高春梅　冀世鋒　邢云青　儲鳴

摘要：在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，提高學(xué)生對于專業(yè)知識的認(rèn)知和實際應(yīng)用能力勢在必行。將虛擬仿真實驗引入到固體廢棄物處理與處置實驗中，不僅可以加深學(xué)生對于專業(yè)知識的理解和掌握，還可以提高學(xué)生的實際操作能力和動手能力，并提出將理論教學(xué)、傳統(tǒng)實驗教學(xué)和虛擬仿真實驗結(jié)合的方法來評價整個課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；固體廢棄物處理與處置；應(yīng)用；教學(xué)效果

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）26-0274-02

近年來，為了提高我國高等院校工科專業(yè)學(xué)生的質(zhì)量和綜合能力，國家相關(guān)部門開展了關(guān)于工科專業(yè)的教育體系認(rèn)證。此工程教育專業(yè)認(rèn)證是指由相應(yīng)專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)針對高等院校等教育機(jī)構(gòu)開設(shè)的工程類專業(yè)教育實施的專門性認(rèn)證，由教育部相關(guān)專門職業(yè)或行業(yè)協(xié)會（聯(lián)合會）、專業(yè)學(xué)會同該領(lǐng)域的專家學(xué)者和相關(guān)行業(yè)企業(yè)專家一起進(jìn)行，旨在為相關(guān)工程技術(shù)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證。工程教育專業(yè)認(rèn)證是緊跟國際步伐，確保國內(nèi)工程教育質(zhì)量的保障制度，也是實現(xiàn)我國國內(nèi)工程教育及工程師資格與國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。

一、現(xiàn)有《固體廢棄物處理與處置》課程實驗存在的問題

近年來，隨著固體廢棄物污染日益嚴(yán)重，對于固體廢物處理、處置和資源化技術(shù)也不斷提高，而課程實驗教學(xué)嚴(yán)重滯后，同時《固體廢棄物處理與處置》也是一門社會性和工程實踐性很強(qiáng)的課程，很多高校對《固體廢物處理與處置》課程實驗設(shè)置和實施環(huán)節(jié)相對薄弱，主要表現(xiàn)在以下幾點：

1.實驗教學(xué)不夠全面、完整，沒有系統(tǒng)性。上海海洋大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)雖然建有環(huán)境工程實驗室（臨時性），但相關(guān)配置還比較欠缺，只是有一些滿足水污染、固體廢物處理與處置等小型實驗的相關(guān)裝備，同時受場地和時間限制，開設(shè)的實驗項目（包括大學(xué)生創(chuàng)新項目）也只能在小型實驗裝置或設(shè)備上操作。有的實驗沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的實驗設(shè)備，技術(shù)人員就自行研發(fā)實驗設(shè)備進(jìn)行相關(guān)實驗。

2.學(xué)生實際動手機(jī)會極少。對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行實際操作對于學(xué)生了解和掌握固體廢棄物處理與處置過程中的問題具有很好的促進(jìn)效果，學(xué)生可以親自觀察設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造，了解工作原理。如果在實習(xí)過程中碰巧遇到設(shè)備故障進(jìn)行維修，學(xué)生就可以利用已有知識進(jìn)行分析解決，對于學(xué)生綜合能力的提高具有十分重要的作用。而在實際的實習(xí)過程中，實習(xí)單位為了保障學(xué)生人身安全和生產(chǎn)安全，同時不打擾他們的工作進(jìn)度和效率，基本委派給學(xué)生的都是實驗室基礎(chǔ)常規(guī)操作（如取樣、配液及一些文本工作），很難讓學(xué)生學(xué)到上述知識。因此，實習(xí)的結(jié)果多停留實驗室監(jiān)測，以及對理論知識的掌握和熟悉，難以全面達(dá)到預(yù)期實習(xí)的目的。

3.一些實驗難以在實驗室操作。固體廢棄物產(chǎn)量大，其處理技術(shù)要求也越來越高，目前其生化處理、熱處理、土地處理等方法在實驗室范圍內(nèi)難以動手操作，使得學(xué)生只能理論理解其處理原理及過程，不能親自參與到其處理過程中，對于環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生來說是個遺憾。

二、虛擬仿真實驗在《固體廢棄物處理與處置》實驗中的應(yīng)用探究

虛擬仿真實驗教學(xué)是近年來新興的一種教學(xué)模式，既是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的補(bǔ)充，更是一種教學(xué)模式的變革[5]。虛擬仿真實驗教學(xué)是利用現(xiàn)有計算機(jī)技術(shù)構(gòu)建虛擬的實驗操作環(huán)境及實驗的對象，使學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行相關(guān)實驗操作，并得到操作結(jié)果。虛擬仿真實驗將網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、多媒體教學(xué)、數(shù)據(jù)庫結(jié)合起來，實現(xiàn)人機(jī)交互，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式不能達(dá)到或難以實現(xiàn)的教學(xué)效果。

1.固體廢棄物處理與處置實驗設(shè)計的虛擬仿真。在實驗室難以開展的相關(guān)固體廢棄物處理與處置的實驗主要有固體廢棄物的生化處理（堆肥，硝化）、熱處理（焚燒）、土地處理（填埋）等，而且在實習(xí)過程中基本也不能到現(xiàn)場觀看，所以學(xué)生對于知識的理解和掌握有很大的欠缺。根據(jù)課程內(nèi)容介紹，可以分為不同實驗進(jìn)行虛擬仿真，每一個實驗針對原料性質(zhì)、工藝條件、設(shè)備性能、三廢處理等幾個方面進(jìn)行模塊化設(shè)計，將不同性質(zhì)和成分的固體廢棄物輸入到模塊中，了解其物理、生化等性質(zhì)，分析其最優(yōu)處理方式，并通過改變模塊中條件的變化了解處理技術(shù)產(chǎn)生的差異，同時也可以通過電腦屏幕直觀地看到設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)行及原料在設(shè)備內(nèi)部的處理過程，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對于理論知識的理解，同時也可以加深對專業(yè)知識的掌握。

2.固體處理與處置實驗操作的虛擬仿真。固體廢棄物處理與處置實驗以固體廢棄物為處理對象，實驗內(nèi)容包括固體廢棄物形態(tài)及成分觀察、驗證性實驗及綜合性實驗。虛擬仿真實驗在這些試驗中的應(yīng)用可以分為三個模塊進(jìn)行：第一模塊從實驗準(zhǔn)備開始，依次將里面的一些實驗操作做成虛擬演示實驗。這部分實驗重點在于讓學(xué)生了解實驗注意事項、操作事宜等，確保安全。第二模塊將驗證性實驗與固體廢棄物形態(tài)及成分的觀察結(jié)合起來制成虛擬仿真實驗。將實驗的各個操作關(guān)鍵點等也設(shè)計成不同的模塊，學(xué)生在虛擬操作中通過選擇不同模塊來完成實驗的虛擬操作。形態(tài)及成分的觀察作為實驗結(jié)果可以用圖像的方式呈現(xiàn)，作為學(xué)生選擇相應(yīng)實驗的結(jié)論。第三模塊設(shè)置學(xué)生課前自學(xué)模塊，讓學(xué)生對將要進(jìn)行的實驗操作有充分的了解，這樣可以提高學(xué)生實際操作的成功率；對最終結(jié)果跟預(yù)期設(shè)計結(jié)果有出入的，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，分析在實驗過程中的相關(guān)影響因素，在討論過程中不僅可以加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，同時也可以對虛擬設(shè)計模塊進(jìn)行優(yōu)化。

3.教學(xué)效果評估。教學(xué)效果的評估指標(biāo)主要看理論教學(xué)效果和實驗（包括虛擬仿真實驗和傳統(tǒng)實驗）教學(xué)效果。教學(xué)效果的評定可分為課堂理論學(xué)習(xí)及相關(guān)實驗進(jìn)行，一方面注重學(xué)生對于理論知識的掌握，一方面了解學(xué)生對于傳統(tǒng)實驗和虛擬仿真實驗的操作和分析，設(shè)計相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對比分析。整個教學(xué)效果的評估根據(jù)理論學(xué)習(xí)、虛擬仿真實驗和實際操作實驗的相關(guān)性和完成度來進(jìn)行綜合評判。

三、結(jié)語與展望

虛擬仿真實驗作為一種新型的教學(xué)手段和方法已經(jīng)運(yùn)用于很多專業(yè)的教學(xué)之中[7，8]。在《固體廢棄物處理與處置》實驗教學(xué)中逐步開發(fā)虛擬仿真實驗，建立相應(yīng)的虛擬仿真實驗實驗室，是積極響應(yīng)國家關(guān)于提高工程技術(shù)人員實際應(yīng)用能力的要求[1，9]，也是固體廢棄物處理與處置課程本身發(fā)展的要求。同時，未來如果能夠在實驗教學(xué)中加入VR技術(shù)，將會讓學(xué)生能夠更加近距離地親身體驗處理過程中的動態(tài)模擬。

參考文獻(xiàn)：

[1]https：//baike.baidu.com/item/%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E6%95%99%E8%82%B2%E4%B8%93%E4%B8%9A%E8%AE%A4%E8%AF%81/16065566？fr=aladdin

[2]http：//old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5987/201411/178168.html

[3]廖文超，徐蘇，李元高，等.基于Flash的仿真實驗在環(huán)境工程實驗中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2013，（18）：62.

[4]楊秀政.《固體廢物處理與處置》課程實驗教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計[J].教育教學(xué)論壇，2015，（52）：248-249.

[5]王衛(wèi)國.虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.