发布时间:2024-01-06 17:09:37
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《环境工程原理》是基础理论向工程技术过渡的课程,它抽象出了环境工程学科的基本理论和普遍规律,其特点决定了教材难以理解,再加上内容多,公式推导繁琐,本人在教学过程中,发现多半数的学生对本课程的学习兴趣不高,在学习中往往体会不到该课程的乐趣,体会不到重要性,总觉得用处不大,学习中也就自然缺乏了主观能动性[4]。由于我们课时有限(理论教学50课时,实验教学20课时),在理论课的教学中,我们结合本学科的侧重点,对内容进行了小范围的适当删节和调整,简化理论推导过程,增强公式的理解和应用,注重公式的应用条件。《环境工程原理》的实践教学同样包括课程实验和课程设计两大部分(课程设计探索下文再叙),课程的特点决定了实践教学与理论教学占同等重要的地位,因为实践环节的训练能使学生把环境工程原理的理论来提高工程实践的思维方式、分析能力和创新能力。这样让学生切身感受到环境工程原理的实际应用价值,激发学习能动性。
2环境工程原理课程实验教学体系
2.1环境工程原理课程实验教学安排
尽管《环境工程原理》在国内高校已开设多年,但是相关的课程实验教材参考资料几乎没有。自我系开设《环境工程原理》课程以来,一直非常重视实践环节尤其是课程实验的安排、改革、研讨与建设。因此结合《环境工程原理》课程实验的特点和我系所在的生物与化学工程学院的学科优势(我院具有较强的应用化学、化工、生物技术和生物工程等7个本科专业和环境科学与工程一级学科硕士点、应用化学、微生物、发酵工程等9个二级学科硕士点),我系《环境工程原理》安排了20个学时的课程实验,几乎涉及到课程大部分篇章。我们对《环境工程原理》课程实验的安排主要考虑原则是《环境工程原理》实验要区别于《环境工程专业实验》,例如沉降是《环境工程原理》重要的基础理论,也是《大气污染控制工程》的重力沉降室、《水污染控制工程》的沉砂池(沉淀池)的重要工程理论,在水处理实验中,我们也开设沉降实验(包括自由沉降和絮凝沉降实验),因此在《环境工程原理》课程实验教学讲授的方式、深度和范围,及如何有效和后续专业课程实验有所区别又能巧妙的衔接对《环境工程原理》课程实验是非常重要的。最重要的是理论阐述与工程实际相结合,激发学生学习兴趣和能动性。所以我们在工业中广泛应用的单元操作的基础上,运用环境工程原理基础理论,提高综合性、设计性实验的比例,既使学生了解每个单元操作的基本原理,有能使学生理解这个单元操作在环境工程中的应用,以更宽泛的视觉和更高的高度来看待这些操作,使学生不拘泥于工业操作的模式,使学生可以根据每个单元操作的原理独立设计实验,以充分调动学生的创新能力和综合能力。同时,通过“深化”课程实验内容,学生可以借助理论知识和课程实验来发现当前应用的环境工程处理单元的原理和优缺点,提出改进的方向是个重要的课题,也为今后环境工程设计打下基础。
2.2环境工程原理课程实验教学设计
我系《环境工程原理》课程实验以前主要参考和使用《化工原理》实验教学设备,基本上是通过单元设备和仿真实验来实际观察设备的工作状况,验证课堂讲授的基本内容。我们充分借鉴和吸收《化工原理》、《反应工程原理》和《生物工程原理》等课程实验,在这个基础上,结合《环境工程原理》课程特点重新进行了设计和优化。我们拟将《环境工程原理》实验分为三个层次:基础实验、提高型实验(设计型实验)、研究型实验[5]。第一层次是基础实验,即教学大纲所要求的实验项目,包括流体流动阻力系数的测定、孔板流量计校核实验和吸附等温线实验等必做基础实验。第二层次为设计型实验,补充基础实验中未体现而在工业中广泛应用的单元操作,包括恒压过滤常数测定实验、吸附动力学实验及超滤膜实验等选做实验。第三层次就是是研究型实验。例如污染物降解菌的间歇培养实验(CSTR)实验。在具体的实验教学过程中,比如流体流动和流体机械实验,过滤实验和吸收实验,我们主要充分参考了《化工原理》实验成熟的实验设置。比如吸附实验,为了有别于《水污染控制工程》的吸附实验以及抽象出吸附基本理论,我们设计了吸附等温线实验和吸附动力学实验,这样不仅使学生深入理解吸附的基本理论,比如Langmuir和Freundlich等温线,看看他们的相关性系数R2,得出更符合L或者F的等温线,又可以很好与第三篇反应动力学结合起来,通过研究吸附速率,就是吸附量与时间的关系得出吸附过程是否符合一级或二级吸附动力学。比如沉降,我们开设落球自由沉降实验,通过这个实验使学生更能理解流体的Re对自由沉降的影响,熟练掌握Stocks公式的应用,并且理解Stocks定律用落球法测定液体粘度的原理和方法,这样以能显著区别于《水污染控制工程》的自由沉降实验又能使学生深入理解沉降的基本理论。
学优于普通微生物学除介绍原生动物、后生动物、藻类及突出脱氮除磷与厌氧微生物等内容外,环境工程微生物学教材内容更针对环境工程治理,甚至与后续课程有互补作用,优化了教学内容。如周德庆教授主编《微生物学教程》、同济大学周群英教授等主编的《环境工程微生物学》和同济大学高庭耀教授等主编的《水污染控制工程》均为国内使用量较大的教材,《环境工程微生物学》较《微生物学教程》增加了丝状细菌形态,为后续讲解丝状菌污泥膨胀埋了伏笔。且前者的实验内容安排观察藻类、原生动物等内容也与环境工程实践更接近。《环境工程微生物学》对活性污泥膨胀与控制方法、生物脱氮除磷、厌氧发酵微生物等描述比《水污染控制工程》详细,后者可能考虑到前述课程有讲解,对应内容比较简略。环境工程微生物学的教学内容和教学案例更有针对性,为后续课程的学习打下了更好的基础,与就业后参加注册环保工程师考试打下了对应的基础,提高了人才的市场竞争力。相反,开设普通微生物学,在后续课程中要补充部分内容,如要从后生动物概念开始讲到轮虫在水处理中作用。
2.对环境工程微生物学教学内容的思考
2.1教学思想应区别于普通微生物学
环境工程微生物学不仅要掌握微生物基础知识的内容,而且要学习环境工程应用微生物,教学核心思想是理解微生物代谢的多样性及其环境工程利用,为后续水污染控制工程、固体废物处理处置和大气污染控制工程课程打下基础,因此要考虑后续课程的要求,满足后续课程的要求,不能基本只讲微生物基础知识部分。
2.2突出环境工程应用微生物重点内容
由于学时限制,不可能把整个教材讲得都很清楚。周群英教授等主编的《环境工程微生物学》教材微生物基础知识和环境工程应用微生物学内容基本对半。由于后续课程还会提到环境工程应用微生物部分的内容,因此学时安排可以以微生物基础知识部分为主,后半部内容可以不全讲,如无实质性内容超过后续教材的垃圾发酵微生物和前沿性了解内容微生物燃料电池等内容可以不讲解,但要突出脱氮、除磷、厌氧发酵等重点内容。讲解微生物基础知识的目的是为讲解环境工程应用微生物学内容做准备,后半部分内容和后续课程相连接。前半部分也不能把内容过多的展开,象普通微生物学那样,形态、结构、繁殖讲解很详细,由于时间限制,前半部分也只能以后半部分课程够用为目标。
2.3与后续课程教学内容衔接
与后续水污染控制工程、固体废物处理处置和大气污染控制工程教学内容和教学深度要衔接。环境工程微生物学教材经常受普通微生物学教材影响,病毒章节内容偏多,由于后续课程基本不涉及病毒内容,因此该章节内容可以简化。虽然后续课程可能会提到环境微生物应用的问题,但是课程之间内容有偏重,教材内容详略有差异,污染控制工程偏重于工艺及设计,因此微生物应用的内容往往比环境工程微生物学对应内容简略,如厌氧发酵原理、微生物脱氮除磷原理、活性污泥膨胀与控制、原生后生动物对污水处理深度指示作用等内容,因此合理推断以上内容应该以此课程讲授为主,在此课程讲透,可以强化教材内容,污染控制工程中带过只是内容逻辑需要,或起重点内容的简要复习作用,尤其使用同济大学两门教材之间,更体现了这种安排。然而对于处理工艺,在环境工程微生物学中可以不当重点内容,在后续污染控制工程中掌握,如脱氮除磷工艺,可以作为水污染控制工程重点掌握内容,这样课程之间内容有主次,有衔接,有逻辑。更加突出水污染控制工程进行工艺和设计教育的功能。
1973年,国务院了《关于保护和改善环境的若干规定》,明确指出,“有关大专院校要设置环境保护的专业和课程,培养技术人才”,我国高校从1977年开始设立环境类本科专业,随着我国高等教育的从精英教育到大众教育的转化,在高校扩招大背景下,结合目前国内外广泛存在的环境问题,社会对环境类本科专业的需求增加,造成许多高校纷纷开设环境类专业(其中环境工程专业尤其典型)。随着竞争加剧、就业困难等问题的出现,一些学校开设紧缩相关专业的招生规模,甚至出现了部分高校环境类专业一度停止招生的现象。因此,结合传统优势和行业特色对进行专业定位是关系到专业发展水平和前途的关键。而特色专业课作为环境工程专业教学和学生培养的重要内涵,充分发挥其在构建专业特色、明确主攻和服务方向上的作用,必将对专业的发展将直至至关重要的作用。
1 环境工程专业本科教学现状分析
我国环境工程专业本科生教学普遍致力于培养可从事企事业、城乡、区域及全球环境污染控制工程的规划、设计、运行管理和研究开发的高级工程技术人才及应用复合型人才,可在各级政府机关环境保护部门、规划部门、科研院所、工矿企业、事业单位等从事环境管理、教育、环境监测与评价、科学研究和产品开发以及技术管理等工作。环境工程本科生专业课设置一般分三部分,即专业基础课、专业必修课和专业选修课,综合不同高校的课程开设情况,总体有代表性课程设置见下表(化学类、工程力学、流体力学等公共性专业基础课除外)。
我国高校环境工程专业课程设置的三大部分中,专业基础课重点介绍主要的环境学原理、环境与生态问题及解决问题的一般思路和方法学知识,为环境工程专业的基础和重要保障;专业必修课则基本上各高校均为围绕水、气、固等环境工程重点方向设置专业主干课程,并结合环境监测和微生物学等基础测试评价体系和微生物学知识,对本科生在重点方向上的基本专业技能、解决问题能力等进行培养与训练;专业选修课则囊括了环境评价、质量分析、环境信息系统等现行的环境工程主要内容、方法和一些新兴的边缘学科、研究领域以及手段。以上三个部分由基础带动专业,基于原理和方法论来解决环境工程的主要分支方向具体问题,从问题的产生到新技术、新思维支持下的环境与生态相关问题的解决与处置。再辅以相关教学实践环节如社会实践、课程设计、本科生毕业论文或毕业设计等全面培养本科生的素质和技能,以达到培养计划的要求。
分析我国高校现行的环境工程本科生教学体系,大体能满足本科生教学的基本要求。但纵观各高校环境工程专业本科生课程设置,基本上以共性为主,虽有部分高校开设了与学校传统优势或研究方向相关的课程(如中国农业大学环境工程专业开设的农业生态工程课程),但总体说来,全国高校依旧普遍缺乏在主干课程体系支撑下的特色课程体系。通过对环境工程专业本科生的调查与沟通发现矿业类高校大部分学生对矿山、煤矿利用加工企业等存在的环境与生态问题、解决问题的原理与方法等普遍缺乏基本知识和认识,不清楚本校环境工程专业与其他学校相比优势与特色所在,定位不明,这对于行业特色明显的高校而言,无法突出其为行业服务,有目的、有方向培养高素质、强技能人才的特点和优势。
2 特色专业课开设的必要性
采用传统板书和多媒体相结合的教学方法,做到相益得章
在上个世纪,教师讲课通常以借以板书得以传递课程信息,学生一本一笔拼命抄笔记,该方法学习效率低下,给学生提供的信息也时常很有限,往往出现学生“吃不饱”的现象,教学成效不是很显著。当前,在众多高校中,多媒体计算机的应用越来越广泛和普及,将计算机已然成为现代课程教学不可或缺的工具,基本实现了课程的教学方法和教学手段的现代化。众所周知,运用多媒体教学方法,大量形象逼真的图片和栩栩如生的视频,不但活跃了课堂气氛,而且极大地提升学生的感性认识,取得良好的教学效果。
但是,过分的依赖多媒体,甚至滥用多媒体,非但不能促进教学,反而会给教学效果带来负面的影响。一方面,教师备课过程中的创造性变成单一的多媒体制作过程。另一方面,灵活的教学过程变成了固定的课件操作,老师在任教课堂上即兴发挥的少之又少,原应有的机智活跃的师生互动变成了单调呆板的“人机交流”,而且多媒体画面的大量呈现阻碍了学生想象、再创造能力的发展。因此,长此以往,学生在课堂上如同看电影,没有思考和接受的时间,也懒得记笔记,容易引起学生的疲劳和厌倦,甚至排斥,一堂课下来,学生们似懂非懂,很难抓住学习重点,甚至不知所云。
因此,只有我们教师做到多媒体与传统教学手段的和谐结合才能营造完美的课堂。作为一名教师、尤其是青年教师,要善于学习和吸收新知识、新技术,这也是时代对我们的要求。但得了多媒体这个“熊掌”而完全舍弃了传统教学这条“鱼”,肯定是不科学的。我们必须要注意到多媒体技术只是教学的辅助手段,手段即方法,方法只有更好而没有最好。在《环境工程原理》的教学中,我们应该努力寻求多媒体和传统教学手段的结合点,真正发挥其现代性先进性的特点,这样才能起到事半功倍的效果。不管多媒体技术怎样发展,在《环境工程原理》教学过程中,科学、正确地利用板书至少还能起到如下作用:
(1)有助于教师阐述和讲解教学内容,启发学生进行思维,帮助学生记忆、分析、消化、巩固所学知识;
(2)板书有助于学生养成边写边记的习惯,便于以后的复习;
(3)板书可以突出课堂教学重点,有利于学生理解和掌握知识;
(4)教师运用板书进行信息的转换,学生获得的就不只是知识,而是获得转换信息的方法和能力。
教学过程紧密结合案例分析和辅以必要的课程实验
由于《环境工程原理》的教学有理论部分多和公式复杂等特点,因而适当地结合案例教学法和辅以实验教学,对加深学生理解抽象基本理论及巩固其所学的知识会产生不可估量的作用。将《环境工程原理》中原理或公式所涉及的真实情景加以典型化处理,形成供学生思考分析和决断的案例,通过独立研究和相互讨论的方式,来提高学生的分析问题和解决问题的能力的一种方法。这样的教学,生动具体、直观易学,可以引发学生兴趣,提升学生学习主动性,教育学生基本理论联系实践的本领和从事科学分析的本领。同样,《环境工程原理》教学过程中如果辅以实验教学法,一样可以达到事半功倍的效果。譬如,在讲完层流、紊流两个概念之后,通过辅助的实验,学生可以很形象的感受到这两个概念的含义以及区别,并且记忆深刻。另外,如果能及时地带领学生走进实验室来消化所学的伯努利方程,那么可以极大地加深理解动压头、位压头和静压头三者之间的能量转换。
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)04-0085-02
随着高职教育改革的日渐深入,课程开发的重要性日益凸现,能否有效地进行课程开发决定着高职教育的特色和质量。近些年,我国学者提出了项目课程开发的理论并进行了深入探讨。项目课程在本质上是一种基于工作过程的课程开发模式,通过案例化的学习单元将理论知识、实践知识与实际工作情境有机结合,旨在加强课程内容与工作内容的吻合度,提高学生职业能力培养效率的学习行动课程模式。“项目课程”是职业教育的本质体现,项目化教学已成为适应高职教育培养目标的课程模式。基于此,我们从理论与实践相结合的角度,率先提出以职业活动为核心、以工作逻辑为主线、以工作任务为导向的高职《环境工程原理》项目课程开发的观点,并对其进行研究,旨在为我国高职环保类专业课程改革提供参考。
《环境工程原理》课程实施项目化教学的缘由
《环境工程原理》是我国高职环保类专业的重要专业基础课,是高等数学、物理、物理化学的后续课程,本课程结合环境工程技术的特点,着眼于环保类专业生产、建设、管理、服务一线高级技术应用型人才的培养,比较系统、完整地介绍了环境污染治理工程中所应用的单元操作,重点阐述了“三废”污染控制技术所涉及的原理、基本概念、基本理论、典型设备、典型工艺及应用等,可为后续水污染控制技术、大气污染控制技术、噪声控制技术、固体废物处理与处置等专业课程的学习奠定基础。《环境工程原理》课程内容丰富,主要包括管路与阀门拆装、机泵设备操作、控制与维护、过滤设备操作与控制、吸收解吸塔操作与优化控制、精馏塔操作与优化控制、吸附设备操作与控制、萃取设备操作与控制、膜分离设备操作与优化控制等。由于本课程是使学生从严密的逻辑思维转向工程思维的一门课程,工程性和实用性很强,所面对的是真实、复杂的工程问题,对于初涉工程领域的学生而言,由于对过程及设备缺乏必要的感性认识,所以不易理解过程机理、复杂设备的结构、物流内部运动状态等教学内容。因此,本课程不仅使不少初学者感到很棘手,就是一些对本课程很熟悉的教师也认为《环境工程原理》不太好学。如何破解这个难题呢?一方面,项目化教学可以提高教师的教学热情,激发学生的学习兴趣,提升毕业生的就业率,极大地增强专业核心能力的培养,真正地为社会输送实用型、技能型高级人才;另一方面,《环境工程原理》课程可操作性、实践性、开发性强,项目特征明显,适合进行项目课程开发。鉴于此,我们将项目化教学理念率先引入《环境工程原理》教学中,以加快开展《环境工程原理》项目课程的改革试点工作,构建具有自身特色的技术体系。
《环境工程原理》项目课程的设计
根据项目课程开发的流程,我们首先建立了由课程专家、行业专家、一线资深教师、学校领导、企业经营管理领导、企业人力资源部门领导、企业工程技术人员等共同参加的《环境工程原理》项目课程开发指导委员会和项目课程开发团队,并依据“专业调研――工作任务与职业能力分析――课程结构分析――课程内容分析――教材编写――教学过程分析”的思路对《环境工程原理》课程进行重构,形成了基于工作任务的《环境工程原理》项目课程设计,如图1所示。
《环境工程原理》课程项目化教学的实施要点
加强“双师型”教师队伍建设 《环境工程原理》要实施项目化教学,教师必须对整个工作过程了如指掌,也就是必须打造真正的“双师型”教师队伍。我们的做法是,首先,从企业引进具备本科以上学历,又具有数年实践经验的工程师以上级别的能工巧匠,增加具有企业工作经历专业教师的比例。其次,将现有教师直接派到行业、企业(诸如环境工程公司、污水处理厂、企业污染治理部门等)进行实践锻炼,熟悉工作过程,提高专业技能。再次,直接聘请行业企业专业技术人员担任兼职教师,这些外聘教师可以在学校开展教学或实践指导,也可以在校外基地对教学实习、顶岗实习等进行指导和管理。
建设“教、学、做”一体化的专业教室 项目化教学除教学内容来源于工作任务外,为实现“在工作中学习”的理念,还要求学习环境也尽可能与实际工作环境一致。因此,建设相应的教学场所是实施项目化教学的必要条件。与企业不同的是,这一环境必须能够满足教学需要,也就是要实现“教、学、做”一体化。赵志群等人将具备上述要求的教学场所称之为“专业教室”。《环境工程原理》课程实施项目化教学应根据实际情况,做到校内、校外结合,可将部分项目的教学活动安排在校外基地进行。
运用多种教学方法 项目化教学要求改变传统的教学模式,教师的讲解和学生的实践要有机结合起来,授课方式不再是以教师为主的“一言堂”,而是以学生为主体的讨论式、应用式的教学,应综合运用模拟教学法、案例教学法、项目教学法、“任务驱动”教学法等多样化的教学方式。譬如,每讲授一个环境工程单元操作技术,先讲授环境工程单元操作的简单原理,播放动画图片,再带领学生到现场观察,让学生有个初步的认识,接着采取设计、仿真、实验等形式,给学生一个项目化的任务,让他们自己分组查阅资料、完成项目。教师在学生完成项目任务之后进行总结和分析,更深层次地强化理论知识,使理论与实践的结合更为紧密。
改革评价体系 基于工作过程的项目课程模式能很好地培养学生的职业能力。以往认为职业教育的目的在于培养学生胜任某一特定工作以满足社会的人力需求,但在当今社会中,职业教育已不再是“终结性教育”,而是伴随学生一生的终身教育。鉴于此,当代职业教育课程目标更应该注重个体关键能力的培养,如专业能力、方法能力和社会能力等。课程的考核必须能促使学生全面发展,必然要求摆脱期末纸笔测验定成绩的做法,还要突破操作技能或项目成果考核的局限,建立开放式、全程化的综合实践考核体系。在《环境工程原理》课程项目化教学中,应建立起相应的评价体系,如表1所示,既要重视技能训练,也要强化考评力度,将考评贯穿于项目教学的始终,采取过程评价与终结性评价相结合的评价方式。对于每一个学习情境的考核,应依据考核标准,由学生自评、小组互评和教师评价三个方面进行考核,根据社会实际需求和人才培养的层次水平确定各个学习情境在课程成绩中的权重占比,结合期末笔试成绩,最终得到学生本门课程的考核成绩。由于采取多元、全程化的课程考核方式,对学生平时课堂参与状况、项目完成情况的全面考核使考核不仅是检验学习效果的手段,更成为学生学习与训练的组成部分。当然,这对教师提出了更高的要求,教师必须具有良好的责任心、教学指导能力、协调组织能力及专业素质,否则难以把握好项目教学评价的信度、效度和难度,从而会导致教学质量降低。
综上所述,基于工作过程的《环境工程原理》项目化教学,打破了以知识传授为主要特征的学科课程模式,创建了一种以工作任务为中心组织课程内容和教学过程的课程模式,让学生通过完成具体项目实现职业技能的提高和相关知识的构建,教学效果比过去有很大程度的改善,可使学生将学到的知识和技能直接应用于实际工作中,真正做到学以致用,从而使学生能迅速适应岗位要求,真正实现“就业零适应期”。
参考文献:
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