梁 娟，張 靜，劉 亞，梁 英

給排水科學與工程專業(yè)實驗教學改革與探索

梁 娟，張 靜，劉 亞，梁 英

(四川大學 建筑與環(huán)境學院，四川 成都 610065)

針對給排水科學與工程專業(yè)實驗課程教學過程中存在的問題，從學科發(fā)展的高度優(yōu)化實驗課程體系，探索實驗教學改革的新思路。提出 “將驗證實驗同探索實驗相結合；工程設計理念同實驗論證相結合；大型儀器檢測與常規(guī)化學分析相結合”的 “三結合”教學理念，并以此為指導優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，將綜合性實驗、先進水處理技術和大型儀器檢測技術引入本科教學。實驗教學體系的改革對提高實驗教學水平，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高級工程技術人才有一定的推動作用。

實驗教學；綜合實驗；探索實驗；創(chuàng)新能力

給排水科學與工程專業(yè)作為我國給排水行業(yè)高級人才培養(yǎng)和科技發(fā)展的重要支撐，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高級工程技術人才是給排水科學與工程專業(yè)重要的培養(yǎng)目標[1]。給排水科學與工程專業(yè)是一門實踐性、應用性很強的專業(yè)，對學生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)至關重要，而學生實踐能力與綜合素質(zhì)的一個重要途徑是來自實驗教學[2]。作為高等教育的一種有效方式，實驗教學是整個高等教育創(chuàng)新體系中的重要組成部分，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要教學環(huán)節(jié)[3]。加強實驗教學的改革研究，對學生掌握基本實驗技能，深刻理解專業(yè)知識，提高學生的專業(yè)素質(zhì)及培養(yǎng)創(chuàng)新人才等方面都具有非常重要意義[4-5]。

1 給排水科學與工程專業(yè)實驗課程體系現(xiàn)狀

常規(guī)實驗教學開設的實驗項目可分為驗證性實驗、綜合性實驗兩個方面。驗證性實驗能使學生將專業(yè)課程中學到的理論知識在實驗課程中得到驗證，鞏固學生對理論知識的理解和掌握；綜合性實驗有助于學生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，提高從整個學科角度思考問題的能力[6-7]。

目前四川大學給排水科學與工程專業(yè)依據(jù)專業(yè)指導規(guī)范共開設 “水質(zhì)分析化學實驗”“水處理微生物學實驗”“水處理技術實驗”和 “泵與泵站實驗”4門專業(yè)實驗課，共計26個實驗項目，包含水質(zhì)指標檢測、水處理技術工藝參數(shù)測定、水處理設施運行等多個方面。其中，驗證性實驗為22項，綜合性實驗為4項?，F(xiàn)有的實驗課程體系雖然能加深學生的理論學習，在一定程度上培養(yǎng)學生綜合分析問題的能力，但由于幾門實驗課程設置相互獨立，綜合性實驗也僅僅是針對單門實驗課而言，并沒有讓學生做到真正的融會貫通，并且水處理技術種類繁多，發(fā)展十分迅速，涉及的領域也很廣泛[8]。在給排水科學與工程專業(yè)開設的實驗課程中，大部分實驗都是驗證型實驗，對探索型實驗開展得較少，而對于與本學科密切相關的前沿性技術更是沒有提及。此外，隨著儀器分析技術的發(fā)展，大型儀器在水處理領域發(fā)揮的作用也越來越大，但在本科教學體系中，針對大型儀器在水處理中的應用提及較少。這些對于拓寬學生知識面，提高學生學習的積極性，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新人才都是十分不利的。

2 實驗課程體系改革的理念

針對給排水科學與工程專業(yè)實驗課程教學體系存在的一系列問題，以及 “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”新形勢下的要求，從學科發(fā)展的高度優(yōu)化給排水科學與工程專業(yè)實驗課程體系，提出以下幾點改革理念[9]:

1)將獨立開設的實驗課程融合開展綜合實驗，變驗證性實驗為驗證、探索實驗相結合，培養(yǎng)學生獨立科研創(chuàng)新能力；

2)將已有工程應用的水處理的先進技術引入到本科教學，使工程設計理念同實驗論證相結合，提高學生獨立分析問題、解決問題能力；

3)將大型儀器檢測技術引入本科教學，實現(xiàn)大型儀器檢測與常規(guī)化學分析相結合，拓寬學生知識面，增強學生動手能力和創(chuàng)新能力。

3 實驗課程體系改革與探索

結合專業(yè)實驗課設置的核心實踐單元和知識技能點，以 “三結合”理念為指導，利用現(xiàn)有實驗室資源，開展給排水科學與工程專業(yè)實驗課程體系的建設與改革。對傳統(tǒng)實驗項目進行改造，并在此基礎上引入新技術、新方法，改造 “活性炭靜態(tài)吸附實驗”，設計 “臭氧-活性炭聯(lián)用技術處理苯酚實驗”，在內(nèi)容上突出創(chuàng)新人才培養(yǎng)功能；對核心專業(yè)課程中的實驗進行整合、重組，并引入大型儀器在水處理中的應用，整改 “城市污水綜合處理實驗”和 “多相水質(zhì)指標檢測”，在形式上打破課程實驗的界限和框架。

3.1 “活性炭靜態(tài)吸附”驗證性、探索性實驗

“活性炭吸附實驗”是 《高等學校給排水科學與工程本科指導性專業(yè)規(guī)范》制定的水質(zhì)工程學實踐環(huán)節(jié)的核心單元。該實驗是典型的操作性、驗證性實驗，活性炭靜態(tài)吸附環(huán)節(jié)僅對吸附反應前后目標物的濃度進行簡單測定并繪制活性炭靜態(tài)吸附曲線，而對于影響活性炭吸附效果的各項參數(shù)并未進行測定。整個實驗過程非常簡單，很難調(diào)動學生的積極性，對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也十分不利。

為改善教學質(zhì)量，提高學生積極性，將該實驗項目改進。根據(jù)大綱基本要求，除考慮活性炭投加量對吸附的影響外，還考察了不同原料、不同反應條件對污染物去除效果影響，以及活性炭結構和表面性質(zhì)對吸附效果的影響。具體以苯酚為目標物配置模擬廢水，以小組為單位考察不同原料活性炭(果殼活性炭、煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭)對苯酚的去除效果，選出吸附效果最好的活性炭，改變不同反應條件(震蕩時間、反應溫度、pH值)，考察反應條件對吸附效果的影響。通過測試活性炭比表面積、孔結構、孔徑分布、表面性質(zhì)，研究活性炭結構和表面特性對苯酚吸附的影響效果。實驗過程不僅涉及多種技術方法和工藝參數(shù)，而且突出現(xiàn)代測試技術和表征方法的應用，可以使學生更系統(tǒng)地了解活性炭對有機物吸附性能，掌握活性炭在水處理中的設計參數(shù)。

3.2 “臭氧-活性炭聯(lián)用技術處理苯酚”綜合性、設計性實驗

臭氧-活性炭聯(lián)用技術是目前國內(nèi)外應用最為廣泛的一種飲用水深度處理方法，國內(nèi)外關于臭氧-活性炭聯(lián)用技術方面的研究也較多[10]。臭氧-活性炭聯(lián)用技術除可保持各自優(yōu)勢外，臭氧可以對大分子進行開鏈作用與充氧作用，為活性炭提供了更易吸附的小分子物質(zhì)，而臭氧可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)則可被活性炭吸附并降解，相比于傳統(tǒng)活性炭吸附工藝有很大的優(yōu)勢[11]。但目前在本科教學實踐環(huán)節(jié)針對臭氧-活性炭聯(lián)用工藝、性能以及設計參數(shù)方面的實驗研究并不多。

為使實驗教學同實際工程結合，同新技術接軌，使學生盡快接觸到先進技術，將新技術融入傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容中，開設新實驗項目。如開設綜合性實驗 “臭氧-活性炭聯(lián)用技術處理苯酚實驗”。具體以苯酚為目標物分別考察單獨臭氧、單獨活性炭和臭氧-活性炭聯(lián)用技術對苯酚的降解效果，分析3種技術的優(yōu)勢和劣勢。以小組為單位選取不同的臭氧投加位置(前臭氧、中臭氧和后臭氧)和投加量，研究臭氧投加位置和投加量對苯酚降解效果的影響，選取最佳的投加位置和投加量。以小組為單位選取苯酚(易被臭氧氧化，易被活性炭吸附)、對氯苯甲酸(不易被臭氧氧化，易被活性炭吸附)、腐殖酸(易被臭氧氧化，不易被活性炭吸附)3種不同的污染物作為目標物，分別測定臭氧-活性炭聯(lián)用技術對3種物質(zhì)的降解效果，考察不同種污染物的降解效果。采用不同的目標物濃度、水體流速，考察污染物濃度、水體流速對降解效果的影響。本實驗開展僅需對現(xiàn)有活性炭動態(tài)吸附測定實驗裝置進行改造，增加O3投加單元，即可搭建實驗裝置。此外，該實驗引入了大型儀器對污染物濃度及水質(zhì)指標的測定，可拓寬學生視野，提高學生實驗積極性。

3.3 “城市污水綜合處理”長課時、綜合性實驗

綜合性實驗是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神的重要手段，綜合性實驗的開展有助于提高學生分析問題、解決問題的能力，為今后的研究性工作打下良好的基礎[12-13]。給排水科學與工程專業(yè)綜合實驗課程開展多數(shù)為單獨一門實驗課程內(nèi)容的綜合，而未從整個學科角度考慮知識點的交叉和融合。

為提高專業(yè)實驗的綜合性、應用性以及職業(yè)實用性，提高學生的綜合創(chuàng)新能力，將傳統(tǒng)單一實驗課程教學內(nèi)容和組織方式打破，設置全新的綜合性實驗。如將 《水處理技術實驗》中 “城市污水綜合處理實驗”同 《水處理微生物實驗》中 “活性污泥微生物形態(tài)觀察”“活性污泥微生物呼吸活性(好氧速率)的測定”相結合，將水質(zhì)指標監(jiān)測實驗同系統(tǒng)運行等獨立實驗項目結合，開展長學時實驗，使學生對各種水處理工藝的工作原理、優(yōu)化控制、運行監(jiān)測等有更全面而深入的了解。學生分成多組采用不同的污水處理工藝 (A/A/O、SBR、氧化溝等)處理生活污水，自行調(diào)試設備，在實驗過程中自行維護，將原有的污泥沉降比和污泥指數(shù)的測定、水質(zhì)指標監(jiān)測、污泥菌膠團中生物相觀察、污泥中微生物呼吸活性測定以及系統(tǒng)的運行等獨立的實驗項目結合在一起，使該項實驗內(nèi)容具有系統(tǒng)性、完整性、綜合性。

3.4 “多種方法測定水中鐵”綜合性、交叉性實驗

水質(zhì)指標的檢測是 《水質(zhì)分析化學實驗》教學的重要內(nèi)容，該實驗課程共涉及多個水質(zhì)指標的測定，其中絕大部分為簡單的化學分析法。在實際的工業(yè)應用以及科研領域、大型儀器檢測技術發(fā)揮作用越來越大，但在該門實驗課程體系中大型儀器檢測手段卻提及較少。

為使實驗教學緊跟科學技術前沿，開拓學生視野，在教學過程中引入大型精密儀器，改造原有實驗教學內(nèi)容。如改造 《水質(zhì)分析化學實驗》中“鄰二氮菲吸收光譜法測定水中鐵”實驗，將大型儀器原子吸收儀引入到該實驗項目中，比較兩種方法取得的數(shù)據(jù)，分析兩種檢測方法的優(yōu)缺點。在原有實驗的基礎上，增加火焰原子吸收法對總鐵的測定，采用鄰二氮菲吸收光譜法和火焰原子吸收法分別測定同一水樣中的總鐵，水樣采取國家標準物質(zhì)，比較其測定結果、方法的回收率、準確度和精密度，分析兩種方法的優(yōu)缺點。在教學過程中引入大型儀器檢測手段，能合理有效利用大型儀器，增加學生動手機會，調(diào)動學生學習興趣和積極性。

4 結束語

開展綜合性、設計性實驗是實驗教學改革的重點，而實踐教學改革是 “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的關鍵。將獨立實驗課程相結合開展綜合實驗，有助于幫助學生綜合運用所學知識，解決有關工程技術問題，提高學生獨立分析問題、解決問題的能力；將驗證性實驗變成驗證、探索實驗相結合，可加大探索性實驗在本科實驗教學中的比例，有助于培養(yǎng)學生獨立科研創(chuàng)新能力；將已有工業(yè)應用的新水處理技術引入本科實驗教學，同時引入了大型儀器檢測技術在水處理中的應用，讓學生了解大型儀器對水質(zhì)指標的測定方法，可以拓寬學生視野，使學生保持對先進技術的敏銳度，增強學生動手能力和創(chuàng)新能力。

[1]高等學校給水排水工程學科專業(yè)指導委員會.高等學校給排水科學與工程本科指導性專業(yè)規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

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[12]王國惠.環(huán)境工程微生物學實驗教學改革研究[J].微生物學通報，2005，32(2):144-145.

[13]熊開生，謝朝新，沈小東，等.環(huán)境工程專業(yè)實驗教學體系的構建[J].實驗室科學，2014，17(6):82-85.

Exploration and Practice of Experimental Teaching for Water Supply and Drainage Science and Engineering

LIANG Juan， ZHANG Jing， LIU Ya， LIANG Ying
(College of Architecture and Environment， Sichuan University， Chengdu 610065， Chian)

Aiming at the problems in the teaching system of the experimental courses of water supply and drainage science and engineering program，an optimized curriculum system was proposed from the viewpoint of scientific development and the new ideas of experimental teaching reform which were also explored.This paper presented a “three-combination” teaching philosophy.This paper presented the concept of“three-combination” teaching philosophy with the combination of validation and exploration experiments，the combination of the engineering design concepts and the experimental demonstrations and the combination of large-scale equipment detection and chemical detection technologies.The existing engineering applications of advanced water treatment technology and largescale equipment detection technologies were brought into undergraduate teaching.These new teaching concepts could also improve the experimental teaching level of experimental teaching and cultivating the advanced engineering and technical talents with innovative spirit.

experiment teaching； comprehensive experiment； exploratory experiment； creative ability

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.024

2016-03-09；修改日期:2017-05-08

成都市科技惠民技術研發(fā)項目(2015-HM01-00280-SF)；四川大學實驗技術立項項目。

梁娟(1984-)，女，碩士，實驗師，主要從事水污染控制的實驗教學與科研工作。

張靜(1981-)，女，博士，副教授，主要從事水污染控制的實驗教學與科研工作，zjing428＠163.com