谈新工科下的工程专业实验教学改革

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关键词:新工科;环境工程;教学实验

“新工科”是将科学、人文和工程的进行交叉融合，培养复合型、综合型、创新型人才，涵盖传统工科教育的改革升级以及新工科专业的建立。根据教育部高等教育司要求本科院校应围绕传统工科教育进行改革，将企业生产和课堂教育进行深度融合，不断推进人才培养模式创新性改革，为国家培养出符合社会发展需求的人才。实验教学在新工科人才培养中的作用十分重要。在新工科背景下进一步推进实验教学改革和平台建设，是对工科教育新理念、人才培养新模式的探索，有助于提高学生在知识交叉融合、批判性思维、终身学习等方面的综合素质，提升应用型本科专业教学水平和教学质量。广东石油化工学院是华南地区唯一石油化工特色高校，从2015年启动国家工程教育认证，2018年环境工程专业通过国家工程认证的专业。环境工程专业实验教学的改革方向是建成符合国家经济发展的“新工科”，而改革的标准就是国家工程教育认证标准。如何将石油化工行业特色和新工科背景开展环境工程专业教学实验改革和平台建设，培养创新应用型、技术技能型人才，需要重点研究。

1我校环境工程专业“新工科”教学实验改革与平台建设需探讨的关键性问题

1．1行业特色不明显

本校的定位是华南地区唯一石油化工特色高校，环境工程专业领域依托石化行业优势，在科学研究、人才培养等方面形成了鲜明的石油化工特色。教师团队研究方向均与石油化工行业相关，设置了石油化工废水处理与回用、石油化工废物处置与利用、石化污染环境修复等研究方向。但是这些行业特征在学生培养环节体现得却远远不足。就现有的实验教学体系来看，虽然涵盖了水、气、声、固等方面，但均为常规污染物的分析、监测与治理，并未涉及到石化特点。

1．2工程性、综合性实验开设不足

环境工程专业工程实践性较强，有很强的专业特性和实用性，目前开设的实验教学主要以验证性为主，涉及少量综合性实验，完全没有自主设计实验方案，学生只能按部就班完成既定的实验方案，无法培养学生创新能力和分析问题、解决问题的能力。

1．3实习基地不允许学生动手操作

环境工程专业所实习实践的工程往往是国有大型企业，这些大型企业有严格的规则制度，出于安全的考虑，在实习和实践环节学生只能是“眼看手勿动”;同时，企业自身还有繁重的工作安排，企业师傅没有办法详细指导，学生每天从入场到离场只是呆着厂区办公室，参与度极低，实习和实践效果较差。目前学校正全力建设高水平理工科学校，随着新校区的建成，更能体现石油行业特征的“新工科”实验课程体系的完善和平台建设对新校区实验室的规划具有极其重要的意义。环境工程专业作为我校优势重点学科，也是本校首批入驻新校区的理工科专业。以它为例，对实验教学进行改革，构建符合新工科背景的教学平台，可为本校其他工科专业改革升级提供参考。

2以“新工科”为理念改革环境工程专业教学实验

本文针对以上存在的问题进行教学反思，从“新工科”教育出发，改进环境工程专业实验，以满足新时代人才培养的需求。

2．1增加综合设计性实验

综合设计性是培养学生综合能力，创新意识的主要途径［1－2］。目前，环境工程专业开设实验主要是验证性实验，培养的是学生仪器设备的使用和操作能力，学生的创新能力和解决实际问题的能力锻炼较少，为配合新工科教育理念，应该加强综合设计性和科学研究性实验内容的比重。因此，需要将现有开设的验证性实验通过知识点之间的相互联系进行整合，同时融合石化行业特色。以《环境监测实验》课程为例，目前开设的实验包括废水颜色的测定、浊度的测定、废水中悬浮物固体的测定、化学需氧量的测定、水中六价铬的测定、水中溶解氧的测定、环境噪音的监测、氨氮的测定、废水中苯系化合物的测定(演示实验)、水中镉的测定(演示实验)这10个项目，其中苯系物和重金属镉的测定属于演示实验。分析这10个项目的开设存在如下问题:①实验内容相对传统和简单，测定废水为实验员为各个实验项目单独配置的特征废物，不存在相互干扰的情况。②学生接触、使用大型仪器的机会很少，最常使用的依然停留在分析天平、可见分光光度计等常规仪器上，没有机会独立操作原子吸收光谱仪或气相色谱仪等相对大型仪器。③石化行业特征没有得以体现。④各个指标点之间并未形成很好的关联性，学生完成实验后只是掌握了这些监测指标的实验方法，但是对这些指标背后反映的意义并没有深入体会，当然实验结束后对他们的综合能力和解决实际问题的并没有较大的提升。针对上述问题提出的改革思路。以实际废水———石化炼制排放的废水为监测对象，要求学生完成废水是否达标排放评价，学生按照3－4人/小组进行，学生必须自己查询石化废水评分标准，根据标准确定测定指标，实验方法，最后根据实验结果完成废水是否达标排放评价。通过这个过程的训练，学生对这些测定指标的意义以及实验操作，如何减少实验过程中存在的干扰，如何评价废水是否达标排放等有了深刻的认识，也培养了他们利用现代工具解决复杂问题的能力、团队协作能力。拉近了学校理论学习和企业实际运用的距离，使学生真正做到毕业即上岗，上岗能担事，成为具有新工科特色的、综合能力强的应用型人才。

2．2开展创新研究性实验

21世纪教育的重点在于创新教育，高校是培养高素质创新性人才的摇篮。目前，全国各地均开展高水平理工科大学建设，我校亦为培育学校。环境工程专业作为我校优势学科，是广东省综合改革试点专业，广东省特色重点学科，拥有4个省级重点实验室和1个院士工作站，教师队伍博士比例高达76%，承担国家、省部级及企业等科研项目50余项。环境工程专业有着一支教学、科研实力非常雄厚的教师队伍，如何将教师进行的科学研究实验应用于教学，让学生参与到国家、省级自然科学基金等高水平项目中，以科研带动教学，培养学生创新研究能力，需要对现有学生实验课程评价机制进行修订。

2．3开展虚拟仿真实验

虚拟仿真实验［3］是指在计算机上用仿真软件模拟现实效果，在接近真实的环境下进行实验教学。虚拟仿真实验系统具有直观、形象生动、图文并茂等特点，可以弥补传统实验安全性差、污染性高等缺点。虚拟仿真实验可以模式真实的环境污染控制工艺、参数以及操作方法，学生可以真正动手操作废水、废气、固废处理工艺，建立理论学习和实际应用之间的联系，提高学生分析问题和解决问题的能力。2．4转变实验教学方法，改革实验考核制度①现有的验证性实验考核存在很大弊端，实验原理、实验方法、实验步骤均是指定，唯一能够体现学生素质的地方只有实验操作和实验结果及分析，学生评分不够完整，不能够真实反应学生掌握知识的水平。②综合设计性实验是“启发式”教育，实验教学过程中教师下达课程任务和要求，学生根据目标独立思考、相互讨论，激发学习积极性和主动性。而且教师可以从学生的标准选用、方案设计、实验操作、实验结果、数据处理以及整体评价等多维度考核学生，反应学生真实水平，同时，可以实时发现学生知识构架中的缺陷，及时指导完善。③对于创新研究性实验，专业目前并没有学时学分的要求，当然也就不存在考核。但是作为高水平理工科建设高校，应该体现出学生对创新研究能力的培养，因此，单独分列出创新研究性学时、学分要求非常必要。创新研究性实验的考核可以从学生表现、选题思路、实验思路、论文完成和发表、课题汇报等多个方面综合给出。

2．5加强实验室专职人员团队及实验条件的建设

相比于验证性实验，综合设计性实验的难度毫无疑问是成倍增加的，这对实验指导教师和实验室管理员均是一个挑战。为了综合实验的多样性，实验指导教师必须给出多个任务供学生选择、完成。同时，学生在正式实验前，指导教师必须审核提交的实验方案是否可行，是否存在安全隐患，学生方可实验。这就要求实验指导教师必须具备坚实的理论知识和熟练地实验技能。实验室管理员则需要为学生提供完备的实验仪器和耗材。学校现有的大型仪器数量不多，除了教学中的使用，还运用于教师科研，所以大型仪器是十分紧缺的，为了让学生熟练掌握大型仪器的使用，必须增加仪器设备台套数以及实行实验室开放管理。开放实验室是高校实验室改革的重要举措，可以有效提高学生创新能力和实操能力。实验室开放包括时间、空间、仪器设备等全方位开放［4－5］〗。实验室开放可以保障综合设计性和创新研究性实验的顺利开展，充分发挥实验室的作用，提升学生动手能力、综合能力和创新意识。

3结语

以新工科为背景，结合专业自身定位，通过重新构建实验课程体系，缩减验证性实验课程、增加综合设计性实验，并增设创新研究性实验课程体系，完善课程评价制度、完善实验教师团队建设和实验室条件建设，以培养学生使用现代工具解决复杂问题进行分析、研究的能力，可以培养学生自主学习的意识、创新意识，进而培养学生成为具备扎实的环境工程专业基础知识和专业技能的高素质应用型工程技术人才。

参考文献

［1］刘潘，李胜楠，任百祥，等．环境工程专业实验教学体系改革探析［J］．教育与教学研究，2010，24(5):68－69．

［2］黄锦勇，彭祥捷，刘爱华，等．环境工程专业实验教学改革［J］．实验室研究与探索，2012，31(8):332－334．

［3］刘育，孙连鹏，陈玉娟．环境科学与工程虚拟仿真实验教学中心建设初探［J］．实验室科学，2019，22(4):182－188．

［4］黄方，李晓恩，周恒国，等．环境工程专业实验教学与创新人才培养［J］．实验技术与管理，2014，31(8):174－176．

［5］秦坤．环境工程专业实验教学改革与实践［J］．实验室科学，2014，17(4):123－125．

作者：毛玉凤 聂丽君 谢文玉 江利梅 刘正辉 单位：广东石油化工学院