环境工程专业实验课程教学改革

　　实践教学作为本科教学体系的一个环节，与理论教学一样，是由教师、学生、课程（包括授课目标、课程内容、授课方法、评价方法）和条件等要素构成的，其实施开展具有鲜明的实际操作、实践感知和理论体现等特点。实验教学作为实践教学的一种类型，是本科教学不可或缺的重要部分。设计性实验是一种介于基本教学实验和科学研究之间较高层次的科研实训。设计性实验的核心是以学生为本，让学生独立完成实验前期设计、中期操作及后期总结的全过程，充分调动学生的主观能动性和学习积极性。一直以来，环境工程专业的实验课程教学（从专业基础实验课程到专业实验课程）都是以验证性实验为主，其固定模式是教师进行前期实验条件控制，学生根据实验教材上的实验方法和步骤完成实验，从而对已有定理或规律加以验证。这种实验模式增强了学生对书本的依赖性，扩大了老师对实验的干预性，不利于培养学生独立思考和勤于动手的实践操作能力，不符合目前高等教育创新型、实践型人才培养的要求。加强对实践教学的规律性认识和理论研究，探索实践教学中的可变因素并强化因素优势作用，是环境工程综合性实验课程教学改革任务的重中之重。为此，笔者对环境工程专业综合性实验课程的教学内容、教学方式以及考评手段等方面进行了积极探索，旨在为高校课程教学改革提供参考。
　　延展教学内容
　　增强综合性实验灵活度
　　综合性实验选题需以教学大纲、学科发展的现状与趋势、现有的实验条件以及学生掌握基本操作技能和基础理论知识为基础，选题设置既有一定的创新性又兼有设计性和可行性。为克服以往环境工程实验课程内容设置模式固定化、实验项目常规化、实验内容单一化的弊端，综合性实验课程需要设置灵活可变和多维度的实验项目。实验选题的灵活多变，能够让学生在限定的课题里面充分发挥自己的才智。如课程组设置的农业废弃物碳化填料渗滤装置搭建与处理废水技术研究课题，需要学生自己通过资料的收集阅读与整理，提出农业废弃物利用种类，确定碳化方法或化学改性方法，规定重点去除的目标污染物。学生所给出的实验方案各不相同，结果只有好坏之意，却无对错之分。在碳化材料制备与表征、污染物去除评价方法与机理、批处理实验与柱吸附实验设置的评级体系、数学模型的合理应用等方面的实验内容，需要学生自我取舍，量力而行。灵活多变的选题，可提供学生充分发挥自我才智的空间，提升学生收集资料并合理设计实验方案的实训技能。
　　提升教学内容学科覆盖度
　　环境工程专业实验课程内容的设置主要集中在水、气、声、固等模块，如水污染治理实验中的混凝、过滤、深水曝气充氧、离子交换与软化除盐实验、大气污染防治的除尘脱硫脱销实验以及固体废弃物的填埋和堆肥实验等。上述实验内容的设置经典而单一，不能满足当前环境工程技术解决现实环境问题的需求。为此，笔者增设了如下实验教学内容：新化学混凝剂开发及其在给水化学处理中的应用、高砷高氟苦咸饮用源水处理新技术研究、饮用水卤代消毒副产物与亚硝胺类含氮消毒副产物的生成与去除、农业废弃物碳化填料渗滤装置搭建与处理废水技术研究、城市初期雨水径流污染模型构建与应用研究、污泥碱性条件厌氧发酵产氢率提升技术研究、重金属荧光探测剂研发与应用、水体有机污染物高级氧化联合降解新技术研究、环境有毒有害污染物高通量高灵敏度筛选技术、环境污染物特异性现场快速检测新技术、磷脂双层脂质体在环境工程问题中的应用以及土壤环境毒性评价方法等。实验教学内容包含了给水处理技术、排水处理技术、污泥处理与资源化、环境污染物分析、环境毒理学方法、数学模型在环境问题中的应用以及基础环境问题调查等，提升了实验教学内容的学科覆盖度，从而为学生的自由选题提供了更大可能性。
　　加强科研实训探索性
　　在扩展实验选题和提升实验内容灵活度的基础上，如何增强实验课题的科学探索性和科研实训度，仍是亟待解决的关键问题之一。综合实验课内容与研究方法具有一定的探索性与前沿性，实验结果与研究结论具有多重影响性和不确定性，需要学生在实验过程中通过自己观察、自行记录，并分析得出具有重要发现性的研究成果，以提高学生的科研实训技能。为此，在学生具体化选题后，需要自行设计实验研究内容和采取的实验方法。课题设计内容及细节随课题具体研究方向的不同而不同。如在催化降解实验中注意空白对照、黑暗对照以及实验重复的设置以证明催化效能和降解效率；在现代环境分析技术实验中新建立的测定方法，需要着重考虑方法的选择性、灵敏度、重复性、干扰等问题；污染物吸附去除实验需要重点注意溶液过柱流通性估计等；在环境功能材料的制备和表征中，让学生了解自然光荧光等光学显微、扫描透射等电子显微以及射线衍射（）、射线光电能谱（）等微观表征方法的原理及其用途。由于实验数据充分利用方差分析、回归分析、正交设计、模糊聚类以及多元曲线分辨交替最小二乘法等数学方法解决数据代表性和实验结论推导，因而通过充分比较实验数据处理前的杂乱无章性与处理后信息规律的完整性，可以极大地提高学生探索自然的积极性。此外，实验过程中教师要发挥指导性作用。如在有机污染物降解的产物高效液相色谱分析过程中，学生测不出色谱峰，教师可给学生提供相应文献，并指出可能存在的问题（检测器波长、浓度、柱类型等）。学生在作吸附等温线时，用直线回归模拟，由于实验误差的原因会得出截距为负值的结论，这与实际方程常数不符。为此，可向学生介绍软件模拟方法，该方法不仅能解决获得正确参数问题，而且还能给出非线性模拟趋势线。
　　改革教学方式
　　传统的实验教学模式中，教师强调实验操作细节并明确实验现象和实际规律，学生按部就班进行实验操作并得出已知规律性的实验结果。综合性实验课程教学需要学生自己设计实验方案，拟定实验步骤，提出可能出现的关键问题并考虑相应的解决方法。教师角色由原来的全面包办员变为导师，即从资料查询阅读、有用信息整理、实验方案制定、实验操作可行性、实验内容与实验步骤的相关性和衔接性等方面给予指导。另外，教师要做到如下几点：全程指导；规范学生实验操作，培养良好的实验室工作习惯（如必戴护目镜、危害废弃物独立存储、离开实验室安全检查、良好的观察与记录习惯等）；加强实验室安全意识教育，使学生了解试剂性质并正确使用，切实做到学生人身安全与实验室安全；灌输学生团结合作和互相帮助意识，在同一小组不同实验部分实现实验数据共处理和结果共享等。整个教学实践过程中，教师不仅是指导老师，还应该是过程考核员，并对实验效果不理想的学生进行适时辅导和鼓励。
　　完善考评制度
　　环境工程专业综合性实验课程考评主要由实验报告来反映，不能真实显示学生的实际水平。而综合性实验成绩可由平时综合素质成绩、兴趣性和积极性成绩以及实验报告成绩组成。其中，综合素质成绩由创新能力、团队精神、解决实际问题的能力、演说能力、学生的自主评价、规范性实验操作等方面组成；兴趣性和积极性成绩包括实验前期资料准备积极性、实验操作积极性、互动积极性、应用所学分析和解释问题的积极性；实验报告成绩包括实验内容设计和实验方案的把握程度以及幻灯片制作及表达能力等。除了个人成绩评分以外，实验小组成绩不可或缺。每个小组应撰写篇论文或实验总结报告，并制作幻灯片，由教师根据论文的科学性、创新性、实用性等评分标准给出相应成绩。
　　结语
　　环境工程专业综合性实验课程教学体系彻底打破了二级学科之间的限制，实验内容力求反映现代化研究新成果和发展趋势，由原来单纯的环境污染治理转变到环境工程、环境科学、生物学、环境分析技术、以及环境材料学等多学科的交叉融合，实验目的更加注重培养学生的思考能力、探索能力和实际操作能力，同时综合性实验课程更加重视反映环境、工程技术、社会发展现状与企事业单位需求的相互联系。今后，需要加强环境工程固体废弃物资源化利用和大气区域性污染防治等方面的选题扩充，同时引导学生充分利用、百度、豆丁以及专业论坛的意识，培养查阅和下载网络资料的技能，提高辨别网络知识真伪和取舍的能力，从而切实提高环境工程专业综合性实验课程教学水平。