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环境工程综合实验内容改革研究

发布时间:2020/3/17 11:57:25   阅读:

摘要:环境工程综合实验是环境工程专业重要的实践教学环节,是培养学生创新能力和工程实践能力的重要途径。本文分析了我校环境工程综合实验在内容上的改革,提出了一套基于“设计-研究-创新”循序渐进、多阶段式的实验教学新体系,极大地提高了学生的实验兴趣、创新能力和“解决复杂工程问题”的能力,这对提高教育质量,增强毕业生的就业竞争力具有重要的作用。

关键词:环境工程;综合实验;创新能力;教学改革

环境工程专业是一门应用性和实践性很强的综合性交叉学科,本科工程教育的基本定位是培养学生创新性地“解决复杂工程问题”的能力,将创新能力培养融入环境工程专业实践教学全过程,不仅能提高大学生的创新能力和实践能力,而且满足新时期复合型人才的需求[1]。培养学生“解决复杂工程问题”的能力,体现了环境工程专业应用性和实践性的特点,这也是工程教育认证的主要目标[2]。而在环境工程人才培养过程中,实践课程是实现“解决复杂工程问题”的重要载体,也是培养学生创新意识、创新精神、创新能力的重要途径[3-4]。因此,通过实践教学提高学生的创新能力和解决复杂工程问题能力是提高人才培养质量重要途径,已成为高校环境工程专业亟待解决的人才培养问题。环境工程综合实验是一门重要的综合性实验课程,是将《环境工程原理》、《水污染控制工程》、《大气污染控制工程》、《固体废弃物处理与处置工程》等核心课程的理论知识融于一体后开设的实验教学课程[5],对学生创新能力和“解决复杂工程问题”能力的培养具有重要的作用。我校特别重视环境工程专业学生创新能力和实践能力的培养,2015年,以环境工程专业工程认证和新工科建设为契机,学院完成了实验室资源整合与布局优化,打造了支撑本科教学质量提升和创新能力培养的标准化、规范化实验室,并对仪器设备进行更新。现有水污染控制工程实验室、大气污染控制工程实验室、固体废弃物处理与处置实验室,虚拟仿真实验室等13个实验室,总面积达1600m2,还单独设立了300m2的环境工程综合实验室,实验室中拥有高效液相色谱仪、原子吸收光谱仪、气相色谱仪、傅里叶红外光谱仪、总有机碳测定仪等一批大型仪器。同时对实验内容进行更新,将全国工程应用竞赛单元和自动化控制程序、无人机监测、虚拟仿真等内容融于教学中,并将教师和企业合作的应用科研成果或新的研究方法编写成综合实验内容,并出版实验教材《环境工程专业实验———基础、综合&设计》一部,不仅丰富了实验教学内容,而且很好地培养了学生的实践能力和创新能力。近年来,环境工程专业在实践教学中通过一系列改革与尝试,已经构建了一套基于“设计-研究-创新”循序渐进、多阶段式的实验教学新体系,极大地促进了学生创新能力和“解决复杂工程问题”的能力,这对提高教育质量,增强毕业生的就业竞争力具有重要的作用。因此,笔者结合目前学校环境工程专业综合实验的教学实践,对综合实验的内容改革以及下一步的设想进行了探讨。

1环境工程综合实验内容改革

1.1综合实验内容设置突出“学生为主”的原则

综合实验内容在前期的基础上进行更新,进一步突出以“学生为主、教师为辅”的原则。例如生物接触氧化法处理有机工业废水实验中,改革前,实验老师把活性污泥准备好,设备连接好,学生只是进行实验操作和水质参数(COD和氨氮)的测定。而进行创新能力培养改革后,活性污泥的取样与驯化、活性污泥生物相的观察、污泥沉降比的测定、设备管道的链接、反应器的启动和运行、COD和氨氮的测定都要求学生自己完成。例如有机污染物的生物降解度的测定,以前是实验老师把前期工作都准备好,实验过程中学生只是利用仪器测定有机污染物的浓度,而进行创新改革后,有机污染物浓度测定方法的选择和建立、活性污泥的取样、活性污泥浓度(MLSS)的测定、活性污泥的驯化、培养都要求学生自己设计并完成,这样可以充分调动学生实验的兴趣、热情,增强学生专业知识的综合运用能力,提高学生的创新能力。

1.2综合实验内容设置突出“教学和科研的统一”

通过将老师承担的科研项目与综合实验相结合,不仅丰富和更新了实验内容,提高了学生实验的积极性,而且提高了学生的创新能力,同时又解决教师科研人手不足的问题,还有利于大学生创新创业项目的申报[6]。例如将国家科技支撑计划项目“电解锰废渣资源化利用关键技术研究及工程示范”中的相关研究内容转化为综合实验内容,学生积极主动参与到实验过程中,并申报大学生创新课题,其中一项研究成果《一种高效资源化处理电解锰渣实现减排的方法》获得湖北省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。通过这一类综合实验,锻炼了学生的工程实践能力和创新能力,最终可以实现“教学带动科研,科研反哺教学”,教学和科研协调发展。

1.3综合实验内容设置突出“创新”的原则

创新性实验不设定具体实验内容,没有预期实验结果,完全由学生主导,学生自己查阅相关资料、设计实验方案、选择合适的设备单元组成实验系统、连接系统、设定系统参数、调试系统、并分析和处理实验数据、评价实验效果,并对实验进行总结。在此过程中教师不干预学生实验,只对学生在实验中遇到的问题提出建议,这样有利于培养学生独立思考、分析问题、解决问题能力以及创新能力。例如2018年我院从浙江天煌科技实业有限公司采购了两台套全国工程应用竞赛单元和自动化控制程序供学生开展创新性综合实验使用。该产品主要由供水系统、污水处理系统和控制系统三部分组成。学生的创新设计主要集中在污水处理系统和控制系统。污水处理系统包括格栅调节池、沉砂池、沉淀池、A2/O生物反应池、MBR膜生物反应池、SBR-1池、SBR-2池、二沉池、砂滤柱、吸附柱、加药池、计量泵、曝气设备以及自动检测设备(溶解氧、氧化还原电位、pH)等设备单元。控制系统主要由电气控制柜、漏电保护器、触摸屏、旋钮开关、工作状态指示灯、PLC可编程控制器、组态监控软件等组成。在综合实验时,实验指导老师只给定废水中污染物的种类、污染物的浓度以及出水水质要求,学生可以根据老师给定的污水性质以及出水水质要求等设计一套完整的污水处理方案,然后从中选择其合适的处理单元进行组合,并对设备单元进行连接,组成污水处理系统,然后通过编制PLC控制程序,以实现对各设备及单元进行自动控制,最后通过参数设置、系统调试,使系统稳定运行,验证设计方案是否可行,并通过实验结果给出。污水处理系统中不仅可以对设备单元进行组合、还可以对设备单元进行改装,例如有学生设计采用“混凝沉淀+MBR”的组合处理工艺对城镇污水进行深度处理时,首先,将原赛项平台的SBR-1池改装成混凝混合池,由于混合所需要的时间很短,在30s~2min之间,而原来的SBR-1池横截面较大,作为混合池后,水深比较浅,原搅拌器搅拌轴过短,因此为了起到好的混合作用,学生进一步将原搅拌轴进行了加长处理。并根据混合的需要,对调速电机的转速进行适当调整。其次,将原赛项平台的SBR-2池改装成混凝反应池而成,并根据反应阶段的搅拌机转速的要求,对调速电机进行转速调整。再次,将由原赛项平台的沉砂池进行改装加入斜板,可以显著提高了沉淀分离效率,获得了很好的实验结果。该类实验要求学生能对A2/O、MBR、SBR生物处理工艺的有很好的理解,通过该类实验的训练学生的实践能力、创新能力都得到了培养。

2环境工程综合实验改革的进一步设想

环境工程综合实验由于实验设备台套数的限制,还是分小组进行(每小组5~6人),学生没有积极参与实验之中,这不利于学生创新能力的培养,可以考虑增加实验设备台套数或是延长实验安排时间来,最后实现每小组2人左右。另外,目前环境工程综合实验成绩评定方式不利于学生创新能力的评价,如何考察学生的创新能力和“解决复杂工程问题”的能力是目前环境工程综合实验急需解决的问题。建议综合实验成绩分两部分:小组成绩和个人成绩[7]。小组成绩主要考察整个实验方案的合理性、实验结果的可靠性。个人成绩主要考察个人在具体方案设计和实验操作中承担的具体任务。成绩评定主要由5~6名老师组成专家组,由学生答辩(包括实验方案设计、实验方案的把握程度、实验操作的熟练程度以及实验结果的可靠性等方面),由教师根据学生在实验中的综合表现给出相应成绩。

3结语

培养学生创新精神和实践能力,发展以创新能力为核心的全面素质教育是当前高校人才培养的核心任务之一。环境工程综合实验是环境工程专业重要的实践教学环节,是培养学生创新能力和工程实践能力的重要途径。我校环境工程专业已经构建了一套基于“设计-研究-创新”循序渐进、多阶段式的实验教学新体系,极大地提高了学生的实验兴趣、创新能力和“解决复杂工程问题”的能力,这对提高教育质量,增强毕业生的就业竞争力具有重要的作用。

参考文献

[1]张晓晶,王丽萍,贾永芹,等.基于创新创业能力培养的环境工程专业实践教学模式研究[J].兰州教育学院学报,2018,34(11):138-140.

[2]李花,刘晓东,王枫,等.基于工程教育专业认证理念的专业应用能力实践教学研究[J].教育教学论坛,2017(1):173-175.

[3]刘艳,魏洽.环境工程专业综合性设计性实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理,2007,24(11):131-134.

[4]徐大勇,徐建平,宋珍霞.环境工程专业综合实验教学的改革与实践[J].河南农业,2011(9):20-21.

[5]熊玲,陈绍华.环境工程综合实验教学改革初探[J].广州化工,2018,46(5):143-145.

[6]曹燕,潘梅,陈天明.应用型本科环境工程综合实验教学改革探索[J].教育教学论坛,2015(40):269-270.

[7]唐建设,项丽,赵峰.环境工程专业综合性实验课程教学改革探讨[J].长江大学学报,2015(25):80-82.

作者:熊玲 陈绍华 程聪 单位:中南民族大学资源与环境学院

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