浅谈“引导型、自主式”实验教学

一、概述

环境工程学实验是武汉大学资源与环境科学学院环境工程本科专业的一门理论性和实践性都很强的实验课，也是一门综合性的技术基础课程，它需要物理、化学、生物等基础知识，以及实验装置的设计和数据分析等方面所涉及到的基础理论，这些基础理论知识在理论课上都已经学过，但许多课堂上学到的实验理论和方法只有通过实际验证才能加深理解并真正掌握。实验课程的目的就是使学生加深理解所学基础知识，掌握相关知识的基本原理和适用范围;具备实验数据处理和误差分析能力;得到基本实验技能的训练与分析能力的训练，使本科生初步掌握环境工程中水、气、固废处理的基本方法，对各门知识能够融会贯通，并且加深对理论知识的理解。

对于高校本科生教育，尤其是理工科教育，实验教学不仅可以培养学生掌握当前所学的科学技术，同时能让学生在实践中拓展思路，创造出新的技术，培养学生尽快的成材成长。与此同时，合理的教学方法可以事半功倍，因此完善本科教学方法也是任重而道远。

二、实验教学理念

环境工程学实验是环境工程专业一门非常重要的专业实验课程。我们的教学理念是指导学生开拓实验思路，培养学生对实验方法、实验步骤、结果分析评判等基础知识的掌握，更让学生学会并能够设计出完整的实验方案。

由于实验方案是需要学生自己设计的，指导老师只讲解相关实验的仪器的操作，而实验具体的操作步骤和流程设计以及数据处理方法都是需要学生自己课下查阅资料和相关书籍，学习相关的实验知识，然后根据实验室所提供的仪器设备和所需达到的目标，来设计出最佳的实验方案，所以说有可能每个学生设计出来的方案都是不一样的，在实际实验操作中再对比标准方案对自己的思路进行评判，让学生通过实验对整个实验过程有自己真实的体会，使学生不仅仅是掌握本课程中开出的这些实验，更学会通过一些新原理方法设计出理想的实验方案，创造出更好更有效的处理方法和处理工艺。本门课程更强调学生对实验的自助设计和思考的能力，实验环节的改变，使实验教学由灌输式转变为引导自主式实验。

在本门课程中，将课堂的理论知识与实际实验操作的实践相结合，了解它们之间的异同点，也将使学生们更清楚地认识到，理论学习与实践操作之间存在着怎样的差距，从而更加灵活的利用已掌握的专业知识，去解决未知的问题，更多的思考现存的技术方法的优点和不足之处，进而加以改进和补充。

三、具体实施方法

对每个实验安排三个环节。第一环节，在实验前阶段向学生提供该实验处理对象、应用的原理、材料和设备等条件清单，用一个学时的时间向他们介绍设备使用的注意事项，并提供一个其它的标准实验方案为他们作为模板，要求学生自行查阅资料，设计出一个初步的实验方案。然后再进入实验第二环节实验室实验，首先，向学生提供标准的实验方案，并对一些关键步骤进行讲解，然后开始实验，并纠正他们在实验中出现的一些错误和解答疑问，收回他们设计的实验方案，实验环节结束后，是第三环节，实验总结--撰写实验报告，总结实验中出现的问题，分析实验结果等，并让学生针对该实验提出一些建议和想法，鼓励学生提出新的处理方法、工艺，或者对实验设备进行提出改进建议等。对于学生而言，每次实验都可分为5 个步骤：

1. 实验前的预习并查找资料回顾实验所用的原理(理论课上已经学过)(实验前课余时间完成);

2. 到实验室熟悉实验器材及使用方法，可提出一些自己的疑问(一次课时间);

3. 熟悉了实验器材后根据教师提供的材料，结合查找的资料，进行实验方案设计(课余做);

4. 根据所设计的实验方案进行实验，得到实验数据(一次课时间);

5. 撰写实验报告。

四、实验教学方法优点

在第一步回顾原理中，使学生重新回顾巩固了一遍基础知识，并实际的将理论知识运用到实验中，加深了学生对书本知识的理解。第二步熟悉器材的过程让学生了解了今后在实验工作中可能会用到的仪器，给了学生很好的学习机会。在设计实验方案的过程中考验了学生获取、提炼信息的能力，可以提高学生的自主学习的能力，加深了学生对实验的理解，从被动学习变为主动学习，也在潜移默化的过程中强化了学生科学思考、独立解决问题的能力。在做实验的过程中，因为是多人一个小组，考验了学生团队协作的能力，也给学生创造了和其他同学沟通交流的机会，在这种互相讨论中可以看到自己没有考虑到的方面，学习别人的长处，认识自己的不足;同时，在实验中锻炼了学生的动手能力和解决突发问题的能力，在实验过程中不可避免的会遇到一些阻力，这需要学生自己摸索、思考来解决，这个过程很有意义。最后在撰写实验报告的过程中，锻炼了学生处理数据，找出问题，总结结果，吸取经验的能力，这个过程给了学生一个总结反思整个过程的机会，帮助学生再一次巩固知识，总结经验教训，也可以意识到实际实验过程中可能遇到的问题，学习解决的方法以及帮助学生形成自己的思维方式。

同时，每个实验的安排都具有一定的目的性和合理性。例如混凝沉淀法处理高浊度水实验设计，实验的主要设备是六联搅拌机和浊度仪。由于胶体颗粒具有带电性，投加混凝剂的多少，会直接影响混凝的效果，投加量不足，或者投加量过多，均不能获得良好的混凝效果。不同水质对应的最优混凝剂投加量也各不相同，需要通过实验的方法加以确定。这个实验的注意事项就是向各烧杯加药剂时尽可能同时投加，避免因时间间隔过长，各水样加药后反应时间长短相差太大，会造成混凝效果悬殊。而在酸性废水中和过滤吹脱实验设计，则需要注意控制好进水出水流速，防止酸性废水溢出，由于这个设备在设计的时候并没有设计气液分离器，需要学生自己课下查阅相关资料和书籍来自行设计。同样，在碱液吸收气体中的二氧化硫实验中，学生通过实验会学习掌握气体采样器的用法，并且熟练掌握了碘量法滴定二氧化硫的方法，这是建立在大二已经学习了基本的化学知识和掌握了滴定实验的基础上的。

五、结束语

本实验教学方法有利于改革高校实验教学的内容与方法，增强学生的自主思考及实验能力，培养本科生在实验课程中掌握先进的科学技术，同时让他们在实践中拓展思路，对各门知识得到融会贯通的认识和掌握，加深对理论知识的理解，从而创造出新的技术，培养更全面的应用型人才，使实验教学由灌输式转变为引导型、自主式实验，从而激发本科生对实验课程的兴趣，在潜移默化的过程中强化了学生科学思考、独立解决问题的能力。