環(huán)境工程實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革淺議

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摘要:環(huán)境工程專業(yè)要求畢業(yè)生具有極強(qiáng)的動手能力、實際問題解決能力，傳統(tǒng)的“填鴨式”實驗教學(xué)方法無法滿足學(xué)生設(shè)計/實施方案能力、團(tuán)隊合作能力和溝通表達(dá)能力的培養(yǎng)。通過“翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)方法改革，引入線上課前討論、線上方案設(shè)計、仿真與實驗結(jié)合、線下實驗方案實施及突發(fā)問題處理、課后匯報及問題答疑等涉及教學(xué)形式、教學(xué)方法、教學(xué)資源等多元改革，重點鍛煉學(xué)生的操作能力、實際問題解決能力及突發(fā)狀況的解決能力。

關(guān)鍵詞:“翻轉(zhuǎn)課堂”;教學(xué)改革;綜合實驗;線上方案設(shè)計

環(huán)境工程是一門學(xué)科交叉性、實踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科，涉及化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會學(xué)和工程學(xué)等，要求畢業(yè)生具有極強(qiáng)的動手能力和實際問題解決能力。環(huán)境工程專業(yè)本科實驗教學(xué)過程中必須加強(qiáng)理論與實踐的結(jié)合，突出實踐環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)是培養(yǎng)環(huán)境工程專業(yè)本科生分析問題、動手能力、解決實際問題的重要手段，是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)的重要組成部分和人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)和支撐，是理論聯(lián)系實踐的關(guān)鍵紐帶。建立完善的、高質(zhì)量的、與社會接軌的實驗教學(xué)體系，是工程教育學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的有效支撐體;為畢業(yè)生順利走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)，為推動我國工程人才跨出國門走向世界提供保證。目前，社會的高速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的快速更新?lián)Q代，使各類環(huán)保企事業(yè)單位對學(xué)生分析問題、解決問題的能力提出了更高的要求。然而，高校設(shè)置的實驗教學(xué)體系更新速度跟不上社會發(fā)展，導(dǎo)致部分高校、尤其是地方高校培養(yǎng)的環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生與社會需求脫節(jié)。因此，實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新，刻不容緩。

1環(huán)境工程專業(yè)實驗課程教學(xué)目標(biāo)、實驗內(nèi)容與組織

1.1教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)

環(huán)境工程專業(yè)實驗包括專業(yè)實驗(一)和(二)，涵蓋了《水污染控制工程》、《大氣污染控制工程》、《固體廢棄物處理處置與資源化》、《物理性污染控制》、《環(huán)境功能材料》、《儀器分析》、《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)》和《環(huán)境工程微生物》等專業(yè)核心及專業(yè)方向課程的實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生必修的一門專業(yè)實驗課程。實驗類型分為演示、驗證、設(shè)計和綜合實驗，其中，演示實驗8個課時，驗證實驗30個課時，設(shè)計實驗18個課時，綜合實驗56個課時。環(huán)境工程實驗教學(xué)目標(biāo)達(dá)成途徑見表1。

1.2傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式

目前的演示和驗證實驗教學(xué)多采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法，教師講解實驗過程和注意事項，并進(jìn)行示范性操作;實驗設(shè)計、前期準(zhǔn)備由老師完成，學(xué)生按照教師設(shè)計的步驟按部就班的開展實驗，教學(xué)方式單一化、程序化。由于實驗條件、器材及場地的限制，設(shè)計及綜合實驗為驗證實驗的簡單延伸，老師指定實驗題目，學(xué)生在老師指定的范圍內(nèi)完成前期準(zhǔn)備及簡單的實驗設(shè)計、操作，沒有達(dá)到設(shè)計、驗證實驗的設(shè)置目的。

1.3存在的問題

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式仍然是以教師為中心，學(xué)生機(jī)械式地重復(fù)老師指定的實驗內(nèi)容，嚴(yán)重影響了學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性［1］。開設(shè)的演示、驗證以及大部分設(shè)計、綜合性實驗以單一簡單實驗為主?；A(chǔ)性內(nèi)容在實驗教學(xué)中所占的篇幅較大、重點不突出;而且驗證性實驗在整個實驗教學(xué)中耗時較多，學(xué)生動手實踐時間被大大削減。實驗教學(xué)過程中，老師演示的內(nèi)容所占比重較大，實驗過程側(cè)重于重復(fù)操作，忽視了學(xué)生對實驗的理解，重教輕學(xué)，重操作輕思考［2］。驗證實驗中，大部分學(xué)生機(jī)械式地重復(fù)老師的實驗步驟，并不清楚為什么這么做。在設(shè)計和綜合實驗中，增加了實驗設(shè)計環(huán)節(jié)，但是由于實驗人員、場地等條件的限制，實驗設(shè)計環(huán)節(jié)形同虛設(shè)。比如驗證實驗中的活性碳吸附亞甲基藍(lán)的實驗，考察不同濃度亞甲基藍(lán)的吸附效果;而在綜合實驗中，部分學(xué)生仍然考察活性碳吸附亞甲基藍(lán)的性能，只是把亞甲基藍(lán)的濃度改成了不同吸附時間、反應(yīng)pH以及活性碳的投加量等，失去了設(shè)計和綜合實驗的鍛煉目的。在考核環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)重結(jié)果，輕能力。目前環(huán)境工程實驗課的成績由預(yù)習(xí)報告成績(30%)、實驗操作成績(40%)和實驗報告成績(30%)三部分組成。由于學(xué)生人數(shù)較多，實驗過程考核與管控流于形式，學(xué)生容易消極對待，易造成部分學(xué)生不做實驗、實驗報告抄襲等不良現(xiàn)象，無法實現(xiàn)對學(xué)生成績的客觀、有效評定，嚴(yán)重影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

2實驗教學(xué)模式改革及創(chuàng)新

2.1“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法的推動

實驗教學(xué)目標(biāo)中分別承諾了學(xué)生設(shè)計方案能力、實施方案能力、團(tuán)隊合作能力和溝通表達(dá)能力的培養(yǎng)。這些目標(biāo)的核心特征是能力養(yǎng)成，主動學(xué)習(xí)是實現(xiàn)這些目標(biāo)的有效途徑，而傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式很難有效培養(yǎng)學(xué)生上述能力。為此，貫通課前、課堂與課后三個教學(xué)環(huán)節(jié)，引入線上課前討論、線上方案設(shè)計、仿真與實驗結(jié)合、線下實驗方案實施及突發(fā)問題處理，課后匯報及問題答疑等涉及教學(xué)形式、教學(xué)方法、教學(xué)資源等多元改革的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式。

2.2綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提升

2.2.1實驗選題。由“包辦型”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸笇?dǎo)型”教學(xué)模式，以教師為主的填鴨式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為主的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，提供學(xué)生獨立思考的條件和機(jī)會［3］。在演示實驗中，引入大型儀器及仿真實驗，這些大型儀器在本科生的實驗過程中很難接觸到。但是，在工作和研究生學(xué)習(xí)過程中需用到大型儀器;因此，在演示實驗中，引入大型儀器，提高學(xué)生對科研設(shè)備的了解。而對處理工藝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過仿真實驗，加強(qiáng)學(xué)生對工藝原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體了解。在驗證實驗中，改革實驗項目，引入技術(shù)成熟的、工程領(lǐng)域最新的檢測指標(biāo)，比如傳統(tǒng)的氨氮納氏試劑檢測方法修改為氨氮檢測儀直接測定。對于設(shè)計和綜合實驗，需根據(jù)理論課中有關(guān)水、氣、固廢處理工藝的特點，確定一定數(shù)量的實驗選題，學(xué)生也可根據(jù)實驗過程或者生產(chǎn)實踐過程中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，自主擬定實驗題目，并根據(jù)選題制定實驗?zāi)繕?biāo);學(xué)生根據(jù)人數(shù)分成若干小組，自由選擇實驗項目，在規(guī)定的時間自主查閱文獻(xiàn)，擬定實驗方案，經(jīng)老師審核通過后開始相關(guān)的實驗內(nèi)容［4］。2.2.2實驗設(shè)計及創(chuàng)新性。在驗證實驗過程中，預(yù)習(xí)報告不能僅僅是抄寫實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容，而應(yīng)針對老師提出的問題，有針對性的進(jìn)行準(zhǔn)備和解答，做到實驗過程中知其所以然。設(shè)計和綜合性實驗需與科研進(jìn)行結(jié)合，學(xué)生確定實驗題目后，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，小組討論，給出可行性方案，并在線向老師匯報。指導(dǎo)老師與學(xué)生共同分析、探討方案的可行性和實踐的意義［5］。方案的設(shè)計需突出創(chuàng)新性，而不是簡單的檢測水質(zhì)指標(biāo)或者是驗證實驗的延伸。在實驗方案的設(shè)計過程中，需與科研、生產(chǎn)實踐相結(jié)合，以解決科研問題、實際運行中出現(xiàn)的問題為最終目的，不能簡單的監(jiān)測反應(yīng)器的常規(guī)指標(biāo)，如COD、pH、N、P等，需設(shè)置與工程應(yīng)用接軌的檢測指標(biāo)。如吸附實驗，學(xué)生不能僅考察活性碳吸附染料的性能，需結(jié)合目前科研的前沿，考察最新的納米材料對有機(jī)污染物的吸附性能，比如MOF(金屬有機(jī)框架)吸附有機(jī)微污染物，或者考察活性碳在工程應(yīng)用過程中的再生、流失和分離等難題。2.2.3實驗實施。確定實驗方案后，學(xué)生需進(jìn)行藥品配置、實驗裝置組裝，并分組進(jìn)行實驗操作。指導(dǎo)老師采用“討論———啟發(fā)———引導(dǎo)”的教學(xué)方式，在一旁進(jìn)行指導(dǎo)、監(jiān)督和打分;學(xué)生則采用“自主———合作———探討”開展研究創(chuàng)新型實驗［6］，重點鍛煉學(xué)生的操作能力、實際問題解決能力及突發(fā)狀況的解決能力。實驗結(jié)束后，需及時進(jìn)行歸納總結(jié)及數(shù)據(jù)處理，并形成報告，以小組為單位向指導(dǎo)老師進(jìn)行匯報，著重闡述實驗過程中碰到的問題及解決措施，小組成員的分工及貢獻(xiàn)等［7］。

2.3教學(xué)質(zhì)量評價體系及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

教學(xué)質(zhì)量評價是教學(xué)質(zhì)量與效果的終結(jié)性評價，以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對各知識點的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容(表2);服務(wù)于教學(xué)持續(xù)改進(jìn)。評價數(shù)據(jù)直接采用實驗課程教學(xué)考核方案中相關(guān)終結(jié)性考核項目的結(jié)果或數(shù)據(jù)，方案設(shè)計、實驗操作、實驗報告。持續(xù)改進(jìn)質(zhì)量管理體系的完整性與有效性的保證，其核心是改進(jìn)策略的分析和及時響應(yīng)。本次教改，采用動態(tài)跟蹤，從畢業(yè)要求、課程目標(biāo)、課程方案設(shè)計、教學(xué)過程與方法以及教學(xué)質(zhì)量與評價進(jìn)行及時反饋與改進(jìn)，持續(xù)改進(jìn)從目標(biāo)達(dá)成導(dǎo)向、閉環(huán)運行和貫穿實驗教學(xué)全過程三個基本要素貫穿實驗課程的整個過程，以學(xué)生的課程學(xué)習(xí)目標(biāo)與成果達(dá)成為第一要務(wù)，源于此并歸于此，真正做到關(guān)注教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的各項關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3結(jié)語

環(huán)境工程專業(yè)綜合實驗是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生將理論知識與實踐知識相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法無法適應(yīng)工程教育認(rèn)證及時代發(fā)展的要求。通過引入“翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)方法改革，從實驗選題、實驗設(shè)計、實驗實施、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果匯報等環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與創(chuàng)新，以學(xué)生為主體，著重提高學(xué)生的主動性、積極性?！胺D(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)改革實施過程中收到了不錯的效果。

參考文獻(xiàn)

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［6］鄧曉莉，何強(qiáng)，胡學(xué)斌，等．重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程類專業(yè)實驗實踐教學(xué)體系構(gòu)建［J］．實驗技術(shù)與管理，2012，09(29):142－145．

［7］趙麗杰，趙麗萍，李良，等．環(huán)境工程專業(yè)綜合實驗的教學(xué)改革與實踐［J］．實驗室科學(xué)，2009，3:30－32．

作者:余榮臺 王悅陽 成岳 趙戈 單位:景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院