探索环境类省级实验教学示范中心建设之路

探索环境类省级实验教学示范中心建设之路

王秀萍　杨家宽

（华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074）

摘　要：本文介绍华中科技大学环境实验教学中心申报省级示范实验中心建设过程，阐述实验教学示范中心在实验教学内容与教学方法以及实验室管理等方面进行的全面改革，并取得一定成效。

关键词：示范中心　开放化管理　实验教学

随着教育部和各高校对实验教学地位的重新认识和日益重视，国内很多学校都在积极创造条件申报省级、国家级实验教学示范中心，通过建设各类实验教学示范中心提升实验教学质量，搭建培养优秀本科实践人才基地，正是基于此目标，华中科技大学环境与建筑实验教学中心近几年通过对实验教学软、硬件的建设，改善实验教学条件与环境，基于工程创新能力培养的环境类实验教学示范中心于2011年通过了湖北省省级实验教学示范中心的申报。

大学实验室作为培养高素质动手能力的实践场所，更要建设好以发挥它的效益。华中科技大学环境与建筑实验教学中心以环境科学与工程学院为依托，主要承担给排水科学与工程、建筑环境与设备工程、环境工程3个本科专业和环境工程、市政工程、通风及暖通空调、环境科学、环境生态5个硕士专业全部实验教学任务。拥有环境工程博士点，市政工程和供热、供燃气、通风及空调工程博士点，环境科学与工程一级学科博士点，环境科学与工程学科博士后流动站。建立了本科生、硕士生、博士生和博士后流动站的完整学科及人才培养体系。2000年建成建设部给水排水重点实验室，2008年获湖北省环境科学与工程一级重点学科。

1　实验教学示范中心建设的指导思想

中心始终贯彻以培养工程实用化创新人才为目的的教学理念，根据国家“十一五”规划，节能减排及可再生能源的发展战略，密切结合环境友好型和资源节约型，两型社会城市圈建设的人才需求，充分突出环境学科的综合性和实践性，加强工程基础知识、基本技能的培养，提高学生发现问题与解决问题的创新能力，增强学生的创新意识。

依托于华中科技大学环境科学与工程学院学科群体与科研力量优势，科研与教学相结合，以科研促进教学工作的发展，贯彻“基础训练，能力拓展，素质提高”的实验教学宗旨，以转变教育思想为先导，加强学科之间的交互渗透和融合，构筑环境宽口径实验教学平台；切实加强学生实践动手能力培养；顺应教育的开放化、信息化和国际化的发展趋势；以实现培养适应国民经济和社会发展的高素质人才的目标。

2　实验教学中心建设

2.1　实验教学体系的改革

环境学院现有的环境工程、给水排水工程、建筑环境与设备工程3个本科专业，由于学科的共通性有许多实验资源应该是可以共享的，各个专业的专业课实验之间也应该是可以互补的。比如，环境工程专业的《水污染控制工程》的实验与给水排水工程《水质工程学》的实验有很多交叉之处；建筑环境与设备工程专业的《建筑环境学》、《通风工程》与环境工程专业的《大气污染控制工程》的实验课有共同点；环境工程专业的《环境工程微生物学》、《环境监测》、《水污染控制》、《环境监测仪器实验》、《工业废水处理技术》、《环境生态学》等课程都有许多重叠部分。然而，现有的教学实验体系往往随课程设置，零散而不系统，单调而生硬，既浪费了有限的教学资源，又无法激发学生的学习兴趣。实验中心利用学校教学实验建设项目进行教学实验资源的整合。实验中心以实验教学体系改革为先导，以实验教学队伍建设与管理运行体制改革为保障，以加强综合性、设计性、研究创新性实验为重点，将理论教学与实验教学统筹协调，建设环境学科综合实验平台并进行三项重大改革：

（1）将全院3个专业分散地依附于理论课的专业课实验整合为6门独立实验课。

（2）实验室体制改革。建立实验中心下以实验平台为实验教学单位的新型模式。淡化专业界限，突出共享功能。实验中心下设“水污染控制工程”、“大气污染控制与建筑环境”、“固废污染控制与资源化”三大实验平台。每个平台由教授负责，实验室人员、研究生助管共同管理。实验人员可参与多个实验平台的工作。形成实验教学与理论教学队伍互通，教学科研兼容、结构合理的团队。

（3）理论教学改革。与实验教学改革协调，调整理论教学时数与实验教学时数，加强实验环节。

随着社会对学生动手能力的要求越来越高，高等学校的实验教学内容与要求也应不断增加。但是学校的教学总时数又有限，使得实验教学内容与实验教学时数的矛盾越来越突出，解决这个矛盾的有效办法，除适当压缩理论时数以增加实验时数外，就是对实验教学内容，实验教学方法与实验教学体系进行改革，改变实验教学依附于理论教学的观念与做法，整合实验教学内容，提高课堂教学信息量与教学效率，实现实验教学手段现代化。通过实验平台的建设，开设综合性、设计性及创新性实验，开拓学生视野，启发创造性思维，提高动手能力并激发专业学习热情。建立师生之间的双向互动交流，改善教学效果，充分展示教师在教学过程中的主导性和学生的主体性。水污染控制实验平台开发出一系列以小型化、集成化、可视化为特点的自制实验教学仪器和设备，部分自制设备实现了数字化。中心的自制实验教学仪器和设备，跟踪国内外科学技术的发展水平，在教学改革实践中不断更新、升级，充分体现了实验技术的先进性。开设的“废水高级氧化处理实验”对废水水质有较宽范围的适应能力，可对各种工业废水的氧化过程进行模拟研究，并可进行废水氧化机理的深入探讨，同时在处理某一种废水时，力求通过有效的调节寻找最佳的工艺和运行参数，为装置的实际应用提供依据，并且，学生利用这套实验装置还可完成多种氧化的组合与耦合反应等实验项目，如单独的O₃氧化实验、H2O₂氧化实验、紫外（UV）氧化实验、等离子氧化实验、Fenton氧化实验、电Fenton氧化实验、超声降解实验等，以及以上各氧化技术的组合实验，如UV/O₃氧化实验、H2O₂/UV氧化实验、超声/UV氧化实验、超声/Fenton氧化实验、H2O₂/O₃/UV氧化实验、O₃/电Fenton氧化实验等，学生通过这种搭积木式的组合，完成相应的实验内容，对各种高级氧化技术的工作过程和处理性能有了全面认识，建立起完善的工业废水处理工艺模型，为教学水平层次的提高提供一种新的实验手段。更重要的是激发学生动手能力，点燃学生创新欲望。

2.2　实验教学设施的改善

过去有一种比较夸张的比喻——华工有多大，环境学院实验室就有多大。实验室分布从主校区西七楼、四楼及能源学院三楼，高压等离子实验室到东校区力学馆。实验场地分散，人员分散，不好管理，学生做实验也很不方便。经过与学校有关部门的协调，如今将环境学院实验中心建在东校区环境楼一至四楼。由于学院科研用的实验室与本科教学用的实验室混杂，管理起来也有一定难度，不利于一些仪器设备的开放。于是学院挖潜力增加本科实验教学用房，将我院力学馆二楼机关用房压缩，腾空房间改作市政工程专业教师的办公用，由此环境楼一楼原来用做教师工作间置换成现在的本科教学用房。环境工程专业本科实验用房也非常紧张，通过学校的实验教学投入，将以前用于科研的房屋改造成为既能做实验教学又能做科研研究的场所。现在，本科教学全部集中在环境楼一楼和三楼。四楼专门用做大型仪器的存放和对外服务的开放。现在，环境楼固废大厅为200m²，组建固废污染控制与资源化实验平台；水污染控制综合实验平台现有8间实验室和一个实验大厅，面积为500m²。环境楼西侧建成大气污染控制综合实验平台，建筑面积700m²。硬件、软件双关齐下搞好建设，确保实验中心建设上一个新台阶。

2.3　实验教学设备的更新与改善

在实验中心建设的过程中，国家、学校、学院投入了大量建设资金用于实验室的硬件建设，比如“211工程”投入200万；国家“985”行动计划700万，学校实验平台建设项目投入190万，学校、学院配套经费910万，用于购买一批质量好、用途广、紧跟时代科技发展仪器设备。新增教学设备190台，其中5万元以上6台，而且将所有大型仪器（图1）集中管理，专人负责。从2008年起大型精密仪器开始用于本科实验教学，使学生探究科学奥秘的手段得到提高。

进一步巩固和完善大型仪器设备管理，实验中心已建立一支由专职技术人员和研究生助教人员组成的大型仪器管理队伍，负责大型仪器的使用及维护。开展研究生、本科生大型仪器设备使用培训，大大提高仪器设备的利用率。

图1　大型仪器实验室

　图2　实验教学中心网站主页

通过对全院的清查、摸底，有针对性的维修一批使用频繁、使用面广的仪器设备，比如大型仪器气质谱联用仪、气相色谱、液相色谱仪等，力求做到仪器设备在功能完好的情况下对外开放，使本科生使用仪器更加快捷、方便。

挖掘潜力、多渠道开放实验室，提高教学仪器设备的利用率，建立仪器设备共享平台，在学院网上开辟实验中心对外开放仪器设备信息（图2）。学生、教师从网上就可以查到仪器设备的型号、规格、购入时间、放置地点、管理者以及适用范围等相关信息。

3　结束语

通过规划建设，在实验室管理方面也上了一个台阶。实验中心确立了“开放化管理”思想，即实验内容的开放，学生可通过网上选课系统，选择实验项目，选择做实验时间，选择参考资料等。自主选择综合性和创新性实验；通过构建自主学习研究性实验使学生了解学科前沿动态，将教学内容与科研密切联系，逐步将教师的高水平科研成果转化为实验教学内容。同时，建立本科生导师制。实验教学实现了技术与前沿、经典与现代的有机结合。例如针对食品安全问题中普遍关注的农药残留问题，采用我院教师研发的“便携式农药残留检测仪”及其分析和数据处理方法，开设了“酶抑制法快速测定果蔬中的残留农药”实验，极大地提高了学生对前沿科学问题的认识，深受广大学生欢迎，并取得了显著的成果。有本科生已在Chemosphere等SCI期刊上发表多篇论文。

实践证明，通过实施开放式管理，增加专业实验教学时数，优化实验内容，变传统的验证型实验为综合型、研究型实验，实施以基础—综合—创新逐级深入的实验教学体系，符合科学认知规律。对学生专业实验技能的掌握、专业认识的深化、专业知识的融会贯通、实践能力、创新意识等综合素质的培养能起到积极的作用。

经过几年的努力建设，实验中心成绩斐然。《给水工程》、《排水工程》、《大气污染控制工程》、《固体废物处理与资源化》等多门课程被评为省部级、校级精品及优质课程。先后公开出版各类教材27本，中心承担教改、实验技术研究等项目近40项，其中教学、教改项目《给水排水专业课程体系改革建设的研究与实践》获国家级教学成果二等奖。科研获国家、省部级奖18项；在核心以上刊物上发表科研论文400余篇；在三大索引发表学术论文百余篇，获得发明专利24项，实用新型专利18项。

依托于实验教学中心，学生科技创新成绩显著。环境工程专业本科生薛珺获2004年全国“挑战杯”创业计划大赛金奖；给排水专业陈志峰获2007年全球微软IT大赛第一名；国家级、省级优秀本科生毕业设计论文50余篇。

环境实验教学是培养环境科学与工程相关专业本科生实践和创新能力的重要一环。近年来，在实验中心师生员工的共同努力下，环境实验教学中心从早期的基础型和综合型实验，发展到现在的设计型创新实验。对于环境实验教学示范中心的建设，我们深感任重而道远。我们的目标是把华中科技大学环境实验教学中心建设成为高水平国家级实验教学示范中心，充分发挥我校理、工、医、文、管多学科交叉优势，在高等学校环境实验教学中发挥示范和辐射作用。

参考文献

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