环境工程专业综合实验“翻转课堂”教学改革*

余荣台，王悦阳，成 岳，赵 戈

(景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇 333403)

环境工程是一门学科交叉性、实践性很强的工程学科，涉及化学、材料学、生物学、物理学、地理学、生态学、社会学和工程学等，要求毕业生具有极强的动手能力和实际问题解决能力。环境工程专业本科实验教学过程中必须加强理论与实践的结合，突出实践环节。实验教学是培养环境工程专业本科生分析问题、动手能力、解决实际问题的重要手段，是环境工程专业教学培养环节的重要组成部分和人才培养的重要环节和支撑，是理论联系实践的关键纽带。建立完善的、高质量的、与社会接轨的实验教学体系，是工程教育学生培养目标的有效支撑体；为毕业生顺利走上工作岗位打下坚实的基础，为推动我国工程人才跨出国门走向世界提供保证。

目前，社会的高速发展与科学技术的快速更新换代，使各类环保企事业单位对学生分析问题、解决问题的能力提出了更高的要求。然而，高校设置的实验教学体系更新速度跟不上社会发展，导致部分高校、尤其是地方高校培养的环境工程专业毕业生与社会需求脱节。因此，实验教学改革与创新，刻不容缓。

1 环境工程专业实验课程教学目标、实验内容与组织

1.1 教学内容与目标

环境工程专业实验包括专业实验(一)和(二)，涵盖了《水污染控制工程》、《大气污染控制工程》、《固体废弃物处理处置与资源化》、《物理性污染控制》、《环境功能材料》、《仪器分析》、《环境监测技术》和《环境工程微生物》等专业核心及专业方向课程的实践环节，是学生必修的一门专业实验课程。实验类型分为演示、验证、设计和综合实验，其中，演示实验8个课时，验证实验30个课时，设计实验18个课时，综合实验56个课时。环境工程实验教学目标达成途径见表1。

1.2 传统的实验教学模式

目前的演示和验证实验教学多采用传统的填鸭式教学方法，教师讲解实验过程和注意事项，并进行示范性操作；实验设计、前期准备由老师完成，学生按照教师设计的步骤按部就班的开展实验，教学方式单一化、程序化。由于实验条件、器材及场地的限制，设计及综合实验为验证实验的简单延伸，老师指定实验题目，学生在老师指定的范围内完成前期准备及简单的实验设计、操作，没有达到设计、验证实验的设置目的。

1.3 存在的问题

传统的实验教学模式仍然是以教师为中心，学生机械式地重复老师指定的实验内容，严重影响了学生的主动性、积极性和创造性[1]。开设的演示、验证以及大部分设计、综合性实验以单一简单实验为主。基础性内容在实验教学中所占的篇幅较大、重点不突出；而且验证性实验在整个实验教学中耗时较多，学生动手实践时间被大大削减。

实验教学过程中，老师演示的内容所占比重较大，实验过程侧重于重复操作，忽视了学生对实验的理解，重教轻学，重操作轻思考[2]。验证实验中，大部分学生机械式地重复老师的实验步骤，并不清楚为什么这么做。在设计和综合实验中，增加了实验设计环节，但是由于实验人员、场地等条件的限制，实验设计环节形同虚设。比如验证实验中的活性碳吸附亚甲基蓝的实验，考察不同浓度亚甲基蓝的吸附效果；而在综合实验中，部分学生仍然考察活性碳吸附亚甲基蓝的性能，只是把亚甲基蓝的浓度改成了不同吸附时间、反应pH以及活性碳的投加量等，失去了设计和综合实验的锻炼目的。

在考核环节，传统教学重结果，轻能力。目前环境工程实验课的成绩由预习报告成绩(30%)、实验操作成绩(40%)和实验报告成绩(30%)三部分组成。由于学生人数较多，实验过程考核与管控流于形式，学生容易消极对待，易造成部分学生不做实验、实验报告抄袭等不良现象，无法实现对学生成绩的客观、有效评定，严重影响学生学习的积极性和主动性。

2 实验教学模式改革及创新

2.1 “翻转课堂”教学方法的推动

实验教学目标中分别承诺了学生设计方案能力、实施方案能力、团队合作能力和沟通表达能力的培养。这些目标的核心特征是能力养成，主动学习是实现这些目标的有效途径，而传统“填鸭式”教学模式很难有效培养学生上述能力。为此，贯通课前、课堂与课后三个教学环节，引入线上课前讨论、线上方案设计、仿真与实验结合、线下实验方案实施及突发问题处理，课后汇报及问题答疑等涉及教学形式、教学方法、教学资源等多元改革的 “翻转课堂”教学模式。

2.2 综合素质的培养与提升

2.2.1 实验选题

由“包办型”教学转变为“指导型”教学模式，以教师为主的填鸭式教学转变为学生为主的“翻转课堂”教学模式，提供学生独立思考的条件和机会[3]。在演示实验中，引入大型仪器及仿真实验，这些大型仪器在本科生的实验过程中很难接触到。但是，在工作和研究生学习过程中需用到大型仪器；因此，在演示实验中，引入大型仪器，提高学生对科研设备的了解。而对处理工艺的内部结构，通过仿真实验，加强学生对工艺原理及内部结构的立体了解。在验证实验中，改革实验项目，引入技术成熟的、工程领域最新的检测指标，比如传统的氨氮纳氏试剂检测方法修改为氨氮检测仪直接测定。对于设计和综合实验，需根据理论课中有关水、气、固废处理工艺的特点，确定一定数量的实验选题，学生也可根据实验过程或者生产实践过程中发现的现象，自主拟定实验题目，并根据选题制定实验目标；学生根据人数分成若干小组，自由选择实验项目，在规定的时间自主查阅文献，拟定实验方案，经老师审核通过后开始相关的实验内容[4]。

2.2.2 实验设计及创新性

在验证实验过程中，预习报告不能仅仅是抄写实验指导书的内容，而应针对老师提出的问题，有针对性的进行准备和解答，做到实验过程中知其所以然。设计和综合性实验需与科研进行结合，学生确定实验题目后，查阅相关文献，小组讨论，给出可行性方案，并在线向老师汇报。指导老师与学生共同分析、探讨方案的可行性和实践的意义[5]。

方案的设计需突出创新性，而不是简单的检测水质指标或者是验证实验的延伸。在实验方案的设计过程中，需与科研、生产实践相结合，以解决科研问题、实际运行中出现的问题为最终目的，不能简单的监测反应器的常规指标，如COD、 pH、N、P等，需设置与工程应用接轨的检测指标。如吸附实验，学生不能仅考察活性碳吸附染料的性能，需结合目前科研的前沿，考察最新的纳米材料对有机污染物的吸附性能，比如MOF(金属有机框架)吸附有机微污染物，或者考察活性碳在工程应用过程中的再生、流失和分离等难题。

2.2.3 实验实施

确定实验方案后，学生需进行药品配置、实验装置组装，并分组进行实验操作。指导老师采用“讨论——启发——引导”的教学方式，在一旁进行指导、监督和打分；学生则采用“自主——合作——探讨”开展研究创新型实验[6]，重点锻炼学生的操作能力、实际问题解决能力及突发状况的解决能力。

实验结束后，需及时进行归纳总结及数据处理，并形成报告，以小组为单位向指导老师进行汇报，着重阐述实验过程中碰到的问题及解决措施，小组成员的分工及贡献等[7]。

2.3 教学质量评价体系及持续改进机制

教学质量评价是教学质量与效果的终结性评价，以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容(表2)；服务于教学持续改进。评价数据直接采用实验课程教学考核方案中相关终结性考核项目的结果或数据，方案设计、实验操作、实验报告。

表2 课程目标与考核环节的对应关系

“持续改进”是工程教育专业认证的精髓和核心，是教学质量管理体系的完整性与有效性的保证，其核心是改进策略的分析和及时响应。本次教改，采用动态跟踪，从毕业要求、课程目标、课程方案设计、教学过程与方法以及教学质量与评价进行及时反馈与改进，持续改进从目标达成导向、闭环运行和贯穿实验教学全过程三个基本要素贯穿实验课程的整个过程，以学生的课程学习目标与成果达成为第一要务，源于此并归于此，真正做到关注教学目标达成的各项关键环节。

3 结 语

环境工程专业综合实验是环境工程专业学生将理论知识与实践知识相结合的重要环节，传统实验教学方法无法适应工程教育认证及时代发展的要求。通过引入“翻转课堂”实验教学方法改革，从实验选题、实验设计、实验实施、数据处理及结果汇报等环节进行改革与创新，以学生为主体，着重提高学生的主动性、积极性。“翻转课堂”实验教学改革实施过程中收到了不错的效果。