地方院校環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)仿真實(shí)驗教學(xué)現狀與對策分析論文
實(shí)驗教學(xué)是環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)的重要組成部分,是對學(xué)生基礎理論知識、專(zhuān)業(yè)知識、基本實(shí)驗技能、獨立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合考查。通過(guò)實(shí)驗教學(xué),有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣、強化學(xué)生基礎理論知識、提高學(xué)生分析解決實(shí)踐問(wèn)題的能力、培養學(xué)生的創(chuàng )新思維。[1]
實(shí)驗教學(xué)分為傳統實(shí)驗(真實(shí)實(shí)驗)教學(xué)和仿真實(shí)驗教學(xué)。仿真實(shí)驗教學(xué)是傳統實(shí)驗教學(xué)的必要補充和延伸,它作為一種新型的實(shí)驗教學(xué)模式,已在我國高校環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)中得到了應用。[2]
為了適應新形勢,地方本科院校應認真分析目前仿真實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題,積極進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)改革,充分發(fā)揮仿真實(shí)驗教學(xué)的優(yōu)勢,進(jìn)一步提高環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力。
一、仿真實(shí)驗簡(jiǎn)介
仿真實(shí)驗是利用計算機創(chuàng )建一個(gè)可視化的實(shí)驗操作環(huán)境,通過(guò)這些虛擬實(shí)驗儀器或設備開(kāi)展實(shí)驗,達到與真實(shí)實(shí)驗相一致的教學(xué)目的和要求。[3]目前,環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的仿真實(shí)驗項目有自由沉淀實(shí)驗、過(guò)濾實(shí)驗、混凝實(shí)驗、氣浮實(shí)驗、曝氣充氧實(shí)驗、活性污泥實(shí)驗、堿液吸收SO2實(shí)驗、旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗、污水處理實(shí)習仿真,涉及的專(zhuān)業(yè)課程包括“環(huán)境工程原理”、“環(huán)境工程學(xué)”、“水污染控制工程”、“水處理設備設計與應用”、“大氣污染控制工程”、“流體力學(xué)”。與傳統實(shí)驗相比,仿真實(shí)驗具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)使用便捷,可以靈活開(kāi)展實(shí)驗。仿真實(shí)驗只需計算機和相關(guān)軟件即可,學(xué)生可以隨時(shí)隨地完成相關(guān)實(shí)驗。
(2)操作簡(jiǎn)單,交互性好。仿真實(shí)驗具有良好的人機交互界面和幫助文檔,能隨時(shí)對學(xué)生給予提示和幫助。
(3)成本低廉,可以重復開(kāi)展實(shí)驗。仿真實(shí)驗是虛擬環(huán)境下的實(shí)驗,即使操作不當,也不會(huì )損壞儀器,實(shí)驗成本低廉。同時(shí),由于某些真實(shí)實(shí)驗所需的實(shí)驗儀器、實(shí)驗材料、測試費用比較昂貴而常常無(wú)法開(kāi)展,仿真實(shí)驗則起到了較好的替代或補充。
(4)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣,培養學(xué)生的探究精神和創(chuàng )造性。對于仿真實(shí)驗,學(xué)生可自行組織、自由操作和調試,有助于學(xué)生深入理解實(shí)驗的設計思想;同時(shí)這種自主探索的實(shí)驗活動(dòng),可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣,最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng )造性。
二、仿真實(shí)驗教學(xué)中存在的'問(wèn)題
1.過(guò)于依賴(lài)仿真實(shí)驗
目前,由于師資力量有限、教學(xué)經(jīng)費缺乏等原因,為了完成教學(xué)大綱所規定的實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)數,仿真實(shí)驗項目成為首選。正是基于仿真實(shí)驗的經(jīng)濟性、快捷性、安全性等優(yōu)點(diǎn),部分高校將其作為提高實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)數、防止實(shí)驗儀器耗損、節約實(shí)驗藥品及耗材費用的“法寶”。對于新建地方本科院校,為了緩解硬件資源的不足,仿真實(shí)驗在實(shí)驗教學(xué)中的比重更為突出。
然而過(guò)于依賴(lài)仿真實(shí)驗,會(huì )削弱學(xué)生對實(shí)驗儀器、藥品的認知程度,減弱學(xué)生對實(shí)驗儀器操作的熟練程度,降低學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。[4]
2.仿真實(shí)驗與真實(shí)實(shí)驗相互獨立
從環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的實(shí)驗項目來(lái)看,仿真實(shí)驗與真實(shí)實(shí)驗幾乎都是獨立進(jìn)行的,很少將仿真實(shí)驗與真實(shí)實(shí)驗聯(lián)合起來(lái)作為一個(gè)實(shí)驗項目進(jìn)行開(kāi)設,從而無(wú)法發(fā)揮仿真實(shí)驗“預演”的優(yōu)勢。究其原因,一方面是由于沒(méi)有充分認識到聯(lián)合開(kāi)設實(shí)驗的優(yōu)勢,認為沒(méi)有必要;另一方面是由于實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)數偏少,無(wú)法同時(shí)開(kāi)設實(shí)驗。
3.學(xué)生重視程度不夠
仿真實(shí)驗幾乎都是計算機設定程序下的驗證性實(shí)驗,通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標點(diǎn)擊或鍵盤(pán)輸入即可完成,學(xué)生無(wú)論操作好壞對實(shí)驗結果影響不大。其結果是很多學(xué)生對仿真實(shí)驗不重視,認為實(shí)驗過(guò)程簡(jiǎn)單,隨便操作一下便可得到實(shí)驗結果,對實(shí)驗原理、數據分析也是一知半解,并未主動(dòng)分析思考問(wèn)題,最終導致實(shí)驗教學(xué)效果較差。
4.仿真實(shí)驗自主學(xué)習意識淡薄
當前,仿真實(shí)驗很多只是作為緩解學(xué)校實(shí)驗設備壓力、滿(mǎn)足實(shí)驗教學(xué)課時(shí)數的要求,而未真正思考仿真實(shí)驗的優(yōu)勢所在。學(xué)生只是在教師的要求下進(jìn)行某項仿真實(shí)驗,尚未形成仿真實(shí)驗自主學(xué)習意識,如課前利用仿真實(shí)驗預習相關(guān)知識點(diǎn)、課后利用仿真實(shí)驗強化理解相關(guān)知識、真實(shí)實(shí)驗開(kāi)展前利用仿真實(shí)驗提前熟悉實(shí)驗過(guò)程等。
另外,仿真實(shí)驗軟件一般安裝在計算機上,只在實(shí)驗課上開(kāi)放,平時(shí)學(xué)生無(wú)法接觸,這可能是學(xué)生無(wú)法充分利用仿真實(shí)驗進(jìn)行自主學(xué)習的原因;同時(shí),從某種程度上說(shuō)這也是實(shí)驗教學(xué)資源的浪費。
三、仿真實(shí)驗教學(xué)的應對措施
1.加強仿真實(shí)驗與真實(shí)實(shí)驗的結合
雖然仿真實(shí)驗具有諸多優(yōu)點(diǎn),但是與真實(shí)實(shí)驗還存在一定的差距,若過(guò)于依賴(lài)仿真實(shí)驗,則不利于學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng )新思維的培養。[5]因此,仿真實(shí)驗不能完全替代真實(shí)實(shí)驗,其不應成為專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)的主體,而應作為真實(shí)實(shí)驗的有效補充和延伸。
仿真實(shí)驗可為真實(shí)實(shí)驗做準備,利用仿真實(shí)驗為真實(shí)實(shí)驗、生產(chǎn)實(shí)習等實(shí)踐課作好“預演”,可以使學(xué)生深入理解實(shí)驗原理、熟悉實(shí)驗過(guò)程、掌握實(shí)驗操作步驟,從而提前發(fā)現真實(shí)實(shí)驗過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題,減少實(shí)驗錯誤,提高實(shí)驗效率,節約實(shí)驗成本。同時(shí),通過(guò)仿真實(shí)驗預演和真實(shí)實(shí)驗驗證,還可以進(jìn)一步強化學(xué)生實(shí)驗技能,提高實(shí)驗教學(xué)效果。
加強仿真實(shí)驗與真實(shí)實(shí)驗的結合,不僅有利于強化學(xué)生的工程意識,改進(jìn)學(xué)生的思維模式;還有利于學(xué)生樹(shù)立全局觀(guān)念,預先對真實(shí)實(shí)驗形成整體認識。[6]例如,學(xué)生要進(jìn)行城市污水處理廠(chǎng)的實(shí)習,可以提前使用“污水處理實(shí)習仿真”進(jìn)行預參觀(guān),使學(xué)生全面了解污水處理廠(chǎng)的工藝原理、工藝流程、構筑物結構、設計參數、操作規程、安全事項等,從而形成一個(gè)整體認識;在此基礎上再進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習,可以加深學(xué)生對專(zhuān)業(yè)內容的理解和掌握,達到滿(mǎn)意的實(shí)習效果。
2.改進(jìn)仿真實(shí)驗軟件
為了提高學(xué)生對仿真實(shí)驗的興趣和重視程度,應進(jìn)一步改進(jìn)現有仿真實(shí)驗軟件,增加一些設計性操作或考查試題。例如,每個(gè)仿真實(shí)驗的實(shí)驗裝置不直接給出,而只是提供各模擬組件或單元,要求學(xué)生自己操作組裝,這樣有利于加強學(xué)生對實(shí)驗裝置結構的了解,也可增加實(shí)驗的趣味性。再如,可在實(shí)驗原理、實(shí)驗內容、數據處理、實(shí)驗結果等之后設置若干考查試題,要求學(xué)生正確回答后才能進(jìn)行下一步操作,從而促使學(xué)生深入理解、認真對待仿真實(shí)驗。
3.建立仿真實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放式實(shí)驗室
通過(guò)仿真實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放式實(shí)驗室,學(xué)生可以在教師規定的期限內隨時(shí)進(jìn)入,自行在線(xiàn)完成指定的仿真實(shí)驗項目,也可根據自己的興趣開(kāi)展其他仿真實(shí)驗,這不僅有效解決了實(shí)驗課時(shí)偏少的問(wèn)題,而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣,使實(shí)驗教學(xué)內容在時(shí)間和空間上得到延伸。[7]
另外,仿真實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放式實(shí)驗室的建立將為學(xué)生開(kāi)展自主學(xué)習提供先決條件,也可顯著(zhù)提高實(shí)驗教學(xué)資源的利用率。
4.提高學(xué)生仿真實(shí)驗自主學(xué)習意識
教師應積極引導并鼓勵學(xué)生課外多利用仿真實(shí)驗進(jìn)行自主學(xué)習,不僅可作為真實(shí)實(shí)驗開(kāi)展前的預實(shí)驗,也可作為相關(guān)知識點(diǎn)的課前預習和課后復習。另外,要鼓勵學(xué)生自主設計、自行開(kāi)展相關(guān)仿真實(shí)驗,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣,培養學(xué)生的探究精神和創(chuàng )造意識,形成仿真實(shí)驗自主學(xué)習之風(fēng)。
四、結語(yǔ)
環(huán)境工程是一門(mén)實(shí)踐性很強的專(zhuān)業(yè),加強實(shí)驗教學(xué)具有至關(guān)重要的作用。對于地方本科院校來(lái)說(shuō),仿真實(shí)驗的出現有效緩解了硬件資源的不足,顯著(zhù)提高了環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)效果,但同時(shí)應清楚地認識到仿真實(shí)驗并不能完全替代真實(shí)實(shí)驗,它只是傳統實(shí)驗教學(xué)的必要補充和延伸。因此,在環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中,應調節好仿真實(shí)驗與傳統實(shí)驗的關(guān)系,注重二者的相互結合,最大限度地發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn),以促進(jìn)實(shí)驗教學(xué)水平的提高。
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