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關(guān)鍵詞:特色專業(yè);工程應(yīng)用型;環(huán)境工程;創(chuàng)新人才培養(yǎng)
中圖分類號(hào):G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2015)46-0134-02
一、概述
近年來我國的環(huán)境工程專業(yè)教育高速發(fā)展,設(shè)有環(huán)境工程本科專業(yè)的學(xué)科點(diǎn)持續(xù)增加,招生規(guī)模不斷擴(kuò)大。隨著國家《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱“大氣十條”)和《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱“水十條”)的實(shí)施,對(duì)環(huán)境工程領(lǐng)域的人才需要越來越大,特別是工程應(yīng)用型人才尤其短缺。高等學(xué)校作為培養(yǎng)人才的主戰(zhàn)場(chǎng),應(yīng)加大人才培養(yǎng)方案的改革力度,著力提升內(nèi)涵建設(shè)、特色建設(shè)。安徽科技學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)通過多年的教育教學(xué)實(shí)踐,我們?cè)诃h(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)方面做了大量的工作,取得了較好的效果,2011年獲批安徽省卓越工程師計(jì)劃培養(yǎng)專業(yè),2013年獲批國家卓越工程師計(jì)劃培養(yǎng)專業(yè),2014年獲批安徽省特色專業(yè)。為適應(yīng)學(xué)校“地方性、應(yīng)用型、高水平”的辦學(xué)理念,我校環(huán)境工程專業(yè)一直堅(jiān)持培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才,本文重點(diǎn)探究了校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)和專業(yè)特色凝練等方面所做的工作,以其為環(huán)境工程專業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和同類專業(yè)建設(shè)提供參考。
二、校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)
1.建立有行業(yè)特色的專業(yè)功能實(shí)驗(yàn)室。我校環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室是在原環(huán)境監(jiān)測(cè)室基礎(chǔ)上進(jìn)行資源整合和內(nèi)涵拓展,逐步增加了大氣污染控制實(shí)驗(yàn)室、水污染控制實(shí)驗(yàn)室和固廢處理與資源化利用實(shí)驗(yàn)室等相對(duì)獨(dú)立的功能實(shí)驗(yàn)室。功能實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)促進(jìn)了環(huán)境學(xué)科的發(fā)展,每年約150名學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)或畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文等,極大地增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。此外,環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室還承擔(dān)了研究生培養(yǎng)的部分任務(wù)。下面具體談?wù)劯鞴δ軐?shí)驗(yàn)室所承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況:(1)大氣污染控制實(shí)驗(yàn)室:大氣污染控制校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室擁有填料吸收塔處理廢氣、催化法處理汽車尾以及篩板式氣體吸收塔等實(shí)驗(yàn)裝置,可開展各種觀摩與模擬實(shí)驗(yàn)??梢蚤_展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有:濕式文丘里除塵器性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)、填料吸收塔氣體吸收實(shí)驗(yàn)、汽車尾氣凈化實(shí)驗(yàn)等。大氣污染控制校外實(shí)驗(yàn)室主要依托合作企業(yè)內(nèi)的環(huán)境保護(hù)站,有水泥廠的除塵流程和設(shè)備、火力發(fā)電廠的煙氣脫硫、除塵流程和設(shè)備。(2)水污染控制實(shí)驗(yàn)室:水污染控制校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)擁有完全混合活性污泥反應(yīng)器、絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)裝置、曝氣充氧實(shí)驗(yàn)裝置、豎流式圓形溶氣加壓氣浮裝置、SBR法間歇式設(shè)備、A2/O工藝城市污水處理模擬裝置等多套水處理小試系統(tǒng)及相關(guān)分析儀器,為開設(shè)以污水處理工藝實(shí)驗(yàn)為主的綜合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了必要條件??梢蚤_展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有:顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)、絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)、壓力溶氣氣浮實(shí)驗(yàn)、活性污泥基本性質(zhì)、曝氣充氧能力的測(cè)定、靜態(tài)活性炭吸附實(shí)驗(yàn)、混凝沉淀實(shí)驗(yàn)、污泥比阻的測(cè)定實(shí)驗(yàn)等。水污染控制校外實(shí)驗(yàn)室主要依托合作企業(yè)內(nèi)的環(huán)境保護(hù)站,有染料化工染料廢水處理工藝和設(shè)備、鳳陽污水處理廠工藝和設(shè)備、規(guī)?;B(yǎng)殖廢水厭氧-好氧處理工藝和設(shè)備、石英砂磨洗廢水混凝沉淀處理工藝和設(shè)備。(3)環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室:環(huán)境監(jiān)測(cè)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,擁有GDYS-201多參數(shù)水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)快速分析測(cè)試儀、COD測(cè)定儀、BOD測(cè)定儀、電導(dǎo)率儀、溶解氧儀、濁度儀、恒溫培養(yǎng)箱、電子分析天平、恒溫?fù)u床、水/油浴鍋、紫外分光光度計(jì)、原子吸收、離子色譜等分析儀器數(shù)套,可以進(jìn)行各種水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。可以開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有:水體中色度和濁度的測(cè)定、水體中氨氮的測(cè)定、水體中總磷的測(cè)定、水體中氟離子的測(cè)定、水體中六價(jià)鉻的測(cè)定、水體中溶解氧的測(cè)定、水體中五日生化需氧量的測(cè)定、水體中化學(xué)需氧量的測(cè)定等。對(duì)室內(nèi)、室外空氣質(zhì)量和噪聲環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,擁有大氣綜合采樣器(可測(cè)定TSP、SO2和NOx)、SEN168便攜式甲醛檢測(cè)儀、煙塵采樣器和便攜式噪聲測(cè)定儀等監(jiān)測(cè)儀器數(shù)套??梢蚤_展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有:水空氣中總懸浮顆粒物含量的測(cè)定、空氣中二氧化硫含量的測(cè)定、空氣中氮氧化物含量的測(cè)定、校園噪聲環(huán)境質(zhì)量的測(cè)定、室內(nèi)甲醛含量的測(cè)定、煙道氣煙塵含量的測(cè)定等。環(huán)境監(jiān)測(cè)校外實(shí)驗(yàn)室主要依托鳳陽環(huán)境監(jiān)測(cè)站、淮河流域鳳臺(tái)監(jiān)測(cè)站。(4)固廢處理與資源化利用實(shí)驗(yàn)室:固廢處理與資源化利用校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室有垃圾發(fā)酵系統(tǒng)、污泥脫水設(shè)備、農(nóng)業(yè)秸稈堆肥系統(tǒng)。可以開展的項(xiàng)目有:作物秸稈堆肥化處理、可生物降解固體廢物厭氧消化及資源利用、超聲改進(jìn)污泥好氧消化實(shí)驗(yàn)、污泥干化焚燒特性評(píng)價(jià)、污泥過濾濃縮等。
2.基于產(chǎn)學(xué)研合作建立校外實(shí)習(xí)基地。產(chǎn)學(xué)研合作主要是在企業(yè)和高等學(xué)校或科研院所之間搭建一個(gè)技術(shù)需求和技術(shù)供給的平臺(tái),有效地將最新的技術(shù)以最快的速度轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。隨著社會(huì)的發(fā)展,高校不僅僅單純地從事人才培養(yǎng)、科學(xué)研究,而逐步延伸到服務(wù)社會(huì),特別是服務(wù)社會(huì)的科技發(fā)展。因此,要想把工程應(yīng)用型專業(yè)辦好,就必須要將企業(yè)和高校之間結(jié)合起來,以實(shí)際問題為導(dǎo)向,大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。近年來,我校環(huán)境工程專業(yè)與區(qū)域內(nèi)的多家企業(yè)建立了產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制,大大增加了工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。(1)安徽省鳳陽染料化工有限公司:該企業(yè)主要承擔(dān)本專業(yè)學(xué)生染料廢水處理技能實(shí)訓(xùn),具體學(xué)習(xí)實(shí)踐調(diào)節(jié)池、絮凝沉淀池、水解酸化、曝氣池、鐵碳微電解、隔油池等構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理。(2)鳳陽富春紫光污水處理有限公司:該企業(yè)主要承擔(dān)本專業(yè)學(xué)生城市污水處理技能實(shí)訓(xùn),具體學(xué)習(xí)實(shí)踐格柵、初沉池、氧化溝、二沉池等構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理。(3)安徽萊姆佳肥業(yè)有限公司:該企業(yè)主要承擔(dān)本專業(yè)學(xué)生固體廢棄物資源化利用技能實(shí)訓(xùn),具體學(xué)習(xí)實(shí)踐固體廢棄物好氧、厭氧堆肥工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理。(4)安徽祥源安全環(huán)境科學(xué)技術(shù)有限公司:該企業(yè)主要承擔(dān)本專業(yè)學(xué)生除塵、粉煤灰、爐渣綜合利用、煙氣脫硫和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技能實(shí)訓(xùn),具體學(xué)習(xí)實(shí)踐除塵器設(shè)計(jì)、粉煤灰、爐渣資源化再利用技術(shù)、煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)政策、手段等。(5)滁州市洪武報(bào)廢汽車回收拆解利用有限公司:該企業(yè)主要承擔(dān)含油廢水處理、金屬固體廢物再利用等技能訓(xùn)練,具體學(xué)習(xí)實(shí)踐隔油池的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理,金屬固廢的分類回收利用等。
三、切實(shí)加強(qiáng)工程型、創(chuàng)新型師資隊(duì)伍建設(shè)
為培養(yǎng)和提高專任教師的工程實(shí)踐能力學(xué)校出臺(tái)一系列相關(guān)文件:《關(guān)于加強(qiáng)青年教師實(shí)踐教學(xué)崗位鍛煉的意見》、《關(guān)于加強(qiáng)“雙能型”教師隊(duì)伍培養(yǎng)的實(shí)施意見》、《安徽科技學(xué)院教師教育教學(xué)及實(shí)踐能力培養(yǎng)(鍛煉)實(shí)施辦法(暫行)》、《安徽科技學(xué)院“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”校內(nèi)專業(yè)課教師選用及管理辦法》、《安徽科技學(xué)院“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”企業(yè)教師選聘及管理辦法》,目前已有汪建飛等7位教師取得“雙能型”教師資格認(rèn)證。此外,為提高教師對(duì)國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”內(nèi)涵的理解,支持和鼓勵(lì)專任教師、專業(yè)負(fù)責(zé)人參加國家級(jí)卓越工程師相關(guān)會(huì)議。此外,校內(nèi)專任教師必須通過“雙能型”教師資格認(rèn)證,否則不能承擔(dān)環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)任務(wù)。
四、環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)特色
環(huán)境工程專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中形成了許多積淀,探索出堅(jiān)持一個(gè)體系(注重基礎(chǔ)、強(qiáng)化實(shí)踐、突出應(yīng)用)、依托兩個(gè)平臺(tái)(區(qū)域突出的環(huán)境污染問題和農(nóng)業(yè)資源利用重點(diǎn)學(xué)科)和強(qiáng)化校企合作的人才培養(yǎng)模式。
1.堅(jiān)持一個(gè)體系。(1)注重基礎(chǔ):一是注重基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué),構(gòu)建人才成長的基礎(chǔ)知識(shí);二是注重外語、信息技術(shù)和教育教學(xué)等技能類課程教學(xué),構(gòu)建人才成長的基本技能;三是注重思想政治類、業(yè)務(wù)素質(zhì)類、人文素質(zhì)類、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)類等課程的開設(shè),培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的政治素質(zhì),良好的專業(yè)素質(zhì)、人文素質(zhì)、身心素質(zhì),構(gòu)建人才成長的綜合素質(zhì)。(2)強(qiáng)化實(shí)踐:即建立完善的實(shí)踐教學(xué)體系,通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能、創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力。通過實(shí)踐教學(xué)體系的改革和不斷完善,強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng);通過學(xué)分制教學(xué)管理制度的改革,實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的多樣化和個(gè)性化,提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。(3)突出應(yīng)用:強(qiáng)調(diào)把前沿性的研究成果反映到教學(xué)過程中,重視研討式、團(tuán)隊(duì)合作教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué);加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作,提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。在突出應(yīng)用的舉措中狠抓三個(gè)方面:基礎(chǔ)實(shí)踐層次(包括社會(huì)實(shí)踐、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)等)、專業(yè)實(shí)踐層次(包括教學(xué)實(shí)習(xí)、專業(yè)技能訓(xùn)練、科研技能訓(xùn)練等)和綜合運(yùn)用層次(包括畢業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)、社會(huì)服務(wù)等)。
2.依托兩個(gè)平臺(tái)。(1)區(qū)域突出的環(huán)境污染問題:實(shí)踐教學(xué)和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)等課程緊緊圍繞滁州和蚌埠地區(qū)突出的環(huán)境污染問題,如:淮河流域蚌埠段沿岸的工業(yè)企業(yè)污染治理、淮河流域地表水的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、鳳陽石英砂粉塵防治和鳳陽縣飲水水源地鳳陽山水庫的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)等。(2)農(nóng)業(yè)資源利用重點(diǎn)學(xué)科:該學(xué)科主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化再利用和生物有機(jī)肥的研制,在省內(nèi)外具有一定的優(yōu)勢(shì),為環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展提供了良好的特色平臺(tái)。
[關(guān)鍵詞]:基礎(chǔ)生理實(shí)驗(yàn)課體系 生理信號(hào)分析與處理 研究性教學(xué) 考核評(píng)價(jià)體系
[中圖分類號(hào)] TH79 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A
一、 引言
依據(jù)高等教育內(nèi)外部環(huán)境的諸種變化,以及國家自主創(chuàng)新對(duì)于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的要求,在“卓越工程師”培養(yǎng)的教育理念指導(dǎo)下,通過對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力與創(chuàng)新要素的綜合分析研究,本文提出構(gòu)建一種以學(xué)生為中心,以滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的個(gè)性化需要,利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)的多模式開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該種實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的推動(dòng)作用主要體現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多模式化組織以及綜合性開放式實(shí)驗(yàn)考核評(píng)估2個(gè)方面。
生物醫(yī)學(xué)工程及相關(guān)儀器專業(yè)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上應(yīng)培養(yǎng)具備生物醫(yī)學(xué)信息采集、傳輸、處理、分析新型生物醫(yī)療電子、信息與儀器等硬件知識(shí)、并具備較強(qiáng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)的能力,能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)與醫(yī)療管理、醫(yī)療服務(wù)有機(jī)結(jié)合的高級(jí)醫(yī)學(xué)信息技術(shù)人才。因此在課程內(nèi)容安排上做到面和點(diǎn)的結(jié)合,既要保證知識(shí)面廣,同時(shí)要重點(diǎn)突出。但現(xiàn)狀是生物實(shí)驗(yàn)與儀器等軟硬件平臺(tái)的掛鉤程度不夠。目前生物學(xué)實(shí)驗(yàn)一方面主要涉及以細(xì)胞等微觀生物信息為主的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),主要以細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、解剖學(xué)為代表;另一方面涉及以人體生理信息為主的宏觀生理信號(hào)為主的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),主要以醫(yī)學(xué)儀器相關(guān)實(shí)驗(yàn)為代表,均以單一化實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)考核依據(jù),限制了學(xué)生主動(dòng)性和創(chuàng)造性的發(fā)揮。所以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)需要結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對(duì)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行逐步改進(jìn)。通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、完善考評(píng)體系等措施,對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)分析不能以短期實(shí)驗(yàn)唯一結(jié)果論的定性認(rèn)識(shí)為主,而應(yīng)該強(qiáng)調(diào)以“長時(shí)程跟蹤的過程啟發(fā)式”為主的定量累積式分析,即在側(cè)重得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí),鼓勵(lì)學(xué)生自主采用各種軟硬件儀器平臺(tái)知識(shí),靈活選擇信號(hào)特征提取方法,加強(qiáng)對(duì)信號(hào)分析的能力和對(duì)結(jié)果的理性認(rèn)識(shí),發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐性優(yōu)勢(shì),得到多樣化的處理結(jié)果,最大程度地增強(qiáng)學(xué)生的自主性與參與性。
在以過程化為主的“一問多答”教學(xué)模式中,采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容向?qū)W生提出問題,引起學(xué)生主動(dòng)思考,從而變結(jié)果灌輸式的被動(dòng)學(xué)習(xí)為過程啟發(fā)式的主動(dòng)學(xué)習(xí),加深學(xué)生對(duì)概念、理論的理解,發(fā)現(xiàn)問題,敢于提出問題,渴求解決問題。而課后的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以直觀地了解教師教學(xué)內(nèi)容安排是否合理,教學(xué)效果是否明顯,為教學(xué)改革提供依據(jù),從而為創(chuàng)新性高素質(zhì)人才的培養(yǎng)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)[1]。
二、現(xiàn)有模式的現(xiàn)狀及改革途徑
(一). 微觀生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由于教學(xué)條件等因素的限制,多局限于顯微鏡使用、或細(xì)胞膜通透性等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),對(duì)于推動(dòng)微觀細(xì)胞生物學(xué)快速發(fā)展的新技術(shù)新方法,缺少教學(xué)資料與手段;同時(shí),人體生理信息等宏觀醫(yī)療儀器生物實(shí)驗(yàn)的測(cè)試側(cè)重于對(duì)醫(yī)療儀器面板的操作和各種簡(jiǎn)單生理信息的直接獲取。
(二). 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單調(diào),難以激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性?,F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本都先由學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及試劑都由實(shí)驗(yàn)教師提前準(zhǔn)備好,學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地做,最后寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式難以很好地啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維,不利于培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。學(xué)生容易無精打采,注意力分散,反應(yīng)遲滯,多數(shù)學(xué)生被動(dòng)應(yīng)付教師的要求,甚至投機(jī)取巧,如采用“配色”等方式快速完成生化實(shí)驗(yàn);有的課堂學(xué)生隨心所欲,各行其是,故意搗亂,師生處于一種對(duì)抗?fàn)顩r。在這樣的課堂環(huán)境里,教學(xué)任務(wù)難以完成,傳授知識(shí)、培養(yǎng)素質(zhì)的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)[2]。
(三). 實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性,不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。由于課時(shí)安排固定、實(shí)驗(yàn)條件的限制,現(xiàn)行開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過程及可能出現(xiàn)的問題基本固定,結(jié)果也基本已知,只要按照步驟去做,基本都能達(dá)到較好效果。這種模式限制了學(xué)生思維,難以達(dá)到學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[3]。
(四). 實(shí)驗(yàn)課成績?cè)u(píng)定方式需要進(jìn)一步完善。實(shí)驗(yàn)課程由于其性質(zhì)的特殊性,往往難以確定完善的考核指標(biāo)和體系,從而導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫的工整和完整程度決定了最終成績,使得最終實(shí)驗(yàn)課成績?cè)u(píng)定存在一定的隨意性,從某種程度上影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力[4]。
在此評(píng)估基礎(chǔ)上,應(yīng)實(shí)現(xiàn)的改革途徑主要包含以下兩個(gè)方面:
第一,生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生自主采用各種軟硬件儀器平臺(tái),靈活選擇信號(hào)特征提取方法,加強(qiáng)對(duì)信號(hào)分析的能力和對(duì)結(jié)果的理性認(rèn)識(shí),發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐性優(yōu)勢(shì),得到多樣化的處理結(jié)果,最大程度地增強(qiáng)學(xué)生的自主性與參與性,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作、自主創(chuàng)新的科學(xué)精神;
第二,通過施行開放式多結(jié)果的過程化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,注重實(shí)驗(yàn)知識(shí)的延伸,創(chuàng)造和諧課堂、完善考核制度等改革措施,發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐性優(yōu)勢(shì),努力營造和諧課堂,最大程度地增強(qiáng)學(xué)生的自主性與參與性,培養(yǎng)社會(huì)需要的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型、外向型人才。
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革的模塊化設(shè)置
(一)修改完善教學(xué)大綱,科學(xué)合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
本專業(yè)實(shí)驗(yàn)本著充分利用現(xiàn)有資源和儀器設(shè)備的原則,綜合考慮知識(shí)的難點(diǎn)和重點(diǎn)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,以“綜合課程設(shè)計(jì)”的2-3個(gè)相互銜接的短學(xué)期形式,對(duì)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行篩選和整合,依照學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能發(fā)展過程依次開設(shè)基本操作實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性和創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。以微觀生物實(shí)驗(yàn)為例,基本操作實(shí)驗(yàn)包括顯微鏡的使用、顯微測(cè)量、細(xì)胞形態(tài)觀察等內(nèi)容;設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括活體染色、細(xì)胞化學(xué)、核酸存在部位及檢測(cè)方法、細(xì)胞膜的滲透壓及細(xì)胞吞噬作用等內(nèi)容;設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)需要在完成基本操作實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,指導(dǎo)學(xué)生查閱實(shí)驗(yàn)資料及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法,合理利用實(shí)驗(yàn)室資源,充分利用實(shí)驗(yàn)材料來完成實(shí)驗(yàn),如動(dòng)物細(xì)胞的原代及傳代培養(yǎng)可作為設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。相關(guān)生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行后,應(yīng)著重加強(qiáng)特定生物信號(hào)與相應(yīng)軟件處理的結(jié)合工作??珊?jiǎn)單概況為將專業(yè)軟件類課程打通,開設(shè)一門面向?qū)I(yè)的軟件設(shè)計(jì)課程,如“生物醫(yī)學(xué)工程軟件設(shè)計(jì)”,或“電子信息技術(shù)及儀器軟件設(shè)計(jì)”課程,處理對(duì)象可定位為前期獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而以宏觀的動(dòng)物生理數(shù)據(jù)為例,離體培養(yǎng)的小雞或蛙心肌細(xì)胞信號(hào)可通過相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)獲得,通過將測(cè)試的信號(hào)存儲(chǔ)成dap數(shù)據(jù)格式,輸入labVIEW軟件進(jìn)行鎖相處理編程及特定濾波處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)所弱信號(hào)的分析和相應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理工具的掌握,達(dá)到將感性數(shù)據(jù)上升到理性知識(shí)的目的。
(二)改革教學(xué)方法,變結(jié)果灌輸式為過程啟發(fā)引導(dǎo)式。
實(shí)驗(yàn)過程中,既要發(fā)掘?qū)嶒?yàn)背后的理論支持,又要培養(yǎng)技術(shù)意識(shí),重視實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。同時(shí),鼓勵(lì)師生交流,提倡師生間的問答,活躍課堂氣氛。教學(xué)過程中,教師在講清實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮淼那疤嵯?,鼓?lì)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí),自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程并完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)報(bào)告可考慮通過建立在各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的論文形式完成。
(三)完善考評(píng)體系,激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的求知欲和對(duì)本課程的興趣。
實(shí)驗(yàn)考評(píng)體系應(yīng)以過程累積式考核為主,擯棄傳統(tǒng)結(jié)果式考評(píng)。以細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為例,其考核應(yīng)以考查學(xué)生運(yùn)用理論重視、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)的能力為主要內(nèi)容,可安排綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行綜合分析、實(shí)際操作、做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于實(shí)驗(yàn)技術(shù),以學(xué)生的直接操作作為考核方式,對(duì)于實(shí)驗(yàn)理論的考核,通過閉卷方式完成,也可以通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的各信息化平臺(tái)分析來進(jìn)行多結(jié)果式考核。另外,對(duì)于能夠自主設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn),積極申報(bào)完成開放性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生給予較大系數(shù)的鼓勵(lì)性加分。實(shí)驗(yàn)具體路線圖如下。
四、實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵性問題
(一)如何處理實(shí)驗(yàn)室的開放問題。
在改革過程中,實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源的開放和教學(xué)方式的開放是該長期化銜接實(shí)驗(yàn)的重要保障。其主要實(shí)現(xiàn)途徑為,結(jié)合生物學(xué)和儀器教學(xué)平臺(tái),實(shí)施“具體生物弱信號(hào)案例教學(xué)法”,采用學(xué)期末“首尾相連”的兩個(gè)短學(xué)期和整個(gè)學(xué)期的“三明治”夾心時(shí)間實(shí)施整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程,并由相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的青年教師負(fù)責(zé)各實(shí)驗(yàn)室的公共開放時(shí)間和相互協(xié)調(diào)。這樣能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,加強(qiáng)課程內(nèi)容的實(shí)踐性,在知識(shí)的傳授過程中滲透工程技術(shù)的內(nèi)容,使學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐的一般規(guī)律和基本方法,避免工科教學(xué)理科化、脫離實(shí)際的傾向。如圖2所示針對(duì)在體心電信號(hào)的測(cè)試及信號(hào)處理方法,可安排在微觀動(dòng)物心肌細(xì)胞的培養(yǎng)及生物學(xué)方法觀察的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的短學(xué)期時(shí)間,同時(shí)合并進(jìn)行在體式心肌細(xì)胞搏動(dòng)的信號(hào)及噪聲分析,加強(qiáng)定性實(shí)驗(yàn)及理性的定量分析實(shí)驗(yàn)的融合,提高相關(guān)理論知識(shí)與動(dòng)手能力的結(jié)合(圖2)。
(二)如何充分利用實(shí)驗(yàn)室資源,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)
第一,以生理儀器平臺(tái)為主的硬件實(shí)踐動(dòng)手能力。
當(dāng)完成基礎(chǔ)性生理實(shí)驗(yàn)及相關(guān)軟硬件知識(shí)的授課后,以宏觀人體生理信息為主的醫(yī)學(xué)儀器實(shí)驗(yàn),應(yīng)該以設(shè)計(jì)開發(fā)性實(shí)驗(yàn)為主,鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)開發(fā)醫(yī)學(xué)儀器。同樣以心電信號(hào)為例,如心電監(jiān)測(cè)儀實(shí)驗(yàn)中,可要求根據(jù)在體式及離體式心電信號(hào)的特點(diǎn)(圖3(a)(b)),結(jié)合理論知識(shí),設(shè)計(jì)電信號(hào)檢測(cè)原理圖,用布線軟件軟件畫出其原理圖,并制作電路板、布線和焊接電路,在單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)環(huán)境中編寫程序并調(diào)試。最后制作簡(jiǎn)單心電監(jiān)測(cè)儀,通過相關(guān)的虛擬儀器平臺(tái),在示波器上顯示被測(cè)者心電圖。同時(shí)配合相關(guān)傳感器知識(shí),還可制作體溫計(jì)、氣體檢測(cè)儀等醫(yī)學(xué)儀器。在此基礎(chǔ)上,還可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺(tái),進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
第二,以微弱生物信號(hào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析為主的軟硬件結(jié)合能力。
信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)、處理以及數(shù)字信號(hào)處理幾個(gè)方面發(fā)揮著重要的作用。生物信號(hào)一般可以分成電信號(hào)和非電信號(hào),如心電、肌電、腦電等屬于電信號(hào);其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號(hào)。如從處理的維數(shù)來看,可以分成一維信號(hào)和二維信號(hào),如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于一維信號(hào);而腦電圖、心電圖、肌電圖、x光片、超聲圖片、CT圖片、核磁等則屬于二維信號(hào)。醫(yī)學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)采集到大量的以上一些宏觀的人體生理信號(hào)數(shù)據(jù),應(yīng)利用學(xué)生的相關(guān)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的知識(shí),根據(jù)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn),對(duì)所采集到的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行分析、解釋、分類、顯示、存貯和傳輸,其研究目的一是對(duì)生物體系結(jié)構(gòu)與功能研究,二是協(xié)助對(duì)疾病進(jìn)行診斷和治療。
本學(xué)院的相關(guān)教研室教師結(jié)合labview、DSP等編程工具的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例,對(duì)于“虛擬儀器技術(shù)”及“數(shù)字信號(hào)處理”的綜合做了以下研究及整合。“虛擬儀器技術(shù)”及“數(shù)字信號(hào)處理”是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的技術(shù)課程。隨著信息化的發(fā)展,信息技術(shù)不斷地滲透到科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域中,發(fā)揮著越來越大的作用??茖W(xué)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試信號(hào)的處理、工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)化生產(chǎn)線的測(cè)控等都以信號(hào)處理為基礎(chǔ)。我?!皵?shù)字信號(hào)處理”實(shí)驗(yàn),以數(shù)字信號(hào)分析為基礎(chǔ),以數(shù)字濾波為手段,以數(shù)字信號(hào)處理為目的,突出譜分析和濾波的應(yīng)用,加大與信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理,以及后繼的通信原理、計(jì)算機(jī)圖像處理等課程之間的銜接,使其與其他課程實(shí)驗(yàn)融合為一個(gè)有機(jī)的整體。
以虛擬儀器中的相關(guān)控件調(diào)用為例,解決數(shù)字信號(hào)處理課程中的基本知識(shí)點(diǎn)“快速傅里葉變換(FFT) 數(shù)字濾波器”的實(shí)驗(yàn)設(shè)置,對(duì)本文提出的“多模式過程啟發(fā)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”進(jìn)行具體闡述。
該知識(shí)點(diǎn)通常的實(shí)驗(yàn)要求和目的為:①加強(qiáng)對(duì)labVIEW相關(guān)控件工具的使用及虛擬儀器技術(shù)編程能力的提高,加深對(duì)FFT基本原理和性質(zhì)的理解;②學(xué)習(xí)利用FFT對(duì)連續(xù)或離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行譜分析,了解可能出現(xiàn)問題及其原因,以便在實(shí)際應(yīng)用中能夠正確使用FFT。
按照基本的實(shí)驗(yàn)要求和目的,和多模式開放性原則,對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置如下:
第一,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。主要通過調(diào)用labVIEW“信號(hào)分析模塊”總的FFT函數(shù),分析序列和其頻譜的特點(diǎn),設(shè)計(jì)產(chǎn)生相應(yīng)的虛擬生理信號(hào)及噪聲源,利用數(shù)字信號(hào)處理中各濾波器的特點(diǎn)去除噪聲,分析去噪后結(jié)果,并利用相關(guān)原理解釋其中的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^形象和具體的內(nèi)容,加深對(duì)理論知識(shí)的理解。該層面的實(shí)驗(yàn)以直觀、具體和形象化為主要特點(diǎn),避免復(fù)雜化。學(xué)生不會(huì)因?yàn)橄萑敕彪s的具體過程,而影響對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握
第二,綜合、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。數(shù)字信號(hào)處理與所采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有密切相關(guān)的聯(lián)系。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中的特點(diǎn)是微弱、噪聲大,所以濾波和靈敏度是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)采集的關(guān)鍵。另外生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的隨機(jī)性強(qiáng),是隨機(jī)的且非平穩(wěn)的。正是因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)信號(hào)的這些特點(diǎn),以傅里葉理論為基礎(chǔ)的小波變換方法成為生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析的有力工具。利用小波變換能將原始心電信號(hào)分解為不同頻率的信號(hào),然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行重建,此方法能很好地消除心電信號(hào)中的基線漂移,抑制工頻和肌電干擾,同時(shí)能獲得QT間期的精確值,是本專業(yè)學(xué)生的重要編程思想。
所以,在實(shí)際的推進(jìn)環(huán)節(jié)中,涉及一個(gè)短期的課程推導(dǎo)實(shí)踐以及長期的過程啟發(fā)式環(huán)節(jié)。其中短期內(nèi)容包括將短學(xué)期等實(shí)踐類課程,如“醫(yī)學(xué)軟件編程實(shí)習(xí)”和本門課程合并,其課時(shí)作為本門課程的實(shí)踐環(huán)節(jié);長期內(nèi)容則包括:①將畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和課程合并,增加實(shí)踐課時(shí);②將所有的硬件測(cè)試類課程和相關(guān)軟件分析生理信號(hào)內(nèi)容合并。如“C程序設(shè)計(jì)”,“數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)”,“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”等。此時(shí)授課教師不再為單個(gè)教師,而是整個(gè)課程群的全體教師;③學(xué)生畢業(yè)嚴(yán)格按照“寬進(jìn)嚴(yán)出”的理念操作??偨Y(jié)后的某“過程啟發(fā)式”實(shí)驗(yàn)具體操作實(shí)例如下:
創(chuàng)設(shè)情境,提出問題??砂才旁谖⒂^動(dòng)物培養(yǎng)及生物學(xué)方法觀察后,同時(shí)協(xié)調(diào)進(jìn)行在體式動(dòng)物信號(hào)及噪聲分析,加強(qiáng)感性的定性實(shí)驗(yàn)及理性的定量分析實(shí)驗(yàn)的融合,提高相關(guān)理論知識(shí)與動(dòng)手能力的結(jié)合:如細(xì)胞離體培養(yǎng)后的各種生物信號(hào)指標(biāo)及各種混入的噪聲和分類,在此基礎(chǔ)上結(jié)合該案例講解相關(guān)濾波器的工作原理和基本設(shè)計(jì)方法,然后將生理信號(hào)提取的設(shè)計(jì)任務(wù)作為設(shè)計(jì)性作業(yè)布置給學(xué)生。
分組研討,設(shè)計(jì)方案。在布置設(shè)計(jì)任務(wù)后,教師組織學(xué)生分組研討。根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的強(qiáng)弱和自身特點(diǎn)合理分組,方便學(xué)生間相互協(xié)作,共同提高。學(xué)生利用電子資料庫檢索,查閱相關(guān)資料,獲取豐富的信息資源,通過對(duì)各種信息資源的分析研究,提出自己的解決方案。
成果展示,分析歸納。在各小組取得了初步的設(shè)計(jì)成果后,教師以課堂教學(xué)形式組織各小組的成果展示與評(píng)價(jià)。在課堂上通過虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)和數(shù)字投影儀,展示各種解決方案所取得的生理信號(hào)濾波效果,分析它們的優(yōu)缺點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生分析歸納出解決此類問題的思路與方法,并共同探討最佳設(shè)計(jì)方案。
五、結(jié)語
“加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),抓好綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),大力培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力”是我國高校推進(jìn)自主創(chuàng)新,落實(shí)“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”,培養(yǎng)創(chuàng)新人才所需采取的重要措施[4]。本文總的改革目標(biāo)是“遵循以學(xué)生為本,注重以互動(dòng)式教學(xué)為核心的教學(xué)觀念,構(gòu)建有利于增強(qiáng)求知欲和創(chuàng)造力的課程教學(xué)模式”。本文提出的多模式開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系擯棄短期實(shí)驗(yàn)唯一結(jié)果論的定性實(shí)驗(yàn),強(qiáng)調(diào)以“長時(shí)程跟蹤的過程啟發(fā)式”為主的定量累積式綜合分析實(shí)驗(yàn),在整個(gè)學(xué)年中分階段構(gòu)建以實(shí)驗(yàn)教與學(xué)為中心的綜合型數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境;鼓勵(lì)學(xué)生自主采用各種軟硬件儀器平臺(tái),靈活選擇信號(hào)分析方法,加強(qiáng)對(duì)信號(hào)分析的能力和對(duì)結(jié)果的理性認(rèn)識(shí),發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐性優(yōu)勢(shì)。通過施行開放式多結(jié)果的過程化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,注重實(shí)驗(yàn)知識(shí)的延伸,完善考核制度等改革措施,最大程度地增強(qiáng)學(xué)生的自主性與參與性,積極響應(yīng)國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”,培養(yǎng)出具有專業(yè)領(lǐng)域特色,能夠基本獨(dú)立完成初級(jí)軟硬件規(guī)模設(shè)計(jì)和開發(fā)工作的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型、外向型的“卓越工程師”型儲(chǔ)備人才。
[參考文獻(xiàn)]
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