羅惠莉 吳根義 王寒 黃紅麗 廖嬋娟

【摘 要】針對(duì)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革及工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)課要求，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、課程考核等方面進(jìn)行了探索研究。通過結(jié)合科研熱點(diǎn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色。通過激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，有利于提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程 實(shí)驗(yàn) 融合

目前國內(nèi)各綜合性大學(xué)和農(nóng)業(yè)院校等均設(shè)置有環(huán)境工程或環(huán)境科學(xué)專業(yè)。作為農(nóng)業(yè)院校的環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生，與理工科大學(xué)學(xué)生在城市工程建設(shè)和工業(yè)污染防治領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)并無優(yōu)勢(shì)。如何使環(huán)境工程原理教學(xué)體系包含現(xiàn)代知識(shí)信息，與本院校本專業(yè)主要科研方向（農(nóng)業(yè)環(huán)境污染）相結(jié)合，體現(xiàn)前沿研究動(dòng)態(tài)，是培養(yǎng)具有專業(yè)特色，創(chuàng)新型環(huán)境專業(yè)人才的關(guān)鍵。

十三五規(guī)劃中提出加大環(huán)境治理力度，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善。農(nóng)村的土壤污染治理是主要難點(diǎn)之一，土壤污染防治任務(wù)的緊迫為農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的發(fā)展和校企聯(lián)合科研的開展提供了難得的機(jī)遇。但如何突出農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色，與我國環(huán)境污染現(xiàn)狀相結(jié)合，提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力非常值得探討與深入研究。

根據(jù)教育部“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的要求，我校從2011起啟動(dòng)了新一輪專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂工作，新的培養(yǎng)方案自2013級(jí)起適用。切實(shí)解決當(dāng)前實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)體系課程門數(shù)多、學(xué)時(shí)分散的問題，順應(yīng)了當(dāng)前我國環(huán)境工程專業(yè)教育的發(fā)展趨勢(shì)。

1綜合性實(shí)驗(yàn)課程調(diào)整設(shè)置

2010學(xué)年湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)將原設(shè)置的“化工原理”課程改為“環(huán)境工程原理”，采用胡洪營教授主編的環(huán)境工程原理教材。理論課講授內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、分離過程原理和反應(yīng)工程原理三部分?；A(chǔ)理論部分包括物料與能量守恒原理、傳遞過程等。分離過程原理部分主要講述沉淀、過濾、吸收、吸附的基本原理。反應(yīng)工程原理部分為化學(xué)和生物反應(yīng)計(jì)量學(xué)、動(dòng)力學(xué)、各類反應(yīng)器的過程解析等。同時(shí)開設(shè)了20學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，分別為沉降分離實(shí)驗(yàn)，活性炭吸附實(shí)驗(yàn)，過濾實(shí)驗(yàn)，離子交換實(shí)驗(yàn)和填料塔實(shí)驗(yàn)。

另一門課程“流體力學(xué)與流體機(jī)械”學(xué)習(xí)內(nèi)容為流體靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基本原理，流體各流動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算，流體阻力損失和管路計(jì)算，主要流體傳輸機(jī)械的工作原理和選型安裝。開設(shè)了雷諾實(shí)驗(yàn)和管路阻力實(shí)驗(yàn)。

以往開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課均未單獨(dú)設(shè)課，沒有單獨(dú)學(xué)分，分別包含在兩門課程中。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容相對(duì)簡單，通過基本的認(rèn)知性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來回顧掌握基本原理、定律，通過綜合性實(shí)驗(yàn)了解設(shè)備的操作和流程控制。但即使是開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)也是相對(duì)獨(dú)立的，應(yīng)用性不強(qiáng)。學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力得不到充分發(fā)揮。

“環(huán)境工程原理”“流體力學(xué)與流體機(jī)械”作為環(huán)境工程專業(yè)課程體系中的專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系中有承上啟下的關(guān)鍵作用，同時(shí)也是各專業(yè)課程的綜合性、共同性的工程理論基礎(chǔ)。這兩門課程內(nèi)容聯(lián)系緊密，因此2012年在綜合性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)課時(shí)整合在一起形成了環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，以綜合性大實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行，設(shè)28學(xué)時(shí)1學(xué)分，在第4個(gè)學(xué)期（大二下）開設(shè)，集中在1周內(nèi)完成。

2教學(xué)團(tuán)隊(duì)融合與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新

師資隊(duì)伍水平是提高教學(xué)質(zhì)量的決定性因素。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科，為省級(jí)“十二五”重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)和湖南省優(yōu)勢(shì)特色專業(yè)，已有30余年的環(huán)境科學(xué)與工程、環(huán)境污染治理研究經(jīng)驗(yàn)。目前我系講授“環(huán)境工程原理”、“流體力學(xué)與流體機(jī)械”、“化工原理”、 “環(huán)保設(shè)備”等課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)為教師5人，均為博士學(xué)歷，其中教授2人，副教授2人，講師1人。另有實(shí)驗(yàn)員1人。團(tuán)隊(duì)成員多年從事畜禽養(yǎng)殖廢水治理，養(yǎng)殖廢棄物綜合利用，土壤重金屬污染修復(fù)等方面的研究，近年來主持完成10多項(xiàng)國家級(jí)、省部級(jí)課題。教學(xué)團(tuán)隊(duì)不僅具有較高的理論水平，同時(shí)還具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

現(xiàn)環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有板框壓濾機(jī)，沉降分離柱，生物濾池，阻力系數(shù)測(cè)定裝置等，基本滿足開展成套實(shí)驗(yàn)流程的需要。

由于課程調(diào)整前兩門課分設(shè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分散，單個(gè)實(shí)驗(yàn)之間沒有連貫性，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)環(huán)境工程原理課程內(nèi)容抽象，原理公式多，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。如果學(xué)生通過自己動(dòng)手，了解主要單元操作的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)習(xí)了分析實(shí)際復(fù)雜問題的方法，將有利于提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

根據(jù)理論課講授內(nèi)容，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在重新編排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)充分考慮了課程銜接，并結(jié)合了當(dāng)前農(nóng)業(yè)污染關(guān)注問題。創(chuàng)新設(shè)計(jì)模擬實(shí)際養(yǎng)殖廢水處理的流程實(shí)驗(yàn)，將管路輸送（流體力學(xué)內(nèi)容），沉降分離、吸附、離子交換和微生物處理器應(yīng)用（環(huán)境工程原理內(nèi)容），污泥處置等串接起來，使學(xué)生能學(xué)以致用，提高操作技能，促進(jìn)就業(yè)。

以項(xiàng)目1）模擬養(yǎng)殖廢水處理和項(xiàng)目2）土壤污染處理過程為主線，調(diào)整后綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)如下：

（1）管路實(shí)驗(yàn)。測(cè)定直管流速與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證湍流區(qū)內(nèi)λ與Re的關(guān)系曲線。了解組成管路的各種管件、閥門及其作用，測(cè)定流體流經(jīng)管件（閥門）時(shí)的局部阻力系數(shù)ζ。

（2）沉降實(shí)驗(yàn)。測(cè)定同一停留時(shí)間內(nèi)重力沉降和離心沉降能分離的顆粒臨界粒徑，熟悉分離設(shè)備的分離操作，掌握沉降的相關(guān)計(jì)算。

（3）吸附處理實(shí)驗(yàn)。通過吸附處理不同時(shí)間，測(cè)定經(jīng)活性炭吸附的重金屬或有機(jī)物的量，擬合吸附平衡式。并比較采用活性炭和沸石吸附效果的差異。

（4）過濾處理實(shí)驗(yàn)。在恒壓過濾操作下對(duì)實(shí)現(xiàn)固液分離，了解板框壓濾機(jī)的構(gòu)造和操作方法，測(cè)定過濾常數(shù)。

（5）離子交換實(shí)驗(yàn)。了解交換柱填充，采用離子交換樹脂對(duì)廢水或土壤浸提液中重金屬離子進(jìn)行處理，測(cè)定交換量。

（6）生物濾池處理實(shí)驗(yàn)。了解曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)和處理特性，測(cè)定對(duì)水中有機(jī)物的處理效率。

（7）自選實(shí)驗(yàn)。養(yǎng)殖廢水處理后污泥或污染土壤的固化處理及重金屬浸出檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式指導(dǎo)并充分利用現(xiàn)有設(shè)備，每教學(xué)班學(xué)生分為兩大組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可選養(yǎng)殖廢水處理或土壤污染處理。這也激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

以模擬養(yǎng)殖廢水處理為主線的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容順序按上述進(jìn)行，以土壤污染處理過程為主線的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容順序?yàn)椋海?）-（2）-（1）-（5）-（4）-（6）。調(diào)整后的綜合性大實(shí)驗(yàn)按每教學(xué)班2位老師負(fù)責(zé)，主帶教師和輔導(dǎo)教師相結(jié)合，從預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析、報(bào)告提交、考核評(píng)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)全方位對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

3強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用性，提高學(xué)生能動(dòng)性

本次教改中實(shí)驗(yàn)課程單獨(dú)設(shè)置，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的連貫性、融合性，突出實(shí)驗(yàn)選題與科研實(shí)踐相結(jié)合的特色。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上注重將理論講授重點(diǎn)與實(shí)際污染處理應(yīng)用結(jié)合起來，強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程突出科研素質(zhì)的培養(yǎng)。

為保證教學(xué)效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程全程管理。

實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生在確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，通過查閱文獻(xiàn)、復(fù)習(xí)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)過程預(yù)設(shè)等環(huán)節(jié)再提交實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。除通常實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的主要內(nèi)容：包括實(shí)驗(yàn)的目的意義、基本理論和原理、實(shí)驗(yàn)步驟等，還要求學(xué)生分析影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素或步驟。使每個(gè)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程做到思路清晰，能在有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中，要求將課堂講授、習(xí)題課等教學(xué)環(huán)節(jié)中所獲得的有關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來，用來分析所實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，對(duì)單元操作原理、操作條件、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。通過教師互動(dòng)式指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)小組（4-5人）內(nèi)部協(xié)調(diào)分工，實(shí)現(xiàn)人人動(dòng)手操作，團(tuán)隊(duì)高效合作完成實(shí)驗(yàn)。

要求學(xué)生提交真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的檢查和把關(guān)。由于每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大組中仍存在差異，鼓勵(lì)對(duì)實(shí)驗(yàn)差異進(jìn)行討論交流，分析說明本組實(shí)驗(yàn)中的得失，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的回顧。

4結(jié)語

作為環(huán)境工程專業(yè)重要理論和實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課，將相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有效地融合，開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生了解相關(guān)理論知識(shí)的應(yīng)用，提高了學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。

在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中通過互動(dòng)式指導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生能動(dòng)地完成實(shí)驗(yàn)。注重實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及討論式教學(xué)，有助于提高學(xué)生分析能力、操作能力和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決問題的能力。突出了農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色，有利于提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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項(xiàng)目來源：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)2015年教改項(xiàng)目：以“環(huán)境工程原理”課程建設(shè)為基礎(chǔ)的環(huán)境工程專業(yè)實(shí)踐課程融合創(chuàng)新。

作者簡介：羅惠莉，女，博士。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，副教授。從事土壤重金屬污染研究。