环境工程原理“开放式、研究性”实验教学体系探索

2016年第6期总第177期75实验实习实训随着教育观﹑教学观和学习观的发展，实验教学的传统被打破，强调学生创新意识﹑创新能力以及独立思考﹑自主获取知识能力的综合素质培养。

目前，各高校相继实施了从内容到形式程度不一的多种多样的开放式实验教学管理模式[1]。

本文以环境工程原理为例，探索一种新的实验教学模式。

环境工程原理是环境专业的重要基础课程，主要内容为环境学科的基本理论和普遍规律，内容抽象，公式推导繁琐，难以理解。

实验教学是将理论与实践联系起来的重要环节，是理论教学的重要辅助和补充[2]。

除此之外，环境工程原理实验教学肩负着培养学生环境工程观念﹑创新精神﹑提高实践动手技能和解决实际问题能力的重任。

一、传统实验教学体系存在的问题传统的实验教学通常采用“填鸭式”教学模式，即由教师预先确定经典的实验项目后安排实验教学。

实验原理﹑实验方案和具体操作步骤都一一详细记录在实验指导书上，实验所用设备﹑所需材料也由教师提前准备好。

实验课堂上，教师向学生详细讲解所涉及的原理﹑公式﹑数据处理等，学生只需按照指导书上的要求一步步完成实验操作，观察实验现象，得到实验结果，验证实验结论，整堂实验课就算结束了[3]。

这种教学模式过分强调教师的主导作用，忽视了学生的主体作用，学生在学习过程中只是被动接受，而不是主动探索﹑思考，难以调动学习积极性和主动性，缺少对知识的批判性﹑探索性和创造性，不利于培养学生的创新意识和能力。

二、“开放式、研究性”实验教学的涵义近年来，为了加强本科生素质教育，培养出拔尖的环境工程创新人才，逐渐形成了“研究型教学新理念”，并在这一理念的指导下，针对实验﹑实践教学环节进行探索和改革，最终建立了“开放式﹑研究性”实验教学新体系。

该体系基于教师在教学过程中对实验教学的研究而形成，通过对实验课程内容﹑实验教学方法﹑实验课堂活动以及实验室管理等进行研究性的科学设计，激活学生自主学习和探究的动机，将教师环境工程原理“开放式﹑研究性”实验教学体系探索周远松 唐晓龙 易红宏 于庆君（北京科技大学 土木与环境工程学院 北京 100083）摘 要：环境工程原理本科生实验是一门综合性、实践性很强的实验课，是环境专业基础性实验教学的一部分。

针对环境实验教学中心培养高素质、研究型创新人才的目标，结合课程的知识结构特点，对环境工程原理实验教学进行了全面系统的改革，建立了“开放式、研究性”实验教学新体系。

关键词：环境工程原理；开放式；研究性；实验教学基金项目：北京科技大学教育教学改革研究项目“矿冶背景下短学时《环境工程原理》课程教学研究”（JG2013M14）中国冶金教育CHINA METALLURGICAL EDUCATION2016年第6期总第177期76实验实习实训的研究性实验教学与学生的研究性实验学习结合，培养学生的探究兴趣，强调理论知识应用于实践，鼓励学生选择与课程内容相关的课题进行研究，培养学生在实践过程中获取新知识﹑激发创造力和创新能力。

同时，培养学生严谨的科学作风，相互合作的团队精神，提高学生自身的综合素质和竞争力[4]。

三、“开放式、研究性”实验教学体系构建（一）开放式实验教学开放式指时间开放﹑场地开放﹑内容开放﹑设备开放。

学生可以不受任何限制，自主设计实验，自主探索学科问题[5]。

1.时间和场地开放本科教学实验室全天候对学生开放。

实验课不再局限于规定的时间。

学生在环境工程原理理论课程学习过程中，经过足够的时间理解﹑消化理论知识和实验内容后，可根据课程需要，自行安排实验时间进行课程内容实验或者自行设计的研究性实验；便于深化对知识的理解和掌握理论在实践中的应用，真正给学生以更多自由发挥的空间，为学生进行自主性学习和研究性学习创造有利条件。

2.内容开放在实验教学中，实验课程内容的设计是教学质量的基础，内容设计的成败直接关系到教学目标能否实现。

环境工程原理是环境工程专业的基础课程，涵盖流体流动，热量传递，质量传递，分离过程的沉降﹑过滤﹑吸收﹑吸附﹑干燥等几大部分。

其中，每一部分都可以单独设立实验课题。

例如，流体流动阻力测定﹑传热系数测定﹑传质系数测定﹑板框压滤机过滤常数测定﹑吸收（解吸）系数测定﹑吸附等温线及其影响因素等。

这些多为验证性实验[6]。

环境工程原理开放式实验教学内容应突破学科理论的束缚，与实践相结合，减少验证性实验，增加设计性﹑综合性和研究性实验。

实验内容可由学生自行设计，在环境工程原理范围内根据所学过的知识，发现日常生活中﹑工业生产过程中﹑实习实践过程中遇到的问题﹑疑点，并根据兴趣，以自由组合的形式（3～5人）成立研究小组，通过查阅相关文献资料，自行设计研究方案，自行实施研究内容，得出相关结论[7]。

例如，针对国家对大气中SO 2﹑NO X ﹑H 2S 等有害气体的排放标准要求，学生通过所学的理论知识，查阅文献资料，了解国内外主要处理技术，设计出几套吸收SO 2﹑NO X ﹑H 2S 等有害气体的方案。

可以是简单的碱液吸收法，也可采取石灰石-石膏法，还可以在吸收的基础上结合催化氧化（还原）等手段，通过比较每种方案的去除率﹑产物后处理﹑成本等问题确定最优方案。

在实际操作过程中，可能会遇到一系列问题，如实验室如何模拟气源，配气总流量多少合适，配气系统的结构，每种方法的去除效率如何计算，检测设备的使用等等。

在整个实验操作过程中，学生一直是以问题为主线，运用所学知识和理论不断发现问题﹑探索问题﹑分析问题，进而研究解决问题。

这一过程不仅加深了对理论知识的掌握和理解，同时培养科研兴趣，激发参与知识构建的积极性，提升了创新意识和能力。

实验内容的开放不意味着抛弃全部验证性实验，本科生还需要进行基础性训练，打好扎实的基础，因此，需要保留一定数量的验证性实验。

但是，这些验证性实验可以与设计性和研究性内容结合，把简单的验证性实验设计成混合型实验，对激发学生的主动性学习﹑提高能力起到重要作用。

例如，管道流体流动实验，可将实验装置设计成涵盖雷诺实验﹑伯努利实验﹑沿程阻力损失实验﹑局部阻力损失测定实验等综合性实验装置。

学生在实验过程中，分别在层流和湍流条件下，测定阻力损失的变化规律﹑阻力系数﹑雷诺数等，了解它们之间的关系和影响因素。

3.设备开放研究性实验实践过程中，在保证安全的条件下，实验室所有的试剂﹑药品，实验中心的所有仪器﹑设备，都可以免费提供给学生使用。

这样一方面能使学生掌握仪器的操作技能；另一方面，也大大提高设备的利用率。

对于一些陈旧或者废旧的实验设备，还可以提供给学生拆卸和组装，便于学生了解仪器的内部结构和作用原理，学会维护﹑维修仪器设备。

（二）研究性实验教学研究性实验教学是学生在教师的指导下，从自然﹑社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在2016年第6期总第177期77实验实习实训研究过程中主动获取知识﹑应用知识﹑解决问题的学习活动[8]。

这种教学应以问题为中心，强调学生对问题的探索性思维。

环境工程专业的学生通过对周边生活中观察到的与环境相关的现象产生疑问，经过文献查阅﹑教师和同学之间探讨，提出自己的想法，确立研究性实验内容﹑研究方案﹑技术路线和拟解决的关键问题，通过动手实践操作得到实验数据，归纳总结得出结论[9]。

实验内容并不一定很大﹑很复杂，如有的学生对市场上高价格口罩是否真能有效防护空气中PM2.5产生怀疑，即成立了5人科研实验小组，完全自行设计﹑安排﹑统筹规划实验内容和方案，最终得出结论，解决了疑问。

（三）学生为实验教学主体开放式﹑研究性实验教学环节中，学生处于主体地位，赋予学生高度独立和自主性权力，成为实验项目研究的设计者﹑探索者和发现者，成为研究的主人。

当学生成为实验教学主体之后，充分发挥其主体性，积极思考和探索，逐渐拓宽视野，开发思维方式，增强科研兴趣，提高动手能力和创新能力。

在学生实施实验方案过程中，教师只是起辅助作用，始终作为引导者和协调者，不干涉学生实验的构思和想法以及学生的自主权。

四、“开放式、研究性”实验教学评价体系建立一套“开放式﹑研究性”实验教学评价体系是实验教学的根本性工作。

环境工程原理实验着重于实践能力和解决实际问题能力的培养。

为了使环境工程原理实验成绩能真实反映学生的综合素质，实验教学评价体系应改变以实验报告作为唯一手段的传统评价方法，应实行成绩多元化。

对于验证性实验部分，主要考查学生的基本操作能力，这部分成绩侧重预习和基本操作。

教师通过随堂提问判断学生的课前预习情况，通过观察学生对仪器设备的拆卸﹑组装及其使用来检验学生的基本操作技能，并给出成绩。

对于开放式﹑研究性实验部分，主要考查学生的创新思维和自主科研能力。

考核小组由全体任课教师组成。

主要的考核工作：各个科研实验小组推选出一名代表进行汇报，介绍实验项目的意义﹑创新点﹑实验方案﹑实验过程，实验结果；由全班同学提出问题，该小组的所有成员进行回答；教师根据项目的创新性﹑完成程度和结果分析﹑汇报演讲和答辩效果给予相应的分数；开放式﹑研究性实验成绩汇总时再参考各项目小组的设计方案﹑实验报告写作以及每个人的实验参与情况等给予合理的分数。

这部分实验与科学研究不完全相同，并不是探求未知领域，追求新发现﹑新发明﹑新创造，实验结果并不是最重要的。

即使实验失败了，但对于实验方案设计的好，有创新性，并能够合理分析失败原因，实验过程中积极参与的学生，同样应该给予较高的分数。

五、结 语开放式﹑研究性实验教学能够使学生从被动﹑封闭﹑受束缚的学习状态变为主动﹑开放﹑自由的学习状态，真正体会到实验过程的乐趣，成为实验的主人，教学的主体。

在实验教学中，学生的动手能力加强了，思维开阔了，创新意识提高了。

在加强本科生实践能力﹑素质教育和创新人才培养的实验教学体系探索中，开放式﹑研究性实验教学是非常合适的。

参考文献：[1]赵文广，董方，张芳.冶金专业实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2009，26（1）:117-119.[2]唐海，徐建平，蔡昌平，等.《环境工程原理》课程实验教学模式优化研究[J].广州化工，2013（4）:183-184.[3]戴益民，李浔，张跃飞.化工原理实验研究型教学模式的构建[J].实验教学与仪器，2010（4）:14-15.[4]李志义.高水平研究型大学本科教学模式的选择[J].中国高等教育，2007（23）:20-22.[5]周际海.环境工程专业实验教学的改革与创新[J].安徽农业科学，2013（14）:6545-6547.[6]宋成芳，罗锡平，周珊.环境工程专业化工原理实验教学改革[J].广州化工，2012，40（19）:143-144.[7]柴立元，王云燕.环境工程专业实验教学的创新与改革[J].实验室研究与探索，2005（5）:60-62.[8]石海信.物理化学实验开放式研究性教学模式的研究与探索[J].广东化工，2008，35（4）:119-122.[9]陆源，厉旭云，叶治国，等.基础性和综合性实验的研究性教学设计与实践[J].实验室研究与探索，2011（6）:275-277.。