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水污染控制工程是一门重要的环境工程专业课程,也是一门综合性较高,同时融合了数理化基础知识并且具有极高的应用性的课程,只有通过明确课程定位,优化课程体系,革新教学内容,丰富教学方法,加强实践环节等一系列措施,才能更好地完成教学目标,提高学生在实际应用中解决问题的能力。本文就现阶段水污染控制工程教学中的人才培养方案存在的问题予以提出和讨论,以达到教学目的,为社会培养更加优秀的环保人才。
一、革新教学内容
环境工程专业的人才培养定位体现了工程型、应用型人才的培养目标,提高学生的综合素质,培养合格的环境工程技术型人才。我校环境工程专业中水污染控制工程教学安排在第六学期,讲授的内容包括理论讲授、课程实验、课程设计和工程实践四部分。这种培养模式显然不适合环境科学专业学时少的教学,因为在较少的学时内无论如何是完不成如此多的教学内容的。
因此,在课程教学上应适当增加教育课时,将课堂课程与实验课程分开教学,同时为了增加课堂与实践的结合,在课堂教学内容方向上做调整,一是应重视本专业相关课程的知识整合与衔接,加大理论学时,加强基础理论学习;二是多综合,把现代技术与先进的理论适时地传授给学生。结合水污染控制理论和工艺技术的进步,以及我国规范、标准的改进,及时更新过时工艺技术,同时结合近年毕业设计中工艺方案选择、构筑物计算与图件绘制等方面存在的共性问题,有针对性地进行了城市生活污水和工业废水工艺方案选择的教学以及讨论。
二、优化教学方法
1.强化多媒体教学
在水污染控制工程课程教学中强化采用多媒体教学,不仅给课堂教学带来了勃勃生气,活跃了课堂气氛,调动学生学习的积极性,提高教学效果,还通过文本、图像、动画、声音等方式,创设情景,激趣,突出重点,化静为动,在一定程度上发展了学生的思维,培养了学生的能力,大大提高了课堂教学效率。
2.增加课堂实例,引导学生思维兴趣
一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣,就会主动去求知、去探索、去实践,并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验。所以激发起学生的兴趣,学生就会积极主动地学习并学得轻松而有成效。
3.组织课堂讨论
教学中的课堂讨论是学生在教师的指导下,就教材中的基础理论或主要疑难问题,在独立钻研的基础上,共同进行讨论、辩论的教学组织形式,可以全班集体讨论,也可以分组进行讨论。课堂讨论可以加深学生对理论知识的理解,有助于启发学生独立思考、相互交流意见,培养他们独立分析问题、解决问题的能力和训练口头表达能力。
三、实践课堂相结合
据我们观察,现阶段的实践环节仍局限于传统的教学,教学实验多为“按部就班”的验证性实验,学生主动参与的积极性难以发挥;生产实习受经费限制仅仅停留在“走马观花”,难以深入到生产第一线;课程设计没有完全结合工程实际,是学生被动接受的教学。主要表现在:①功能单一,实验室基本上按课程设置安排实验,实验内容单一,演示型、验证性实验多,设计型、综合性实验少。②地位从属,实验室从属于系部、教研室,实验课过多依附于理论教学,没有实现从课程实验到实验教学的根本转变,实验室独立教学能力很弱,缺乏应有的活力。
四、结合地方产业结构需求教学
水污染控制工程教学体系应该紧密结合地区产业特色与污染特点,本着解决地方环境污染问题和经济建设培养为目的,从认识实习、理论教学、实验教学和设计教学等环节进行全方位的改革;例如,上海地区河流较多且分布较密集,工业生产污染物排入河流情况严重,在水污染工程教学中,宜适当增加河流污染控制的讲解。总之,在人才培养大众化的新形势下,水污染控制工程课程体系教学只有根据课程特点,结合区域特色,不断地对认识实习、理论教学、实验教学和设计教学进行改革,才能培养出符合地方产业需求的新时代技能型、应用型环保人才。
对水污染控制工程的实践教学体系的探讨和建设是时展的需要,是身为教师的职责。我校在水污染控制工程课程方面的教学改革仅仅是一个开始,还需要不断地探索和完善,并且要综合考虑它的前续和后续课程以及该课程在培养专业创新人才方面的地位,从而形成改革的总体思想,达到学生能够学以致用的目的。
参考文献:
[1]徐晓毅.水污染控制技术.课程课堂教学改革与实施[J].中国校外教育:下月刊,2011(5):104.
[2]李潜,吴春笃.浅谈“水污染控制工程”课程的多媒体教学[J].科技教育,2008(27):167-168.
[3]冯俊生,陈小红.水污染控制工程实验教学改革与实践[J].成功:教育,2007(1):153-154.
[关键词]环保产业 环境工程专业 水污染控制工程 课程建设 应用复合型人才
[作者简介]吴向阳(1965-),男,江苏丹阳人,江苏大学环境学院院长,教授,博士生导师,研究方向为水污染控制技术、环境化学、生物资源利用;刘宏(1968-),男,江苏江都人,江苏大学环境学院副院长,副教授,研究方向为环境与安全管理;李潜(1972-),女,湖南隆回人,江苏大学环境学院,副教授,研究方向为水污染控制技术。(江苏 镇江212013)
[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985(2012)05-0131-03
“水污染控制工程”作为环境工程专业的核心课程之一,受到各高校的高度重视。该课程以物理化学、生物、化工等理论为基础,应用工程学的方法研究水体污染控制的途径以及废水处理工艺及其工程技术。该课程涉及基础知识面宽、内容繁杂,具有复杂抽象的问题多、应用知识更新快、知识联系性强等特点。同时,“水污染控制工程”也是一门综合性很强的课程,不仅包括理论与实验教学,而且还涉及课程设计以及实习实践等环节的内容。教学研究与改革是高等教育永葆活力的源泉,是人才培养适应经济社会发展的重要途径,是提高人才培养质量的关键。因此,为进一步适应我国快速发展的环保产业对水污染控制设备及工程的人才需求,有必要进一步对“水污染控制工程”课程内容体系进行建设与改革。
一、课程建设原则
1 面向产业,突出需求。作为国家确定的七大战略性新兴产业之一的环保产业,已经成为21世纪的朝阳产业。处于环保产业链上游的环保设备制造业对专业技术人才的要求高、需求量大。目前,我国环保设备生产企业已逾万家,但普遍存在规模较小、技术水平不高、缺少自主创新理念等问题,与发达国家的同行业相比存在较大差距,特别是在大型成套环保设备的研发、设计、制造能力等方面明显不足。从人才方面来看,同样存在工程技术人才不配套、专业人才匮乏、重点技术缺口较大等问题。现有环境工程专业人才的学历结构、知识结构以及能力与素质远远不能满足环保产业的发展需要,培养宽口径。厚基础、具有创新性的应用复合型环保设备工程专业人才任重道远。水污染控制设备是环保产业的重要组成部分,这方面的人才缺口尤为突出。因此,“水污染控制工程”课程建设与改革应面向环保产业对人才的需求。
2 面向工程,强化特色。“水污染控制工程”作为环境工程专业的一门核心课程,其课程建设与改革应根据环境工程专业的人才培养目标,面向工程,加强学生的动手能力、工程实践能力、创新能力的培养与教育,做到教学、科研和实践的有机结合,不断丰富实践教学的内容、方式和途径,以有效提高学生面向环保产业生产一线的工程素质。同时,充分利用江苏大学机械工程、流体机械及工程的学科优势,与水污染控制工艺设计、新技术开发紧密结合,培养以环保设备为特色,具有水污染控制方面新理论、新工艺和新设备研发能力的高级应用复合型工程技术人才。
二、教学内容改革
1 课程内容体系改革,随着科学技术的快速发展,水污染控制新技术和新装备也日新月异,因此,必须紧跟科技发展,积极掌握水污染控制技术及设备的最新进展,及时将新技术、新工艺和新理念融入教学内容。为适应环保产业对具有环保设备研发、设计等方面能力的人才需求,改变以往以水污染控制基本原理和控制工艺为主的内容体系,采用以水污染控制设备(装置)原理、设计与应用为主线的“三三制”内容体系,即水污染控制技术原理、设备(装置)设计与应用实例三部分组成的课堂教学内容体系与教学时间各占1/3,使学生既掌握基本原理,又能具有较好的实际应用技能。学生进入就业岗位以后,无须专门培训就可直接承担相关技术工作。此外,结合注册环境工程师的考试要求,将相关内容整合到教学过程中,保持教学软件与工程实际应用软件的同步,使学生所学内容能够和工程设计与管理实践相接轨,从而构建理论教学、实践教学以及注册环境工程师培养三位一体的课程内容体系和实践教学体系。
2 教材和辅助教学资源建设。在改革课程内容体系的同时,切实加强教材和辅助教学资源建设,进一步扩充教学参考资料。目前,我校采用由本校教师主编的《水污染控制工程》教材,该教材全面系统地介绍了我国水污染防治的有关技术政策、水污染控制技术的基本原理与方法、水污染控制设备的设计及计算,并吸收了同类国家级规划教材的优势。该教材在内容安排上,依据废水中污染物性质及状态,将废水处理技术和操作单元归纳为物理化学处理技术和生物生态处理技术两大体系,同时介绍了多种废水处理新技术。目前,本课程教学团队正在对该教材进行修订,在新版教材中将充分体现以水污染控制设备原理、设计与应用为主线的“三三制”教学内容体系。此外,本课程教学团队积极开展了辅助教学资源的建设,汇编习题库与试题库,创建多媒体教学素材库、电子教案和多媒体课件,并建设课程网站,搭建了师生网络交流平台,初步实现了立体化教材建设目标。
另外,根据本课程多学科交融、知识交叉和综合的特点,为了拓展学生的知识面,了解和把握本领域国内外的发展动向,并且培养和训练学生主动学习的习惯,提高学生的自学能力,本课程教学团队进一步扩充了教学参考资料,为学生提供大量的相关资料与文献。主要包括《三废处理工程技术手册,废水卷》《室外排水设计规范》《给水排水设计手册》等工具书:Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment,《水质工程学》《当代给水与废水处理原理》《废水厌氧生物处理理论与技术》等本领域著名专家的著作与优秀教材;WaterScience&Technology,Water Research,《工业水处理》《水处理技术》《环境工程》《中国给水排水》《给水排水》等国内外知名期刊;其他如各种废水处理工艺原理及流程的flas,环保设备(装置)、生态处理系统及工艺场景的数码图片,废水处理厂实况录像,生活污水、工业废水处NT程设计实例等教学辅助材料。
三、教学团队优化,教学方法改进
1 优化教学团队。教师是课程建设的关键,教师的能力和水平决定了人才培养的质量。为了更好地实现该精品课程的教学目标与建设目标,通过优化组合,由教学水平高、学术造诣深的学科带头人领衔负责,建立知识结构、年龄结构合理并能经常性地开展教学研究工作的教学团队。“水污染控制工程”课程教
学团队由实验教师、讲师、副教授、教授组成,以中青年骨干教师为主体,团队成员在知识结构、学历结构、年龄结构等方面更加优化,既有教学经验丰富学术造诣较深的学术型教师,又有多年从事工程实践工作经历的“双师型”教师。该课程教学团队具有明确的建设目标,即通过创建“水污染控制工程”精品课程优秀教学团队,在提高团队成员整体素质的同时,有效促进“水污染控制工程”课程教学改革与建设,不断提高教学效果,提升教学水平,同时注重培养年轻教师的业务能力和综合素质,努力建成省级精品课程教学团队。
2 灵活应用启发式、互动式和开放式教学方法。“水污染控制工程”内容多、涉及面广,而教学学时却有限,因此,课堂教学难度较大。突出重点,灵活应用启发式、互动式和开放式教学方法,既可避免“填鸭式”教学的弊端,又可解决学时有限的问题。在“水污染控制工程”教学过程中,以讲重点、讲方法和讲实例为主,注重理论联系实际,将理论原理与工程实例穿插讲述,例如,讲授城市污水深度处理与中水回用技术时,结合江苏大学附近丁卯污水处理厂将深度处理后的水作为我校绿地浇灌用水的实例,极大地提高了学生学习的兴趣,加深了学生对知识点的理解与掌握。教师在教学过程中也要善于把单向信息输出的课堂变成师生平等进行双向信息沟通、交流与讨论的场所,通过提出、分析和解决问题,循序渐进,从而有效增强学生学习的主动性、积极性,不断提高学生的自主学习能力、语言表达能力以及创造性思维能力。
3 广泛采用视频、仿真、网络等多种现代教育技术。根据每节课的教学目的和教学重点与难点,从知识的导入到新概念的建立,直至新知识的巩固,广泛采用多种现代教育技术,引入视频、仿真动画等进行直观演示,不断提高课堂教学效果。如采用典型污水处理厂的运行实况录像、各种废水处理工艺单元图片以及工艺、设备运行动画,将工程实际问题短时间集中呈现给学生,既加大了课堂教学信息量,又增添了课堂教学的形象性与趣味性,有效克服了以往教师语言描述枯燥无味、学生难以理解的缺陷,有效提高了课堂教学效率与效果。同时,主讲教师告知学生与课程相关的网络资源,使学生充分利用网络资源最大限度地获取有关本课程的最新信息。
4 积极施行研究性教学。以科研促进教学,本课程教学团队积极推行研究性教学,实现教学与科研的交叉融合,不断提高教学质量。教学团队将科研最新成果和工程实践前沿技术应用于教学实践,以科研带动理论与实践教学,并依托校企产学研合作平台,建立了稳定的课程实践教学基地,为学生开展科研创新性实验和课外科技活动提供了有利条件,同时也极大地丰富了本课程的教学内容。
四、以工程素质能力为核心构建实践教学体系
融合该课程的实验教学、课程设计、认识实习、生产实习以及科研立项等环节构建“实验一实习一实训”三位一体的课程实践教学体系,切实加强实践教学环节,培养学生工程素质能力和创新能力。
1 实验教学。大力开展实验教学内容改革,增设综合性、设计性、创新性实验项目,同时加强实验室建设,建立以学生为中心、满足个性化学习的实验教学环境与条件以及开放运行的保障机制。重点建设综合性、创新性实验项目,如“工业废水可生化性分析及其处理”“污水组合控制工艺”等,实行开放式实验教学,从而进一步开拓学生视野,启发学生的创造性思维,提高学生动手能力和创新能力。
2 实习环节。实习环节是学生理论联系实际的最佳途径。教学团队在课程教学过程中针对教学内容,充分利用学校附近城市给水处理、城市污水处理、垃圾渗滤液处理等“产、学、研”三结合的实践教学基地,组织学生赴现场参观,使学生能够学习不同行业的废水处理工艺技术,弥补校内课堂教学与实验教学对事物直观认识的不足,有效提高学生的工程技术水平与工程实践能力。根据污水处理新技术、新工艺及其发展情况不断调整参观实习计划,在深刻认识传统工艺的基础上,注重对新工艺、新技术的认识实习。在整个教学过程中结合工程实际问题,构建理论教学、工程实践和创新能力培养为一体,产、学、研相结合的学生综合能力培养与训练体系,实现应用复合型人才培养目标。
3 设计环节。课程设计是培养学生工程素质能力的重要环节。通过理论与实验教学以及实习环节的培养,学生基本掌握了废水处理工程的基本设计规范,能够比较熟练地进行废水处理工艺与设备的设计计算以及图纸绘制。设计环节以废水处理基本原理为指导,以工程实例为背景,强调理论与实践相结合。学生在教学团队老师的指导下进行废水处理工程的设计,主要内容包括废水处理工艺的确定、废水处理方案的编制、设备(装置)的设计与计算以及设计图纸的绘制,进一步巩固和拓宽课堂所学理论知识并加以灵活运用,着重培养学生的工程意识,提高其工程实践能力。在课程设计环节,安排学生有针对性地到相关废水处理场进一步深入了解和学习各种水污染控制设备及其设计与运行参数,以更好地完成课程设计所规定的任务,保证课程设计的质量。
4 创新能力训练。“水污染控制工程”是一门具有较大创新空间的课程,充分利用本校环境科学与工程一级学科博士授权点的学科优势,让本科生全面参与教学团队教师的科学研究活动,积极组织学生开展课外科技活动,并指导学生积极申报江苏省教育厅组织的“大学生实践创新训练计划立项项目”、江苏大学组织的“百项本科生创新计划项目”、江苏大学团委组织的“大学生课外学术科研项目”等创新训练项目,组织指导学生开展科学研究,培养学生的科研能力、创新意识和创新能力,同时也培养了学生的团队意识和合作精神。
五、进一步建设思路
“水污染控制工程”课程建设以应用复合型环保产业人才培养为目标,既是一项系统工程,又是一项必须与时俱进、不断改革、不断完善的具体工作。
1 进一步加强教学团队建设。紧跟高等教育国际化潮流,重点加强海外留学人才引进力度,大力支持教师出国进修,访名校、拜名师,全面提升教学团队的教学水平和科研水平。
2 不断完善多媒体课件。由于“水污染控制工程”内容庞杂、信息量大,非常适合采用多媒体授课,因此,必须注重课件内容的不断更新,紧跟学科前沿,及时引入水污染控制领域的新工艺、新技术、新方法与新装备,不断完善多媒体课件。
关键词:OBE理念;水污染控制工程;教学改革
引言
加入《华盛顿协议》代表我国正式开始了具有国际实质等效的工程教育认证工作。工程教育专业认证有三大基本理念:(1)成果导向;(2)以学生为中心;(3)持续改进[1]。这些理念能够引导和促进专业建设与教学改革,保障和提高工程教育人才培养质量[2]。OBE(Outcomes-basededucation)教育概念自1981年提出以来,已迅速成为国际教育改革的主流概念,并且也符合工程教育认证标准。因此,用其指导我国教育理念引导工程认证改革,具有重要的现实意义[3]。目前,国内已有诸多学者将OBE教学模式应用在其课程教学中,并取得了很好的效果[1,3-5]。
1教学设计目前存在的不足之处
水污染控制工程课程是环境工程专业的核心主干课程,也是考研科目之一。本课程侧重于基础理论和基础知识的传授。教学目标是要求学生理解和掌握水污染控制的具体过程方法和进行实践,培养学生能够独立分析水污染问题,使学生具备进行水污染控制的规划设计和开展水污染控制科学研究的能力,达到培养理论知识扎实、实践能力强的高层次水环境保护人才的目标。通过调研我们发现目前水污染控制工程课程的教学存在着一定问题,关于课程教学效果这一方面,目前的课堂教学更多拘泥于课本上的知识,教师按照课本的章节介绍各种工艺流程的原理及设计计算,主要采用的是被动灌输为主的教学方法,忽略了学生的主体作用;同时教学模式单一枯燥,不能更好地调动学生的学习热情,在持续改进方面做的也不够。在课程评价机制方面,水污染控制工程课程的教学效果主要通过学生综合评价分数的分布和期末试卷的分析来评价,采用将平时成绩(30%)与期末考试成绩(70%)相结合进行综合评价的传统模式。这种评价方式不能对应到具体的课程教学目标,无法准确评估学生的学习成果情况。据此提出的教学改进措施过于笼统,缺乏针对性,不能很好地持续改进[1];实验教学方面,主要模式是教师先对实验进行讲解和演示,学生按照教师设定的实验操作步骤,一步一步完成实验,再以实验报告的形式完成实验考核,在这个过程中,学生对实验的参与度较低,数据的可靠性也不会得到更多的关注,实验结果的准确性也较低,甚至实验报告普遍存在抄袭现象;至于课程设计这一部分,目前更多的是通过分组开展,小组内部的分工和监管均存在问题,小组中经常存在没有真正参与到设计中的同学,小组和小组之间的借鉴率也很高,不能有效地提升学生的课程设计能力,满足不了现代社会对工程类人才的迫切需求。因此,为了提高环境类专业人才的质量,亟需对水污染控制工程课程开展教学改革。
2基于OBE理念的课程教学改革思路
2.1课程改革目标
OBE教育理念强调在教学设计和实施中以学生的培养目标为指导,培养目标与毕业要求基于学生的培养来确定,在教学内容的设计过程中充分考虑学生的预期教学效果[3-4]。水污染控制工程课程是一项环境工程和科学专业的核心课程,它要求学生掌握水污染控制的基本原则和水处理技术的主要处理方法,并能够设计工艺路线,满足选择设备和结构设计计算、调试及相关项目管理实际情况的需要。本课程的学习使学生掌握相关内容,为将来进入环境水处理领域打下基础。基于OBE理念中的成果导向教育理念,首先利用调查问卷的形式针对教师、学生和用人单位开展调研工作并对结果整理分析,综合考量目前社会对高素质人才的要求,确立环境工程专业的水污染控制工程课程的培养目标[3]。在此基础上,优化设计教学过程,重新构建课程的目标定位,明确学生毕业要求中关于“知识、能力与素质”这些方面的达成度,并按照这门课程对环境工程类毕业生的毕业要求的对应达成效果将预期产出逐条分解为课程中需完成的能力指标点。
2.2教学内容改革
教学内容从培养目标和学生的实际需求出发。教师在预期学习目标的指导下,结合课程毕业要求的指标设计教学内容,引导学生进行有目的的学习。水污染控制工程课程教材中详细地介绍了水中各种污染物的处理方法及原理,然而在现实中多种污染物复合存在的情况普遍存在,处理工艺和设备的选用灵活多变[6]。因此,在设计教材内容时,要对相关知识点进行梳理、集中、合理补充,例如在介绍污水生物处理这一部分知识点时,结合环境工程微生物学课程,从微生物学的角度来学习分析废水处理中微生物的作用,进而理解废水处理的原理。提高学生对知识点融会贯通的程度,调动学生的积极主动性,以期培养学生理解、分析和解决实际问题的能力[6]。
2.3教学方式改革
OBE教学模式改变了以往的知识导向教学模式,强调以学生为中心的教育,侧重于学生学到了什么和他们能做什么。教师以学生为中心,帮助学生学习[6]。为了实现既定的学习目标,需要创造相应的机会和条件,如利用网络微课、教学短视频等引导学生课前预习,熟悉教学内容;将先进的研究成果融入教学,使得课程内容新颖、与时俱进;在教学过程中,通过引入与课程内容密切相关的实践案例,激发学生积极思考,增强学生对教学内容的关注度;根据知识点,组织课堂讨论、演讲、学生相互评价,不仅调动了学生学习的积极性,也锻炼了学生洞察问题、分析问题的能力;围绕课程的核心知识点,设计、分发、分组提交开放式问题作业,鼓励学生通过小组讨论、查阅资料的方式完成作业,对课堂教学的内容进行补充。
2.4考核方式改革
在OBE教学理念中,突出了学生的学习成果的重要性,对于教师的教学评价应聚焦在学生取得的成绩上,即教得好与不好,要通过学生学得好与不好来进行反馈,并且不断地实施持续的反馈改进模式。OBE教学理念中的多元化评价模式是一种全过程、多元化、多层次、多角度的针对学生学习过程的考核,用以评估教学目标的完成度,进而根据考核结果反馈到教学内容与教学策略中,继而对教学过程更进一步优化调整,建立一种具有“评价—反馈—改进—评价”循环特征的持续改进机制。传统的课程考核侧重以考试成绩来衡量学习成果,在OBE教学模式中,合作学习也是非常重要的一点,即借助团队协作的模式,引导每一位学生来共同实现教学目标,教学目标最终是达成性评价,而不是比较性评价。因此要对以往的闭卷考试这种考核方式进行改进,引入过程评价体系,引导和鼓励学生自主思考,自主学习,以小组为单位引导学生多讨论,多交流,以期学生能够获得更好的学习成效。
摘要:介绍了目前“水污染控制工程”的教学现状,以及结合实际需要有待改进的情况。并且着重阐述了工程教学与计算机模型的耦合探索。
关键词:水污染控制工程 计算机模型
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)01 (B)-0000-00
“水污染控制工程”是环境工程专业的一门重要的主干课程,涵盖了环境工程理论体系的主要内容,同时结合工程技术,也是一门应用性很强的课程。随着学科的发展,传统的教学模式已经无法适应“水污染控制工程”课程的教学需要。
“水污染控制工程”特点是实践性、工程应用性强,因为不同的废水水质达到处理要求所采用的处理技术、处理工艺不同;即便相同的废水水质,如果污水量不同,所采用的处理工艺也不同;一个废水处理工程,即废水水质、水量数据相同,也可以采用不同的处理技术和处理工艺。
1 教学改革
1.1 增加案例分析教学的广度和深度
“水污染控制工程”课程内容广博、繁杂,通常是按教材思路逐章学习生物法、物理法、物化法等单项的处理方法和内容,这种教学存在着理论与实际脱节、学生参与感不强和学习积极性不高等问题。因此将工程案例教学贯穿于教学中,通过对综合型工程分析案例的讲解和讨论,使学生掌握有关知识、理论和专业技能。
教学过程中以案例教学的模式让学生理解相应的理论知识,结合课程设计的工艺选择原理进行讲解,让学生从环保设计的角度重新思考各处理单元的理论知识,使教与学的过程变得更有系统而且易于掌握。
1.2 注册环保工程师考试专业内容融入课堂练习
在注册环保工程师考试中,专业工程计算类的题目大多比较灵活,涉及内容更加全面,不是对单一方法的设计要求,它包括对实际污染情况的判断、计算规范的掌握。针对这样的情况,训练学生注意以下几方面的技巧和答题的规则。
(1)仔细审题,甄别题型。
(2)理清答题思路,确立相应规范。
(3)简答题阐述要详略得当。
(4)题目的回答有层次展开。
通过计算及案例练习,了解重要的环保规范和标准,熟悉众多标准在行业中的应用,为今后的环保工程师的实际工作打下一定基础。
1.3 教学与软件的结合
“水污染控制工程”特点是实践性、工程应用性强,因为不同的废水水质达到处理要求所采用的处理技术、处理工艺不同;即便相同的废水水质,如果污水量不同,所采用的处理工艺也不同;一个废水处理工程,即废水水质、水量数据相同,也可以采用不同的处理技术和处理工艺。水处理仿真系统的发展和数学模型的发展是相辅相成的,数学模型认知的提高可以知道仿真系统的研发方向,而仿真系统的运用和技术总结又可以为数学模型的进一步发展提供经验与验证。
为了让学生了解水处理模型,在案例教学中采用自主开发的物化处理工艺模型软件系统,该系统是在混凝、电解、芬顿法等典型物化工艺基础上开发出来的。具有内部机理清晰明了,界面友好,应用方便等优点,特别适用于初级学生对于水处理模型计算的深入学习,将以往艰深的模型教学变得更为直观有效,并且结合渗滤液处理案例,将大量枯燥的数据以图标形式转化为可预估的处理结果。
2 计算机模型软件介绍
对渗滤液的物化处理工艺进行模型研究及仿真系统开发的目的,是为了了解污染物质在各物化处理工段(混凝、电解、电解芬顿)的降解机理,提高处理效率,降低处理费用。系统设计了初始数据输入文件、工艺动态仿真界面、有机物处理预测分析界面、氨氮处理预测分析界面和图表打印程序等;然后用主界面将各部分子界面用按钮形式相连接,使系统各部分既相互独立又相互统一。基于此思想,本系统采用了Matlab作为软件支持环境,系统还采用了Matlab所具有的粘贴、打印等功能,使运算结果既可直接输出,又可在Office软件中编辑。
2.1 模型软件结构与功能
2.2 软件界面与主要运算结果
在Matlab软件环境下运行主程序,即可弹出模型软件主界。选择左上角的工艺动态仿真按钮,弹出工艺动态仿真界面。选择工艺条件,分别输入工艺参数范围和工艺参数后,点击“确定”键,可以得到动态的有机物进、出水值和处理效果以及其它工艺参数的图形和数据显示,如图2所示。
软件运行后,在运行窗口左边弹出该输入点与其前19个点组成的曲线变化趋势,并表明了该点的进水COD浓度、出水COD浓度、去除效率以及进水pH值。这四张图随输入数据的变化不断在改变。右边弹出的是实时变化的变化点的工艺运行条件和处理效果详细资料。用户可通过该表的观察,较容易地了解到输入工艺条件下的物化处理的运行效果。按“返回”键可以退回到物化处理主界面。
该软件根据试验研究得出的混凝、电解、电解芬顿的反应动力学方程和数学模型,利用MATLAB的GUI功能,建立了生活垃圾焚烧厂渗滤液的物化处理(混凝-电解/电解芬顿)动态模拟仿真系统,可进行组合工艺对有机物处理效果的动态模拟和运行费用估算、工艺单体的有机物和氨氮处理预测分析。该系统界面友好,功能较为齐全,方便用于物化处理效果的预测和仿真控制。
这套模型仿真系统界面比较友好,功能较为全面,可以在进行水污染控制工程教学时,作为示例使用,甚至可以选择其中较为简单的模型引导同学进行编程试验,让学生对于计算机建模工作有更加直观和全面的认识。
3 总结和建议
在高等教育规模快速扩大、就业形势日益困难的外部大环境下,如何培养具有扎实专业基础的应用型人才、提升学生的社会竞争力是需要高校专业教师思考并不断付诸实践的问题。从培养环保工程师的角度,将计算机模型软件与水污染控制工程应用相结合也十分必要。
参考文献
[1] 栾兆坤.混凝基础理论研究进展与发展趋势.环境科学学报.2001,21(6):1~9
卓越工程师培养是促进高校培养适应社会和经济发展需要人才的一项质量工程。该计划是一种全新的人才培养理念和模式,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类高质量工程技术人才,全面提高工程教育人才培养质量,促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国。
湖北工业大学是一所省属的工科院校,于2011年10月获批成为教育部第二批卓越工程师教育培养计划高校,环境工程专业有幸成为其中的一份子。因此作为一名专业课老师,思考在卓越工程师的培养模式下,如何构建新的课程体系、优化课程设置、调整教学内容、创新教学方法、强化实践教学训练使其符合卓越工程师人才培养要求。水污染控制工程是环境工程专业的重要主干课程之一,主要讲授污水处理中最常用的物理、化学、物理化学及生物的处理方法,将污水水质指标、污水处理理论、原理和工艺技术设计计算紧密结合,并对常见的处理工艺进行系统介绍,使学生对不同水质的水处理理论的方法有全面、系统的认识。水污染控制工程是一门综合性很强的课程,涉及化学、物理、物理化学、环境工程微生物和流体力学等学科。课程的设置不仅包括理论与实验教学,而且还涉及课程设计以及实习实践等环节的内容。该课程作为一门实践性较强的课程,对学生的动手能力,工程设计能力有着更高的要求,因此,如何提高学生自身的素质和竞争力,为学生今后的发展奠定了坚实的基础,需要我们教师根据课程特点,结合社会的需求不断改进教学方法和手段,培养出合格的人才。主要采取以下措施。
一 课程教学内容改革探索
1 调整优化教学内容,增加课程的先进性
随着工业的迅速发展,工业排放的废水越来越复杂,传统的废水处理技术已经不能满足处理的要求。因此随着科学技术的快速发展,水污染控制新技术和新装备也日新月异。教师在上课时必须紧跟科技发展,积极掌握水污染控制技术及设备的最新进展,及时将新技术、新工艺和新理念融入教学内容,如高级氧化法、生物絮凝剂、复合絮凝剂、膜生物反应器等高效新型的技术纳入到课程中。学生在掌握传统技术的基础上,掌握最新的行业技术,使他们在以后的就业和学习中,立于较高的基点。
2 面向工程,强化特色
水污染控制工程作为环境工程专业的一门核心课程,其课程建设与改革应根据环境工程专业的人才培养目标,面向工程,加强学生的动手能力、工程实践能力、创新能力的培养与教育,做到教学、科研和实践的有机结合,不断丰富实践教学的内容、方式和途径,以有效提高学生面向环保产业生产一线的工程素质。教师在课堂上介绍一些工程实例,通过讲解其工艺原理及工艺参数的选取特点,强化学生理论联系实际意识和工程意识,同时根据我校轻工特色,增加大量的轻工行业的污水治理的实例如造纸废水、食品废水等。同时工程案例和项目要不断更新,紧扣学科热点问题,密切跟踪企业发展急需解决的问题,真正做到企业需要什么,学校就教什么。并结合《室外排水设计规范》根据其给出的废水工程的设计原则和设计的指导,跟踪行业发展,树立规范意识。
3 与职业资格考试相互结合
注重授课内容与注册环保工程师考试的要求相适应。随着2005年9月1日起《注册环保工程师制度暂行规定》的施行、2007年注册环保工程师资格考试的首次实施,中国在环保行业逐步实行执业注册制度。水污染防治(即水污染控制工程)是注册环保工程师资格考试的四个专业方向之一。
结合注册环境工程师的考试要求,将相关内容整合到教学过程中,保持教学软件与工程实际应用软件的同步,使学生所学内容能够和工程设计与管理实践相接轨,从而构建理论教学、实践教学以及注册环境工程师培养三位一体的课程内容体系和实践教学体系。
二 采用多种灵活的教学方法
1 多媒体与传统板书相结合
水污染控制工程作为专业主干课,公式和工艺流程多,基本原理和工程技术应用多,针对这一特点,教学中选择了传统板书和多媒体课件并重的教学方式。多媒体教学可以集文字、图像、动画、声音于一体,把相关的内容和图像生动、直观地投影到屏幕上,通过声、光对信息的传递将抽象、生涩、陌生的知识直观化、形象化,激发学生学习兴趣,调动其主动学习的积极性。例如在讲述构筑物结构时,既有实际构筑物的图片,又引入AUTOCAD图纸,使学生不仅了解构筑物的外观形式,而且深入了解构筑物内部构造和关键的设计点,这有利于增加学生对构筑物构造的感性认识,加深印象,从而强化学生对相关知识点的学习和理解。又如在介绍处理工艺流程时,既可先借助流程图的图片介绍流程的工作原理,然后又引入实际污水处理厂的flash和DV,使学生对工艺流程的理解从感性和理性上都会得到强化。
传统板书传递给学生的是一种视觉信息,是教师在课堂上利用视觉形象与学生交流信息、传递知识的重要教学方式。科学研究表明,在进入人脑的各种信息中视觉信息约占75%,可见板书在课堂教学中非常重要。因此将传统板书和多媒体相结合,使学生不仅学习积极性很高而且接收的信息量大大增加。
2 讨论式教学
为了避免“填鸭式”的教学,可以采用讨论式教学,即教师首先提出问题,将学生分为几个学习小组,每组分配一个问题。经过充分的查阅资料、认真讨论和总结后,各小组派代表发言给出总结,教师在此基础上进行点评,并给予优秀学习小组的肯定和奖励。这种教学方式不仅可以激励每位学生都热情饱满地参与到学习活动中,还有效避免上课思想抛锚的情况发生,通过讨论可以使重要知识点明朗化,有助于学生的记忆,达到事半功倍的效果。
3 采用教学团队进行教学
教师是课程建设的关键,教师的能力和水平决定了人才培养的质量。为了更好地实现该精品课程的教学目标与建设目标,改变传统教学方式——“一个教师教一门课”,采用教学团队进行教学,教学团队由教授、副教授、讲师组成,由工程经验丰富、教学水平高的带头人领衔负责,以中青年教师为主体,建立知识、年龄、学历结构合理的教学团队。任课教师不仅具有丰富的理论知识,而且具有实际工程经验。教学团队建设的过程不仅要提高团队成员整体素质,而且要优化组合,有效促进水污染控制工程课程教学改革与建设,不断提高教学效果,提升教学水平。
三 加强实践性教学环节,提高学生综合素质
1 整合实验内容,提高学生动手能力
在授课过程中,安排验证性实验,此类实验以加深学生对水污染控制技术基本概念、基本原理、基本方法的理解,以及基本实验技能的培养。在授课结束后,安排设计性实验、综合性实验,让学生对所学的内容进行综合运用,充分调动学生的探索积极性,培养其独立思考能力、综合运用所学知识解决问题的能力以及创新能力和团队合作精神。根据我院的特色专业——造纸、食品等专业,可选取造纸、食品生产废水,通过水质分析、设计出自己认为最佳的处理方案,再通过实验加以验证。
水污染控制工程涉及的实验内容多而广,通常所用的时间较长,传统的实验课程无法满足学生对实验的全面了解。因此可在传统实验课程的基础上,设立开放实验室。让学生在实验室统一开放的时间,利用课余时间进行实验,如氧化沟处理废水实验,进行实验的设计、参数的选择、污泥的培养、装置的运行、处理后废水指标的测定等过程。这样不仅能培养学生的责任心和自我管理能力,而且能最大限度地让实验室资源得姬充分的利用。
2 课程设计选用实际工程案例
该课程的课程设计主要是针对完成水污染控制工程课程学习后进行的一个重要的实践环节,也是一个总结性的教学环节。其目的是使学生在掌握了水污染控制工程的基本原理、基本理论和设计方法后有针对性地进行模拟设计,学会查阅资料、使用手册、选用数据和公式、合理确定工艺流程、正确进行设计计算、用技术经济的观点评价设计结果,用AUTOCAD画出合理的平面、高程图。另外还要结合认识实习,将认识实习安排在水污染控制工程理论课结束后,课程设计前进行,这样使学生已经对污水处理厂有了一个初步的认识,课程设计更加合理,符合实际。
3 开展多渠道实习形式
在传统的认识实习、生产实习、毕业实习的基础上,拓展更多的实习渠道,如学术讲座、校企合作等。举办专题讲座,邀请工程实践丰富的技术人员或专家给学生做专题报告,结合工程实例讲授工程设计、施工、运营过程等实际问题,启发和引导学生去寻求解决问题的方法。
与一些污水处理厂、环保公司建立长期实习合作关系.选派学生到公司进行长期实习,参与公司污水处理厂设计、营运的整个过程。同时,结合湖北工业大学膜技术研究所的研发和工程实践,让学生参与多项课题的立项、研究、项目实施和项目运行。
总之,高等工科学校卓越工程师培养计划是实现建设具有中国特色新型工业化国家、建设创新型国家、人才强国等国家发展战略的重要教育举措。水污染控制工程是环境工程专业重要的一门专业课,因而课程的建设应以培养学生的工程实践能力和创新能力为目标,采用恰当的教学方法,丰富教学内容和加强实践环节,切实提高教学质量,把学生培养成真正高素质的技术应用型人才,对于“卓越工程师”的培养有重大意义。
参考文献
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[5]刘艳娟,沈丽,张志众.水污染控制工程课程教学与实践 [J].廊坊师范学院学报(自然科学版),2011,11(3):126-130.
1.课堂教学效果比较
“专升本”和普通本科教学班在教学大纲、教学计划、课程学时、所用教材等方面都完全相同。在教学过程中,笔者发现普通本科生学习积极性高,师生互动多,课堂教学氛围明显优于专升本班的。学生经常带着问题来上课,如水体富营养化为什么会形成,如何进行控制;河流为什么会发黑发臭、如何进行修复等。这些在日常生活中困扰着学生的问题会与课堂上相应的知识点产生碰撞,容易形成和谐的师生互动、生生互动,产生强烈的教学共振,提高教学效果。而“专升本”学生生源专业背景复杂,缺少环境工程的基本知识点支撑,对污水处理基本概念的理解和把握相对吃力;这导致学生在课堂中缺乏自信,师生互动少,教师在课堂中被动地以讲授式教学为主,课堂氛围相对沉闷。
2.期末考试成绩比较
普通本科班和“专升本”班的期末考试试卷相同,试题类型包括名词解释(14%)、填空题(12%)、选择题(20%)、简答题(40%)和计算题(14%)。经统计分析发现,普通本科班期末考试的班级平均分为82.6±12.6(n=34),而“专升本”的班级平均分为76.4±10.8(n=39),普通本科班的期末考试成绩高于“专升本”班级6分之多。
3.原因分析
学生专业背景差异大,专科阶段的实践、认识实习和先修课程的缺失以及现阶段课程设置是“专升本”教学效果劣于普通本科班的主要原因,现分析如下。对于普通本科班而言,本课程设置在第五学期是合适的。此时,他们已修完大部分先修课程,并通过认识实习、暑期社会实践、浙江省“五水共治”科普活动等实践环节积累了一定的专业认识;此外,部分学生还通过参与大创项目、挑战杯、教师科研课题等,对污水处理技术已有了一定深度的了解。因此,普通本科生在学习《水污染控制工程》时已有了一定的认知基础。然而“,专升本”学制为两年,第四个学期为毕业设计阶段,因此大部分课程都要集中在前3个学期内完成。由于“专升本”学生基础相对薄弱,专业背景复杂,很多学生对于化学、环境监测、环境工程原理、环境微生物学等这些环境工程专业课的先修课程都未学习过,更无从谈起上述普通本科生经历的各项专业实践环节。为达到环境工程专业本科生培养目标,这些课程都补充在“专升本”培养计划中。然而受学制制约,学生课程任务繁重,上述课程需要与《水污染控制工程》等专业课同时开展,无法达到“先修”的要求。因此,教师在授课过程中对一些基本概念的讲解就要比普通本科班花费更长的时间,学生理解和把握起来也显得十分吃力。比如,在讲解污水二级生化处理时,就需要学生具有扎实的环境微生物学基础,才能有效学习有机物、氮、磷的去除机理和处理工艺。这对于在第三学期就修完环境微生物学的普通本科生而言游刃有余,而对于“专升本”学生而言,该课程与《水污染控制工程》在第一学期同时开展,教学效果显然不好。
二、提高“专升本”教学质量对策和建议
1.以学生为中心,丰富教学手段
《水污染控制工程》是一门工程实践性极强的专业课程,特别是在工程教育认证和“卓越工程师”培养计划的大背景下,理论教学必须按照国际标准、结合工程应用开展,从而提高我国工程教育质量。在“以学生为中心”的前提下,不断丰富和创新教学手段。针对“专升本”学生专业背景迥异、专业基础知识薄弱等问题,在教学过程中可结合启发式教学、案例教学、演示法教学、比较教学等手段;同时结合日常生活中的所见所闻,深入浅出,引导学生对基本概念和知识点的理解与掌握。如在讲化学混凝时,通过列举“甜豆浆”和“咸豆浆”的表观性状的差异,加深学生对“压缩双电层理论”的理解,提高了课堂的趣味性。另一方面,可聘请设计院、环保公司里工程经验丰富的专家学者来课堂授课讲学,开阔学生的工程视野。
2.合理设置开课学期和先修课程
环境工程(专升本)是我校新招生的专业,因此,其培养计划的制定也是摸着石头过河、不断完善的过程。之前的培养计划中,《水污染控制工程》设置在“专升本”第一学期。而实际情况表明,大多数“专升本”学生在专科阶段对前文提到的先修课程都未曾学习过。这对专业基础知识和实践能力本来就弱的“专升本”学生来说,《水污染控制工程》安排在第一学期欠妥。为了解决先修课程和水污染控制工程教学过程中的矛盾,我校已将其开课学期调整为第二学期,在完成先修课程的学习、夯实基础知识后,相信“专升本”班级课堂氛围和教学效果都会有大幅提高。此外,建议在培养计划中补充认识实习,在第一学期末或第二学期初可组织参观污水处理厂等实际工程项目,使学生有直观的工程认识。
3.让学生参与科研项目,提高实践能力
环境工程专业普通本科生在课余时间都有参与教师科研项目的机会,或自己申报校级、省级、国家级的创新项目。因此学生对专业课的学习积极性很高,会主动查阅相关文献资料,更容易实现“翻转课堂”的教学理念。对于“专升本”学生而言,由于大部分学生都是外校考入我校的,与老师之间还处于陌生和熟悉阶段;加上课程紧张,短时间内难以有效开展相关课题研究,实践动手能力相对较弱。对于“专升本”学生而言,可效仿我校施行的本科生导师制,并建立相应的体制和机制,使“专升本”学生与大一新生一样,在入学时就有专任教师进行专业指导。如此可增强“专升本”学生的认同感和自信心,提高实践能力、培养水平和竞争力。
4.利用现代网络平台,提高师生和生生互动
在网络科技高度发达的今天,人与人之间的距离也越来越近。教师也可借助QQ、微信、微博等现代网络平台拉近与学生间的时空距离,使学生的问题能及时得到解决。专任教师在自己的研究领域属于专家,比如在他们的“微信朋友圈”中都会活跃着一些专业人士,或多或少会转发一些最新的技术。教师可以将这些资料转发至教学班班级微信群,供学生在空闲时阅读。这样可提高师生间的互动,学生在课后也能轻松学习专业知识,提高学习效率,弥补专业知识的欠缺。从目前反映的情况来看,这一措施极大提高了学生的学习积极性,也使师生间的关系更加融洽。
三、结论
《水污染控制工程》是环境监测与治理专业(环境工程专业)的核心课程。笔者通过多年对教学模式的探索以及对社会调研、毕业生、环保单位的反馈意见的分析,笔者认为进行《水污染控制工程》教学改革势在必行。
一、准确的课程定位
课程服务于专业能力培养。首先,在调研、专业前景分析,对毕业生及就业单位的反馈信息进行科学分析研究的基础上,召开专家指导会,共同制定了《水污染控制工程》的能力培养目标(准确服务于专业培养目标),通过课程系列教学,学生应具备的核心能力是:1.水污染处理构筑物的读识图能力;2.污水处理工艺的初步设计能力;3.污水处理厂的调试、运行管理能力。
二、基于任务驱动导向的教学改革
1.教学内容方面。教材是关系到教学效果的重要物质基础。《水污染控制工程》课程必须选择适用于高职教育特点的有利于学生职业能力培养的优秀教材。
需要强调的是,教材内容只是教学内容的一部分。根据校企合作共同开发的技术手册也会作为重要的教学内容,充实到学生的教学过程。
2.教学实施方面。⑴积极转变教育观念,教学相长,进行兴趣教学。教学活动不再是简单的老师讲,学生听。而是应以学生为主体,让教与学相辅相成,让学生在完任务的行动中学习。⑵实训教学与《水环境监测工》、《污水处理工》等职业技能鉴定相结合。依据典型的实际工作任务、工作过程和工作情景组织实践教学课程,把知识、技能与素质融为一个整体。强调对学生专业操作技能的整体训练,又注重对学生基本素质的培养。在国务院下发的《国务院关于大力发展职业教育的决定》中,提到了“加强职业院校学生实践能力和职业技能的培养”,其中,着重强调“进一步推进学生获取职业资格证书工作”。⑶学工一体、校企双赢。高职环境类学生毕业后主要工作为污水处理系统进行运行调试、设备维护(维修)、工程设计。为了让学生在离校前就有这些方面的技能,《水污染控制工程》教学安排学生到污水处理厂、厂矿企业污水处理站、环保企业进行顶岗实习。通过工学合作,达到学校高质量培养学生职业能力,环保企业提高工作效率、经济效率“双赢”的目的。⑷巧用专业论坛,让学生与“高手”交流,增长实践知识。互联网上的专业论坛有:水世界网、网易给排水、筑龙网、中国水网等。经验丰富的工程技术人员常发贴进行交流,互通有无。老师针对性的引导学生进入论坛与经验丰富的“高手”进行交流,学生普遍反映收获很大,激发了学习课程积极性。需要指出的是,网络中的很多东西是良莠不齐的,因此,老师利用论坛进行辅助教学时,必须对学生进行正确的引导,以防误导学生。
3.专业教师教育能力培养与提高方面,加强“双师型”教师建设。教师的技术水平和理论水平直接影响教育教学的质量。专业老师必须掌握过硬的污水处理工程技能,具有丰富的实践经验,才有能力教好学生。根据当前高职教育发展形式,所有教师会定期下厂锻炼,不断提升自身的实践技能和工程经验。聘请一支既有实践经验又有较高理论水平的工程技术人员作为兼职实习指导教师。以多种方式提高教师的生产实践水平,加强“双师型”教师建设,以满足实践教学的需要。
4.授课模式方面。⑴理论授课方面。课程教学由两个学期完成改为一个学期完成,从128学时降为96学时,每周6学时。其中,在多媒体教室完成理论教学4学时,保证“理论够用”。利用多媒体系统,进行仿真教学,学生进行模拟体验,不但巩固了理论,也接触了实践。⑵现场授课方面。教学周剩下的2个学时在校内小型教学设备(小试)中心完进行现场教学。学生可以进行通水运行、调试管理,锻炼动手能力。⑶实训授课方面。在校外实训基地完成顶岗实习,不少于180学时。实践教学主要由外聘教师负责,校内教师辅导。
依据校企双方制定的《水污染控制工程》课程标准及企业岗位标准规范学生实训,完成老师安排的教学性工作任务。
三、结束语
我国从中央到地方也越来越重视高职教育的发展,无论从政策上还是经济上都加大了力度。这是高职教育的机遇,也是环境类专业的机遇,当然,这更是高职教育发展的原动力。作为从事《水污染控制工程》课程教学的高职教师,应该积极行动,结合高职教育特点,对《水污染控制工程》课程教学的改革进行科学有效的探索与研究,从而能真正能为国家环保事业做出贡献的懂技术、会管理、高素质、高技能、实用型人才。
教育部环境工程与科学教学指导分委会于2005年制定了《高等学校本科环境工程专业规范》要求,非常强调学生的动手能力和创先精神,环境工程专业必须加强实践教学环节,着重培养一下能力:实验技能、工艺操作能力、工艺设计能力、工程设计能力、科学研究能力、社会实验能力等[1]。实践环节对专业教学至关重要,可使学生加深基础知识理解与掌握,锻炼理论知识在实际中的应用能力,提高学生分析与解决实际问题的能力[2]。课程设计作为理工科高等院校专业教学的一个重要实践环节,在教学中起着承上启下的作用,是连接基础知识、基本理论学习和生产实际的纽带和桥梁,是培养学生综合运用所学知识解决生产实际问题能力的有效手段,是培养学生创新能力和创新意识的重要环节,是培养学生工程设计能力的重要手段,是学生综合运用本专业课程和前修课程的基础理论,进行工程设计的尝试,也是对前期教学效果的检验和评价的一种很好的形式。搞好课程设计这一实践性教学环节,对于培养学生动手能力和提高学生综合专业素养具有十分重要的意义。但就目前来讲,我校环境工程专业课程设计存在几个比较突出的问题。
一、环境工程专业课程设计现状
(一)设计课程内容重复
环境工程专业课程设计是在学完本课程后的一次综合训练。我校环境工程专业设置了“水污染控制工程课程设计”和“环保设备-原理•设计•应用课程设计”,时间分别为1周。《水污染控制工程》(下册)选用教材为高廷耀、顾国维、周琪主编的,笔者根据大纲要求及实际教学时数的限制,重点讲解下册第二篇污水处理部分,以水处理的物理方法—化学方法—物理化学方法—生物处理方法为主线,重点讲解物理法、物理化学方法和生物处理方法;《环保设备-原理•设计•应用》选用教材为郑铭主编的,以物理法设备—化学法设备—生化法设备—物理法设备为主线,重点讲解物理法设备、物理化学法设备和生化法设备由于两门课程分别侧重水污染控制原理和水污染控制设备,在课程设计中有一部分内容是重复的。
(二)课时量少
近几年,环境工程专业本科在校生的数量逐渐增加,而专业课课时数量逐渐减少,教师在课堂教学中没有时间单独对课程设计内容进行讲授。而学生在进行课程设计时遇到的问题需要指导教师进行现场解答,由于指导课程设计的教师只有一个,很难及时解答所有学生提出的问题。
(三)课程设计时间短
根据环境工程专业教学计划的安排,“水污染控制工程课程设计”和“环保设备-原理•设计•应用课程设计”的时间各1周。1周的时间设计一套比较复杂的污水处理系统是很困难的,因此课程设计题目难度不宜太高,要求也比较低,对学生实际设计能力锻炼效果有限。例如在进行水污染控制工程课程设计时,首先需要根据给定的水质条件和出水要求选定合适的污水处理工艺流程然后再根据工艺流程进行设计计算,由于学生缺少对工程实例的认识,工艺流程选择未必合理,可能需要重新选择再进行设计计算;而在对设备构筑物进行计算的过程中,需要选取合适的工艺参数,进行计算后对结果进行校核,由于学生对构筑物的认识只停留在理论上,需要进行对此校核计算结果才合理,再加上绘制设计图纸,1周的设计时间就显得非常紧张。
(四)课程设计过于理论化
课程设计一般安排在理论课程结束后,由任课教师根据课程内容,向学生下达一个具有代表性的设计题目。设计题目一般与实际工程问题相结合较少,学生在接到设计题目后也不会安排到类似的工程现场进行参观学习。学生缺少对工程实例的认识,只能根据课本理论查找相关的设计手册,完成设计计算,整个过程过于理论化,与工程实际相差太远。
二、课程设计改革方案
(一)修改教学大纲
我校环境工程专业设置了“水污染控制工程课程设计”和“环保设备-原理•设计•应用课程设计”两门课程,由于两门课程分别侧重与水污染控制原理、方法和水污染控制设备,在课程设计中有一部分内容是重复的,所以在2010级环境工程专业的教学计划中已经进行了修订,将课程设计集中在第七学期“环保设备-原理•设计•应用课程设计”进行,时间为2周,精简了课程设计内容,延长了课程设计时间。
(二)完善课程设计资料
总结近几年课程设计的经验和存在的问题,制订课程设计教学大纲;编写具体的设计指导书;收集整理各种设计参考资料、设计手册等;制订课程设计管理文件。
(三)重视课程设计的实践锻炼
课程设计别重要的是计算构筑物的尺寸,选择设备的型号等问题。为了提高课程设计的实践教学效果可安排学生到工程现场进行参观学习,参观的单位一般2~3个即可,重点是让学生了解处理工艺和处理构筑物的规模、重要参数等,让学生做到心中有数,结合工程实例完成设计任务。在2010级环境工程专业的教学计划中对此已经进行了修订,将生产实习安排在了课程设计前,即第六学期进行,丰富学生的实际经验。
(四)改变多人做同一题目的做法
进行课程设计,最好是每个学生采用不同题目。但由于种种原因,目前学生进行课程设计,是多人同做一题,这样就难以避免抄袭现象。为了改变这种情况,作为指导教师要尽可能地多布置不同的设计题目。但学生数量太多,做到一人一题可能性很小。这时,可以布置相对较复杂的设计题目,让几个学生共同完成,每人承担各不相同的任务。这样既可以避免抄袭现象,让学生各自独立完成设计题目,还可以在设计中锻炼学生的工作协作能力,培养团队意识,对学生今后的工作有很大好处。
(五)真题真做,环环相扣
通过生产实习,让学生直接接触污水处理设备,增强学生的工程概念,而且为了提高学生在生产实习时的主动性和积极性,将后续的课程设计与生产实习紧密结合在一起。在学生进行生产实习前,将所有学生进行分组并确定各组应完成的设计题目,并在生产实习前专门进行一次有关课程设计的授课,对课程设计中可能出现的问题给予提醒,同时介绍生产实习厂家的主要特点。这样可以使学生带着问题进行生产实习,使写生在实地参观实习时对其中可能对自己课程设计中具有参考意义的部分进行重点学习和讨论。这样不仅提高了学生生产实习的主动性和积极性,也提高了学生对课程设计的理解,可以在较短时间的生产实习过程中提高学生对工程实践的认识。因此,课程设计应该最大限度地发挥学生的主体作用和主观能动性,调动学生设计的兴趣和积极性,以期取得较好的教学效果[3]。#p#分页标题#e#
环境工程专业每隔4年修订一次培养方案,2012版培养方案中学科基础课程有流体力学、环境工程原理、环境工程微生物学、工程制图与CAD基础、工程力学、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理,共13门课程53学分。专业必修课程有环境监测、大气污染控制工程、水污染控制工程、固体废物处理与处置、环境物理性污染与控制、环境质量评价,6门课程15.5学分。专业选修课程有排水管网、给水工程、传热传质学、城市规划等,16门课程2分。实践教学环节有6周的认识、生产、毕业实习,环境监测、环境工程2门实验、泵站、大气污染控制、水污染控制、固体废物处理、排水管网、给水工程、环评7门课程设计、毕业设计等,共17门课程45.5学分。2012版培养方案较2008版减少了30学分,总的特点是“三重”,即重基础、重实践、重专业方向,力争让学生具备大学生基本素质和自我学习能力,专业上突出按方向培养,系统深入掌握水、气、固、环境管理规划某一个方向知识。环境工程专业逐渐组建大气污染控制、水污染控制、固体废物处理和环境规划管理4个方向的教学团队,承担相应方向的课程群建设,开展教学改革和科学研究。
二、教学团队带头人和骨干教师遴选
教学团队带头人作为团队的“领头羊”,引领着教学改革和科学研究方向,是教学团队的核心和灵魂。教学团队带头人除具备较高的学术造诣、创新性学术思想和良好的组织协调能力外,还应长期坚持在本科教学第一线,致力于课程建设,具备目光远大、胸襟开阔、善于沟通、甘于奉献等人格魅力,以学术精神、学术水平带动和影响团队成员参与团队的各项建设,促进学术成果的教学转化,吸引并带动一批有创新能力和突出发展潜力的中青年教学骨干,组建合理的教学梯队。教学团队成员除年龄和职称结构合理外,也需考虑基础知识、专业知识、实验设计实践环节、科学研究和工程应用等多方面人才互补。骨干教师遴选以本专业教师为主,但需跨学科、跨专业、跨院系,甚至跨地域吸收引进核心骨干成员。团队人员数量以8~15人为宜,其中包含3~5位校外专家顾问。团队梯队人员结构既注重基础和专业结合,也注重校内、外联合、基础理论研究和工程应用结合。
三、开展课程群教学改革
(一)课程群建设规划
精品课程建设在新一轮高校教学改革中具有带动主要课程群建设与改革、推动品牌专业立项与建设、开创院校办学特色等重要功能。教学团队以精品课程的建设目标和要求编制课程群建设规划,明确和制定课程群建设目标和任务,以及建设的具体措施与对策。精品课程有院级精品课程→校级精品课程→省级精品课程→国家级精品课程4级建设梯度。水污染控制工程和大气污染控制工程已评为省级精品课程,这两个教学团队力争将省级精品课程建设为国家级精品课程,同时以省级精品课程的建设目标带动环境工程微生物、环境工程原理、环境监测等重点课程申报校级精品课程。
(二)教学内容和教材
教学团队要理清不同课程在课程群系统中的逻辑关系,针对学生培养目标,规范基础课程、专业骨干课程和选修课程之间的教学内容分配、衔接等,突出重点,避免内容重复,统筹考虑各课程的学时、开课时间、实践环节内容与课时分配。抓好归属课程教学大纲执行与落实,规范归属课程讲义与教案,加强课程教学课件等方面建设,将该学科最新研究成果及时补入教学内容,定期修订与完善各门课程大纲内容、范围和要求。同时,对每门课程教学所选用的课堂教学、实验、课程设计、实习指导教材进行论证。教材建设是教学团队建设的一个很好载体,教材是教师和学生之间的媒介,是联系师生的纽带,也是教师合理利用教学资源、整理教学思路的突破点。现在高校使用的教材或多或少存在着内容陈旧、缺乏创新等问题,应尽量选用最新的“十一五”、“十二五”国家级规划教材和面向21世纪高校教材。对教材的选用既要考虑国内、外最新先进科技成果,又要考虑教材质量。另外,要积极组织力量主编或参编省部级以上教材,自编特色教材。总之,使教学内容紧跟科学文化以及经济社会发展步伐,做到与时俱进。
(三)教学方法和手段
教学团队建设中突出创新意识和团队进取精神。教学团队除了改革教学外,在教学模式和教学方法等方面也要进行积极改革和创新,将一些好的教学研究成果运用到本科教学,形成特色。比如,可以采用六步教学法、课堂讨论法、启发式教学法、案例教学法、直观教学法、比较教学法等进行课堂教学的不断尝试与探索。也可采用多媒体教学、实验教学、课程设计、双语教学、仿真教学、视频教学、网络教学、现场实训结合的“八结合”教学方法和手段,丰富教学内容,提升教学质量。
(四)科研和教学互补
教学团队及科研团队是伴随着高校的发展而产生的,两者密切联系、相互包容和依存。教学团队主要是针对本科教学提出的,是以提高教学质量、促进教学改革为主要任务,通过团队建设促进高质量人才培养;科研团队,侧重于以项目为依托,探索新知识、开发新成果等,目的是为学科发展提供创新成果和高层次人才。在教学型院校,教团团队应融合科研团队的作用和功能,高校教师既是知识的传播者,也是知识的创造者。优秀的教学团队建设应当与科研工作紧密结合;定期讨论本团队方向的前沿科学问题,申报科研项目;搭建实验平台,开展科学研究,实现科研反哺教学。
(五)教学团队管理和绩效考评制度