談新工科下的工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

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關(guān)鍵詞:新工科;環(huán)境工程;教學(xué)實(shí)驗(yàn)

“新工科”是將科學(xué)、人文和工程的進(jìn)行交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型、綜合型、創(chuàng)新型人才，涵蓋傳統(tǒng)工科教育的改革升級(jí)以及新工科專業(yè)的建立。根據(jù)教育部高等教育司要求本科院校應(yīng)圍繞傳統(tǒng)工科教育進(jìn)行改革，將企業(yè)生產(chǎn)和課堂教育進(jìn)行深度融合，不斷推進(jìn)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新性改革，為國(guó)家培養(yǎng)出符合社會(huì)發(fā)展需求的人才。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新工科人才培養(yǎng)中的作用十分重要。在新工科背景下進(jìn)一步推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和平臺(tái)建設(shè)，是對(duì)工科教育新理念、人才培養(yǎng)新模式的探索，有助于提高學(xué)生在知識(shí)交叉融合、批判性思維、終身學(xué)習(xí)等方面的綜合素質(zhì)，提升應(yīng)用型本科專業(yè)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。廣東石油化工學(xué)院是華南地區(qū)唯一石油化工特色高校，從2015年啟動(dòng)國(guó)家工程教育認(rèn)證，2018年環(huán)境工程專業(yè)通過國(guó)家工程認(rèn)證的專業(yè)。環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方向是建成符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新工科”，而改革的標(biāo)準(zhǔn)就是國(guó)家工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。如何將石油化工行業(yè)特色和新工科背景開展環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革和平臺(tái)建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才，需要重點(diǎn)研究。

1我校環(huán)境工程專業(yè)“新工科”教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革與平臺(tái)建設(shè)需探討的關(guān)鍵性問題

1．1行業(yè)特色不明顯

本校的定位是華南地區(qū)唯一石油化工特色高校，環(huán)境工程專業(yè)領(lǐng)域依托石化行業(yè)優(yōu)勢(shì)，在科學(xué)研究、人才培養(yǎng)等方面形成了鮮明的石油化工特色。教師團(tuán)隊(duì)研究方向均與石油化工行業(yè)相關(guān)，設(shè)置了石油化工廢水處理與回用、石油化工廢物處置與利用、石化污染環(huán)境修復(fù)等研究方向。但是這些行業(yè)特征在學(xué)生培養(yǎng)環(huán)節(jié)體現(xiàn)得卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。就現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系來看，雖然涵蓋了水、氣、聲、固等方面，但均為常規(guī)污染物的分析、監(jiān)測(cè)與治理，并未涉及到石化特點(diǎn)。

1．2工程性、綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)不足

環(huán)境工程專業(yè)工程實(shí)踐性較強(qiáng)，有很強(qiáng)的專業(yè)特性和實(shí)用性，目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以驗(yàn)證性為主，涉及少量綜合性實(shí)驗(yàn)，完全沒有自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生只能按部就班完成既定的實(shí)驗(yàn)方案，無法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和分析問題、解決問題的能力。

1．3實(shí)習(xí)基地不允許學(xué)生動(dòng)手操作

環(huán)境工程專業(yè)所實(shí)習(xí)實(shí)踐的工程往往是國(guó)有大型企業(yè)，這些大型企業(yè)有嚴(yán)格的規(guī)則制度，出于安全的考慮，在實(shí)習(xí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)生只能是“眼看手勿動(dòng)”;同時(shí)，企業(yè)自身還有繁重的工作安排，企業(yè)師傅沒有辦法詳細(xì)指導(dǎo)，學(xué)生每天從入場(chǎng)到離場(chǎng)只是呆著廠區(qū)辦公室，參與度極低，實(shí)習(xí)和實(shí)踐效果較差。目前學(xué)校正全力建設(shè)高水平理工科學(xué)校，隨著新校區(qū)的建成，更能體現(xiàn)石油行業(yè)特征的“新工科”實(shí)驗(yàn)課程體系的完善和平臺(tái)建設(shè)對(duì)新校區(qū)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃具有極其重要的意義。環(huán)境工程專業(yè)作為我校優(yōu)勢(shì)重點(diǎn)學(xué)科，也是本校首批入駐新校區(qū)的理工科專業(yè)。以它為例，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，構(gòu)建符合新工科背景的教學(xué)平臺(tái)，可為本校其他工科專業(yè)改革升級(jí)提供參考。

2以“新工科”為理念改革環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

本文針對(duì)以上存在的問題進(jìn)行教學(xué)反思，從“新工科”教育出發(fā)，改進(jìn)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)，以滿足新時(shí)代人才培養(yǎng)的需求。

2．1增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

綜合設(shè)計(jì)性是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，創(chuàng)新意識(shí)的主要途徑［1－2］。目前，環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)的是學(xué)生儀器設(shè)備的使用和操作能力，學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力鍛煉較少，為配合新工科教育理念，應(yīng)該加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)性和科學(xué)研究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比重。因此，需要將現(xiàn)有開設(shè)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)通過知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系進(jìn)行整合，同時(shí)融合石化行業(yè)特色。以《環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)》課程為例，目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)包括廢水顏色的測(cè)定、濁度的測(cè)定、廢水中懸浮物固體的測(cè)定、化學(xué)需氧量的測(cè)定、水中六價(jià)鉻的測(cè)定、水中溶解氧的測(cè)定、環(huán)境噪音的監(jiān)測(cè)、氨氮的測(cè)定、廢水中苯系化合物的測(cè)定(演示實(shí)驗(yàn))、水中鎘的測(cè)定(演示實(shí)驗(yàn))這10個(gè)項(xiàng)目，其中苯系物和重金屬鎘的測(cè)定屬于演示實(shí)驗(yàn)。分析這10個(gè)項(xiàng)目的開設(shè)存在如下問題:①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)傳統(tǒng)和簡(jiǎn)單，測(cè)定廢水為實(shí)驗(yàn)員為各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單獨(dú)配置的特征廢物，不存在相互干擾的情況。②學(xué)生接觸、使用大型儀器的機(jī)會(huì)很少，最常使用的依然停留在分析天平、可見分光光度計(jì)等常規(guī)儀器上，沒有機(jī)會(huì)獨(dú)立操作原子吸收光譜儀或氣相色譜儀等相對(duì)大型儀器。③石化行業(yè)特征沒有得以體現(xiàn)。④各個(gè)指標(biāo)點(diǎn)之間并未形成很好的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后只是掌握了這些監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方法，但是對(duì)這些指標(biāo)背后反映的意義并沒有深入體會(huì)，當(dāng)然實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)他們的綜合能力和解決實(shí)際問題的并沒有較大的提升。針對(duì)上述問題提出的改革思路。以實(shí)際廢水———石化煉制排放的廢水為監(jiān)測(cè)對(duì)象，要求學(xué)生完成廢水是否達(dá)標(biāo)排放評(píng)價(jià)，學(xué)生按照3－4人/小組進(jìn)行，學(xué)生必須自己查詢石化廢水評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定測(cè)定指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)方法，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成廢水是否達(dá)標(biāo)排放評(píng)價(jià)。通過這個(gè)過程的訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)這些測(cè)定指標(biāo)的意義以及實(shí)驗(yàn)操作，如何減少實(shí)驗(yàn)過程中存在的干擾，如何評(píng)價(jià)廢水是否達(dá)標(biāo)排放等有了深刻的認(rèn)識(shí)，也培養(yǎng)了他們利用現(xiàn)代工具解決復(fù)雜問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。拉近了學(xué)校理論學(xué)習(xí)和企業(yè)實(shí)際運(yùn)用的距離，使學(xué)生真正做到畢業(yè)即上崗，上崗能擔(dān)事，成為具有新工科特色的、綜合能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才。

2．2開展創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)

21世紀(jì)教育的重點(diǎn)在于創(chuàng)新教育，高校是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才的搖籃。目前，全國(guó)各地均開展高水平理工科大學(xué)建設(shè)，我校亦為培育學(xué)校。環(huán)境工程專業(yè)作為我校優(yōu)勢(shì)學(xué)科，是廣東省綜合改革試點(diǎn)專業(yè)，廣東省特色重點(diǎn)學(xué)科，擁有4個(gè)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)院士工作站，教師隊(duì)伍博士比例高達(dá)76%，承擔(dān)國(guó)家、省部級(jí)及企業(yè)等科研項(xiàng)目50余項(xiàng)。環(huán)境工程專業(yè)有著一支教學(xué)、科研實(shí)力非常雄厚的教師隊(duì)伍，如何將教師進(jìn)行的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)，讓學(xué)生參與到國(guó)家、省級(jí)自然科學(xué)基金等高水平項(xiàng)目中，以科研帶動(dòng)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新研究能力，需要對(duì)現(xiàn)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行修訂。

2．3開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)［3］是指在計(jì)算機(jī)上用仿真軟件模擬現(xiàn)實(shí)效果，在接近真實(shí)的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有直觀、形象生動(dòng)、圖文并茂等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)安全性差、污染性高等缺點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以模式真實(shí)的環(huán)境污染控制工藝、參數(shù)以及操作方法，學(xué)生可以真正動(dòng)手操作廢水、廢氣、固廢處理工藝，建立理論學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。2．4轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改革實(shí)驗(yàn)考核制度①現(xiàn)有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)考核存在很大弊端，實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟均是指定，唯一能夠體現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)的地方只有實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，學(xué)生評(píng)分不夠完整，不能夠真實(shí)反應(yīng)學(xué)生掌握知識(shí)的水平。②綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是“啟發(fā)式”教育，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中教師下達(dá)課程任務(wù)和要求，學(xué)生根據(jù)目標(biāo)獨(dú)立思考、相互討論，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。而且教師可以從學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)選用、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)處理以及整體評(píng)價(jià)等多維度考核學(xué)生，反應(yīng)學(xué)生真實(shí)水平，同時(shí)，可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)構(gòu)架中的缺陷，及時(shí)指導(dǎo)完善。③對(duì)于創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)，專業(yè)目前并沒有學(xué)時(shí)學(xué)分的要求，當(dāng)然也就不存在考核。但是作為高水平理工科建設(shè)高校，應(yīng)該體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)創(chuàng)新研究能力的培養(yǎng)，因此，單獨(dú)分列出創(chuàng)新研究性學(xué)時(shí)、學(xué)分要求非常必要。創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)的考核可以從學(xué)生表現(xiàn)、選題思路、實(shí)驗(yàn)思路、論文完成和發(fā)表、課題匯報(bào)等多個(gè)方面綜合給出。

2．5加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室專職人員團(tuán)隊(duì)及實(shí)驗(yàn)條件的建設(shè)

相比于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的難度毫無疑問是成倍增加的，這對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)室管理員均是一個(gè)挑戰(zhàn)。為了綜合實(shí)驗(yàn)的多樣性，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師必須給出多個(gè)任務(wù)供學(xué)生選擇、完成。同時(shí)，學(xué)生在正式實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)教師必須審核提交的實(shí)驗(yàn)方案是否可行，是否存在安全隱患，學(xué)生方可實(shí)驗(yàn)。這就要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師必須具備堅(jiān)實(shí)的理論知識(shí)和熟練地實(shí)驗(yàn)技能。實(shí)驗(yàn)室管理員則需要為學(xué)生提供完備的實(shí)驗(yàn)儀器和耗材。學(xué)?，F(xiàn)有的大型儀器數(shù)量不多，除了教學(xué)中的使用，還運(yùn)用于教師科研，所以大型儀器是十分緊缺的，為了讓學(xué)生熟練掌握大型儀器的使用，必須增加儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)以及實(shí)行實(shí)驗(yàn)室開放管理。開放實(shí)驗(yàn)室是高校實(shí)驗(yàn)室改革的重要舉措，可以有效提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)操能力。實(shí)驗(yàn)室開放包括時(shí)間、空間、儀器設(shè)備等全方位開放［4－5］〗。實(shí)驗(yàn)室開放可以保障綜合設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)的順利開展，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，提升學(xué)生動(dòng)手能力、綜合能力和創(chuàng)新意識(shí)。

3結(jié)語

以新工科為背景，結(jié)合專業(yè)自身定位，通過重新構(gòu)建實(shí)驗(yàn)課程體系，縮減驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課程、增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并增設(shè)創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)課程體系，完善課程評(píng)價(jià)制度、完善實(shí)驗(yàn)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)，以培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代工具解決復(fù)雜問題進(jìn)行分析、研究的能力，可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生成為具備扎實(shí)的環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

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作者：毛玉鳳 聶麗君 謝文玉 江利梅 劉正輝 單位：廣東石油化工學(xué)院