實(shí)驗(yàn)教學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分,是對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)技能、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合考查。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué),有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)、提高學(xué)生分析解決實(shí)踐問(wèn)題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。[1]
實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(真實(shí)實(shí)驗(yàn))教學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充和延伸,它作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,已在我國(guó)高校環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了應(yīng)用。[2]
為了適應(yīng)新形勢(shì),地方本科院校應(yīng)認(rèn)真分析目前仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題,積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,充分發(fā)揮仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提高環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力。
一、仿真實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介
仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境,通過(guò)這些虛擬實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備開(kāi)展實(shí)驗(yàn),達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的教學(xué)目的和要求。[3]目前,環(huán)境工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有自由沉淀實(shí)驗(yàn)、過(guò)濾實(shí)驗(yàn)、混凝實(shí)驗(yàn)、氣浮實(shí)驗(yàn)、曝氣充氧實(shí)驗(yàn)、活性污泥實(shí)驗(yàn)、堿液吸收SO2實(shí)驗(yàn)、旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗(yàn)、污水處理實(shí)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(jì)與應(yīng)用”、“大氣污染控制工程”、“流體力學(xué)”。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比,仿真實(shí)驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)使用便捷,可以靈活開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)只需計(jì)算機(jī)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(yàn)。
(2)操作簡(jiǎn)單,交互性好。仿真實(shí)驗(yàn)具有良好的人機(jī)交互界面和幫助文檔,能隨時(shí)對(duì)學(xué)生給予提示和幫助。
(3)成本低廉,可以重復(fù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)是虛擬環(huán)境下的實(shí)驗(yàn),即使操作不當(dāng),也不會(huì)損壞儀器,實(shí)驗(yàn)成本低廉。同時(shí),由于某些真實(shí)實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料、測(cè)試費(fèi)用比較昂貴而常常無(wú)法開(kāi)展,仿真實(shí)驗(yàn)則起到了較好的.替代或補(bǔ)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(duì)于仿真實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想;同時(shí)這種自主探索的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),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(dòng)性和創(chuàng)造性。
二、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題
1.過(guò)于依賴仿真實(shí)驗(yàn)
目前,由于師資力量有限、教學(xué)經(jīng)費(fèi)缺乏等原因,為了完成教學(xué)大綱所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù),仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成為首選。正是基于仿真實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)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(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)、防止實(shí)驗(yàn)儀器耗損、節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品及耗材費(fèi)用的“法寶”。對(duì)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(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的比重更為突出。
然而過(guò)于依賴仿真實(shí)驗(yàn),會(huì)削弱學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、藥品的認(rèn)知程度,減弱學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)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(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立
從環(huán)境工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)看,仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)幾乎都是獨(dú)立進(jìn)行的,很少將仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)聯(lián)合起來(lái)作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行開(kāi)設(shè),從而無(wú)法發(fā)揮仿真實(shí)驗(yàn)“預(yù)演”的優(yōu)勢(shì)。究其原因,一方面是由于沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到聯(lián)合開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì),認(rèn)為沒(méi)有必要;另一方面是由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)偏少,無(wú)法同時(shí)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)。
3.學(xué)生重視程度不夠
仿真實(shí)驗(yàn)幾乎都是計(jì)算機(jī)設(shè)定程序下的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)點(diǎn)擊或鍵盤(pán)輸入即可完成,學(xué)生無(wú)論操作好壞對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大。其結(jié)果是很多學(xué)生對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)不重視,認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單,隨便操作一下便可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)分析也是一知半解,并未主動(dòng)分析思考問(wèn)題,最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果較差。
4.仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)意識(shí)淡薄
當(dāng)前,仿真實(shí)驗(yàn)很多只是作為緩解學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備壓力、滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)數(shù)的要求,而未真正思考仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)所在。學(xué)生只是在教師的要求下進(jìn)行某項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn),尚未形成仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)意識(shí),如課前利用仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、課后利用仿真實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化理解相關(guān)知識(shí)、真實(shí)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前利用仿真實(shí)驗(yàn)提前熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程等。
另外,仿真實(shí)驗(yàn)軟件一般安裝在計(jì)算機(jī)上,只在實(shí)驗(yàn)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(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的原因;同時(shí),從某種程度上說(shuō)這也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的浪費(fèi)。
三、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)對(duì)措施
1.加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合
雖然仿真實(shí)驗(yàn)具有諸多優(yōu)點(diǎn),但是與真實(shí)實(shí)驗(yàn)還存在一定的差距,若過(guò)于依賴仿真實(shí)驗(yàn),則不利于學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。[5]因此,仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn),其不應(yīng)成為專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體,而應(yīng)作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充和延伸。
仿真實(shí)驗(yàn)可為真實(shí)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備,利用仿真實(shí)驗(yàn)為真實(shí)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐課作好“預(yù)演”,可以使學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程、掌握實(shí)驗(yàn)操作步驟,從而提前發(fā)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題,減少實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤,提高實(shí)驗(yàn)效率,節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。同時(shí),通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)演和真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,還可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合,不僅有利于強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí),改進(jìn)學(xué)生的思維模式;還有利于學(xué)生樹(shù)立全局觀念,預(yù)先對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)形成整體認(rèn)識(shí)。[6]例如,學(xué)生要進(jìn)行城市污水處理廠的實(shí)習(xí),可以提前使用“污水處理實(shí)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(jì)參數(shù)、操作規(guī)程、安全事項(xiàng)等,從而形成一個(gè)整體認(rèn)識(shí);在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí),可以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)內(nèi)容的理解和掌握,達(dá)到滿意的實(shí)習(xí)效果。
2.改進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)軟件
為了提高學(xué)生對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的興趣和重視程度,應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有仿真實(shí)驗(yàn)軟件,增加一些設(shè)計(jì)性操作或考查試題。例如,每個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)的了解,也可增加實(shí)驗(yàn)的趣味性。再如,可在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)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(duì)待仿真實(shí)驗(yàn)。
3.建立仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室
通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生可以在教師規(guī)定的期限內(nèi)隨時(shí)進(jìn)入,自行在線完成指定的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,也可根據(jù)自己的興趣開(kāi)展其他仿真實(shí)驗(yàn),這不僅有效解決了實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少的問(wèn)題,而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容在時(shí)間和空間上得到延伸。[7]
另外,仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室的建立將為學(xué)生開(kāi)展自主學(xué)習(xí)提供先決條件,也可顯著提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用率。
4.提高學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)意識(shí)
教師應(yīng)積極引導(dǎo)并鼓勵(lì)學(xué)生課外多利用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí),不僅可作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前的預(yù)實(shí)驗(yàn),也可作為相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。另外,要鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自行開(kāi)展相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn),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(shí),形成仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)之風(fēng)。
四、結(jié)語(yǔ)
環(huán)境工程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有至關(guān)重要的作用。對(duì)于地方本科院校來(lái)說(shuō),仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,但同時(shí)應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn),它只是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充和延伸。因此,在環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)調(diào)節(jié)好仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(diǎn),以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高。
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