談新工科下的工程專業實驗教學改革

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關鍵詞:新工科;環境工程;教學實驗

“新工科”是將科學、人文和工程的進行交叉融合，培養復合型、綜合型、創新型人才，涵蓋傳統工科教育的改革升級以及新工科專業的建立。根據教育部高等教育司要求本科院校應圍繞傳統工科教育進行改革，將企業生產和課堂教育進行深度融合，不斷推進人才培養模式創新性改革，為國家培養出符合社會發展需求的人才。實驗教學在新工科人才培養中的作用十分重要。在新工科背景下進一步推進實驗教學改革和平臺建設，是對工科教育新理念、人才培養新模式的探索，有助于提高學生在知識交叉融合、批判性思維、終身學習等方面的綜合素質，提升應用型本科專業教學水平和教學質量。廣東石油化工學院是華南地區唯一石油化工特色高校，從2015年啟動國家工程教育認證，2018年環境工程專業通過國家工程認證的專業。環境工程專業實驗教學的改革方向是建成符合國家經濟發展的“新工科”，而改革的標準就是國家工程教育認證標準。如何將石油化工行業特色和新工科背景開展環境工程專業教學實驗改革和平臺建設，培養創新應用型、技術技能型人才，需要重點研究。

1我校環境工程專業“新工科”教學實驗改革與平臺建設需探討的關鍵性問題

1．1行業特色不明顯

本校的定位是華南地區唯一石油化工特色高校，環境工程專業領域依托石化行業優勢，在科學研究、人才培養等方面形成了鮮明的石油化工特色。教師團隊研究方向均與石油化工行業相關，設置了石油化工廢水處理與回用、石油化工廢物處置與利用、石化污染環境修復等研究方向。但是這些行業特征在學生培養環節體現得卻遠遠不足。就現有的實驗教學體系來看，雖然涵蓋了水、氣、聲、固等方面，但均為常規污染物的分析、監測與治理，并未涉及到石化特點。

1．2工程性、綜合性實驗開設不足

環境工程專業工程實踐性較強，有很強的專業特性和實用性，目前開設的實驗教學主要以驗證性為主，涉及少量綜合性實驗，完全沒有自主設計實驗方案，學生只能按部就班完成既定的實驗方案，無法培養學生創新能力和分析問題、解決問題的能力。

1．3實習基地不允許學生動手操作

環境工程專業所實習實踐的工程往往是國有大型企業，這些大型企業有嚴格的規則制度，出于安全的考慮，在實習和實踐環節學生只能是“眼看手勿動”;同時，企業自身還有繁重的工作安排，企業師傅沒有辦法詳細指導，學生每天從入場到離場只是呆著廠區辦公室，參與度極低，實習和實踐效果較差。目前學校正全力建設高水平理工科學校，隨著新校區的建成，更能體現石油行業特征的“新工科”實驗課程體系的完善和平臺建設對新校區實驗室的規劃具有極其重要的意義。環境工程專業作為我校優勢重點學科，也是本校首批入駐新校區的理工科專業。以它為例，對實驗教學進行改革，構建符合新工科背景的教學平臺，可為本校其他工科專業改革升級提供參考。

2以“新工科”為理念改革環境工程專業教學實驗

本文針對以上存在的問題進行教學反思，從“新工科”教育出發，改進環境工程專業實驗，以滿足新時代人才培養的需求。

2．1增加綜合設計性實驗

綜合設計性是培養學生綜合能力，創新意識的主要途徑［1－2］。目前，環境工程專業開設實驗主要是驗證性實驗，培養的是學生儀器設備的使用和操作能力，學生的創新能力和解決實際問題的能力鍛煉較少，為配合新工科教育理念，應該加強綜合設計性和科學研究性實驗內容的比重。因此，需要將現有開設的驗證性實驗通過知識點之間的相互聯系進行整合，同時融合石化行業特色。以《環境監測實驗》課程為例，目前開設的實驗包括廢水顏色的測定、濁度的測定、廢水中懸浮物固體的測定、化學需氧量的測定、水中六價鉻的測定、水中溶解氧的測定、環境噪音的監測、氨氮的測定、廢水中苯系化合物的測定(演示實驗)、水中鎘的測定(演示實驗)這10個項目，其中苯系物和重金屬鎘的測定屬于演示實驗。分析這10個項目的開設存在如下問題:①實驗內容相對傳統和簡單，測定廢水為實驗員為各個實驗項目單獨配置的特征廢物，不存在相互干擾的情況。②學生接觸、使用大型儀器的機會很少，最常使用的依然停留在分析天平、可見分光光度計等常規儀器上，沒有機會獨立操作原子吸收光譜儀或氣相色譜儀等相對大型儀器。③石化行業特征沒有得以體現。④各個指標點之間并未形成很好的關聯性，學生完成實驗后只是掌握了這些監測指標的實驗方法，但是對這些指標背后反映的意義并沒有深入體會，當然實驗結束后對他們的綜合能力和解決實際問題的并沒有較大的提升。針對上述問題提出的改革思路。以實際廢水———石化煉制排放的廢水為監測對象，要求學生完成廢水是否達標排放評價，學生按照3－4人/小組進行，學生必須自己查詢石化廢水評分標準，根據標準確定測定指標，實驗方法，最后根據實驗結果完成廢水是否達標排放評價。通過這個過程的訓練，學生對這些測定指標的意義以及實驗操作，如何減少實驗過程中存在的干擾，如何評價廢水是否達標排放等有了深刻的認識，也培養了他們利用現代工具解決復雜問題的能力、團隊協作能力。拉近了學校理論學習和企業實際運用的距離，使學生真正做到畢業即上崗，上崗能擔事，成為具有新工科特色的、綜合能力強的應用型人才。

2．2開展創新研究性實驗

21世紀教育的重點在于創新教育，高校是培養高素質創新性人才的搖籃。目前，全國各地均開展高水平理工科大學建設，我校亦為培育學校。環境工程專業作為我校優勢學科，是廣東省綜合改革試點專業，廣東省特色重點學科，擁有4個省級重點實驗室和1個院士工作站，教師隊伍博士比例高達76%，承擔國家、省部級及企業等科研項目50余項。環境工程專業有著一支教學、科研實力非常雄厚的教師隊伍，如何將教師進行的科學研究實驗應用于教學，讓學生參與到國家、省級自然科學基金等高水平項目中，以科研帶動教學，培養學生創新研究能力，需要對現有學生實驗課程評價機制進行修訂。

2．3開展虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗［3］是指在計算機上用仿真軟件模擬現實效果，在接近真實的環境下進行實驗教學。虛擬仿真實驗系統具有直觀、形象生動、圖文并茂等特點，可以彌補傳統實驗安全性差、污染性高等缺點。虛擬仿真實驗可以模式真實的環境污染控制工藝、參數以及操作方法，學生可以真正動手操作廢水、廢氣、固廢處理工藝，建立理論學習和實際應用之間的聯系，提高學生分析問題和解決問題的能力。2．4轉變實驗教學方法，改革實驗考核制度①現有的驗證性實驗考核存在很大弊端，實驗原理、實驗方法、實驗步驟均是指定，唯一能夠體現學生素質的地方只有實驗操作和實驗結果及分析，學生評分不夠完整，不能夠真實反應學生掌握知識的水平。②綜合設計性實驗是“啟發式”教育，實驗教學過程中教師下達課程任務和要求，學生根據目標獨立思考、相互討論，激發學習積極性和主動性。而且教師可以從學生的標準選用、方案設計、實驗操作、實驗結果、數據處理以及整體評價等多維度考核學生，反應學生真實水平，同時，可以實時發現學生知識構架中的缺陷，及時指導完善。③對于創新研究性實驗，專業目前并沒有學時學分的要求，當然也就不存在考核。但是作為高水平理工科建設高校，應該體現出學生對創新研究能力的培養，因此，單獨分列出創新研究性學時、學分要求非常必要。創新研究性實驗的考核可以從學生表現、選題思路、實驗思路、論文完成和發表、課題匯報等多個方面綜合給出。

2．5加強實驗室專職人員團隊及實驗條件的建設

相比于驗證性實驗，綜合設計性實驗的難度毫無疑問是成倍增加的，這對實驗指導教師和實驗室管理員均是一個挑戰。為了綜合實驗的多樣性，實驗指導教師必須給出多個任務供學生選擇、完成。同時，學生在正式實驗前，指導教師必須審核提交的實驗方案是否可行，是否存在安全隱患，學生方可實驗。這就要求實驗指導教師必須具備堅實的理論知識和熟練地實驗技能。實驗室管理員則需要為學生提供完備的實驗儀器和耗材。學校現有的大型儀器數量不多，除了教學中的使用，還運用于教師科研，所以大型儀器是十分緊缺的，為了讓學生熟練掌握大型儀器的使用，必須增加儀器設備臺套數以及實行實驗室開放管理。開放實驗室是高校實驗室改革的重要舉措，可以有效提高學生創新能力和實操能力。實驗室開放包括時間、空間、儀器設備等全方位開放［4－5］〗。實驗室開放可以保障綜合設計性和創新研究性實驗的順利開展，充分發揮實驗室的作用，提升學生動手能力、綜合能力和創新意識。

3結語

以新工科為背景，結合專業自身定位，通過重新構建實驗課程體系，縮減驗證性實驗課程、增加綜合設計性實驗，并增設創新研究性實驗課程體系，完善課程評價制度、完善實驗教師團隊建設和實驗室條件建設，以培養學生使用現代工具解決復雜問題進行分析、研究的能力，可以培養學生自主學習的意識、創新意識，進而培養學生成為具備扎實的環境工程專業基礎知識和專業技能的高素質應用型工程技術人才。

參考文獻

［1］劉潘，李勝楠，任百祥，等．環境工程專業實驗教學體系改革探析［J］．教育與教學研究，2010，24(5):68－69．

［2］黃錦勇，彭祥捷，劉愛華，等．環境工程專業實驗教學改革［J］．實驗室研究與探索，2012，31(8):332－334．

［3］劉育，孫連鵬，陳玉娟．環境科學與工程虛擬仿真實驗教學中心建設初探［J］．實驗室科學，2019，22(4):182－188．

［4］黃方，李曉恩，周恒國，等．環境工程專業實驗教學與創新人才培養［J］．實驗技術與管理，2014，31(8):174－176．

［5］秦坤．環境工程專業實驗教學改革與實踐［J］．實驗室科學，2014，17(4):123－125．

作者：毛玉鳳 聶麗君 謝文玉 江利梅 劉正輝 單位：廣東石油化工學院