給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與實踐＊

康孟新，王德弘，王偉卓，那春紅

（東北電力大學(xué)，吉林 長春132012）

針對新形勢下，經(jīng)濟社會的發(fā)展對人才多元化的需求，為增加中國的國際核心競爭力，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才成為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的大勢所趨。但在給排水科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)中卻存在不少弊端，比如理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)、實習(xí)困難且效果差、實驗教學(xué)作用有限、教師隊伍能力有待加強、師生之間為單向輸出被動接受等。在今年召開的兩會上，“水污染防治”“農(nóng)村污水”等關(guān)鍵詞寫入多省市的政府工作報告中，為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了廣闊的就業(yè)環(huán)境，同時對行業(yè)技術(shù)人員的工程能力和實踐創(chuàng)新等提出了更高的要求。高校作為重要的人才培養(yǎng)基地也面臨著教學(xué)體系和培養(yǎng)模式的改革，以適應(yīng)國內(nèi)外發(fā)展的需求。給排水科學(xué)與工程專業(yè)的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)有利于提升學(xué)生的動手操作能力和學(xué)習(xí)研究能力，是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的重要途徑[1]。傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ接捎诶碚摻虒W(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)、實驗內(nèi)容固化、教學(xué)成果評估不合理等原因，實驗教學(xué)作用發(fā)揮有限，制約了給排水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)優(yōu)化改革的步伐[2]。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 對實驗教學(xué)的重視度不足

首先，實驗教學(xué)體系中存在實驗課程學(xué)時占比較低、實驗室設(shè)備有限，分組實驗時每名學(xué)生實際實驗時間更少的問題。就東北電力大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)而言，水質(zhì)工程學(xué)總學(xué)時為104 學(xué)時，其中實驗學(xué)時16 學(xué)時，占總學(xué)時比例為15%，實驗成績占總成績10%。這很容易給學(xué)生造成實驗課不重要的假象，內(nèi)心不重視實驗教學(xué)。其次，根據(jù)《高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》要求，國內(nèi)高校給排水科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的實驗課內(nèi)容基本相似，這就導(dǎo)致學(xué)生的實驗報告很容易通過網(wǎng)絡(luò)等資源抄襲，上課期間學(xué)習(xí)主動性不高。最后，目前高校教學(xué)班一般為40 人左右，由于實驗室面積限制、實驗教學(xué)設(shè)備數(shù)量不夠和實驗教學(xué)學(xué)時不足，很難做到一人一組實驗，通常為兩三人一組，同開15～20 組實驗。這就導(dǎo)致學(xué)生做實驗時的動手機會減少為原來的1/2 或1/3，同時加上學(xué)生自身的惰性和依賴性，很容易出現(xiàn)小組中僅有若干名同學(xué)進行實驗操作，而其余同學(xué)則作壁上觀。

1.2 實驗教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)不合理

給排水科學(xué)與工程專業(yè)所開實驗中傳統(tǒng)驗證性實驗多，綜合創(chuàng)新性實驗較少，就東北電力大學(xué)而言，一共開展了26 個專業(yè)實驗教學(xué)項目，其中驗證性實驗約占54%、設(shè)計性實驗約占26%，綜合性實驗約占12%，創(chuàng)新性實驗約占8%。目前的實驗教學(xué)體系，跟不上時代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)目標，缺乏對學(xué)生綜合能力實踐訓(xùn)練的內(nèi)容，不能夠凸顯學(xué)生的能動性，無法滿足社會對創(chuàng)新型人才的需求。例如，在實驗課前，教師準備好試樣，教師演示操作實驗過程，然后學(xué)生依次觀察教師的實驗結(jié)果，分析實驗現(xiàn)象并撰寫實驗報告。這樣的教學(xué)體系無法鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新和鉆研能力[3]。

1.3 考核形式單一

學(xué)校衡量和考核學(xué)生的基本就是分數(shù)，所以上課前學(xué)生首先問的是分數(shù)比例和怎么考試。通常的考核主要依據(jù)學(xué)生出勤、實驗操作和實驗報告，尤其是實驗報告占比較高，可占最終分數(shù)的50%以上。學(xué)生只需按照實驗指導(dǎo)書抄寫實驗報告，而學(xué)生原創(chuàng)的實驗數(shù)據(jù)處理和思考題多為數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果的平鋪直敘，缺乏理論分析深度，尤其是開放性的思考題，學(xué)生之間抄襲嚴重，答案重復(fù)率高，缺乏對問題的討論和質(zhì)疑。因此用學(xué)生出勤、實驗操作和實驗報告加權(quán)的成績來評價學(xué)生學(xué)習(xí)程度并不科學(xué)合理。由于大環(huán)境的影響，學(xué)生學(xué)習(xí)的功利性特別明顯，拿高分，提高績點，申請獎學(xué)金或保研等，導(dǎo)致學(xué)生認為實驗教學(xué)環(huán)節(jié)占據(jù)時間長，分值不高，即所謂的性價比低。學(xué)生來實驗室之后需要簽到，作為考勤的主要依據(jù)，但有學(xué)生簽到之后，在做實驗的過程中離開實驗室，去學(xué)習(xí)所謂高性價比的課程?？己诵问降膯我?，往往導(dǎo)致學(xué)生敷衍了事，忘記了實驗教學(xué)原有的出發(fā)點——提供學(xué)生理論聯(lián)系實際的機會，提升學(xué)生的動手操作能力和學(xué)習(xí)研究能力。

1.4 教學(xué)模式固化，缺乏主動性

給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗課堂的教學(xué)模式是教師用15 min 左右簡單介紹實驗原理，演示操作實驗之后開始讓同學(xué)們分組實驗，教學(xué)方式以“填鴨式”為主，師生之間的互動交流很少，即便有互動也僅限于教師提問和學(xué)生回答，此種教學(xué)模式無法鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新和鉆研精神，實驗教學(xué)方式過于書本化和理論化[4]。

2 主要改革措施

2.1 提升實驗教學(xué)地位及重要性

首先高校要以培養(yǎng)實踐性創(chuàng)新人才為目標，以社會人才需求為導(dǎo)向，調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)計劃方案，并適當(dāng)增加實驗學(xué)時量和增加實驗成績在總成績中的占比，提高學(xué)生對實驗教學(xué)的重視程度。同時采取小組合作模式，由各小組長負責(zé)分配組員任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的自主探索興趣和組員間相互配合的高效合作精神，同時以小組為單位，提前布置學(xué)習(xí)任務(wù)，課堂上通過討論、驗證和匯報等方式活躍課堂氣氛，為學(xué)生答疑解惑，培養(yǎng)和提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。同時通過學(xué)生小組間的分工協(xié)作互相交流學(xué)習(xí)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，喚醒學(xué)生的主體意識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力。

2.2 模塊化管理

將實驗教學(xué)體系分為專業(yè)基礎(chǔ)實驗教學(xué)模塊、專業(yè)實驗教學(xué)模塊和創(chuàng)新實驗?zāi)K，根據(jù)每個模塊的培養(yǎng)要求和《專業(yè)規(guī)范》，設(shè)置不同實驗教學(xué)項目，同時增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實驗教學(xué)項目，優(yōu)化創(chuàng)新實驗的開展形式，突出對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?？蓪?chuàng)新實驗?zāi)K與教師科研相結(jié)合，有效利用科研資源，使學(xué)生參與到教師科研項目中，將所學(xué)專業(yè)知識應(yīng)用到實際科研問題解決中，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。在開展實驗教學(xué)的過程中，要讓學(xué)生了解該實驗所蘊含的廣泛而深遠的社會、環(huán)境和經(jīng)濟意義。例如在學(xué)習(xí)“納氏比色法測水中氨氮含量”實驗時，除了要學(xué)生了解實驗背景和目的外，還可以適當(dāng)增加相關(guān)的水環(huán)境污染重大事件，如太湖藍藻事件和洱海富營養(yǎng)化問題，提升學(xué)生對專業(yè)的認同感和社會責(zé)任感[5]。

2.3 “全過程”考核

對實驗教學(xué)效果進行“全過程”考核，改進的考核內(nèi)容應(yīng)該包括課題預(yù)習(xí)、操作技能、動手能力、解決問題能力、實驗態(tài)度、實驗結(jié)果和分析報告，側(cè)重對學(xué)生整個實驗過程的評價。首先重視實驗預(yù)習(xí)效果檢查，拒絕未預(yù)習(xí)實驗的同學(xué)進行實驗操作，在實驗課堂上以多種形式檢查學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)效果，如隨堂提問實驗原理和實驗步驟要點，根據(jù)學(xué)生領(lǐng)取實驗器皿和藥品的正確性檢驗前期實驗準備是否充分。其次加大實驗過程考核的比例，觀察學(xué)生實驗操作步驟的準確性，并給出相應(yīng)的評價。最后實驗結(jié)束時，利用“雨課堂”之類的教育軟件，隨機下發(fā)思考題，進行隨堂測驗，并要求在規(guī)定的時間內(nèi)提交答案，一方面考察學(xué)生對實驗過程的理解和掌握程度，另一方面可以杜絕學(xué)生之間的抄襲問題。

2.4 建立線上實驗教學(xué)體系

建立完善的線上實驗教學(xué)體系，各實驗項目在進行之前先進行線上實驗項目預(yù)習(xí)教學(xué)，或提前錄制實驗操作短視頻，通過微信、QQ、學(xué)習(xí)通、雨課堂等媒體手段發(fā)送給學(xué)生，隨后進行小試卷測評，完成學(xué)習(xí)打卡和測評合格方可進入實驗室進行實際操作，如有不合格則返回重新打卡學(xué)習(xí)和進行小試卷測評，直到合格為止，學(xué)習(xí)打卡和小試卷測評可代替預(yù)習(xí)報告，納入平時考核評分中[6]。通過完善的線上實驗教學(xué)體系，可以讓學(xué)生提前了解實驗要點，主動查閱有關(guān)資料，減少具體操作中可能出現(xiàn)的失誤，避免出現(xiàn)“一問三不知”的冷場，促進師生之間的溝通和互動，提高了學(xué)生的實驗操作參與度，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

3 改革成果

對“水處理實驗技術(shù)”這門課程進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和內(nèi)容更新，增加綜合性和設(shè)計性實驗教學(xué)內(nèi)容，以下以增加的實驗項目“校園水環(huán)境監(jiān)測”為例說明。學(xué)生分為若干小組，每組成員需明確各自任務(wù)分工，以小組為單位完成實驗設(shè)計、取樣、水質(zhì)檢測、數(shù)據(jù)處理和整理報告等步驟，具體內(nèi)容如表1 所示。

表1 “校園水環(huán)境監(jiān)測”步驟及內(nèi)容

將一個教學(xué)班36 人分為4 組，每組學(xué)生9 名，由小組長按照實驗內(nèi)容進行任務(wù)分工，以校園內(nèi)的景觀湖為研究對象。首先各小組通過實地探查地形，根據(jù)水樣采集的要求與規(guī)定，確定合理的取樣點、取樣深度、取樣方法和取樣量，同時記錄當(dāng)時天氣狀況和周邊環(huán)境情況。水樣采集后，迅速送到實驗室，盡快測定，若當(dāng)天無法完成測定，根據(jù)水質(zhì)分析標準方法，進行適當(dāng)水樣保存。如測定水中的重金屬含量，需要用硝酸酸化至pH 小于2，在4 ℃下進行冷藏。如果評價水體的富營養(yǎng)化水平，可采用綜合營養(yǎng)指數(shù)法，評價水體中重金屬污染水平可采用綜合評價法和登記模型法。最后，小組形成一份不少于3 000 字的校園水環(huán)境監(jiān)測報告。通過對實驗過程的全過程管理，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到大大提高，實驗態(tài)度端正，能夠主動對所學(xué)知識進行擴充，充分利用學(xué)校圖書館資源，進行文獻搜索，且主動與實驗教師/任課教師進行交流和溝通，確定實驗方案以及評估實驗方案的可行性。經(jīng)過課前線上學(xué)習(xí)和課堂儀器教學(xué)演示，如采用原子吸收分光光度法測重金屬，采用紫外及可見分光光度法測氮磷含量，學(xué)生儀器操作能力得到了鍛煉和強化，充分提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，同時通過小組分工協(xié)作，組員的團隊意識有了明顯提升。

4 結(jié)語

在國際競爭日趨激烈的時代，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才是增加中國國際核心競爭力的重要保障，本文以東北電力大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)為例，指出了現(xiàn)階段中國高等學(xué)校在實驗教學(xué)方面存在的問題與不足，并提出了相應(yīng)的改進措施，形成突出以人才需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識為目的，以學(xué)生為主體、教師輔助的實驗教學(xué)模式，以激發(fā)學(xué)生的能動意識，培養(yǎng)學(xué)生良好的團隊意識和嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度，提高實踐動手能力。