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给排水科学与工程专业创新性实验教学的探索与实践

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  [摘 要]为顺应行业需求的新形势以及专业发展的方向和趋势,培养创新型工程技术人才,我校给排水科学与工程专业于2016年开展创新性实验教学的探索与实践。本文以创新性实验教学项目“水源水中PAEs污染状况调查与污染控制”为例,分析并总结创新性实验教学的教学效果及教学经验,以学生为主导,导师为辅助,培养学生创新思维能力,为导师制创新性实验教学项目的推广提供理论参考。
  [关键词] 导师制;创新性;实验教学
   给排水行业在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用,给排水科学与工程专业为给排水行业可持续发展提供了人才和技术支撑,现已形成了具有自身特点的学科专业理论体系和工程技术体系[1]。但是,为适应我国给排水行业内涵的变化和水资源短缺与水环境严重污染及社会发展对水的需求,还需要加强给排水科学与工程专业的改革与建设。特别是近年来对创新型人才的需求,高校给排水科学与工程专业更应该注重培养学生的创新性思维能力和独立探索精神,使其具备较强的综合实践能力,更好地从事生产实践或科研工作。然而,由于我校给排水科学与工程专业实验设备和场地不足,实验教学仍然以传统的教学模式为主,即教师先讲解演示一遍,学生照着操作一遍。这样的教学方式显然无法锻炼学生的独立创新思维,不利于创新型应用人才的培养[2]。
  本文以“水源水中PAEs污染状况调查与污染控制”为实施项目,指导学生开展大学生创新性实验项目,以水源水中邻苯二甲酸酯的污染状况调查及水中邻苯二甲酸酯的深度处理技术为主线,成功地申报了仲恺农业工程学院创新实验项目1项、广东省大学生创新实验项目2项,以及“宝洁中国先锋计划”小额资助项目1项。本文以该实施项目为例,探讨导师制模式下开展创新性实验的实践经验。
  一、以学科前沿研究热点引发学生参与创新性实验的积极性
  (一)实验教学设计
  水是世界万物之源,没有水,就没有人类社会。随着社会的不断发展、生活水平的不断提高,人民对饮用水的水质要求也越来越高。而与这一要求相矛盾的是,我国水体污染日趋严重,饮用水源水的水质难以得到保证,饮用水的安全问题已成为大众关注的焦点。
  邻苯二甲酸酯(PAEs)是典型的内分泌干扰物之一。目前,PAEs污染已经遍布我国地下水、地表水等水环境中,并且被检测出的PAEs种类越来越多,浓度也越来越高[3],若长期饮用含有微量PAEs的水,不仅会危害人类的生殖系统、肝脏、神经系统等,甚至还可能产生“三致”作用[4]。因此,了解水源水中PAEs的污染水平及污染状况,寻找有效去除PAEs的新方法或新技术,提高饮用水水质,保障人民的生命健康安全,是给排水科学与工程专业的主要研究热点之一。
  (二)实验教学效果
  学生们通过查阅大量的文献资料,提出了针对课题开展的各种想法,包括去哪里调查,怎么取样,怎样保存水样,用什么手段检测PAEs,饮用水中的PAEs要用什么方法去除,等等。老师和学生们一起讨论,气氛非常热烈,学生参与创新实验的热情更加高涨。经过一番研讨,从实验的可行性出发,我们最终确定了四部分研究内容:(1)河流型水源水(以学校自来水水源水—流溪河为例)中邻苯二甲酸酯污染现状的调查;(2)湖泊型水源水(以学校附近的和龙水库为例)中邻苯二甲酸酯污染现状的调查;(3)纳滤/超滤去除水中邻苯二甲酸酯的效能研究;(4)水中邻苯二甲酸酯分析检测方法的研究。通过这种形式,改变了传统的实验教学方式,使学生变被动为主动,大大提高了学生参与创新性实验的积极性。
  二、以独立设计实验方案锻炼学生的创新独立性思维
  (一)实验教学设计
  根据讨论确定的四部分实验内容,按4~5人/组将学生分组进行实验,以小组为单位进行实验方案设计。要求每组学生通过进一步查阅文献资料,明确实验的主要内容,整理出实验技术路线,并列出详细的实验进度安排。然后分组PPT汇报并讨论实验方案的可靠性,实验进度安排的合理性等。
  (二)实验教学效果
  学生们在自主设计实验方案时,遇到问题后能互相讨论,或主动请教高年级的同学或老师,提高了解决问题的能力。PPT汇报时,各组的PPT基本上是以文字为主,且文字太多,给人视觉上的疲劳;在介绍实验方案时,有些组能把做什么、怎样做讲得很清楚,也有些小组讲得不够到位,对自己设计的实验方案底气不足。
  三、以解决实验过程中的问题来提高学生的创新实践能力
  (一)实验教学设计
  在敲定實验方案后,组织各组学生按照实验进度安排开展实验,包括实验器材的准备、实验操作、实验数据的记录与整理以及撰写结题报告等。要求每个阶段集中汇报一次,主要讨论实验过程中遇到了什么问题,采用了怎样的解决方案,以及解决问题后的心得体会。
  (二)实验教学效果
  对于一般的实验教学,都是由老师准备好仪器试剂,在课堂上讲解并演示,学生依样画葫芦,对实验的理解和掌握可能不够到位;而在创新实验活动中,各小组同学根据自己设计的实验方案,一步一步地进行操作,出现疑难问题由导师再进行指导,这样则极大地提高了学生们的思考能力和动手能力。在实验过程中,学生自己动手完成,成就感很高,提高了学生参加创新性实验的信心。
  四、结语
  围绕“水源水中PAEs污染状况调查与污染控制”,在导师模式下指导学生开展大学生创新性实验教学,使学生了解了水源水PAEs的污染状况,掌握了水源水中PAEs污染的控制技术。整个过程以学生为主导,自主设计实验、分析结果,以导师为辅助,对学生进行有效的指导。这样,不仅启迪了学生的创新意识,激发了学生对科研的兴趣和热情,同时也极大地调动了学生参与科研创新的积极性,培养了学生良好的团队合作精神和严谨的科研作风,培养了学生的创新独立性思维和自主探索能力,并提高了实践动手的能力。
  参考文献
  [1]李婷婷,刘晶茹,李喜林.给排水专业应用创新型人才培养实验教学模式探讨[J].土木建筑教育改革理论与实践,2010(12):415-418.
  [2]魏雪团,郭爱玲,王凌,等.创新性实验教学的实践和探讨——以“聚谷氨酸的制备及其在补钙剂和果汁中的应用”为例[J].科教文汇,2015(32):40-41.
  [3]陈秋丽.纳滤膜去除水中微量邻苯二甲酸酯的效能及预测模型研究[D].广州大学,2018.
  [4]吴德生,秦逍云,谭琴,等.邻苯二甲酸酯类化合物的生殖毒性及其环境内分泌干扰效应[J].癌变·畸变·突变,2015(4):316-318.
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