關于淺談引導型自主式實驗教學的論文
一、概述
環境工程學實驗是武漢大學資源與環境科學學院環境工程本科專業的一門理論性和實踐性都很強的實驗課，也是一門綜合性的技術基礎課程，它需要物理、化學、生物等基礎知識，以及實驗裝置的設計和數據分析等方面所涉及到的基礎理論，這些基礎理論知識在理論課上都已經學過，但許多課堂上學到的實驗理論和方法只有通過實際驗證才能加深理解并真正掌握。實驗課程的目的就是使學生加深理解所學基礎知識，掌握相關知識的基本原理和適用范圍;具備實驗數據處理和誤差分析能力;得到基本實驗技能的訓練與分析能力的訓練，使本科生初步掌握環境工程中水、氣、固廢處理的基本方法，對各門知識能夠融會貫通，并且加深對理論知識的理解。
對于高校本科生教育，尤其是理工科教育，實驗教學不僅可以培養學生掌握當前所學的科學技術，同時能讓學生在實踐中拓展思路，創造出新的技術，培養學生盡快的成材成長。與此同時，合理的教學方法可以事半功倍，因此完善本科教學方法也是任重而道遠。
二、實驗教學理念
環境工程學實驗是環境工程專業一門非常重要的專業實驗課程。我們的教學理念是指導學生開拓實驗思路，培養學生對實驗方法、實驗步驟、結果分析評判等基礎知識的掌握，更讓學生學會并能夠設計出完整的實驗方案。
由于實驗方案是需要學生自己設計的，指導老師只講解相關實驗的儀器的操作，而實驗具體的操作步驟和流程設計以及數據處理方法都是需要學生自己課下查閱資料和相關書籍，學習相關的實驗知識，然后根據實驗室所提供的儀器設備和所需達到的目標，來設計出最佳的實驗方案，所以說有可能每個學生設計出來的方案都是不一樣的，在實際實驗操作中再對比標準方案對自己的思路進行評判，讓學生通過實驗對整個實驗過程有自己真實的體會，使學生不僅僅是掌握本課程中開出的這些實驗，更學會通過一些新原理方法設計出理想的實驗方案，創造出更好更有效的處理方法和處理工藝。本門課程更強調學生對實驗的自助設計和思考的能力，實驗環節的改變，使實驗教學由“灌輸式”轉變為“引導自主式”實驗。
在本門課程中，將課堂的理論知識與實際實驗操作的實踐相結合，了解它們之間的異同點，也將使學生們更清楚地認識到，理論學習與實踐操作之間存在著怎樣的差距，從而更加靈活的利用已掌握的專業知識，去解決未知的問題，更多的思考現存的技術方法的優點和不足之處，進而加以改進和補充。
三、具體實施方法
對每個實驗安排三個環節。第一環節，在實驗前階段向學生提供該實驗處理對象、應用的原理、材料和設備等條件清單，用一個學時的時間向他們介紹設備使用的注意事項，并提供一個其它的標準實驗方案為他們作為模板，要求學生自行查閱資料，設計出一個初步的實驗方案。然后再進入實驗第二環節——實驗室實驗，首先，向學生提供標準的實驗方案，并對一些關鍵步驟進行講解，然后開始實驗，并糾正他們在實驗中出現的一些錯誤和解答疑問，收回他們設計的實驗方案，實驗環節結束后，是第三環節，實驗總結--撰寫實驗報告，總結實驗中出現的問題，分析實驗結果等，并讓學生針對該實驗提出一些建議和想法，鼓勵學生提出新的處理方法、工藝，或者對實驗設備進行提出改進建議等。對于學生而言，每次實驗都可分為5 個步驟：
1. 實驗前的預習并查找資料回顧實驗所用的原理(理論課上已經學過)(實驗前課余時間完成);
2. 到實驗室熟悉實驗器材及使用方法，可提出一些自己的疑問(一次課時間);
3. 熟悉了實驗器材后根據教師提供的材料，結合查找的資料，進行實驗方案設計(課余做);
4. 根據所設計的實驗方案進行實驗，得到實驗數據(一次課時間);
5. 撰寫實驗報告。
四、實驗教學方法優點
在第一步回顧原理中，使學生重新回顧鞏固了一遍基礎知識，并實際的將理論知識運用到實驗中，加深了學生對書本知識的理解。第二步熟悉器材的過程讓學生了解了今后在實驗工作中可能會用到的儀器，給了學生很好的學習機會。在設計實驗方案的過程中考驗了學生獲取、提煉信息的能力，可以提高學生的自主學習的能力，加深了學生對實驗的理解，從被動學習變為主動學習，也在潛移默化的過程中強化了學生科學思考、獨立解決問題的能力。在做實驗的過程中，因為是多人一個小組，考驗了學生團隊協作的能力，也給學生創造了和其他同學溝通交流的機會，在這種互相討論中可以看到自己沒有考慮到的方面，學習別人的長處，認識自己的不足;同時，在實驗中鍛煉了學生的動手能力和解決突發問題的能力，在實驗過程中不可避免的會遇到一些阻力，這需要學生自己摸索、思考來解決，這個過程很有意義。最后在撰寫實驗報告的過程中，鍛煉了學生處理數據，找出問題，總結結果，吸取經驗的能力，這個過程給了學生一個總結反思整個過程的機會，幫助學生再一次鞏固知識，總結經驗教訓，也可以意識到實際實驗過程中可能遇到的問題，學習解決的方法以及幫助學生形成自己的思維方式。
同時，每個實驗的安排都具有一定的目的性和合理性。例如混凝沉淀法處理高濁度水實驗設計，實驗的主要設備是六聯攪拌機和濁度儀。由于膠體顆粒具有帶電性，投加混凝劑的多少，會直接影響混凝的效果，投加量不足，或者投加量過多，均不能獲得良好的混凝效果。不同水質對應的最優混凝劑投加量也各不相同，需要通過實驗的方法加以確定。這個實驗的注意事項就是向各燒杯加藥劑時盡可能同時投加，避免因時間間隔過長，各水樣加藥后反應時間長短相差太大，會造成混凝效果懸殊。而在酸性廢水中和過濾吹脫實驗設計，則需要注意控制好進水出水流速，防止酸性廢水溢出，由于這個設備在設計的時候并沒有設計氣液分離器，需要學生自己課下查閱相關資料和書籍來自行設計。同樣，在堿液吸收氣體中的二氧化硫實驗中，學生通過實驗會學習掌握氣體采樣器的用法，并且熟練掌握了碘量法滴定二氧化硫的方法，這是建立在大二已經學習了基本的化學知識和掌握了滴定實驗的基礎上的。
五、結束語
本實驗教學方法有利于改革高校實驗教學的內容與方法，增強學生的自主思考及實驗能力，培養本科生在實驗課程中掌握先進的科學技術，同時讓他們在實踐中拓展思路，對各門知識得到融會貫通的認識和掌握，加深對理論知識的理解，從而創造出新的技術，培養更全面的應用型人才，使實驗教學由“灌輸式”轉變為“引導型”、“自主式”實驗，從而激發本科生對實驗課程的興趣，在潛移默化的過程中強化了學生科學思考、獨立解決問題的能力。
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