實驗教學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分,是對學(xué)生基礎(chǔ)理論知識、專業(yè)知識、基本實驗技能、獨立分析問題和解決問題的綜合考查。通過實驗教學(xué),有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、強化學(xué)生基礎(chǔ)理論知識、提高學(xué)生分析解決實踐問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。[1]

　　實驗教學(xué)分為傳統(tǒng)實驗(真實實驗)教學(xué)和仿真實驗教學(xué)。仿真實驗教學(xué)是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的必要補充和延伸,它作為一種新型的實驗教學(xué)模式,已在我國高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)中得到了應(yīng)用。[2]

　　為了適應(yīng)新形勢,地方本科院校應(yīng)認(rèn)真分析目前仿真實驗教學(xué)中存在的問題,積極進(jìn)行實驗教學(xué)改革,充分發(fā)揮仿真實驗教學(xué)的優(yōu)勢,進(jìn)一步提高環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的實踐能力。

　　一、仿真實驗簡介

　　仿真實驗是利用計算機創(chuàng)建一個可視化的實驗操作環(huán)境,通過這些虛擬實驗儀器或設(shè)備開展實驗,達(dá)到與真實實驗相一致的教學(xué)目的和要求。[3]目前,環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)的仿真實驗項目有自由沉淀實驗、過濾實驗、混凝實驗、氣浮實驗、曝氣充氧實驗、活性污泥實驗、堿液吸收SO2實驗、旋風(fēng)除塵器性能實驗、污水處理實習(xí)仿真,涉及的專業(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(shè)備設(shè)計與應(yīng)用”、“大氣污染控制工程”、“流體力學(xué)”。與傳統(tǒng)實驗相比,仿真實驗具有以下優(yōu)點:

　　(1)使用便捷,可以靈活開展實驗。仿真實驗只需計算機和相關(guān)軟件即可,學(xué)生可以隨時隨地完成相關(guān)實驗。

　　(2)操作簡單,交互性好。仿真實驗具有良好的人機交互界面和幫助文檔,能隨時對學(xué)生給予提示和幫助。

　　(3)成本低廉,可以重復(fù)開展實驗。仿真實驗是虛擬環(huán)境下的實驗,即使操作不當(dāng),也不會損壞儀器,實驗成本低廉。同時,由于某些真實實驗所需的實驗儀器、實驗材料、測試費用比較昂貴而常常無法開展,仿真實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(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)造性。對于仿真實驗,學(xué)生可自行組織、自由操作和調(diào)試,有助于學(xué)生深入理解實驗的設(shè)計思想;同時這種自主探索的實驗活動,可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。

　　二、仿真實驗教學(xué)中存在的問題

　　1.過于依賴仿真實驗

　　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(guī)定的實驗教學(xué)學(xué)時數(shù),仿真實驗項目成為首選。正是基于仿真實驗的經(jīng)濟性、快捷性、安全性等優(yōu)點,部分高校將其作為提高實驗教學(xué)學(xué)時數(shù)、防止實驗儀器耗損、節(jié)約實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,仿真實驗在實驗教學(xué)中的比重更為突出。

　　然而過于依賴仿真實驗,會削弱學(xué)生對實驗儀器、藥品的認(rèn)知程度,減弱學(xué)生對實驗儀器操作的熟練程度,降低學(xué)生解決實際問題的能力。[4]

　　2.仿真實驗與真實實驗相互獨立

　　從環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)的實驗項目來看,仿真實驗與真實實驗幾乎都是獨立進(jìn)行的,很少將仿真實驗與真實實驗聯(lián)合起來作為一個實驗項目進(jìn)行開設(shè),從而無法發(fā)揮仿真實驗“預(yù)演”的優(yōu)勢。究其原因,一方面是由于沒有充分認(rèn)識到聯(lián)合開設(shè)實驗的優(yōu)勢,認(rèn)為沒有必要;另一方面是由于實驗教學(xué)學(xué)時數(shù)偏少,無法同時開設(shè)實驗。

　　3.學(xué)生重視程度不夠

　　仿真實驗幾乎都是計算機設(shè)定程序下的驗證性實驗,通過簡單的鼠標(biāo)點擊或鍵盤輸入即可完成,學(xué)生無論操作好壞對實驗結(jié)果影響不大。其結(jié)果是很多學(xué)生對仿真實驗不重視,認(rèn)為實驗過程簡單,隨便操作一下便可得到實驗結(jié)果,對實驗原理、數(shù)據(jù)分析也是一知半解,并未主動分析思考問題,最終導(dǎo)致實驗教學(xué)效果較差。

　　4.仿真實驗自主學(xué)習(xí)意識淡薄

　　當(dāng)前,仿真實驗很多只是作為緩解學(xué)校實驗設(shè)備壓力、滿足實驗教學(xué)課時數(shù)的要求,而未真正思考仿真實驗的優(yōu)勢所在。學(xué)生只是在教師的要求下進(jìn)行某項仿真實驗,尚未形成仿真實驗自主學(xué)習(xí)意識,如課前利用仿真實驗預(yù)習(xí)相關(guān)知識點、課后利用仿真實驗強化理解相關(guān)知識、真實實驗開展前利用仿真實驗提前熟悉實驗過程等。

　　另外,仿真實驗軟件一般安裝在計算機上,只在實驗課上開放,平時學(xué)生無法接觸,這可能是學(xué)生無法充分利用仿真實驗進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的原因;同時,從某種程度上說這也是實驗教學(xué)資源的浪費。

　　三、仿真實驗教學(xué)的應(yīng)對措施

　　1.加強仿真實驗與真實實驗的結(jié)合

　　雖然仿真實驗具有諸多優(yōu)點,但是與真實實驗還存在一定的差距,若過于依賴仿真實驗,則不利于學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。[5]因此,仿真實驗不能完全替代真實實驗,其不應(yīng)成為專業(yè)實驗教學(xué)的主體,而應(yīng)作為真實實驗的有效補充和延伸。

　　仿真實驗可為真實實驗做準(zhǔn)備,利用仿真實驗為真實實驗、生產(chǎn)實習(xí)等實踐課作好“預(yù)演”,可以使學(xué)生深入理解實驗原理、熟悉實驗過程、掌握實驗操作步驟,從而提前發(fā)現(xiàn)真實實驗過程中可能遇到的問題,減少實驗錯誤,提高實驗效率,節(jié)約實驗成本。同時,通過仿真實驗預(yù)演和真實實驗驗證,還可以進(jìn)一步強化學(xué)生實驗技能,提高實驗教學(xué)效果。

　　加強仿真實驗與真實實驗的結(jié)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)生樹立全局觀念,預(yù)先對真實實驗形成整體認(rèn)識。[6]例如,學(xué)生要進(jìn)行城市污水處理廠的實習(xí),可以提前使用“污水處理實習(xí)仿真”進(jìn)行預(yù)參觀,使學(xué)生全面了解污水處理廠的工藝原理、工藝流程、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)、操作規(guī)程、安全事項等,從而形成一個整體認(rèn)識;在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí),可以加深學(xué)生對專業(yè)內(nèi)容的理解和掌握,達(dá)到滿意的實習(xí)效果。

　　2.改進(jìn)仿真實驗軟件

　　為了提高學(xué)生對仿真實驗的興趣和重視程度,應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有仿真實驗軟件,增加一些設(shè)計性操作或考查試題。例如,每個仿真實驗的實驗裝置不直接給出,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)生對實驗裝置結(jié)構(gòu)的了解,也可增加實驗的趣味性。再如,可在實驗原理、實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、實驗結(jié)果等之后設(shè)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(rèn)真對待仿真實驗。

　　3.建立仿真實驗網(wǎng)絡(luò)開放式實驗室

　　通過仿真實驗網(wǎng)絡(luò)開放式實驗室,學(xué)生可以在教師規(guī)定的期限內(nèi)隨時進(jìn)入,自行在線完成指定的仿真實驗項目,也可根據(jù)自己的興趣開展其他仿真實驗,這不僅有效解決了實驗課時偏少的問題,而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使實驗教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸。[7]

　　另外,仿真實驗網(wǎng)絡(luò)開放式實驗室的建立將為學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)提供先決條件,也可顯著提高實驗教學(xué)資源的利用率。

　　4.提高學(xué)生仿真實驗自主學(xué)習(xí)意識

　　教師應(yīng)積極引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生課外多利用仿真實驗進(jìn)行自主學(xué)習(xí),不僅可作為真實實驗開展前的預(yù)實驗,也可作為相關(guān)知識點的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。另外,要鼓勵學(xué)生自主設(shè)計、自行開展相關(guān)仿真實驗,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)造意識,形成仿真實驗自主學(xué)習(xí)之風(fēng)。

　　四、結(jié)語

　　環(huán)境工程是一門實踐性很強的專業(yè),加強實驗教學(xué)具有至關(guān)重要的作用。對于地方本科院校來說,仿真實驗的出現(xiàn)有效緩解了硬件資源的不足,顯著提高了環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)效果,但同時應(yīng)清楚地認(rèn)識到仿真實驗并不能完全替代真實實驗,它只是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的必要補充和延伸。因此,在環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)過程中,應(yīng)調(diào)節(jié)好仿真實驗與傳統(tǒng)實驗的關(guān)系,注重二者的相互結(jié)合,最大限度地發(fā)揮二者的優(yōu)點,以促進(jìn)實驗教學(xué)水平的提高。

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