)物、直觀教具或進(jìn)行示范性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)觀察獲得感性認(rèn)識(shí)的教學(xué)方法。如在水污染控制工程課堂上，老師講授“混凝法”時(shí)，講得口干舌燥，學(xué)生也很難理解。如果老師上課時(shí)準(zhǔn)備好一個(gè)裝有少量廢水小燒杯以及一些混凝劑，上課時(shí)在講臺(tái)上把混凝劑和廢水一混合，馬上就會(huì)出現(xiàn)絮狀沉淀，上部的廢水會(huì)變得澄清，這樣老師不用多言，學(xué)生自然就明白了什么是污水處理的“混凝法”。（3）自主學(xué)習(xí)法。為了充分拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)，通常給學(xué)生留思考題，對(duì)遇到的一些社會(huì)實(shí)際問題，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)的方式尋找答案，提出解決問題的措施。該方法可培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立、探索精神。
2.2教學(xué)手段的改革
多媒體教學(xué)作為現(xiàn)代教學(xué)的重要手段，信息量大、形式生動(dòng)、畫面直觀，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。因此，任課教師在備課時(shí)，搜集相關(guān)資料，以圖片、表格或動(dòng)畫形式展示，作為教材內(nèi)容的補(bǔ)充和深化。如在地下水污染物質(zhì)遷移擴(kuò)散模型中，學(xué)生通過(guò)觀看相關(guān)動(dòng)畫演示，直觀形象了解了污染物質(zhì)在地下水中的遷移擴(kuò)散情況，可有效吸引注意力，增加上課積極性。但對(duì)于《大氣污染及防治》、《水污染控制工程》等課程，公式繁多，推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，理論分析抽象。若僅用多媒體教學(xué)手段，容易產(chǎn)生“填鴨式”教學(xué)現(xiàn)象。學(xué)生記錄困難，影響聽講效率，間接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，也不利于師生間互動(dòng)。而板書彌補(bǔ)了此處遺憾。作為維系師生關(guān)系的紐帶，板書的作用不容忽視，提倡將板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合。在講解污水的活性污泥處理法時(shí)，教師先通過(guò)多媒體工具展示該方法的一般流程，再通過(guò)板書形式介紹其具體的設(shè)計(jì)公式。將多媒體工具和板書形式同時(shí)使用，既可以加快課堂節(jié)奏，又可以照顧學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，形成課堂教學(xué)的良性循環(huán)。
3實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革
3.1保證實(shí)踐教學(xué)時(shí)間，形成系統(tǒng)化的實(shí)踐教學(xué)體系在教學(xué)計(jì)劃制定中，應(yīng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、上機(jī)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及各種社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，使四年制環(huán)工專業(yè)本科學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的總學(xué)時(shí)不低于40周。
3.2調(diào)整實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容，與時(shí)俱進(jìn)，使學(xué)生能力適應(yīng)時(shí)代潮流如在“環(huán)境監(jiān)測(cè)”課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，應(yīng)及時(shí)按照國(guó)家新的監(jiān)測(cè)要求，增加對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；根據(jù)重新頒布的“大氣污染防治法”中關(guān)于加快二氧化硫治理步伐的要求，在“大氣污染控制工程”實(shí)驗(yàn)中積極籌備增補(bǔ)二氧化硫治理系統(tǒng)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；在實(shí)習(xí)內(nèi)容上，為貫徹污染防治從末端治理轉(zhuǎn)變到全過(guò)程防治的指導(dǎo)思想，增補(bǔ)參觀清潔生產(chǎn)工藝的內(nèi)容；在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，注意面向生產(chǎn)實(shí)際選擇設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容。此外，實(shí)驗(yàn)課程適當(dāng)滲透教師科研，其目的在于培養(yǎng)與開發(fā)學(xué)生獨(dú)立地學(xué)習(xí)與研究，達(dá)到教育和科研并舉，從而提高學(xué)生的認(rèn)知和實(shí)踐能力。
4結(jié)束語(yǔ)
[關(guān)鍵詞]小學(xué)科學(xué)；STEAM；演示實(shí)驗(yàn)；自主實(shí)驗(yàn)；心流體驗(yàn)
起源于美國(guó)的STEAM教育強(qiáng)調(diào)融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的綜合教育理念，旨在通過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型、應(yīng)用型人才，提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)從2015年開始關(guān)注STEAM教育，并在2016年的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出要探索STEAM教育[1]。而2017年頒布的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)則進(jìn)一步明確了科學(xué)課程趨向于跨學(xué)科的綜合素質(zhì)培養(yǎng)[2]。
盡管國(guó)內(nèi)對(duì)STEAM理念的基礎(chǔ)教育研究關(guān)注度很高，但有關(guān)STEAM教育的研究?jī)?nèi)容較多側(cè)重理論[3]。在STEAM教育實(shí)踐上，國(guó)家的推動(dòng)措施、投入資源等相對(duì)缺乏，STEAM教育的課程體系、活動(dòng)設(shè)計(jì)以及教學(xué)資源還有待進(jìn)一步開發(fā)。在此，將基于小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，以“水資源與水污染”一課為例，討論基于STEAM理念開發(fā)與設(shè)計(jì)相關(guān)課程的原則和方法，并對(duì)演示實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)兩種教學(xué)方法進(jìn)行對(duì)比。
一、課程開發(fā)與設(shè)計(jì)
體現(xiàn)基于STEAM理念的重點(diǎn)是多學(xué)科融合?！八Y源與水污染”一課取材于小學(xué)科學(xué)課程，以小水滴故事為背景，融合STEAM理念[4]以及環(huán)境科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展理念，設(shè)計(jì)了水質(zhì)測(cè)試與宣傳環(huán)保的任務(wù)，要求學(xué)生使用技術(shù)手段測(cè)量數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)思維處理數(shù)據(jù)，采取藝術(shù)化的手段表達(dá)環(huán)保理念或倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)。研究者分別采用演示實(shí)驗(yàn)與自主實(shí)驗(yàn)兩種方法實(shí)施了課程。
研究者在課程設(shè)計(jì)別考慮了以下問題。一是水樣測(cè)試涉及較深層的物理和化學(xué)知識(shí)，在選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)時(shí)，要基于學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平，以及可用于教學(xué)的環(huán)境測(cè)量設(shè)備。二是獲取所需水樣（如河水、海水等）的方便性及可行性，根據(jù)實(shí)際條件，可選用相似的替代水樣。
二、研究過(guò)程
課程實(shí)施對(duì)象是廣東省某欠發(fā)達(dá)地區(qū)兩所農(nóng)村小學(xué)四、五年級(jí)的學(xué)生，共92名，平均年齡11.75歲。這些學(xué)生此前未接觸過(guò)科學(xué)課程，科學(xué)素養(yǎng)不高，但對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)的興趣。
1.實(shí)施教學(xué)
研究者將學(xué)生隨機(jī)分為演示實(shí)驗(yàn)組和自主實(shí)驗(yàn)組。每一組均混合了四、五年級(jí)的學(xué)生，以消除自然班影響（見表1）。
研究者按事先設(shè)計(jì)好的演示實(shí)驗(yàn)與自主實(shí)驗(yàn)的方法，分別對(duì)兩組學(xué)生實(shí)施具體教學(xué)，并組織前后測(cè)、心流體驗(yàn)測(cè)量（見表2）。整個(gè)過(guò)程中，兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)相同，主要區(qū)別在于：在演示實(shí)驗(yàn)組，由教師在講臺(tái)上演示水質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生代表讀數(shù)，其他學(xué)生記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，學(xué)生不分組；而自主實(shí)驗(yàn)組，則由教師啟發(fā)學(xué)生思考檢測(cè)水質(zhì)的方法及注意事項(xiàng)，并將學(xué)生分組，由學(xué)生組內(nèi)分工合作，利用水質(zhì)測(cè)量?jī)x器對(duì)不同水樣進(jìn)行檢測(cè)與記錄。
2.教學(xué)效果評(píng)價(jià)
采用自編問卷，從知識(shí)技能、深層理解和環(huán)境認(rèn)知三個(gè)方面分別對(duì)兩組學(xué)生的教學(xué)效果進(jìn)行測(cè)量，以檢驗(yàn)兩種教學(xué)方法下學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的吸收程度（見表3）。
3.心流體驗(yàn)評(píng)價(jià)
心流體驗(yàn)（FlowExperience）是個(gè)體感知到的最佳體驗(yàn)狀態(tài)，它是學(xué)生參與學(xué)習(xí)過(guò)程的一個(gè)重要組成部分。皮爾斯（Pearce）等人認(rèn)為，心流體驗(yàn)的構(gòu)念是享受、參與和控制，即學(xué)習(xí)者喜歡某種學(xué)習(xí)活動(dòng)；學(xué)習(xí)者參與并集中于該學(xué)習(xí)活動(dòng)；學(xué)習(xí)者對(duì)該學(xué)習(xí)活動(dòng)具有控制感[5]。本研究采用心流體驗(yàn)量表[6]測(cè)量學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的心流體驗(yàn)。該量表包括享受、參與、監(jiān)控三個(gè)維度，每個(gè)維度包含三個(gè)正向和一個(gè)反向問題，要求學(xué)生根據(jù)自己的真實(shí)體驗(yàn)對(duì)問卷描述進(jìn)行5點(diǎn)評(píng)分。對(duì)兩組學(xué)生的心流體驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，結(jié)果顯示克倫巴赫？琢系數(shù)（Cronbach’sAlpha）分別為0.76和0.88，說(shuō)明該量表具有較好的信度。
三、實(shí)施效果分析
1.教學(xué)效果分析
本研究所有的數(shù)據(jù)管理與分析均采用SPSS軟件進(jìn)行。在剔除無(wú)效問卷和缺失數(shù)據(jù)后，最終獲得有效數(shù)據(jù)包括演示實(shí)驗(yàn)組37份，自主實(shí)驗(yàn)組45份。采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)分別探究?jī)山M教學(xué)方法在知識(shí)技能模塊的前后差異，結(jié)果顯示，演示實(shí)驗(yàn)組和自主實(shí)驗(yàn)組的后測(cè)成績(jī)均顯著高于前測(cè)成績(jī)（p<0.01）（見表4）。說(shuō)明在課程實(shí)施中，兩種教學(xué)方法均能提高學(xué)生的知識(shí)技能。
2.心流體驗(yàn)結(jié)果分析
采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組在享受、參與、監(jiān)控三個(gè)維度上的平均分進(jìn)行差異比較，結(jié)果見表5。具體來(lái)說(shuō)，在享受維度和監(jiān)控維度上，自主實(shí)驗(yàn)組的得分均顯著高于演示實(shí)驗(yàn)組（p<0.01；p<0.05），這說(shuō)明在自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件下學(xué)生可以獲得更好的課程體驗(yàn)，以及更高的自我監(jiān)控能力；而在參與維度上，雖然兩種教學(xué)方法不存在顯著差異，但自主實(shí)驗(yàn)組的平均值略高于演示實(shí)驗(yàn)組，說(shuō)明兩組學(xué)生都能較好地參與課堂活動(dòng)，而自主實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生可能表現(xiàn)得更為投入。整體來(lái)說(shuō)，自主實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在較好地參與課堂活動(dòng)的同時(shí)，還能夠更好地享受課堂活動(dòng)，也表現(xiàn)出了更高水平的自我監(jiān)控。這表明，科學(xué)課的自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)法更能寓教于樂，使學(xué)生更享受課堂，并產(chǎn)生了更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)習(xí)自覺性。
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