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關鍵詞:特色專業(yè)課 環(huán)境工程 本科生 教學 礦業(yè)
1973年,國務院了《關于保護和改善環(huán)境的若干規(guī)定》,明確指出,“有關大專院校要設置環(huán)境保護的專業(yè)和課程,培養(yǎng)技術人才”,我國高校從1977年開始設立環(huán)境類本科專業(yè),隨著我國高等教育的從精英教育到大眾教育的轉化,在高校擴招大背景下,結合目前國內外廣泛存在的環(huán)境問題,社會對環(huán)境類本科專業(yè)的需求增加,造成許多高校紛紛開設環(huán)境類專業(yè)(其中環(huán)境工程專業(yè)尤其典型)。隨著競爭加劇、就業(yè)困難等問題的出現(xiàn),一些學校開設緊縮相關專業(yè)的招生規(guī)模,甚至出現(xiàn)了部分高校環(huán)境類專業(yè)一度停止招生的現(xiàn)象。因此,結合傳統(tǒng)優(yōu)勢和行業(yè)特色對進行專業(yè)定位是關系到專業(yè)發(fā)展水平和前途的關鍵。而特色專業(yè)課作為環(huán)境工程專業(yè)教學和學生培養(yǎng)的重要內涵,充分發(fā)揮其在構建專業(yè)特色、明確主攻和服務方向上的作用,必將對專業(yè)的發(fā)展將直至至關重要的作用。
1 環(huán)境工程專業(yè)本科教學現(xiàn)狀分析
我國環(huán)境工程專業(yè)本科生教學普遍致力于培養(yǎng)可從事企事業(yè)、城鄉(xiāng)、區(qū)域及全球環(huán)境污染控制工程的規(guī)劃、設計、運行管理和研究開發(fā)的高級工程技術人才及應用復合型人才,可在各級政府機關環(huán)境保護部門、規(guī)劃部門、科研院所、工礦企業(yè)、事業(yè)單位等從事環(huán)境管理、教育、環(huán)境監(jiān)測與評價、科學研究和產品開發(fā)以及技術管理等工作。環(huán)境工程本科生專業(yè)課設置一般分三部分,即專業(yè)基礎課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課,綜合不同高校的課程開設情況,總體有代表性課程設置見下表(化學類、工程力學、流體力學等公共性專業(yè)基礎課除外)。
我國高校環(huán)境工程專業(yè)課程設置的三大部分中,專業(yè)基礎課重點介紹主要的環(huán)境學原理、環(huán)境與生態(tài)問題及解決問題的一般思路和方法學知識,為環(huán)境工程專業(yè)的基礎和重要保障;專業(yè)必修課則基本上各高校均為圍繞水、氣、固等環(huán)境工程重點方向設置專業(yè)主干課程,并結合環(huán)境監(jiān)測和微生物學等基礎測試評價體系和微生物學知識,對本科生在重點方向上的基本專業(yè)技能、解決問題能力等進行培養(yǎng)與訓練;專業(yè)選修課則囊括了環(huán)境評價、質量分析、環(huán)境信息系統(tǒng)等現(xiàn)行的環(huán)境工程主要內容、方法和一些新興的邊緣學科、研究領域以及手段。以上三個部分由基礎帶動專業(yè),基于原理和方法論來解決環(huán)境工程的主要分支方向具體問題,從問題的產生到新技術、新思維支持下的環(huán)境與生態(tài)相關問題的解決與處置。再輔以相關教學實踐環(huán)節(jié)如社會實踐、課程設計、本科生畢業(yè)論文或畢業(yè)設計等全面培養(yǎng)本科生的素質和技能,以達到培養(yǎng)計劃的要求。
分析我國高校現(xiàn)行的環(huán)境工程本科生教學體系,大體能滿足本科生教學的基本要求。但縱觀各高校環(huán)境工程專業(yè)本科生課程設置,基本上以共性為主,雖有部分高校開設了與學校傳統(tǒng)優(yōu)勢或研究方向相關的課程(如中國農業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)開設的農業(yè)生態(tài)工程課程),但總體說來,全國高校依舊普遍缺乏在主干課程體系支撐下的特色課程體系。通過對環(huán)境工程專業(yè)本科生的調查與溝通發(fā)現(xiàn)礦業(yè)類高校大部分學生對礦山、煤礦利用加工企業(yè)等存在的環(huán)境與生態(tài)問題、解決問題的原理與方法等普遍缺乏基本知識和認識,不清楚本校環(huán)境工程專業(yè)與其他學校相比優(yōu)勢與特色所在,定位不明,這對于行業(yè)特色明顯的高校而言,無法突出其為行業(yè)服務,有目的、有方向培養(yǎng)高素質、強技能人才的特點和優(yōu)勢。
2 特色專業(yè)課開設的必要性
針對目前我國高校環(huán)境工程專業(yè)本科教育的重共性的特點,應有計劃、按辦學重點和側重點逐步開設相關的特色專業(yè)課程,增強學生在相關行業(yè)和部門工作中的能力,以應對越來越激烈的社會競爭。
1.1固定化微生物在廢水處理中的運用
一般來說,在針對廢水處理的過程中,可以應用的固定化微生物技術主要包括兩種,一種是活性污泥法,另外一種就是生物膜法。而微生物主要是分布在菌膠團上,同時在一些固定的物質是能夠也有一定的分布。而微生物這樣的分布方法,并不是靠人工完成的,而是自然形成的。在1980年,人們開始進行人工固定化微生物的研究,將微生物固定在特定的空間網絡中,減少菌體的脫落現(xiàn)象,使得微生物可以長期的固定在一個載體上,并且保持較高的濃度。同時,在保障微生物固定化的基礎上,合理的利用微生物中所具有的活性物質以及絮狀物質等來進行廢水的處理,使得廢水可以得到有效的凈化。我國的相關專家針對廢水處理中,固定化微生物的應用進行了深入的研究。宋雪等相關的研究人員主要利用活性炭來作為酵母,將其混入到菌群中,在低氧狀態(tài)下以及好氧狀態(tài)下對菌群的變化情況進行觀察,從觀察的結果可以看出,在廢水處理中應用固定化的微生物,會使得廢水中存在的有機物質得到有效的降解和轉化,提升廢水處理的效果和質量。除了我國對固定化微生物在廢水處理中的應用進行了深入的研究之外,國外的一些專家也針對這項內容進行了深入的研究。Vanotti等相關的研究人員合理的利用PVA冷凍法來對硝化污泥進行了固定化實驗,從實現(xiàn)中可以看出,利用該冷凍方法,可以使得硝化污泥能夠有效的固定在聚乙烯醇小球上,這樣就可以利用這種方法來對一些養(yǎng)殖業(yè)的廢水進行處理。從研究觀察中可以了解到,在固定時間為4h的時候,則硝化污泥的有效率可以達到567mg/1.d。而在好氧的狀態(tài)下,如果硝化污泥能夠達到一種穩(wěn)定的狀態(tài),那么CODcr就可以有效的實現(xiàn)對污泥的硝化處理,硝化的有效率可以達到70%以上。這樣的固定化微生物方法,在實際的應用中,不僅可以有效的提升微生物固定化的效果,也可以使得相應的負荷沖擊減輕,使得微生物的固定時間保持在規(guī)定的范圍內。
1.2固定化微生物凈化大氣的研究現(xiàn)狀
國內從20世紀90年代才開始,研究固定化微生物凈化大氣,目前僅有同濟大學、昆明理工大學等少數機構在研究。同濟大學的馬紅采用固定床反應器,以海藻酸鈉包埋活性污泥進行含NH3臭氣處理,氣相NH3去除率大于92%,硝化速度大于0.63gN/kg固定化濕顆粒#d。硝化速度最高可達2.93gN/kg固定化濕顆粒#d。同濟大學的邵立明等采用海酸鈉包埋,CaCl2膠聯(lián)法,利用滴濾塔反應器凈化含H2S氣體,最大有效處理H2S的體積負荷可達6000-6500g/(m3#d),凈化效率保持在87%以上,袁志文等采用固定化微生物處理含甲硫醇惡臭氣體,顆粒填充床生物脫臭塔運行試驗表明:在空塔停留時間不大于13s時,對低濃度甲硫醇氣體(<.2.9mg/m3)的去除率在99.0%以上,對高濃度甲硫醇氣體(>2.4mg/m3)去除率在99.0%以上,當空塔停留時間減少到6.5s時,對低濃度甲硫醇氣體的去除率仍可維持在80.0%,脫臭塔對由于濃度和進氣量升高造成的沖擊負荷具有較強的緩沖能力。
2固定化微生物技術特點和研究方向
2.1固定化微生物技術的應用特點
首先,在環(huán)境工程中,固定化微生物技術在應用的過程中,能夠有效的將微生物的濃度進行有效的提升,也可以使得微生物中存在的活性物質得到有效的增加。利用固定化微生物技術來對廢水實施有效的處理,可以使得水質得到極大的改善。其次,固定化微生物技術可以有效的進行生物育種,利用生物育種,可以使得一些較難區(qū)分的微生物以及污染物有效的區(qū)分開來。再次,微生物在進行固定化處理后,微生物本身所具有的抗毒性會得到明顯的提高,有效的防止了病毒對微生物的侵害。最后,微生物在固定化反應的過程中,所需要的反應容器也相對較小,這樣就可以有效的達到節(jié)省空間的目的。
2.2固定化微生物技術的未來研究方向
固定化微生物技術在環(huán)境工程中的前景是不可估量的,但目前此類技術還存在許多問題有待于研究,相應地就形成了今后一段時間里固定化技術的研究方向。(1)載體是固定化技術的重要組成部分,而目前載體價格仍然令人難以承受。而且一般固定化微生物半衰期較長的也僅能達到100多天,實際運行要頻繁更換載體,顯然既不經濟,運行管理也麻煩。因此進一步開發(fā)新型性能優(yōu)良的固定化載體,對固定化技術的發(fā)展至關重要;(2)對固定化細胞的穩(wěn)定性問題尚缺乏研究,提高固定化細胞的穩(wěn)定性、改善固定化技術處理效果及使用性能也是今后的一個研究重點;(3)實際污染物是一個十分復雜的混合體系,用單一菌種處理一般很難達到要求,因此對于復雜的污染物體系,是采用混合菌還是單一高效菌分級處理,有待于進一步研究;(4)固定化技術目前應用的范圍比較小,如何把基因工程菌和固定化技術結合起來,拓寬可處理污染物的種類,從而使固定化技術可以廣泛地運用于工業(yè)污水、生活廢水處理,應是今后研究的重點;(5)固定化顆粒的相對密度是影響處理效果的一個不可忽略的因素,如何改善和調節(jié)固定化微生物顆粒的相對密度也有待于進一步研究。
3結論
1. 環(huán)境科學與工程學院研究生概況
我院環(huán)境工程專業(yè)是江蘇省高等學校特色專業(yè)共建設點,在招收的攻讀環(huán)境工程專業(yè)碩士研究生中,大多數學生選讀了《高等環(huán)境化學》這門課程。研究生的培養(yǎng)目標是畢業(yè)后能獨立地、創(chuàng)造性地從事科學研究、教學工作或擔任專門技術工作,而且具備主持較大型科研、技術開發(fā)項目的能力。我們學院攻讀環(huán)境工程專業(yè)碩士研究生畢業(yè)論文的主要課題方向列于表1。從表1可見,他們的研究方向主要有水污染控制工程、環(huán)境規(guī)劃與管理和環(huán)境監(jiān)測分析與技術三個方向,研究的內容主要以高濃度有機廢水處理、脫氮除磷技術、生態(tài)區(qū)域規(guī)劃。
2. 課程教學內容與碩士論文課題相結合
與建設理論、循環(huán)經濟研究、環(huán)境污染物分析方法研究等。
從表1可見,大多數學生是從事水污染控制工程方向的,其次是進行環(huán)境規(guī)劃與管理的,另外還有一些學生是專攻境監(jiān)測分析與技術方向的。根據上面的情況,如何講解此門課程,為他們在結束課程學習后進入到課題研究的關鍵問題是確定課程的主要內容。為此,我們作了大量的調研工作,并結合研究生的課題研究方向,修改、制定了該課程的教學大綱和講課的主要內容。由于本課程的教學時數只有36學時,環(huán)境化學的內容又是那么多,因此必須進行合理安排。我們把講解的內容分為六章,每章節(jié)的主要內容和教學時間安排見表2。由表1可知,較大部分學生是從事水污染控制工程研究的,他們很需要有關水污染這一方面的環(huán)境化學基本知識。我們在這一門課程的教學中就是根據此情況來安排我們的教學內容和時間的。由表2可見,第三章水環(huán)境化學的內容最多,共有10節(jié),教學時數為18,占了總學時的一半。其內容包含了天然水的基本特征、主要離子的形成、溶解性氣體,酸堿化學平衡、沉淀和溶解、配位平衡、吸附平衡等的基本原理,水體中有機污染物和無機污染物的遷移轉化,氧化還原技術和生化技術在水處理中的應用等。
在講解天然水的基本特征時,我們主要介紹了天然水的存在形式,各種水的主要組成、特點和污染物情況。如湖水中含鈣、鎂、鈉、鉀、硅、氮、磷、錳、鐵等元素,其中氮、磷等元素引起的富營養(yǎng)化問題是湖泊的主要污染問題。在2007年夏天,無錫太湖發(fā)生了嚴重的藍藻事件,給無錫市部分人民的生活帶來了一定的困難。藍藻出現(xiàn)的主要原因:一是氣溫比較合適,二是水中的氮磷濃度較高,三是太湖水域水流緩慢,這些都是藍藻大面積繁殖的必要條件。根據此情況,我們講解了水體中的異相物質——藻類的基本知識。藻類是湖泊、水庫等緩慢流動水體中最常見的能進行光合作用的浮游類植物,有一個明顯核。在沒有陽光的條件下,藻類將消耗自身體內有機物以滿足自身的需要,同時也消耗著水中的溶解氧。
對目前經常使用的生化法處理生活污水和工業(yè)廢水,有針對性地介紹了水體中的生物氧化還原反應。水體中的微生物在有氧氣存在的情況下,進行有氧呼吸時,有機物質發(fā)生的氧化還原反應可以表示如下:
CxHyOz+O2—^C02+H20+能量水體中,細菌、酵母菌、真菌等微生物的催化作用的結果使得許多無機化合物的生物氧化還原反應經常發(fā)生。細菌等微生物的呼吸過程是在微生物細胞內的各種氧化還原酶和一系列輔酶的催化作用下完成的,有機污染物被細菌等微生物降解的中間產物生成了各種有機酸'這些有機酸在水體溶解氧不足的條件下,將利用較弱的NO;-、Fe3+、Mn4+、SO42-、CO2等電子受體,進行反硝化、反硫化、甲烷發(fā)酵、酸性發(fā)酵等厭氧過程,其最終產物有CO2和氏0,以及NHhH2S、CH4、有機酸、醇等。在缺氧條件發(fā)生的生物反硫化作用可在淤泥、沼澤、排水池中進行。由此引起硫酸鹽轉化為HS氣體的反應,從而產生Cu、Pb、Zn、Ag等金屬的硫化物沉淀,以至減弱了這些金屬在所在環(huán)境介質中的遷移能力。
另外對水體中有機污染物和無機物的的遷移轉化機理進行了較詳細的介紹。特別是水體中有機污染物的污染更為重要和復雜。到目前為至,世界上已有700多萬種有機物,其中大多數都是有毒有害的,如排入到環(huán)境中會造成環(huán)境質量的惡化。而我們對環(huán)境中的有機污染物控制和處理還較簿弱,需要我們做很多工作。
水中有機污染物以及農藥殘留的分析、監(jiān)測是環(huán)境中有機污染物的重要研究課題之一,部分研究生在這方面進行了一定的研究。
從環(huán)境科學的角度,土壤是人類環(huán)境的重要組成要素。隨著環(huán)境科學的發(fā)展,人們愈來愈認識到土壤環(huán)境的復雜性和重要性。土壤環(huán)境化學就是研究化學物質,包括各種污染物進入土壤后的化學行為及其影響。包括污染物在土壤環(huán)境中的遷移、轉化、降解和累積過程中的化學行為、反應機制、歷程和歸宿。此章重點放在幾類有代表性的化學物質,即化學農藥(代表土壤中外源有機化學物)、化肥、重金屬和固體廢棄物的土壤污染化學,并對土壤污染中復雜的化學過程作一介紹。首先,我們介紹了土壤的組成和性質;然后介紹了土壤負載容量或土壤環(huán)境容量;讓學生對土壤有一個大概的了解。
重金屬是土壤無機污染物中比較突出的一類。通過各種途徑進入土壤的重金屬通常以可溶態(tài)或顆粒態(tài)存在。其在土壤中的遷移、轉化及生物可利用性均直接與重金屬的存在形態(tài)相關。例如重金屬對植物和其他土壤生物的毒性,不是與土壤溶液中重金屬總濃度相關,主要取決于游離(水合)的金屬離子。對鎘,則主要取決于游離Cd2+濃度,對銅則取決于游離Cu2+及其氫氧化物。而大部分穩(wěn)定配合物及其與膠體顆粒結合的形態(tài)則是低毒的。僅脂溶性金屬配合物是例外,因為它們能夠迅速透過生物膜,并對細胞產生很大的破壞作用。
我們學院有些教師在土壤中重金屬形態(tài)分析的研究也開展了一些研究并取得了某些研究成果,并將此作為研究生的研究課題之一。根據此情況,我們給學生介紹重金屬形態(tài)分析方面的基本理論和最新研究情況。近年來,以北美Tesskr等人提出的五步系列萃取法和歐共體BCR的四步系列萃取法應用較多[3,4]。我們也將這二種方法存在的缺點擺了出來,主要是萃取操作的時間過于冗長,使實際應用不易實現(xiàn)。在此同時,我們向學生展示了國際上應用超聲波或微波的能量加速萃取樣品中組分和縮短操作時間的研究工作情況,并把土壤中重金屬形態(tài)分析作為研究生研究的課題之一。
3.已取得的部分研究成果
通過學習,學生們很好地了解和掌握了有關高等環(huán)境化學的基本知識。學生使用已學的基本理論和技術,在水污染控制工程、環(huán)境規(guī)劃與管理和環(huán)境監(jiān)測分析與技術等方面的研究工作已取得了一定的成績,并在各類期刊上發(fā)表了他們的研究成果。在水污染控制方面的數最多,主要是利用膜生物反應器、生化法技術處理生活污水和工業(yè)廢水,如厭氧氨氧化細菌、雙循環(huán)兩相生物處理工藝、磁場對污泥沉降影響、水生植物修復技術等。在環(huán)境規(guī)劃與管理方面取得的成果主要是對生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展、資源利用等。在環(huán)境監(jiān)測分析與技術方面取得的成果主要在樣品預處理現(xiàn)代技術的應用、重金屬形態(tài)和有機污染物分析測定等方面。如在使用膜生物反應器生化技術處理廢水時就運用在此門課程中學到的水體中的微生物在有氧氣存在的情況下,進行有氧呼吸時,有機物質發(fā)生的氧化還原反應的原理對一體式射流曝氣膜生物反應器處理廢水的情況進行了分析,以及對膜生物反應器的優(yōu)缺點及改進思路進行了探討,成果分別發(fā)表在《環(huán)境科學與技術》和《江蘇環(huán)境科技》期刊上。在生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展和資源利用方面,如對城鎮(zhèn)化過程中水環(huán)境變化及影響因子分析和盛澤湖濕地生態(tài)恢復初探等方面進行了研究,并分別在《江蘇環(huán)境科技》和《環(huán)境科學與管理》期刊上發(fā)表了研究成果。在重金屬形態(tài)分析研究方面,研究生應用課堂上學習到的關于土壤中重金屬形態(tài)分析的基本原理和
利用超聲波或微波的能量能加速萃取樣品中組分和縮短操作時間,如對利用微波能進行土壤中重金屬形態(tài)分析進行了較系統(tǒng)的研究,與常規(guī)的Tessier法比較,使重金屬前4步形態(tài)的操作時間從17.5小時縮短為14分鐘,并改善了萃取效率。研究成果已在《蘇州科技學院學報(工程版)》上發(fā)表。
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關鍵詞:環(huán)境工程;工程實踐;創(chuàng)新能力;研究生;教學體系
2014年6月,在中國科學院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會開幕會上發(fā)表重要講話,強調“堅定不移創(chuàng)新創(chuàng)新再創(chuàng)新,加快創(chuàng)新型國家建設步伐”,肯定并再次強調了創(chuàng)新在科技發(fā)展方向中的重要性。大學研究生院作為我國現(xiàn)行教育體制中最高層次的教育學院,是我國專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的搖籃,支撐著國家創(chuàng)新體系的建設。因此,為培養(yǎng)具備寬厚的科學素質、扎實的工程素養(yǎng)、良好的道德品質、優(yōu)秀的創(chuàng)新能力和事業(yè)寬廣的高素質拔尖人才,必須將研究生工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為教育的首要目標。近年來,我國環(huán)保事業(yè)正蓬勃興起并逐漸成為一個巨大的新興產業(yè),社會急需大量具有工程實踐和創(chuàng)新能力,能快速擔當起環(huán)境污染治理重任并能隨污染情況變化和環(huán)保要求提高不斷研發(fā)新技術、新工藝的應用型專業(yè)人才,而環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新能力的形成和發(fā)展必須以工程實踐活動為基礎。因此,實踐教學對培養(yǎng)本專業(yè)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力有著理論教學不可替代的特殊作用,是創(chuàng)新人才及卓越工程師教育培養(yǎng)過程中貫穿始終的、不可或缺的重要組成部分[1]??茖W合理的環(huán)境工程專業(yè)實踐教學體系不僅要向學生傳授科學知識,培養(yǎng)動手能力并強化實踐技能,還應該積極拓展實習載體、開闊學生視野并加強產學研工程實踐轉化,引導學生掌握科學的思維方式,提高分析問題和解決問題的能力并強化培養(yǎng)學生的工程實踐和創(chuàng)新能力[2]。
一、環(huán)境工程專業(yè)研究生實踐教學體系的構建目標和原則
中國地質大學(北京)環(huán)境工程專業(yè)研究生培養(yǎng)實踐教學體系的構建必須緊緊圍繞人才培養(yǎng)方案和專業(yè)人才培養(yǎng)目標進行,以培養(yǎng)學生專業(yè)素質、工程能力和創(chuàng)新能力,全面提高環(huán)境工程專業(yè)教學質量為出發(fā)點,結合學校的人才培養(yǎng)特色,通過學生自主設計和研究活動,學會科學研究的方法,建立科研創(chuàng)新概念,在實踐中全面提升研究生的專業(yè)素質、工程能力和解決新問題、改善僵化學習思路的創(chuàng)新能力。環(huán)境工程專業(yè)研究生實踐教學體系一般包括實踐教學內容體系、實踐教學的考核評價體系、實踐教學保障體系和實踐教學基地體系等要素,各要素相對獨立又相互統(tǒng)一,綜合實現(xiàn)研究生工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的功能。因此,我校環(huán)境工程實踐教學體系的建立需要遵循以下幾個基本原則[3]:
(1)整體性原則。實踐教學體系是一個相對獨立又統(tǒng)一的有機整體,每個體系相互關聯(lián)又具有層次化和模塊化特點。每個實踐環(huán)節(jié)層次分明、逐步遞進,具有明確的要求和保障措施以確保整個實踐教學體系的完整性。
(2)應用性原則。應用反映在社會崗位對環(huán)境工程專業(yè)人才的需求上,是我校研究生專業(yè)人才培養(yǎng)的目的,以應用為主旨和特征構建環(huán)境工程專業(yè)實踐教學體系是實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)目標的前提。因此,緊緊圍繞社會崗位需要的各項技術能力—設計能力、施工能力、研究能力和創(chuàng)新能力等,構筑實踐教學體系的內容和考核指標。
(3)特色性原則。實踐教學形式和環(huán)節(jié)多樣,各有特色,其中包括實驗、實習、畢業(yè)設計和企業(yè)實踐等。我校環(huán)境工程專業(yè)研究生實踐及教學體系的構建應該確立“素質教育為核心,技術應用能力培養(yǎng)為主線,創(chuàng)新能力培養(yǎng)為關鍵,產學研結合為途徑”的特色,充分考慮環(huán)境工程專業(yè)依托的行業(yè)特色以及區(qū)域的經濟發(fā)展水平,選擇合適的實踐教學基地并創(chuàng)建科學合理的保障體系。
(4)產學研結合原則。本實踐教學體系的創(chuàng)建目標是為社會培養(yǎng)高素質的環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新人才,產學研結合是實現(xiàn)此目標的必要手段。通過產學研結合,共同研究培養(yǎng)方案,制定培養(yǎng)計劃,實施培養(yǎng)過程,以滿足社會工作崗位的需求。
二、環(huán)境工程專業(yè)研究生實踐教學體系的構建
根據上述研究生實踐教學體系的構建目標和原則,結合我校環(huán)境工程專業(yè)研究生教學實踐特點,建立了一套包括實踐教學的內容體系、考核評價體系、保障體系和創(chuàng)新實踐體系四要素的研究生實踐教學體系。
1.實踐教學內容體系
實踐教學內容體系是指培養(yǎng)研究生教學環(huán)節(jié)所呈現(xiàn)出來的具體教學內容,是整個環(huán)境工程專業(yè)研究生培養(yǎng)的核心內容。教學內容應以學生綜合素養(yǎng)、應用知識與創(chuàng)新能力的提高為目標,著重突出專業(yè)實踐類課程和工程實踐類課程,教學內容要強調理論性與應用性課程的有機結合[4]。針對傳統(tǒng)實驗教學依附于理論課體系的橫向模式,超越單門實驗課程的范圍,建立教學課程之間的系統(tǒng)聯(lián)系,精選實驗項目,統(tǒng)籌實驗內容,使基礎性、理論性、設計性和綜合性各類實驗項目合理配置,建立符合環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)特色的一體化多層次的實踐教學內容體系[5]。該內容體系主要分為兩個層面,即:
(1)基礎實驗教學。鑒于我校研究生生源多數來自外校,實驗能力參差不齊,因此應增設旨在培養(yǎng)研究生實驗室動手能力的基礎實驗教學課程。為不同研究方向研究生增設“環(huán)境微生物實驗”、“水污染控制工程實驗”、“水化學分析實驗”、“大氣污染控制實驗”、“固體廢物處理處置實驗”和“環(huán)境監(jiān)測實驗”等選修實驗課程內容,重點培養(yǎng)學生的基礎實驗技能和專業(yè)興趣。
(2)創(chuàng)新實踐活動。該層次是為了培養(yǎng)我校環(huán)境工程專業(yè)研究生的科研能力、工程能力、創(chuàng)新能力和綜合能力開展的教學實驗內容。在學生了解相關專業(yè)課程背景及學術概念基礎上,鼓勵學生根據興趣學科方向查閱和總結文獻,依托我校研究生院、科技處、水資源與環(huán)境學院以及科研公共服務體系,進行自主創(chuàng)新實踐活動、參加指導教師的科研項目或申報學校的科技扶持獎勵與科研競賽等。鼓勵學生發(fā)表高水平科技論文、參加國內外學術會議、依托產學研基地轉化科研成果等,積極培養(yǎng)學生的科學精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力[6]。
2.實踐教學考核評價體系
實踐教學考核評價體系是整個體系的反饋機制,我校環(huán)境工程研究生教育培養(yǎng)實踐教學考核評價體系的實施主體由研究生院和直屬院系承擔。實踐教學考核評價體系分別針對獨立的實踐環(huán)節(jié)制訂了不同的考核評價標準,主要包括以下幾個方面:
(1)實驗教學考核評價。這一部分評價標準主要針對基礎理論實驗教學課程。評價重點主要在學生掌握基礎理論和實驗手段的內容、方法和效果上,強調實驗課程的設計是否合理,實驗目標是否明確具體,學生動手操作能力是否得以培養(yǎng)等。
(2)畢業(yè)設計考核評價。我校環(huán)境工程專業(yè)研究生培養(yǎng)設計類主要體現(xiàn)在畢業(yè)設計上,選題上傾向于培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力,允許學生進入企業(yè)進行工程實踐。設計內容的設置,有利于促進學生綜合利用所學知識,對實際工程問題進行深入研究,通過工藝參數選取、構筑物計算、設備選型、經濟概算等環(huán)節(jié),逐步建立工程意識。因此,考核評價的重點主要集中于選題的難易程度、與工程實際結合的緊密度、設計完成情況和答辯準備情況等幾方面。
3.實踐教學保障體系
實踐教學保障體系是整個體系正常運行的前提,主要包括實驗、實踐教學師資隊伍和實驗、實踐運行管理兩方面內容:
(1)實驗、實踐教學師資隊伍建設。環(huán)境工程專業(yè)涵蓋化學、工程、材料等不同學科領域,研究內容需要交叉學科協(xié)助。因此,研究生需要更多維的思維方式和廣闊的學術視野。此前,我校一直采用的是“一對一”的研究生培養(yǎng)模式,這種模式易導致研究生思維局限、學術視野狹窄等問題。因此,我??梢愿母镞@種研究生培養(yǎng)模式,試行導師團隊模式(涵蓋實驗、科研、工程技術各具專長的教師團隊),引入交叉學科老師進入指導團隊,實行主副導師工作制度。這種指導方式更加利于研究生創(chuàng)新及工程能力的培養(yǎng)[7]。
(2)實驗、實踐運行管理。良好的實驗、實踐教學管理可以保障高水平的實踐教學質量。我?,F(xiàn)有水資源與環(huán)境工程北京市重點實驗室,包括水分析實驗室、環(huán)境化學實驗室、水力學實驗室、地下水物理模擬實驗室、水處理實驗室、環(huán)境微生物實驗室、環(huán)境數值模擬實驗室、巖土環(huán)境工程實驗室、包氣帶水分運移實驗室和地下水循環(huán)實驗室等。每個實驗室配有切實可行的實驗教學管理規(guī)章制度,涵蓋設備管理、教師管理、學生管理、實驗管理、項目管理和安全管理等各方面內容。實驗室運行采用開放式管理模式,包括定時開放和預約開放。定時開放主要根據實踐課程實驗的教學計劃和任課教師的教學安排確定;預約開放則針對本專業(yè)科研教師和研究生的具體要求(科研、培訓、項目、競賽和創(chuàng)業(yè)計劃等)安排確定[6]。
4.實踐教學創(chuàng)新實踐體系
研究生創(chuàng)新教育培養(yǎng)之根源在于實踐,有了創(chuàng)新性意識和思維,才能通過研究手段取得創(chuàng)新性研究成果。因此,通過構筑創(chuàng)新基地和平臺,為研究生提供廣闊的校內外實踐場所,提供創(chuàng)新思維轉化的媒介,達到環(huán)境工程專業(yè)研究生工程實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[8]。
(1)校內專業(yè)教學實踐。我校環(huán)境工程專業(yè)下屬實驗室開放給研究生,鼓勵學生在導師團隊指導下進行自主實驗,學校研究生院積極組織學生參與各類科技創(chuàng)新活動,資助具有自主知識產權的科研項目、創(chuàng)業(yè)計劃和成果轉化。在此過程中注重引導培養(yǎng)學生的科研意識、創(chuàng)新思維和能力,尊重學生個性和興趣,充分發(fā)揮研究生的潛能。
(2)校外創(chuàng)新拓展實踐。加強專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的組織和團隊指導,積極與協(xié)作單位共建常設的校外實踐訓練基地,鼓勵研究生在校外創(chuàng)新拓展實踐基地實習。校外創(chuàng)新拓展實踐基地的指導團隊以合作單位設計部、工程部、環(huán)評部的工程技術人員為主,校內專業(yè)教師配合協(xié)作,學生在工程師的指導下承擔實際工程項目的設計、施工、管理和環(huán)境評價,使學生真正接觸工程項目的技術核心,通過實戰(zhàn)鍛煉掌握工程實施和工藝創(chuàng)新的技能。在此基礎上,通過推動產學研合作,將科研成果轉化,直接有效地服務于社會。
三、結束語
在全社會關注研究生教學質量的今天,各高校都在開展硬件設施升級、課程改革、教材建設和人才引進等工作。同樣,近年來實踐教學的重要性也得到了前所未有的重視。對于我校環(huán)境工程專業(yè)的研究生培養(yǎng)來說,實踐教學的改革應該著眼于工程實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據我校環(huán)境工程專業(yè)辦學特色與社會崗位需求構建自身培養(yǎng)特色的研究生實踐教學體系,對從根本上提高實踐教學質量,提高研究生工程實踐能力和創(chuàng)新能力具有重要作用。
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關鍵詞:環(huán)境工程;施工技術;教學改革;教學方案
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)39-0059-02
《環(huán)境工程施工技術》是環(huán)境工程專業(yè)的一門專業(yè)拓展選修課。該課程的任務是系統(tǒng)地介紹室內外管道工程施工以及水處理構筑物施工過程中,與土建有關的施工程序、施工方法和施工組織管理的基本理論、基本知識[1]。本課程具有實踐性和綜合性強、涉及面廣和實踐性強等特點,通過本課程的學習,使學生了解水工構筑物和管理工程的施工技術和質量標準及驗收方法,所用材料以及管材的性能、規(guī)格及檢驗,具有對施工方案及方法進行正確的選擇和制定的能力,對施工中的重點、難點有初步了解,具有編制施工組織計劃的基本技能和施工監(jiān)理的一般常識,為畢業(yè)后從事專業(yè)設計、施工、管理與科研工作打下基礎,具備解決一般施工技術問題的初步能力。但在以往教學課程中教學內容以及方式難以滿足這些要求,因此本文對該課程進行以下相應的教學改革探索。
一、課程教學遇到的主要問題
《環(huán)境工程施工技術》課程的目的在于培養(yǎng)學生施工過程中組織管理能力以及施工工藝中的操作能力,從而拓寬學生以后的就業(yè)崗位。但實際的教學中,會遇到諸多的問題,下面列舉一些教學中主要的問題。
1.課本知識與以往內容脫節(jié),不能與時俱進。課本內容較為陳舊,不能完全滿足課程目標要求。幾年來,《環(huán)境工程施工技術》課程所使用的教材沒有更換過?,F(xiàn)實中施工技術隨著科技的進步正在日新月異地發(fā)展,課本知識已經脫離現(xiàn)實施工技術的要求。隨著現(xiàn)今工藝、材料、技術的不斷更新,多數新編的教材在教學內容和知識覆蓋面中均較以往的教材中有明顯增多,但已經過氣或者淘汰了的施工工藝仍存在[2],并且基本無刪減。盡管對現(xiàn)已推廣且應用的工藝、材料、技術在新教材中已有所介紹,但教授內容淺顯。特別是對新施工技術的講解,多數教材并沒有涉及。
2.相關知識點薄弱?!董h(huán)境工程施工技術》是一門較為綜合的課程,其教學過程中還要求學生須具備內容相關的基礎類知識,例如《土力學與地基基礎》、《建筑材料》、《工程地質與水文地質》等課程中的相關知識以及理論。在這些基本理論知識支撐下,課程教學中才能讓學生正確地理解以及掌握環(huán)境工程施工技術中的基本知識理論,從而將所學知識熟練應用,符合環(huán)境工程專業(yè)教學培養(yǎng)方案。但在環(huán)境工程專業(yè)的課程體系中,沒有設置以上相關課程,例如在講解施工降水時,學生們對于水文地質的知識不了解;講到鋼筋混凝土施工技術時,學生們也不清楚混凝土的定義;講到給排水管道的施工時,學生同樣不懂給排水管道的基本特點和組成,等等。
3.壓縮課時帶來教學效果的不佳。教學中為培養(yǎng)更能適應社會的需求的人才,從而加深以及拓寬學生在專業(yè)知識面,各個課程因此打破了原來的教學結構體系。為建立新的課程的結構體系,各個課程學時進而也有了很大的變更[3]。《環(huán)境工程施工技術》學時的減少使教學時間極其有限,因而只能使用“滿堂灌”的教學方式以完成教學大綱中所規(guī)定的課時內容,嚴重影響了教學效果。
4.教學方法陳舊。教學過程中依然采取了和其他理論類課程相同的教學方法,沒有體現(xiàn)其“施工技術”應有的實踐特色。作為理論與實踐相銜接的課程,《環(huán)境工程施工技術》教學中應該有實踐環(huán)節(jié),但實際教學中并沒有實踐這一要求。缺乏實踐的施工技術課程讓學生沒有辦法更好地理解這門課程在實際應用中的作用。
二、《環(huán)境工程施工技術》教學改革探究
《環(huán)境工程施工技術》課程的教學應具有目的性、靈活性、序列性的三大特點。目的性是讓學生在課程結束后具有相應的知識應用能力;序列性是指為達到課程教學的目標而設置的課程前后順序;靈活性是指為達到課程教學目的所使用的課程講授過程。教學中同樣按照這三個基本原則來進行。
1.教學內容與時俱進。課程應及時更新課本以及教學內容,施工類教學的內容陳舊會導致與現(xiàn)實脫節(jié)。《環(huán)境工程施工技術》的課本要及時更換為較新版的,能夠把如今現(xiàn)實生產中的內容給學生講解。
2.相關領域知識教學加強。環(huán)境工程施工教學的內容抽象且復雜,特別是對缺少實踐的本科生,難以理解和想象具體的施工過程以及工藝。多媒體教學在當今教學中的不斷應用,在《環(huán)境工程施工技術》課程中其高效且易于理解的作用也日益重要。多媒體教學主要是利用視頻、圖片以及文字的結合將使用現(xiàn)場展現(xiàn)出來,使得使學生能夠耳目一新,同時也激發(fā)了學生的興趣。在課時被大幅壓縮的情況下,多媒體教學同樣以其易懂性彌補了相關知識的缺乏,使得教學效率大大增加[4]。
3.開展方向性研究學習。通過開展方向性研究學習,鼓勵學生通過其他渠道獲得知識信息,培養(yǎng)學生處理信息的能力。在實際的教學過程中,教師可在課后給學生們提供些需要思考討論才能解決的問題,并且要求學生查閱相關文獻知識解答問題。例如,在教授過程中給學生們設置“面對設備防腐的對策、淺談冬季混凝土施工的對策、淺談鋼筋混凝土結構的改進方法、管道及設備的保溫方式進展、施工常遇到的地下水問題以及方案”等相關類的拓展問題,讓學生們通過文獻查閱以及課堂知識,引導學生對此類問題的進行解決[5]。
4.改革教學手段。《環(huán)境工程施工技術》課程內容不僅具有理論知識性,還具有施工應用性,因而其內容多且復雜,與其他相關學科知識相互融合。比如,教學內容中的工藝流程、施工設備、工程構筑物多且復雜。在日常教學中應適當增加其他相關課程類的介紹性教課,把基本的原理做一簡單介紹,比如土石方的爆破施工簡介教學是,應適當增加土石方以及爆破這兩個概念的講授。與此同時,大學生實踐更是必不可少的,如不能設置現(xiàn)場教學,可增加些施工現(xiàn)場的視頻,結合教學內容,從而提高教學質量[6]。
《環(huán)境工程施工技術》是在環(huán)境工程類教學中極其重要的實踐性拓展課程,其目的是培養(yǎng)實用型的環(huán)境工程類人才。只有通過課程教學的不斷改革創(chuàng)新,才能拓展學生們的視野,增加其對真實工程施工的了解,為日后適應相關類別的工作打下良好的基礎。
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新型案例教學設計
基于對微生物燃料電池多年的研究基礎及對環(huán)境工程專業(yè)的認識,筆者總結了微生物燃料電池與以下課程的結合。
1.水質工程學教學
微生物燃料電池作為一種有應用前景的新技術,近年來得到廣泛關注,也取得了進展。而微生物燃料電池可以作為案例,引入到水質工程學的教學中來。在講授生物處理部分,可以引入微生物燃料電池這項新技術。首先需要向學生講清楚微生物燃料處理廢水的原理。在微生物燃料電池陽極室內,同時發(fā)生著厭氧生物處理、電化學氧化、生物氧化與生物混凝等多個過程,并逐一介紹此四個過程的原理特征。然后向學生介紹當前應用微生物燃料電池技術進行污染處理的研究狀況。近年來,一系列富含生物可降解有機物的廢水,在微生物燃料電池中逐漸被嘗試用來產電,同時廢水本身得到降解。在介紹完整體研究狀況后,任課教師可以根據熟悉的特征廢水,展開而深入地向學生展示。需要提及的是,氮污染控制是當下環(huán)境保護工作的重點,微生物燃料電池處理含氮廢水是該技術在廢水處理領域最重要的應用之一,也與中國地質大學(北京)以地下水污染防治為特色的環(huán)境工程教學特點密切相關。微生物燃料電池生物脫氮的研究最早開始于2004年,研究者發(fā)現(xiàn)當陰極電勢控制在-500mV時,微生物能夠直接以陰極作為電子供體將NO3-還原[7],這對微生物燃料電池處理含氮廢水的實際應用具有十分重要的意義。同時也需要向學生說明,當前受制于材料成本,微生物燃料電池處理廢水還只停留在實驗室研究,還未真正應用。這樣既向學生傳授了生物水處理的相關知識,又激發(fā)學生進行深入了解研究的動力,培養(yǎng)了學生善于思考與聯(lián)想的能力。在講授水處理系統(tǒng)部分時,在講解完生活污水傳統(tǒng)的處理工藝的基礎上,可以針對當下相對難以處理的工業(yè)廢水,介紹基于微生物燃料電池的新型處理工藝。如筆者所在的課題組嘗試用UASB-MFC-BAF的組合工藝處理糖蜜酒精廢水[8],高效去除污染物的同時,并獲得1410.2mW/m2的最大功率密度。其中,在UASB單元高效去除COD并進行硫酸鹽還原,MFC單元氧化硫化物的同時產電,BAF單元去除色度并降解苯酚衍生物。與常規(guī)工藝的結合為MFC在污水處理方面的應用提供了新的思路,成為一種很有前途的處理方式。這除了向學生傳遞了水處理工藝的相關知識,也示范了工藝組合的特點與基本規(guī)律,培養(yǎng)了學生講自己所學的水處理技術融會貫通,靈活運用的能力。
2.固體廢物處理處置工程教學
堆肥處理是主要的資源化技術之一,在講到堆肥部分時,可以介紹微生物燃料電池固體廢物堆肥中的應用案例,即微生物燃料電池既可以處理廢水,也可以處理固體廢物,展示了該技術良好的發(fā)展前景。其在固體廢物堆肥中,底物不需要頻繁更換,而且有機質含量高,堆肥過程自身產熱可提高溫度,為堆肥過程中形成的高度復雜的微生物種群的富集和生長提供了更加穩(wěn)定的外部環(huán)境,當前以廚余垃圾和園林肥料為原料的堆肥微生物燃料電池也已經有報道[9]。剩余污泥是城市污水處理廠運行中最為頭疼的問題,在講授城市污水處理廠剩余污泥處理處置部分時,可以著重介紹微生物燃料電池在剩余污泥資源化過程中的應用,微生物燃料電池可以將剩余污泥中的化學能轉化為最清潔的電能,為污泥資源化提供了新的思路。具體包括直接利用剩余污泥與間接利用剩余污泥兩方面,前者是直接以剩余污泥為燃料,在輸出電能的同時,能達到良好的污泥減量效果;后者是分別以剩余污泥微波預處理上清液與剩余污泥發(fā)酵產生的揮發(fā)性脂肪酸作為燃料,可以有效地資源化利用剩余污泥,同時達到污泥減量的目的。將此類案例介紹給學生,既可以傳授了固體廢物資源化與處置的相關知識點,又可以激發(fā)學生的學習熱情,提高教學質量,并且進一步培養(yǎng)了學生環(huán)境工程意識和環(huán)境工程研究的能力,進一步培養(yǎng)了學生分析和解決環(huán)境工程實際問題的能力。
3.環(huán)境學教學
環(huán)境學是環(huán)境類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課程,旨在使學生正確理解和掌握與環(huán)境問題有關的基本概念、基本知識以及基本原理,以便為學習后續(xù)課程奠定必要的基礎。而微生物燃料電池與其課程教學也有密切聯(lián)系,可以成為增強教學效果的有力工具。污染物是環(huán)境工程的處理目標,而污染物指標是檢驗環(huán)境技術優(yōu)劣的標準,在水體污染教學方面,五日生活需氧量(BOD5)的含義與測定是教學中的一項重要內容。常規(guī)BOD5測定主要采用呼吸法,該法測定較為復雜,而且耗時長,基于微生物燃料電池工作原理的BOD5傳感器具有良好的應用前景,其電流或電壓與污染物濃度呈現(xiàn)良好的線性關系,而且能夠快速響應,并且測量范圍較寬,結果具有良好的重復性,因此成為微生物燃料電池實際應用領域較為重要的直接應用方向。在利用微生物燃料電池類型的傳感器測定BOD5時,以待測廢水為陽極液,通過之前測定的電壓與濃度對應關系,讀取電壓值,便可換算為BOD5的濃度。此測定方法發(fā)現(xiàn)電池轉移電荷與BOD5之間呈明顯的線性關系,相關系數達到0.99,標準偏差為3%~12%。而且微生物燃料電池類型的BOD5傳感器響應快,恢復能力強,當污水濃度發(fā)生變化時,電流滯后1h即可達到穩(wěn)定。而且微生物燃料電池型BOD5測定方法的另一突出優(yōu)點是可連續(xù)運行,無需路外保養(yǎng)。通過介紹微生物燃料電池在測定BOD5中的應用,可以加深學生對BOD5的理解,傳授了水體污染指標的概念,也培養(yǎng)了學生觸類旁通、理論聯(lián)系實際的能力。在環(huán)境學課程講授中,會涉及全球的能源與環(huán)境問題,也會提到一些新型的清潔能源如氫能、核能等。此時可以介紹微生物燃料電池電助產氫的相關知識,這也是微生物燃料電池可能直接利用的主要形式。根據電化學理論,電解水的分解電壓為1.6V,而在無氧氣存在的條件下,在雙室微生物燃料電池陰極施加一個遠小于水的分解電壓的小電壓(一般小于0.8V),可以促進外電路轉移至陰極的電子和陽極轉移至陰極的質子結合而生成氫氣,從而達到利用微生物燃料電池系統(tǒng)產生氫氣的目的,該工藝產生的氫氣純度較高,并可以積累和儲存以及運輸,克服了以前微生物燃料電池輸出功率低、無法直接應用的缺點,從而促進微生物燃料電池技術朝著實際應用又邁進了一步。這一方面可以吸引學生更深的了解微生物燃料電池技術,而且培養(yǎng)學生的研發(fā)興趣與愛好,另一方面?zhèn)魇诹藲淠艿惹鍧嵞茉吹南嚓P知識,拓展了氫能的來源,啟發(fā)了學生深入探究、勤于聯(lián)想的能力,取得良好的教學效果。
課堂教學實踐
在中國地質大學(北京),筆者主要參與環(huán)境工程專業(yè)基礎課與專業(yè)課的教學。在實際教學中,將微生物燃料電池的研究心得與實際教學相結合,對教學起到很好的促進作用。如在環(huán)境專業(yè)基礎課有機化學的教學中,在講授烯烴部分時,講到石墨烯作為微生物燃料電池陽極的優(yōu)點,更多地利用了其比表面積大、易于微生物附著的特征,促進了微生物燃料電池的產電與污染物去除,使得學生對于石墨烯的應用有了更直觀的認識,對教學起到了促進與拓展的作用,符合當下理論聯(lián)系實際的教學思路。在環(huán)境專業(yè)主干課環(huán)境生態(tài)學的教學中,將水生生態(tài)系統(tǒng)部分引入微生物燃料電池的概念,介紹了產電微生物的工作原理及特性,并介紹了沉積物微生物燃料電池的工作原理及應用,這不僅向學生傳遞了水生生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境微生物的類群與功能,以及污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉化規(guī)律等知識點,而且可以使學生明晰微生物燃料電池的在其中所起的作用,形象地展示了微生物燃料電池參與污染遷移轉化的過程,對于此部分知識的教學,起到很好的促進作用。講到這些案例時,學生的學習熱情都比較高漲,教學效果明顯提升??梢娢⑸锶剂想姵卮_實是良好的教學載體,有助于提高環(huán)境工程教學的質量,筆者在后續(xù)教學中還需進一步完善提煉。
如何更好地培養(yǎng)社會需求、具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才,是學校一直關注的重要課題。隨著時代的發(fā)展,社會對人才的需求呈現(xiàn)出多樣性,創(chuàng)新精神和實踐能力作為大學生不可或缺的基本素質和能力在現(xiàn)代社會中日顯重要。勿庸置疑,科研活動是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的最有效途徑。做到能讓環(huán)境工程專業(yè)本科生以組成項目小組形式充分參與到教師和企業(yè)的項目中去,從而充分發(fā)揮他們的特長、展示自我、培養(yǎng)創(chuàng)新興趣,增強實踐能力。
2把科學研究引入教學全過程,多渠道全方位培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力
面對新世紀對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求,在課堂教學活動中加強對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。對于專業(yè)課,任課老師應加強理論聯(lián)系實際,要結合生產實踐和自己的科學研究講授所學的內容,介紹國內外環(huán)境領域最新的研究成果,包括新問題、新技術、新工藝、新方法和新設備等,激發(fā)學生的好奇心,使學生在不知不覺的課堂教學中培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。加強課程之間的交叉融合,大膽優(yōu)化課程設置,修訂教學計劃。改革理論教學和實踐教學,做到理論為實踐服務,理論為創(chuàng)新鋪路。
3提升教師科研能力,建立起高水平的指導教師隊伍
高素質的指導教師隊伍,是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識、實踐能力和創(chuàng)新能力的重要保證。學生課外科研活動的開展,離不開教師的積極支持和參與。因此,師資建設是關鍵。教師教學和科研能力的提升,以及高水平科研團隊的組建勢在必行。本專業(yè)現(xiàn)有教師14名,其中擁有博士學位8人,碩士學位4人,本科3人。教授4人,副教授6人,講師2人,高級工程師1人,高級實驗師2人。講授專業(yè)課程的教師7人,講授基礎課程教師5人,講授實驗課程教師3人。學校教學名師1人,校級優(yōu)秀任課老師2名。35歲以下青年教師3人。教師隊伍中10名主要成員都具有10年以上教學經歷,事業(yè)心和責任感很強、團結協(xié)作精神好。教師數量充裕,師資結構基本合理。但也存在很大的優(yōu)化和提升空間。主要從以下幾點進行師資隊伍建設:
3.1加強教學團隊的打造和建設圍繞環(huán)境工程核心課程群,以授課經驗豐富的教授和優(yōu)秀教師為核心,3~5名教師為小組,建設起熱愛本科教學、改革意識強、結構合理、教學質量高的分別側重于專業(yè)基礎課教學、專業(yè)課教學和實踐課教學的優(yōu)秀教學團隊,并以此為核心穩(wěn)步提升教學質量,建設網絡課程,打造精品課程。
3.2加快教師科研能力的提升高素質的指導教師隊伍,是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識、實踐能力和創(chuàng)新能力的重要保證。學生課外科研活動的開展,離不開教師的積極支持和參與。因此,教師科研能力的提升和高水平科研團隊的組建勢在必行。否則,學生的科技活動只能停留在小規(guī)模、低層次的水平,很難撰寫出高水平的論文和培養(yǎng)高質量的創(chuàng)新人才。項目擬以環(huán)境工程研究所為研究平臺,以環(huán)境工程專業(yè)目前已經初具規(guī)模的三個特色研究方向:富營養(yǎng)化水體治理、固體廢物處理與資源化、海洋生態(tài)環(huán)境與監(jiān)控技術為導向,繼續(xù)加強中青年教師的科研能力提升,再以教師的科研項目為依托,指導學生參與項目研究,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。
3.3健全中青年教師培訓機制學院層面由教學督導檢查和監(jiān)控教研室教學工作的開展,幫助教師提升教學和教學研究水平。對教學能力較差的老師,進行一對一幫扶和院內教學培訓。教研室內部定期舉行公開課和教學觀摩課,進行教學經驗交流。對中青年教師安排教授和優(yōu)秀任課教師進行幫帶和指導,經考核評估通過后才予以上課。新進教師必須經過學校和學院的培訓考核通過后才能上課,其中無授課經歷的新進教師,先安排助教工作1~2年,熟悉教學環(huán)節(jié)、教學過程、具有一定教學基本功、試講考核通過后才能授課。教研室每學年擬安排1~2名教師外出培訓,提升教學和科研能力。
4進一步加強與企業(yè)合作,建立穩(wěn)定的校外實踐基地
校內的學習和培養(yǎng)環(huán)節(jié)固然重要,但真正能檢驗學生能力和培養(yǎng)質量的還是到企業(yè)的工作能力,解決實際問題的專業(yè)能力。通過理論學習、實踐環(huán)節(jié)和參與項目研究,已經使學生具備了基本的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。學生在畢業(yè)前還需要到企業(yè)去實地檢驗和鍛煉自己的創(chuàng)新實踐能力。目前,環(huán)境工程教研室與廣東兩家企業(yè)有合作關系,已經連續(xù)兩年外派學生去企業(yè)做畢業(yè)設計,在校內教師和企業(yè)工程師的指導下,共同解決企業(yè)實踐中迫切需要解決的問題。在此基礎上,我們可以繼續(xù)加強合作,在企業(yè)建立起穩(wěn)定的實踐基地,把企業(yè)實踐中遇到的問題以項目形式讓教師和學生參與其中,學生還可以在畢業(yè)設計時期有較長一段時間直接參與企業(yè)工作,直接鍛煉了學生解決實際問題的能力。
5加強大學生參與科學研究的管理和實踐,使其制度化、規(guī)范化和多樣化
營造大學生科技創(chuàng)新氛圍。同時,加強科研課題的特色項目建設,使我校環(huán)境工程專業(yè)的大學生在區(qū)內高校乃至全國高校中具有一定的影響,形成鮮明的特色。這一切必須依賴一套科學合理的管理體制,把改革成果制度化,規(guī)范化。在此基礎上,銜接個層面的關系,使教學與科研多方受益,最終培養(yǎng)出優(yōu)秀的多樣化的,適應社會需求的環(huán)境工程專業(yè)學生。
6結論
關鍵詞:環(huán)境工程;教學改革;固體廢物
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)25-0041-02
環(huán)境工程是一門實踐性很強的交叉性、應用型學科,在經濟快速發(fā)展的今天,如何有效提高學生的實際處理問題的能力以及科研思考能力,是其在社會上作為有用人才的必備條件,所以如何合理的進行專業(yè)改革和實踐是亟待解決和思考的問題之一。根據上述考量,在充分考慮當前社會需求和就業(yè)壓力的情況下,進行必要性的教學改革和專業(yè)課程探索迫在眉睫。
一、環(huán)境工程教學改革
當前,由于高校招生的擴張給應屆畢業(yè)生就業(yè)帶來了巨大的壓力,作為工科類型的環(huán)境工程專業(yè)也難逃其咎。在此現(xiàn)實問題的基礎上,對我國傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方式進行了大膽改革。在綜合考慮人才市場和社會發(fā)展趨勢的前提下,確定了培養(yǎng)復合型應用人才的培養(yǎng)目標;同時,針對專業(yè)課程設置進行了優(yōu)化,保證在核心專業(yè)課程完成的基礎上,強調實踐教學,調動學生積極主動地參加科技創(chuàng)新活動。為了合理優(yōu)化和建設完善的環(huán)境工程專業(yè)體系,需重點抓以下幾個方面的工作。
1.突出學科交叉性。環(huán)境工程是一門較為綜合的學科體系,主干課程有水、氣和固體廢物處理工程,以及排水管道、污水處理設施、垃圾填埋場設計以及不同環(huán)保設施的設計和開發(fā)等必須具備的工科專業(yè)技能。與此同時,考慮到了學科交叉性大的特點,在進行環(huán)境工程教學改革時,特別的需要有意識的加大實踐教學的考核以及科技創(chuàng)新的力度,充分開發(fā)和調動學生的潛力和智力。其次,要結合國內外學科發(fā)展的動態(tài),主要邀請國內外不同領域的專家、學者來校講學或做講座,大大增加了就業(yè)的成功率。最后,也要大幅度的增加交叉學科的教學工作,提高學術的研究深度。
2.突出教學實踐。環(huán)境工程專業(yè)的最終目的是培養(yǎng)環(huán)境領域的專業(yè)技術人才,如何能在有效的時間范圍內大大提高學生實際處理問題的能力呢?針對這個問題我們也做過深入的思考,唯一且有效的方式就是加強實踐教學和開展科技創(chuàng)新。對于實踐教學而言,我們不應只停留在簡單的驗證性實驗、綜合性實驗、生產實習、課程設計以及畢業(yè)設計等方式上,為了更好結合社會的快速發(fā)展,緊跟經濟高速發(fā)展的腳步,首先要大幅度增加設計性、創(chuàng)造性的實驗,在研究生的帶領下完成試驗方案設計、試驗裝置制備以及實驗數據的測定與分析,思考結果的正確性和科學性,以及考核結果帶來的社會或經濟意義。其次,水、氣、固廢盡量在大學期間在科技創(chuàng)新或實踐環(huán)節(jié)均有所參與,同時課題選擇也要結合實踐需求,所有過程均需要有課程匯報環(huán)節(jié),也可以突出科技論文的寫作能力。最后,加強產、學、研基地的建設,使學生有可能直接參與到企業(yè)的實踐過程中,通過實習和觀察刺激和培養(yǎng)學生結合實踐的創(chuàng)新能力,使得所學能夠更好的和實際工業(yè)過程有機契合,大大提高學生適應社會的能力。
3.突出交叉教學方式。傳統(tǒng)的教學方式突出板書的教學實現(xiàn),然而,對于環(huán)境工程專業(yè)而言,大多好氧生物處理、厭氧生物處理等生化設施適應傳統(tǒng)的板書,從而不能體現(xiàn)出它的動態(tài)運行過程,如果我們采用視頻處理或者PPT等多媒體教學模式,不僅有效地提高了教學的效果,也大大調動了學生的興趣,能使學生更好的投入到專業(yè)課程的學習中。因此,這種交叉性的教學方式更能被學生所接受。一方面,大大加大的教學進度,使單位時間內呈現(xiàn)出更大的教學信息量,使學生在單位時間內能獲得更多的知識量。例如,通過圖片和視頻使學生學習了準好氧填埋場和倒置A-A-O污水處理設施后,學生對實際的處理過程就有了更為深刻的理解。
4.突出開拓就業(yè)能力。任何教學的目的都是以就業(yè)為導向的,我們也要大力開發(fā)和拓展環(huán)境工程專業(yè)學生的就業(yè)領域。目前來講,主要的就業(yè)方向有以下幾種:①環(huán)境工程或市政工程設計研究院。主要業(yè)務范圍包括給水處理、排水處理以及相關設施的設計工作,以及相關配套設施的采購、安裝、調試和運行等工作。②國有或私有環(huán)保公司。主要從事的業(yè)務有污水處理、垃圾填埋、垃圾焚燒等處理處置設施的BOT、TOT、BT項目的實施,以及工程總承包等項目。③環(huán)境咨詢以及產品銷售。④環(huán)境影響評價。主要從事新建、改建以及擴建項目的環(huán)境影響評價等。⑤其他。主要涉及電力、化工、煤炭等產業(yè)發(fā)展過程中對環(huán)保人員的需求。所以,在高校就業(yè)指導過程中,要給學生進行就業(yè)去向的培訓工作,積極指導和引導他們根據自身的特長進行正確的就業(yè)選擇。
二、拓展固體廢物專業(yè)課程體系
1.加強教材、教學和科研成果體現(xiàn)。深入淺出的教材、知識點全面的教材以及當代專家學者根據科學前沿即時更新的教材是我們最好的選擇。首先,我們要選擇省部級以上的優(yōu)秀教材、“面向21世紀課程教材”、“十一五”國家重點教材等優(yōu)秀的教材科本[1]。其次,教學人員也要及時把自己的科研結果或時展的前沿知識,通過教學過程展現(xiàn)在實踐教學過程中。最后,教學人員要根據自己的實踐教學經驗,合理補充必要的教學內容進入教學環(huán)節(jié)。例如,我們還可以將MFC、MEC、生物能源、固體廢物資源化等知識滲透進入教學內容,學生不僅學習了固體廢物方面的知識,也拓寬了環(huán)保領域的視野。
2.加強交叉課程銜接。相同的知識點可能在不同專業(yè)課程中都有所體現(xiàn),如何合理的將不同課程體系有機結合,最大程度的獲得知識量是我們最關注的話題。所以,在充分掌握固體廢物處理處置專業(yè)課程的基礎上,也要有意識的去學習一些兼容性強的課程。比如:固體廢物資源化及生物基產品、污染控制微生物學等。在學習好氧垃圾填埋過程中,我們融入了污染控制微生物學的內容,能使學生更容易理解厭氧堆肥和衛(wèi)生填埋,從而更加全面地了解了填埋的不同類型,大大調動了學生的學習主動性[2]。
3.加強課程考核。課程考核是教學過程的必備環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的考核方式是考試,這種單一的考核方式,容易使學生機械的學習知識,不能活學活用。所以,我們要進一步開發(fā)出能有效調動學生學習積極主動性的考核方式。多維的考核體系可能是我們更容易實現(xiàn)全面考核的考核方式。多維考核方式可以有以下幾方面組成:考試、作業(yè)、報告、實踐及科技創(chuàng)新等。不同類別進行單獨考核,設置不同的等級或分數??己送瑫r也要增強知識的全面性和理解深度,使學生真正掌握所學內容,提高面對社會的適應能力。
參考文獻:
[1]范欽華.環(huán)境工程專業(yè)課程建設與教學改革初探[J].科教文匯,2011,(1):65-66.