基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”背景下水污染控制工程課程教學(xué)改革探索

鄒海明　汪建飛　李孝良　王艷　謝越　馬萬征　李飛躍　徐曉陽

[摘 要]水污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)核心課程之一，為貫徹落實(shí)“國家卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，對該課程進(jìn)行了一系列教學(xué)改革，主要包括：改變教學(xué)觀念，重組教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)基地，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、方法和手段以及改革實(shí)踐教學(xué)。通過相關(guān)改革，以期在水污染控制領(lǐng)域增強(qiáng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞]水污染控制工程 卓越工程師 課程教學(xué)改革 環(huán)境工程專業(yè)

[中圖分類號] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）06-0144-03

為了貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》、《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》以及中國特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)人力資源強(qiáng)國等戰(zhàn)略部署，自2011年開始國家在相關(guān)高校開展“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，我校（安徽科技學(xué)院）環(huán)境工程成功入選國家第三批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)。

水污染控制工程是我校環(huán)境工程專業(yè)核心課程之一，主要講授污水的物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)處理法和生物處理法，并根據(jù)不同的水質(zhì)特點(diǎn)對常見的污水處理工藝進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠熟悉或掌握：各種污水處理方法的基本原理、常見污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計與計算以及根據(jù)不同水質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的處理方法或處理工藝。為了達(dá)到國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求，我們立足區(qū)域?qū)嶋H情況，服務(wù)于區(qū)域發(fā)展需要、行業(yè)企業(yè)需求，有條不紊地推進(jìn)環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)。專業(yè)建設(shè)的立足點(diǎn)是課程建設(shè)，尤其是核心課程的建設(shè)。為此，水污染控制工程課程組在教學(xué)觀念，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)設(shè)計、方法和手段以及實(shí)踐教學(xué)等方面做了相關(guān)的教學(xué)改革探索，取得了較好的實(shí)際效果。

一、“三個面向（面向工業(yè)界、面向世界、面向未來）”教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變

根據(jù)教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”“面向工業(yè)界、面向未來、面向世界”的工程教育理念，我們在水污染控制工程課程教學(xué)過程中必須堅(jiān)持以社會需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。安徽科技學(xué)院是一所地方性應(yīng)用型人才培養(yǎng)高校，因此我們以區(qū)域內(nèi)突出的水環(huán)境污染治理問題（如淮河流域治理、農(nóng)業(yè)面源污染、門臺工業(yè)園區(qū)工業(yè)廢水處理、城鎮(zhèn)生活污水處理和規(guī)?；B(yǎng)殖廢水處理）為抓手，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化其綜合能力以及提高其工程素質(zhì)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的工程意識，工程實(shí)踐、設(shè)計和創(chuàng)新能力。水污染控制工程作為環(huán)境工程專業(yè)核心課程，為適應(yīng)新形勢下該專業(yè)發(fā)展的需要，教學(xué)理念的改革主要體現(xiàn)在以下三個方面：1.結(jié)合企業(yè)進(jìn)行相關(guān)教學(xué);2.按照企業(yè)或行業(yè)要求培養(yǎng)水污染控制工程方面的人才;3.著力強(qiáng)化學(xué)生在水污染控制工程領(lǐng)域的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

二、以工程應(yīng)用型知識模塊為主線組織教學(xué)內(nèi)容

我校環(huán)境工程專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的培養(yǎng)目標(biāo)為以推進(jìn)高素質(zhì)的本科工程型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新為改革目標(biāo)，大力培養(yǎng)高素質(zhì)的本科工程型人才;培養(yǎng)具有從事工程技術(shù)工作所需的工程科學(xué)技術(shù)知識以及一定的人文和社會科學(xué)知識，掌握扎實(shí)的工程基礎(chǔ)知識和本專業(yè)的基本理論知識，擁有解決工程技術(shù)問題的操作技能，了解本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，掌握選用適當(dāng)?shù)睦碚摵蛯?shí)踐方法解決工程實(shí)際問題的能力，并具有工藝設(shè)備、工程項(xiàng)目設(shè)計與管理經(jīng)驗(yàn)，具備良好溝通與交際能力，具有職業(yè)道德和責(zé)任心、高素質(zhì)的本科工程型人才。

水污染控制工程課程是環(huán)境工程專業(yè)的核心課程之一，支撐著該專業(yè)及其學(xué)科的發(fā)展，是一門系統(tǒng)性和工程應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，同時也是一門涉及數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、化學(xué)、生物等學(xué)科交叉的課程。為此，我們以工程應(yīng)用為主線構(gòu)建相關(guān)知識模塊，從而提高學(xué)生的工程素質(zhì)，具體知識模塊如下：

1.污水水質(zhì)指標(biāo)和污水出路：重點(diǎn)闡述不同水質(zhì)特點(diǎn)的工業(yè)廢水或生活污水等的監(jiān)測項(xiàng)目、排放標(biāo)準(zhǔn)以及污水回用目的和標(biāo)準(zhǔn);

2.污水的物理處理法：重點(diǎn)闡述格柵、沉砂池和沉淀池的功能和特點(diǎn)，掌握其設(shè)計規(guī)范和計算方法;

3.污水生物處理法：重點(diǎn)闡述活性污泥法、生物膜法和厭氧處理法的特點(diǎn)，掌握其設(shè)計規(guī)范和計算方法;

4.污水化學(xué)及物理化學(xué)處理法：重點(diǎn)闡述氧化還原法、中和法、離子交換法、萃取法和膜析法的工程和特點(diǎn);

5.污泥的處理與處置：重點(diǎn)闡述污泥濃縮、污泥脫水和污泥消化的特點(diǎn)，掌握不同構(gòu)筑物的污泥特點(diǎn)及其適合的處理方法;

6.污水處理廠的設(shè)計與計算：重點(diǎn)闡述工藝流程的設(shè)計與計算和平面、高程的布置，掌握設(shè)計規(guī)范和計算方法。

三、立足校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)基地，強(qiáng)化學(xué)生工程能力培養(yǎng)

在人才培養(yǎng)方式上改革傳統(tǒng)的以知識傳授為主的教學(xué)體系、課程體系和教學(xué)內(nèi)容，建立以工程能力系統(tǒng)化培養(yǎng)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)教育教學(xué)體系。從學(xué)生能力培養(yǎng)要求出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)體系，將工程能力培養(yǎng)貫穿于各教學(xué)環(huán)節(jié)。為此，我們在教學(xué)過程中，牢牢結(jié)合校內(nèi)和校外教學(xué)實(shí)踐基地強(qiáng)化學(xué)生的工程能力培養(yǎng)，具體如下：

1.生活污水處理能力培養(yǎng)：掌握格柵、沉砂池、沉淀池、曝氣池（完全混合法和推流式）的設(shè)計與計算;熟悉氧化溝工藝，序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，SBR），厭氧 / 缺氧 / 好氧（Anaerobic / Anoxic / Oxic，A / A / O），完全接觸氧化法等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行管理;熟悉鳳陽富春紫光污水處理廠氧化溝工藝、德力小型生活污水處理工藝運(yùn)行管理;

2.難降解工業(yè)廢水處理能力培養(yǎng)：熟悉鐵碳微電解、臭氧紫外、Fenton試劑法等高級氧化技術(shù)設(shè)備的運(yùn)行管理;熟悉安徽鳳陽染料化工廠染料廢水處理工藝的運(yùn)行管理;

3.養(yǎng)殖廢水處理能力的培養(yǎng)：熟悉膜生物反應(yīng)器和活性炭生物濾池等設(shè)備的運(yùn)行管理;熟悉鳳陽族光生態(tài)養(yǎng)殖有限公司沼氣發(fā)電及沼液處理工藝的運(yùn)行管理;

4.農(nóng)業(yè)面源污染治理能力的培養(yǎng)：熟悉無土栽培技術(shù)與水體富營養(yǎng)化植物修復(fù)技術(shù);熟悉生態(tài)溝渠、氧化塘和人工濕地的設(shè)計與計算;熟悉蚌埠龍子湖人工濕地系統(tǒng)的構(gòu)建、運(yùn)行與管理。

四、多元化教學(xué)設(shè)計、方法和手段提升教學(xué)質(zhì)量

水污染控制工程是一門工程應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在組織教學(xué)活動過程中，首先培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識的能力，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生工程素質(zhì)為目標(biāo)，充分利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)和電子數(shù)據(jù)資源等現(xiàn)代信息技術(shù)，逐步形成一套完整的教學(xué)設(shè)計、方法和手段：充分利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用啟發(fā)式、討論式將課堂知識講授與校內(nèi)外實(shí)踐基地相結(jié)合、教材知識和學(xué)科前沿相結(jié)合、工藝?yán)碚撆c仿真運(yùn)行過程相結(jié)合。

1.三結(jié)合教學(xué)設(shè)計。課堂知識講授與校內(nèi)外實(shí)踐基地相結(jié)合，如講授城鎮(zhèn)生活污水處理時將污水處理方法與校內(nèi)外實(shí)踐基地的氧化溝、A / A / O、SBR、完全接觸氧化法等工藝設(shè)備結(jié)合起來，做到理論與實(shí)踐、課堂教學(xué)與現(xiàn)場教學(xué)的統(tǒng)一，提高學(xué)生理解知識和運(yùn)行知識的能力;教材知識和學(xué)科前沿相結(jié)合，如在講授生物脫氮除磷理論時，將厭氧 / 好氧除磷與厭氧 / 缺氧（即反硝化同步脫氮除磷）理論結(jié)合起來，使學(xué)生掌握相關(guān)知識的前沿動態(tài)，開闊學(xué)生視野，以便激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及為以后碩士階段研究工作打下基礎(chǔ);工藝?yán)碚撆c仿真運(yùn)行過程相結(jié)合，如在講授格柵、沉淀池、活性污泥法等構(gòu)筑物或工藝時，利用Flash技術(shù)制作相應(yīng)的模擬動畫，將抽象的理論具體化，有助于學(xué)生對知識的理解和掌握。

2.啟發(fā)式和討論式教學(xué)方法：采用啟發(fā)式教學(xué)法，將基本原理講通、講透，以便充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，加強(qiáng)師生互動交流，以啟發(fā)學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，如講授曝氣池的設(shè)計與計算時，以曝氣池微生物量或有機(jī)物量為單元進(jìn)行物料衡算，逐步引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)和驗(yàn)證污水處理基本數(shù)學(xué)模型;采用討論式教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、歸納總結(jié)的能力以及創(chuàng)新思維，如在講授完城鎮(zhèn)污水處理工藝時，讓學(xué)生查閱資料，歸納總結(jié)，然后對不同污水處理工藝的特點(diǎn)、適用范圍、設(shè)計與計算進(jìn)行小組討論。

3.充分利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在教學(xué)手段改革中，充分利用Powerpoint、Flash和錄像等多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把抽象的單元處理概念、流程、內(nèi)部構(gòu)造及運(yùn)行過程等轉(zhuǎn)化為直觀、生動、形象的多媒體信息，使復(fù)雜內(nèi)容簡單化、靜態(tài)內(nèi)容動態(tài)化，并強(qiáng)化了學(xué)生的工程理念;利用網(wǎng)絡(luò)資源和立體化教材體系，提供給學(xué)生互動學(xué)習(xí)平臺，促進(jìn)“自主學(xué)習(xí)”和“交互學(xué)習(xí)”，加大課程信息量和增加課堂教學(xué)的有效性和趣味性。

五、多層次實(shí)踐教學(xué)過程增強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力

水污染控制工程實(shí)踐教學(xué)是將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐的過程，對理解知識，掌握技能，培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力起著重要作用。為此，我們在實(shí)踐教學(xué)過程中堅(jiān)持“理解知識、掌握技能、提高工程素質(zhì)”的教學(xué)思路，促進(jìn)學(xué)生工程應(yīng)用能力的發(fā)展，構(gòu)建三個層次的實(shí)踐教學(xué)過程，具體如下：

1.認(rèn)知實(shí)踐過程。該階段主要認(rèn)識和理解污水處理過程中構(gòu)筑物、工藝或設(shè)備的基本原理、運(yùn)行和管理，著重培養(yǎng)學(xué)生理解知識和應(yīng)用知識的能力;校內(nèi)認(rèn)知的相關(guān)工藝或設(shè)備有：完全混合活性污泥反應(yīng)器、絮凝沉淀實(shí)驗(yàn)裝置、曝氣充氧實(shí)驗(yàn)裝置、豎流式圓形溶氣加壓氣浮裝置、SBR法間歇式設(shè)備、A2 / O工藝城市污水處理模擬裝置;校外認(rèn)知的相關(guān)工藝或設(shè)備有：染料化工染料廢水處理工藝和設(shè)備、鳳陽污水處理廠工藝和設(shè)備、規(guī)模化養(yǎng)殖廢水厭氧-好氧處理工藝和設(shè)備、石英砂磨洗廢水混凝沉淀處理工藝和設(shè)備。

2.設(shè)計與計算過程。該階段主要讓學(xué)生掌握各種構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)、設(shè)計規(guī)范和原則、設(shè)計與計算方法以及AutoCAD繪圖，著重培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計、計算以及繪圖能力，主要包括：格柵的設(shè)計與計算，平流式沉砂池和曝氣沉砂池的設(shè)計與計算，平流式沉淀池、豎流式沉淀池和福流式沉淀池的設(shè)計與計算，推流式曝氣池和完全混合式曝氣池的設(shè)計與計算，生物脫氮工藝設(shè)計與計算，生物除磷工藝設(shè)計與計算，生物濾池的設(shè)計與計算，人工濕地的設(shè)計與計算;

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程。該階段主要依托產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目和國家級、省級以及校級大學(xué)生創(chuàng)新課題，著重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的工程應(yīng)用能力，主要包括：難降解工業(yè)廢水的高級氧化技術(shù)，城鎮(zhèn)生活污水的脫氮除磷技術(shù)、城市污泥資源化利用技術(shù)、農(nóng)業(yè)面源污染的人工濕地治理技術(shù)、重金屬廢水的活性炭吸附處理技術(shù)等。

六、結(jié)束語

為達(dá)到國家環(huán)境工程專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求，我們對水污染控制工程核心課程進(jìn)行了一系列教學(xué)改革，形成一整套完整的教學(xué)體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，取得了較好的效果。改革后的教學(xué)體系主要包括：堅(jiān)持“三個面向”教學(xué)理念;重組教學(xué)內(nèi)容，突出了工程應(yīng)用型知識模塊;充分利用校內(nèi)外教學(xué)實(shí)踐基地培養(yǎng)學(xué)生工程能力;多元化教學(xué)設(shè)計、方法和手段提升教學(xué)質(zhì)量;多層次實(shí)踐教學(xué)過程增強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 聯(lián)邱微，南軍，袁一星.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃創(chuàng)新課程體系及其特色——以哈爾濱工業(yè)大學(xué)土建類工科為例[J].黑龍江高教研究，2015（1）：164-167.

[2] 仲偉峰，何小溪.創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)模式的研究[J].黑龍江高教研究，2014（2）：137-139.

[3] 明銀安，張娜，余訓(xùn)民等.基于“卓越工程師”培養(yǎng)的《水污染控制工程》教學(xué)改革研究[J].長江大學(xué)學(xué)報（自科版），2014（1）：96-98.

[4] 段蓉，董涌波.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的認(rèn)知與實(shí)踐[J].宿州學(xué)院學(xué)報，2012（8）：78-80.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]

[收稿時間]2014-12-17

[基金項(xiàng)目]國家級環(huán)境工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃項(xiàng)目;安徽省環(huán)境工程特色專業(yè)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2014tszy024）。

[作者簡介]鄒海明（1977-），男，安徽巢湖人，博士研究生，副教授，研究方向：環(huán)境工程教學(xué)與研究。