張 莉 畢亞凡 李 亮 關(guān)洪亮

（武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢 430073）

根據(jù)教育部《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中指出：“高等學(xué)校要重視本科教學(xué)的實驗環(huán)節(jié)”，“開設(shè)一批新的綜合性、設(shè)計性實驗”的要求［1］。課程組從2007年開始在部分學(xué)生中嘗試一種新的實驗教學(xué)模式，并逐步修改環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)大綱，形成了涵蓋基礎(chǔ)型實驗、綜合設(shè)計型實驗、創(chuàng)新型實驗三個層次的環(huán)境工程專業(yè)實驗課程體系。［1］

綜合設(shè)計型實驗教學(xué)，打破了專業(yè)課程界限，提倡知識融合，通過校內(nèi)實驗教學(xué)示范中心等實踐教 學(xué)平臺，結(jié)合環(huán)境學(xué)科科研發(fā)展優(yōu)勢和特色，將先進(jìn)的科研成果引入實驗教學(xué)，開設(shè)大型演示模擬工業(yè)實驗、儀器操作測試實驗，接近工程實際，并融進(jìn)環(huán)境工程的新方法、新技術(shù)，盡量做到知識性、實用性和趣味性的統(tǒng)一［2］。

學(xué)生在實驗過程中必須掌握實驗研究基本思路、實驗過程設(shè)計方法，收集、整合各類信息的方法，自主開展實驗工作。

通過綜合設(shè)計型實驗教學(xué)，使學(xué)生全面掌握環(huán)境工程知識體系，激發(fā)學(xué)生的工程實踐應(yīng)用能力與創(chuàng)新思維能力。

1 實驗內(nèi)容

1.1 實驗對象

有機(jī)廢水：黃姜皂素廢水

進(jìn)水水質(zhì)：COD：30000－35000mg／L、SS：300－450mg／L、SO42－：9300mg／L、pH：0.4－1.5、色度3500倍。出水水質(zhì)：達(dá)到《皂素工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20425－2006）限值標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 實驗安排

參加方式：學(xué)生自主參與，老師指導(dǎo)為輔，分小組輪流進(jìn)行，每小組6人。

時間安排：本實驗共15學(xué)時；5學(xué)時實驗準(zhǔn)備，10學(xué)時進(jìn)行污水處理。

實驗地點(diǎn)：國家級“環(huán)境與化工清潔生產(chǎn)實驗教學(xué)示范中心”。

2 綜合設(shè)計型實驗教學(xué)模式

2.1 創(chuàng)新專業(yè)實驗教學(xué)模式的內(nèi)容、方式

（1）創(chuàng)新專業(yè)實驗教學(xué)模式的內(nèi)容

三層次、六模塊：三層次是指基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗三個層次，三層次實驗課課時比例為3∶2∶1。其中分別設(shè)置六個模塊。即基礎(chǔ)型實驗設(shè)置“三基”訓(xùn)練、“單元操作”訓(xùn)練兩個模塊，綜合設(shè)計型實驗設(shè)置“一級”訓(xùn)練、“二級”訓(xùn)練、“三級”訓(xùn)練三個模塊，創(chuàng)新型實驗設(shè)置專題研究一個模塊。

（2）創(chuàng)新專業(yè)實驗教學(xué)方式

“實驗訓(xùn)練、能力磨練、創(chuàng)新演練”三層次循序漸進(jìn)的實驗教學(xué)，采取以學(xué)生動手操作實驗為主，輔以必要的課堂講授、自學(xué)、現(xiàn)場指導(dǎo)、質(zhì)疑、綜合考查等手段，通過各種實驗的全面訓(xùn)練，促使學(xué)生掌握環(huán)境工程基本的實驗技術(shù)，驗證和鞏固專業(yè)理論知識。

2.2 綜合設(shè)計型實驗教學(xué)

（1）綜合設(shè)計型實驗教學(xué)模式

綜合設(shè)計型實驗設(shè)置“一級”訓(xùn)練、“二級”訓(xùn)練、“三級”訓(xùn)練三個模塊，其中“一級”訓(xùn)練是指僅包含單門課程而設(shè)的課程式實驗，“二級”訓(xùn)練是指包含一組相關(guān)核心課程和部分研究項目而設(shè)的課程和項目結(jié)合式實驗，“三級”訓(xùn)練以研究項目為主而設(shè)的項目式實驗。在綜合設(shè)計型實驗中，以“一級”訓(xùn)練為基礎(chǔ)，“二級”訓(xùn)練為核心、“三級”訓(xùn)練為提高，三級訓(xùn)練螺旋遞進(jìn)，由易到難，將核心課程教育與專業(yè)技能有機(jī)統(tǒng)一起來，通過綜合技能訓(xùn)練，為提高學(xué)生為自主創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。

以有機(jī)廢水處理實驗為例，該課題來源教師科研項目，實驗中涉及了一組環(huán)境工程專業(yè)實驗（如以水污染控制工程為主，涉及環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境微生物、固體廢物處置等），屬于課程和項目結(jié)合式實驗，主要達(dá)到“二級”訓(xùn)練的目的。

（2）綜合設(shè)計型實驗教學(xué)過程

有機(jī)廢水處理綜合設(shè)計型實驗從2007年以來，在四屆本科學(xué)生中，按照上述創(chuàng)新教學(xué)模式進(jìn)行實驗。

在實驗過程中，各組學(xué)生根據(jù)老師提供的黃姜皂素廢水，結(jié)合自己收集的資料，確定實驗方案，組裝實驗設(shè)備，寫出實驗步驟，獨(dú)立完成實驗全過程，實驗過程如圖1。

（3）有機(jī)廢水處理綜合設(shè)計型實驗實例

學(xué)生獨(dú)立設(shè)計的實驗流程見圖2所示。黃姜皂素廢水酸度大，pH值在1.0左右，同時含有過量的硫酸根離子，生化處理前必須進(jìn)行預(yù)處理。在中和反應(yīng)槽中，廢水在攪拌的狀態(tài)下投加石灰乳直至中性，然后沉淀去除硫酸鈣。中和后的廢水進(jìn)入ABR酸化槽，在酸化池中厭氧預(yù)酸化。預(yù)酸化出水流經(jīng)內(nèi)電解槽。自內(nèi)電解出水進(jìn)入IC反應(yīng)器底部，在IC反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行三階段兩相厭氧的末端代謝—產(chǎn)甲烷相。IC反應(yīng)器出水經(jīng)接觸氧化、混凝脫色處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 綜合設(shè)計型實驗教學(xué)過程

圖2 黃姜皂素廢水處理工藝流程

學(xué)生通過查閱大量廢水生物處理設(shè)備，并對其工藝參數(shù)和處理效果進(jìn)行定量比較后，提出了較為創(chuàng)新的水解酸化池——ABR反應(yīng)器，并利用團(tuán)隊合作設(shè)計，自制該設(shè)備。其結(jié)構(gòu)和原理：ABR酸化槽被垂直的導(dǎo)流板分隔成4個串聯(lián)的反應(yīng)室，形成厭氧折流板反應(yīng)器，廢水在反應(yīng)室內(nèi)沿導(dǎo)流板作上下折流流動，逐個通過各個反應(yīng)室推流前進(jìn)，在水流方向上形成彼此串聯(lián)的隔室。使其具有良好的微生物功能分區(qū)，同時整體的推流確保一定的底物濃度梯度，這就使得不同類型的厭氧發(fā)酵茵及其他厭氧微生物能夠在沿著各個隔室中順次實現(xiàn)分離，并在各自最優(yōu)條件下發(fā)揮功能、穩(wěn)定運(yùn)行。實驗裝置見圖3。

圖3 ABR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意

3 綜合設(shè)計型實驗教學(xué)效果

（1）實驗教學(xué)模式的綜合效果

綜合設(shè)計型實驗靠一個人是完不成的，需要同組的所有成員協(xié)同操作。通過2004級65人，2005級76人，2006級82人，2007級68人的強(qiáng)化綜合設(shè)計訓(xùn)練，以問題為導(dǎo)向，開展研究式、討論式、團(tuán)隊式教學(xué)，強(qiáng)化以工程實例為載體的案例教學(xué)。教學(xué)效果表1。

表1 近三年學(xué)生取得的教學(xué)成果

除此之外，2005級本科學(xué)生5人還參與《皂素工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20425－2006）的編制，他們通過對有機(jī)廢水處理實驗結(jié)果的重復(fù)性實驗，在教師指導(dǎo)下，處理實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗方法。

（2）專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)效果

雖然本實驗是以水污染控制工程為主體實驗，但也涉及環(huán)境監(jiān)測實驗，如化學(xué)需氧量（COD）的測定——重鉻酸鉀法、氨氮（NH3－N）的測定——蒸餾和滴定法、色度的測定——稀釋倍數(shù)法、五日生化需氧量（BOD5）的測定——接種與稀釋法、揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的測定——滴定法、污泥濃度（MLSS）的測定——重量法、懸浮物（SS）的測定——重量法等，并涉及環(huán)境微生物實驗，如固著型纖毛蟲如鐘蟲鏡檢、規(guī)則形狀的菌膠團(tuán)鏡檢等，以及固體廢物處置實驗，如生物污泥的利用、脫色渣的處理等。

因此，有機(jī)廢水處理綜合設(shè)計型實驗將多門課程有機(jī)結(jié)合在一起，互相滲透，即解決了基礎(chǔ)型實驗盲目重復(fù)問題，又節(jié)省了實驗開支。

4 結(jié) 語

（1）綜合設(shè)計型實驗引導(dǎo)學(xué)生從注重“考試結(jié)果”向注重“學(xué)習(xí)過程”轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生的研究能力和工程實踐能力。

（2）綜合設(shè)計型實驗教學(xué)，打破了專業(yè)課程界限，提倡知識有機(jī)融合。

（3）通過三年綜合設(shè)計型實驗教學(xué)教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生工程實踐能力，提高了學(xué)生畢業(yè)就業(yè)率。

1 楊國良.談工科實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新的幾個方面［J］.實驗室科學(xué)，2006（8）：8～9.

2 張治國，鄭永紅.開放專業(yè)實驗室培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2005，24（6）：109I10.