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摘要:環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)是環(huán)境工程專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的重要途徑。本文分析了我校環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容上的改革，提出了一套基于“設(shè)計(jì)－研究－創(chuàng)新”循序漸進(jìn)、多階段式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，極大地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、創(chuàng)新能力和“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力，這對(duì)提高教育質(zhì)量，增強(qiáng)畢業(yè)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的作用。

關(guān)鍵詞:環(huán)境工程;綜合實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新能力;教學(xué)改革

環(huán)境工程專業(yè)是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性交叉學(xué)科，本科工程教育的基本定位是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性地“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入環(huán)境工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)全過(guò)程，不僅能提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，而且滿足新時(shí)期復(fù)合型人才的需求［1］。培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力，體現(xiàn)了環(huán)境工程專業(yè)應(yīng)用性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，這也是工程教育認(rèn)證的主要目標(biāo)［2］。而在環(huán)境工程人才培養(yǎng)過(guò)程中，實(shí)踐課程是實(shí)現(xiàn)“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的重要載體，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的重要途徑［3－4］。因此，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量重要途徑，已成為高校環(huán)境工程專業(yè)亟待解決的人才培養(yǎng)問(wèn)題。環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)是一門重要的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，是將《環(huán)境工程原理》、《水污染控制工程》、《大氣污染控制工程》、《固體廢棄物處理與處置工程》等核心課程的理論知識(shí)融于一體后開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程［5］，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”能力的培養(yǎng)具有重要的作用。我校特別重視環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，2015年，以環(huán)境工程專業(yè)工程認(rèn)證和新工科建設(shè)為契機(jī)，學(xué)院完成了實(shí)驗(yàn)室資源整合與布局優(yōu)化，打造了支撐本科教學(xué)質(zhì)量提升和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化實(shí)驗(yàn)室，并對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行更新?，F(xiàn)有水污染控制工程實(shí)驗(yàn)室、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)室、固體廢棄物處理與處置實(shí)驗(yàn)室，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室等13個(gè)實(shí)驗(yàn)室，總面積達(dá)1600m2，還單獨(dú)設(shè)立了300m2的環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中擁有高效液相色譜儀、原子吸收光譜儀、氣相色譜儀、傅里葉紅外光譜儀、總有機(jī)碳測(cè)定儀等一批大型儀器。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行更新，將全國(guó)工程應(yīng)用競(jìng)賽單元和自動(dòng)化控制程序、無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)、虛擬仿真等內(nèi)容融于教學(xué)中，并將教師和企業(yè)合作的應(yīng)用科研成果或新的研究方法編寫成綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并出版實(shí)驗(yàn)教材《環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)———基礎(chǔ)、綜合＆設(shè)計(jì)》一部，不僅豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，而且很好地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。近年來(lái)，環(huán)境工程專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)中通過(guò)一系列改革與嘗試，已經(jīng)構(gòu)建了一套基于“設(shè)計(jì)－研究－創(chuàng)新”循序漸進(jìn)、多階段式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，極大地促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力和“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力，這對(duì)提高教育質(zhì)量，增強(qiáng)畢業(yè)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的作用。因此，筆者結(jié)合目前學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容改革以及下一步的設(shè)想進(jìn)行了探討。

1環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

1.1綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置突出“學(xué)生為主”的原則

綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在前期的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新，進(jìn)一步突出以“學(xué)生為主、教師為輔”的原則。例如生物接觸氧化法處理有機(jī)工業(yè)廢水實(shí)驗(yàn)中，改革前，實(shí)驗(yàn)老師把活性污泥準(zhǔn)備好，設(shè)備連接好，學(xué)生只是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和水質(zhì)參數(shù)(COD和氨氮)的測(cè)定。而進(jìn)行創(chuàng)新能力培養(yǎng)改革后，活性污泥的取樣與馴化、活性污泥生物相的觀察、污泥沉降比的測(cè)定、設(shè)備管道的鏈接、反應(yīng)器的啟動(dòng)和運(yùn)行、COD和氨氮的測(cè)定都要求學(xué)生自己完成。例如有機(jī)污染物的生物降解度的測(cè)定，以前是實(shí)驗(yàn)老師把前期工作都準(zhǔn)備好，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生只是利用儀器測(cè)定有機(jī)污染物的濃度，而進(jìn)行創(chuàng)新改革后，有機(jī)污染物濃度測(cè)定方法的選擇和建立、活性污泥的取樣、活性污泥濃度(MLSS)的測(cè)定、活性污泥的馴化、培養(yǎng)都要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)并完成，這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣、熱情，增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.2綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置突出“教學(xué)和科研的統(tǒng)一”

通過(guò)將老師承擔(dān)的科研項(xiàng)目與綜合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，不僅豐富和更新了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，而且提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)又解決教師科研人手不足的問(wèn)題，還有利于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的申報(bào)［6］。例如將國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“電解錳廢渣資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研究及工程示范”中的相關(guān)研究?jī)?nèi)容轉(zhuǎn)化為綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生積極主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，并申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新課題，其中一項(xiàng)研究成果《一種高效資源化處理電解錳渣實(shí)現(xiàn)減排的方法》獲得湖北省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。通過(guò)這一類綜合實(shí)驗(yàn)，鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，最終可以實(shí)現(xiàn)“教學(xué)帶動(dòng)科研，科研反哺教學(xué)”，教學(xué)和科研協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.3綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置突出“創(chuàng)新”的原則

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)不設(shè)定具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，沒有預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完全由學(xué)生主導(dǎo)，學(xué)生自己查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇合適的設(shè)備單元組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、連接系統(tǒng)、設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、調(diào)試系統(tǒng)、并分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)效果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。在此過(guò)程中教師不干預(yù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，只對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題提出建議，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力以及創(chuàng)新能力。例如2018年我院從浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司采購(gòu)了兩臺(tái)套全國(guó)工程應(yīng)用競(jìng)賽單元和自動(dòng)化控制程序供學(xué)生開展創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)使用。該產(chǎn)品主要由供水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要集中在污水處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)包括格柵調(diào)節(jié)池、沉砂池、沉淀池、A2/O生物反應(yīng)池、MBR膜生物反應(yīng)池、SBR－1池、SBR－2池、二沉池、砂濾柱、吸附柱、加藥池、計(jì)量泵、曝氣設(shè)備以及自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(溶解氧、氧化還原電位、pH)等設(shè)備單元?？刂葡到y(tǒng)主要由電氣控制柜、漏電保護(hù)器、觸摸屏、旋鈕開關(guān)、工作狀態(tài)指示燈、PLC可編程控制器、組態(tài)監(jiān)控軟件等組成。在綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師只給定廢水中污染物的種類、污染物的濃度以及出水水質(zhì)要求，學(xué)生可以根據(jù)老師給定的污水性質(zhì)以及出水水質(zhì)要求等設(shè)計(jì)一套完整的污水處理方案，然后從中選擇其合適的處理單元進(jìn)行組合，并對(duì)設(shè)備單元進(jìn)行連接，組成污水處理系統(tǒng)，然后通過(guò)編制PLC控制程序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備及單元進(jìn)行自動(dòng)控制，最后通過(guò)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)調(diào)試，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否可行，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出。污水處理系統(tǒng)中不僅可以對(duì)設(shè)備單元進(jìn)行組合、還可以對(duì)設(shè)備單元進(jìn)行改裝，例如有學(xué)生設(shè)計(jì)采用“混凝沉淀+MBR”的組合處理工藝對(duì)城鎮(zhèn)污水進(jìn)行深度處理時(shí)，首先，將原賽項(xiàng)平臺(tái)的SBR－1池改裝成混凝混合池，由于混合所需要的時(shí)間很短，在30s～2min之間，而原來(lái)的SBR－1池橫截面較大，作為混合池后，水深比較淺，原攪拌器攪拌軸過(guò)短，因此為了起到好的混合作用，學(xué)生進(jìn)一步將原攪拌軸進(jìn)行了加長(zhǎng)處理。并根據(jù)混合的需要，對(duì)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。其次，將原賽項(xiàng)平臺(tái)的SBR－2池改裝成混凝反應(yīng)池而成，并根據(jù)反應(yīng)階段的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速的要求，對(duì)調(diào)速電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整。再次，將由原賽項(xiàng)平臺(tái)的沉砂池進(jìn)行改裝加入斜板，可以顯著提高了沉淀分離效率，獲得了很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該類實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能對(duì)A2/O、MBR、SBR生物處理工藝的有很好的理解，通過(guò)該類實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力都得到了培養(yǎng)。

2環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)改革的進(jìn)一步設(shè)想

環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)的限制，還是分小組進(jìn)行(每小組5～6人)，學(xué)生沒有積極參與實(shí)驗(yàn)之中，這不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，可以考慮增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)或是延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)安排時(shí)間來(lái)，最后實(shí)現(xiàn)每小組2人左右。另外，目前環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定方式不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)，如何考察學(xué)生的創(chuàng)新能力和“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力是目前環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)急需解決的問(wèn)題。建議綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)分兩部分:小組成績(jī)和個(gè)人成績(jī)［7］。小組成績(jī)主要考察整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的合理性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。個(gè)人成績(jī)主要考察個(gè)人在具體方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作中承擔(dān)的具體任務(wù)。成績(jī)?cè)u(píng)定主要由5～6名老師組成專家組，由學(xué)生答辯(包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案的把握程度、實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性等方面)，由教師根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的綜合表現(xiàn)給出相應(yīng)成績(jī)。

3結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，發(fā)展以創(chuàng)新能力為核心的全面素質(zhì)教育是當(dāng)前高校人才培養(yǎng)的核心任務(wù)之一。環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)是環(huán)境工程專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的重要途徑。我校環(huán)境工程專業(yè)已經(jīng)構(gòu)建了一套基于“設(shè)計(jì)－研究－創(chuàng)新”循序漸進(jìn)、多階段式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，極大地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、創(chuàng)新能力和“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力，這對(duì)提高教育質(zhì)量，增強(qiáng)畢業(yè)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的作用。

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作者:熊玲 陳紹華 程聰 單位:中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院