曾潔 李莉 高俊敏 吳全旺 曹知平

[摘 要] 以“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”課程混合式開放教學(xué)為例，在“雙一流”建設(shè)背景下，基于拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的本科生實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與實(shí)踐體會(huì)，促進(jìn)教育資源共享。課程開設(shè)10余年來(lái)，經(jīng)過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)模式、考核評(píng)價(jià)體系及人才培養(yǎng)跟蹤反饋機(jī)制的持續(xù)優(yōu)化改革，形成了線上線下混合式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生自主設(shè)計(jì)運(yùn)行，教師全程陪伴教學(xué)，學(xué)生自主創(chuàng)新與綜合實(shí)踐能力得到充分鍛煉。課程教學(xué)成效顯著，將拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)落到實(shí)處。

[關(guān)鍵詞] 污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn);雙一流;混合式開放教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2021年度重慶市教改重點(diǎn)委托項(xiàng)目“基于綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的生態(tài)環(huán)境行業(yè)拔尖人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新與實(shí)踐”（212009）;2021年度重慶大學(xué)實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目“污泥厭氧消化實(shí)驗(yàn)”（2021S11）

[作者簡(jiǎn)介] 曾 潔（1991—），女，重慶長(zhǎng)壽人，碩士，重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師（通信作者），主要從事環(huán)境工程類實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)與改革研究;李 莉（1984—），女，湖北武漢人，市政工程博士，重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事水污染控制及檢測(cè)研究;高俊敏（1972—），女，四川雅安人，環(huán)境工程博士，重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)研究。

[中圖分類號(hào)] G642 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）19-0057-04 [收稿日期] 2021-10-30

引言

教育部《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》（教高〔2018〕2號(hào)）[1]、《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見(jiàn)》（教高〔2019〕6號(hào)）[2]等指導(dǎo)性文件明確要求，高等院校應(yīng)大力推進(jìn)一流專業(yè)建設(shè)，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)，加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)，共享優(yōu)質(zhì)教育資源。我校環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程、環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)是首批獲得教育部認(rèn)定的國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，積極投入國(guó)家級(jí)和省級(jí)一流課程建設(shè)，“水質(zhì)工程學(xué)”和“環(huán)境監(jiān)測(cè)”課程被推薦申報(bào)國(guó)家一流課程，“水污染控制工程”被推薦申報(bào)省級(jí)一流課程，“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”是上述課程的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。本文以我?！拔鬯幚砉こ叹C合實(shí)驗(yàn)”混合式開放教學(xué)實(shí)踐為例，交流綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)建設(shè)與改革體會(huì)，促進(jìn)教育資源共享，為社會(huì)培養(yǎng)更多的拔尖創(chuàng)新人才。

一、“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”課程簡(jiǎn)介

“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”課程是環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程等專業(yè)本科生的重要專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容如表1所示，采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)手段，是一門完全由學(xué)生自主設(shè)計(jì)開展的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)置的合理性、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的創(chuàng)新性、開放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及完善的安全保障機(jī)制，是綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以高效開展的前提。課程設(shè)置在學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)有較深認(rèn)識(shí)與掌握后，是學(xué)生綜合利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)初步探索科學(xué)問(wèn)題的實(shí)踐平臺(tái)。良好的課程成效對(duì)我校生態(tài)環(huán)境類拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)乃至學(xué)科建設(shè)具有重大意義。

二、污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色

（一）注重學(xué)科特色，著眼實(shí)際問(wèn)題

綜合實(shí)驗(yàn)課程以“雙一流”建設(shè)[3]為導(dǎo)向，緊密圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)任務(wù)，注重學(xué)科特色，將理論知識(shí)和實(shí)際污水處理有機(jī)結(jié)合。采用虛實(shí)結(jié)合的混合式開放教學(xué)手段，使學(xué)生在城市污水處理廠運(yùn)行管理的虛擬仿真操作，和污水處理裝置的實(shí)際運(yùn)行中，加深對(duì)水污染控制工程、水處理工藝設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等課程知識(shí)的理解與應(yīng)用，并針對(duì)實(shí)際出現(xiàn)的問(wèn)題加以思考并動(dòng)手解決，開拓學(xué)生的學(xué)術(shù)視野和研究思維。課程線下實(shí)驗(yàn)以流程完整的污水處理反應(yīng)器作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示，實(shí)驗(yàn)中處理的污水是由附近學(xué)生宿舍引流的生活污水，著眼實(shí)際，體現(xiàn)污染控制的學(xué)科特色。學(xué)生從查閱相關(guān)文獻(xiàn)了解各構(gòu)筑物的作用和原理，并初步掌握污水水質(zhì)的測(cè)試方法，開始污泥馴化和反應(yīng)器的啟動(dòng);繼而通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成一定工況下實(shí)驗(yàn)裝置的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行;并對(duì)不同運(yùn)行工況下處理效果進(jìn)行分析，探討不同實(shí)驗(yàn)因素對(duì)工藝運(yùn)行的影響機(jī)制;甚至自行改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將多個(gè)知識(shí)模塊有機(jī)結(jié)合。實(shí)驗(yàn)開設(shè)使學(xué)生能靈活運(yùn)用理論知識(shí)相互協(xié)作、解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生水污染控制工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理能力，提高學(xué)生參與科學(xué)研究的積極性。

（二）采用虛實(shí)結(jié)合，豐富教學(xué)手段

城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)規(guī)模大且過(guò)程復(fù)雜，污染物組成成分及出水效果的影響因素眾多[4]。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地和時(shí)間的限制，實(shí)驗(yàn)室提供的小型污水處理工藝在規(guī)模上難以和實(shí)際污水處理廠相比較，難以適應(yīng)時(shí)間上的波動(dòng)變化和空間上的不均勻性。以學(xué)生宿舍生活污水作為實(shí)驗(yàn)進(jìn)水來(lái)源，雖然盡可能貼近生活實(shí)際，但仍與城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)進(jìn)水差異極大，且學(xué)生如若設(shè)計(jì)多因素實(shí)驗(yàn)方案，便難以在一學(xué)期內(nèi)開展完成。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件的局限性，近年來(lái)我校打造了適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)需求的水處理虛擬仿真訓(xùn)練平臺(tái)，并將操作成績(jī)納入課程評(píng)定。該平臺(tái)包括課程所需的采用A/A/O工藝的典型城市污水處理廠實(shí)習(xí)仿真軟件和常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)仿真測(cè)試軟件。

仿真實(shí)習(xí)包括城市污水處理廠全貌參觀和工藝調(diào)控操作，即通過(guò)自行調(diào)節(jié)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)可直觀地看到出水水質(zhì)的變化。此外，還包括自來(lái)水SS、總氮、總磷超標(biāo)等污水處理仿真事故，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室污水處理工藝基礎(chǔ)上對(duì)城市污水廠的運(yùn)行、管理及應(yīng)對(duì)復(fù)雜進(jìn)水條件變化的處理有更全面的認(rèn)識(shí)，獲得更豐富的污水處理技術(shù)實(shí)踐體驗(yàn)和實(shí)際工藝過(guò)程規(guī)律認(rèn)知，學(xué)習(xí)過(guò)程不受時(shí)間和場(chǎng)地的限制。

水質(zhì)指標(biāo)仿真測(cè)試軟件包括BOD5、COD、TN和TP測(cè)定實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了課程教師難以為學(xué)生演示水質(zhì)指標(biāo)分析檢測(cè)操作的缺陷，將學(xué)生對(duì)測(cè)試方法理解提升到仿真操作體驗(yàn)，并可根據(jù)自身操作能力差異借助仿真軟件反復(fù)練習(xí)提升操作水平，以輔助線下實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)分析檢測(cè)。

（三）方案自主設(shè)計(jì)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”課程始終堅(jiān)持激勵(lì)學(xué)生“跳一跳才能夠得著”，創(chuàng)新與挑戰(zhàn)并存，內(nèi)容涵蓋基礎(chǔ)化學(xué)、儀器分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水污染控制等相關(guān)課程知識(shí)。在課程設(shè)置上，采用理論知識(shí)回顧性講授、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)講解及課后文獻(xiàn)查閱與收集，結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)反復(fù)操作練習(xí)的方法，要求學(xué)生熟悉工藝主體構(gòu)筑物及連接方式，理解各構(gòu)筑物的作用和原理，掌握污水水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試方法。在此基礎(chǔ)上，由學(xué)生自由組合團(tuán)隊(duì)，每組不超過(guò)10人，選擇任意一套污水處理反應(yīng)裝置并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探討分析不同實(shí)驗(yàn)因素和水平的影響。

由于微生物系統(tǒng)培養(yǎng)馴化至穩(wěn)定處理效能的狀態(tài)，需要幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間，微生物發(fā)揮降解作用、分解污染物所需時(shí)間至少幾小時(shí)，表征處理效果的水質(zhì)污染指標(biāo)的測(cè)定也要花費(fèi)一定時(shí)間[5]。因此，為了獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且滿足教學(xué)課時(shí)要求，實(shí)驗(yàn)時(shí)間控制在一個(gè)學(xué)期內(nèi)，實(shí)驗(yàn)周期以2～3個(gè)月為宜，每名學(xué)生得到充分鍛煉。數(shù)據(jù)組內(nèi)成員共享，每個(gè)學(xué)生以獨(dú)立視角對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并按照畢業(yè)論文要求規(guī)范書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程并得出切合實(shí)際的結(jié)論，有意識(shí)地把合適的實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)用于課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。創(chuàng)新加實(shí)干，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與水質(zhì)分析中，樹立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)，獲得污水處理設(shè)施日常運(yùn)行管理基本能力，提升自主動(dòng)手及團(tuán)體協(xié)作能力，強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)有機(jī)融合，形成綜合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系。

（四）強(qiáng)調(diào)安全準(zhǔn)入，過(guò)程協(xié)作開放

課程完全以學(xué)生為主體自主開展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)水、取樣和水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試均根據(jù)設(shè)計(jì)方案自由設(shè)定，課程具有實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間不固定、實(shí)驗(yàn)任務(wù)重且挑戰(zhàn)大的特點(diǎn)。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程用到的儀器和試劑種類多樣，實(shí)驗(yàn)廢棄物回收處置等實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題關(guān)系師生人、財(cái)、物的安全[6]。學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)高效開展的基本保障。

課程在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，設(shè)置系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室安全技術(shù)培訓(xùn)與線上考試，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)室安全事故案例講解，分析實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)，包括水電安全、化學(xué)試劑安全、壓力容器安全、實(shí)驗(yàn)廢棄物回收等，強(qiáng)化安全教育。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)及實(shí)驗(yàn)安全事故應(yīng)急處置，如燙傷、起火、酸堿蝕傷、割傷、觸電等事故的防護(hù)與應(yīng)急處理;并對(duì)分析儀器和分析方法基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能開展培訓(xùn)，如各種玻璃器皿認(rèn)識(shí)與洗滌、溶液配置、儀器使用與維護(hù)等，強(qiáng)化學(xué)生基本操作技能，避免安全事故發(fā)生。要求學(xué)生牢固樹立安全意識(shí)，嚴(yán)格實(shí)施安全培訓(xùn)，并在線上考試合格后才被許可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的安全準(zhǔn)入制度。

（五）創(chuàng)新教學(xué)模式，全過(guò)程“陪伴式”教學(xué)

污水處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在周期內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生隨時(shí)可能遇到新問(wèn)題，課程教師面臨的知識(shí)傳授與日常管理挑戰(zhàn)大。對(duì)此，課程創(chuàng)新教學(xué)模式的提出并實(shí)施，由指導(dǎo)教師與實(shí)驗(yàn)室值班教師師共同參與的全過(guò)程“陪伴式”教學(xué)輔導(dǎo)模式。通過(guò)線上搭建答疑平臺(tái)，指導(dǎo)教師可實(shí)時(shí)解答學(xué)生提出的各種問(wèn)題，線下由實(shí)驗(yàn)室值班教師管理實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全操作、藥品領(lǐng)取、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、實(shí)驗(yàn)廢棄物回收等實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題。以“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、線上線下答疑、定期聽取匯報(bào)”相結(jié)合的方式陪伴學(xué)生實(shí)驗(yàn)全程，既滿足學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的需求，又注重培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考并動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中既有自主創(chuàng)新的挑戰(zhàn)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的友誼，還有教師時(shí)刻陪伴的溫暖。學(xué)生畢業(yè)后仍能通過(guò)線上答疑平臺(tái)與教師交流并得到指導(dǎo)，讓教學(xué)過(guò)程從課內(nèi)延伸到課外、校內(nèi)拓展到校外，支撐學(xué)生終身學(xué)習(xí)。

三、“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”教學(xué)優(yōu)化及建議

“污水處理工程綜合實(shí)驗(yàn)”教學(xué)堅(jiān)持“以學(xué)生為主體，教師全程陪伴，平臺(tái)開放共享”的模式開展教學(xué)活動(dòng)，課程效果體現(xiàn)在教師與學(xué)生的相互評(píng)價(jià)、學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟硬件系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，同時(shí)還包含是否滿足企事業(yè)單位對(duì)人才培養(yǎng)的需求等綜合因素[7]。當(dāng)前的課程評(píng)價(jià)中設(shè)置了教師評(píng)教與學(xué)生評(píng)價(jià)板塊，但企事業(yè)單位人才培養(yǎng)需求是否在課程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)，需在學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入相關(guān)行業(yè)后才得到反饋，該部分評(píng)價(jià)由于學(xué)生就業(yè)范圍廣，缺乏持續(xù)監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)相對(duì)較少。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)校企溝通與合作，搭建線上評(píng)價(jià)通道，建立畢業(yè)生質(zhì)量跟蹤體系與動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制，評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括：畢業(yè)生從業(yè)或深造后對(duì)課程實(shí)用性評(píng)價(jià)、用人單位對(duì)畢業(yè)生污水處理綜合能力評(píng)價(jià)、深造院?；蚩蒲性核鶎?duì)畢業(yè)生科研探索能力評(píng)價(jià)等。通過(guò)對(duì)參與課程學(xué)習(xí)的畢業(yè)生及就業(yè)（深造）單位定向跟蹤，進(jìn)一步明確企事業(yè)單位人才培養(yǎng)需求，以不斷反饋為驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)課程改革與時(shí)俱進(jìn)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段持續(xù)優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

我?！拔鬯幚砉こ叹C合實(shí)驗(yàn)”課程已開設(shè)10余年，始終注重學(xué)科特色，著眼實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，具有課程內(nèi)容豐富、教學(xué)手段多樣、教學(xué)模式新穎、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開放、考評(píng)體系完整、安全保障機(jī)制完善等特點(diǎn)，得到兄弟院校高度好評(píng)，學(xué)生普遍反映課程挑戰(zhàn)性大、收獲多，對(duì)畢業(yè)就業(yè)和學(xué)業(yè)深造影響深遠(yuǎn)。課程建設(shè)還將大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)，形成符合混合式開放教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系;進(jìn)一步加強(qiáng)校企合作交流，建立全方位教學(xué)質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤反饋機(jī)制;不斷深化教育教學(xué)改革，切實(shí)提高混合式開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，并積極推動(dòng)課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與教育教學(xué)資源的共享，培養(yǎng)更多適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才。

參考文獻(xiàn)

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Practice of Mixed and Open Teaching in the Course of Comprehensive Experiment of Wastewater Treatment Engineering

ZENG Jiea， LI Lia， GAO Jun-mina， WU Quan-wangb， CAO Zhi-pinga

（a. College of Environment and Ecology， b. College of Computer Science， Chongqing University， Chongqing 400045， China）

Abstract： Taking the mixed and open teaching of Comprehensive Experiment of Wastewater Treatment Engineering course as an example， and under the background of “double first-class” construction， The paper focuses on the ?promotion of the top-notch innovative talents training and educational resources sharing based on the authors’ reform and practice experience of this undergraduate experimental course. The course has been offered for more than 10 years. Since the course setting， it has achieved remarkable teaching results， and the online and offline mixed and open experimental teaching mode has been formed through the continuous optimization and reform of the teaching content， teaching method， teaching mode， the evaluation system and the feedback mechanism. Under this teaching mode， students can design and operate independently under the guidance of the teachers in the whole process of teaching， so that students’ independent innovation ability and comprehensive practical ability can be fully exercised. The course teaching has achieved remarkable results， and the goal of top-notch innovative talents training has been put into practice.

Key words： Comprehensive Experiment of Wastewater Treatment Engineering; “double first-class”; mixed and open teaching