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环境工程原理实验课程教学与实践
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“环境工程原理”课程于2003年秋季学期首次在清华大学开设。2004年的8月教育部高等学校环境工程专业教学指导分委员会在四川大学召开的会议上将本课程确定为环境工程专业9门核心课程之一。本校环境科学专业在有些理论课程和实验课程设置上存在重复内容,因此,于2010年制订了新的教学大纲,目前该课程被列为本校环境科学专业的学位课。2005年正式出版了“十一五”国家级规划教材《环境工程原理》,然而清华大学也未出版过的环境工程原理实验教材,目前实验所用的是自编指导书,《环境工程原理实验》教材正在编写之中。国内的其他高校也纷纷开展环境工程原理及其实验教学,有些高校采用的实验教材是化工原理实验,部分高校则根据本单位的实验条件自编实验指导书。
1 环境工程原理实验存在的问题
1.1 实验教材内容不合适
环境工程原理实验是一门以环境工程单元操作过程原理和设备为主要内容,以处理环境工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程。它在培养学生的工程能力、创新能力方面起着重要作用。通过本课程学习,不仅是验证环境工程单元操作的基本理论,加深对课堂教学内容的理解。更重要的还在于对学生进行工程实验方法、实验技能的基本训练。
环境治理工程中常应用化工工艺流程中的单元操作。由于环境工程有其独特性,并不是化工中的单元操作均可用于环境治理工程中。化工原理实验并不能完全代替环境工程原理实验,因此,编写一本适合环境科学专业用的环境工程原理实验指导书,并在首届学生中使用,同时探讨教学与实践中碰到的问题进行研究迫在眉睫。
1.2 实验项目类型单一
传统的实验一般是验证性实验,缺少设计性和综合性实验。教学模式是教师讲授实验原理和操作步骤,学生按部就班地完成实验内容,学生定期提交实验报告。该教学模式过于简单,学生缺乏对实验的设计和实验数据的分析,不仅不能激发学生的创造性思维和实验主动性,同时也无法培养学生科学严谨的实验态度,也导致学生不会独立思考,对于实验中出现的一些现象和问题无法做出判断与解释。另外,学生很少接触大型仪器,就算在《仪器分析实验》中也是无法亲自操作。
1.3 实验教学效果不佳
目前本校环境科学专业的实验课由一名老师负责一个班学生,由此造成实验课程教学秩序的混乱,甚至出现有些学生出工不出力的现象发生。另外,教师不能及时地解决学生在操作中的问题。比如学生在做苯酚废水的光化学降解实验中发现,苯酚的浓度随着反应的进程是满足一级动力学规律,但是降解过程中溶液由无色慢慢转变为浅棕色。学生针对该现象无法做出解释。
2 实验教学改革方案
2.1 编写合适的实验教材
根据自编实验指导书,指导环境科学10级学生完成了36学时的实验,并对学生实验报告做了批改。本次教改的重点是完成实验指导书的编写,并用于学生的实验教学。本实验指导书包含7个实验。实验内容与“环境工程原理”理论教学有关知识点对应,加深学生对课堂教学的理解,并培养理科学生一定的工程实验能力。主要实验项目见:表1。增加了设计性和综合性实验个数,减少验证性实验数目。
2.2 合理安排实验学生人数
本次教改的实践教学是依托应用化学实验室中型工业化的实验装置,通过学生的亲自实践操作,使得学生增强了对工业装置组成结构的认识,为将来走向工作岗位调试工程装置奠定了坚实基础。环境工程原理实验课程共设7个实验,同时安排7个老师负责一个实验。平均每位教师只需要负责指导学生人数5名。
3 结语
本实验课程经过2010级学生的使用,取得了一些明显效果:(1)学生实验课堂变得井然有序;(2)每个学生经过预习实验,小组间讨论,明确了实验分工,强化了团队合作;(3)学生亲自操作了中型实验设备和大型仪器HPLC,理解了实验中出现的现象,提高了学生实践能力与创新能力。
