面向大學(xué)創(chuàng)新的煤炭高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革

侯 嬪 王建兵 王春榮 章麗萍 徐東耀 王啟寶 何緒文

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 北京 100083

面向大學(xué)創(chuàng)新的煤炭高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革

侯 嬪 王建兵 王春榮 章麗萍 徐東耀 王啟寶 何緒文

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 北京 100083

本文總結(jié)了中國礦業(yè)大學(xué)(北京)環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)的經(jīng)驗，提出了在煤炭行業(yè)發(fā)展新形勢下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力是煤炭高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)的核心任務(wù)，并從更新教學(xué)理念、引入煤炭環(huán)保科研課題、開展與煤礦區(qū)污染控制相關(guān)的創(chuàng)新性實驗和建設(shè)企業(yè)實踐基地等方面對煤炭高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革進行了探索和思考。

實驗教學(xué)改革；大學(xué)創(chuàng)新；煤炭高校；環(huán)境工程

作為世界第一產(chǎn)煤大國，我國煤炭資源開采過程中所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣以及地表沉陷帶來的礦區(qū)生態(tài)破壞均沒有得到根本性解決。新興煤化工行業(yè)產(chǎn)生的含有多種高濃度有毒有害污染物的廢水、揮發(fā)性有機廢氣以及煤化工廢渣污染控制又給環(huán)境工作者帶來新的挑戰(zhàn)。

因此，煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)承擔(dān)著為國家和社會培養(yǎng)煤炭行業(yè)環(huán)境保護專業(yè)人才的艱巨任務(wù)。

煤炭開采和利用是一個傳統(tǒng)的、注重生產(chǎn)實踐的專業(yè)，環(huán)境工程專業(yè)是一個新興的、同樣注重實踐的專業(yè)，我國大多煤炭特色高校的環(huán)境工程專業(yè)是按照綜合性高校環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)模式建設(shè)，這種建設(shè)模式較難培養(yǎng)出具有綜合實踐素質(zhì)和創(chuàng)新能力的煤炭行業(yè)環(huán)境保護專門性人才，必須進行相應(yīng)的改革，尤其是面向大學(xué)創(chuàng)新的實驗教學(xué)改革。[1]

本文針對當(dāng)前新形勢下煤炭行業(yè)環(huán)境保護需求以及環(huán)境工程專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合近年來筆者在煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新中的體會，提出面向大學(xué)創(chuàng)新的煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革思路，旨在為煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的完善和發(fā)展提供參考，并為環(huán)境工程專業(yè)高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供借鑒。

1 教學(xué)理念中引入煤炭行業(yè)環(huán)保

目前，我國大多煤炭特色高校的環(huán)境工程專業(yè)是按照綜合性高校環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)模式建設(shè)，基本沒有面向煤炭環(huán)保的教學(xué)理念。綜合性高校環(huán)境工程專業(yè)主要是為國家和社會培養(yǎng)具有城市和城鎮(zhèn)水、氣、聲、固體廢物等污染防治、給排水工程、污染控制規(guī)劃和水資源保護等方面的知識與較強專業(yè)實踐技能的人才，而煤炭特色高校的環(huán)境工程專業(yè)主要是為工礦企業(yè)培養(yǎng)具有工業(yè)廢水、礦區(qū)大氣、廠區(qū)噪聲、工業(yè)固體廢物等污染防治的知識與較強專業(yè)實踐技能的人才，培養(yǎng)對象具有較大的不同，但是長期以來教學(xué)理念卻是一樣的。這種教學(xué)理念與培養(yǎng)對象的不對應(yīng)，也是造成我國煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)的本科生就業(yè)困難的一個重要原因。

因此，我們應(yīng)該明確煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)的教學(xué)理念，堅持教學(xué)與科研統(tǒng)一的原則、堅持個人探索與學(xué)科主流研究方向一致的原則、堅持公益環(huán)保與煤炭行業(yè)環(huán)保相結(jié)合的原則，把煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)成煤炭行業(yè)環(huán)境保護領(lǐng)域的精英。

教學(xué)理念中引入煤炭行業(yè)環(huán)保，必然會帶來一系列的改革。煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)課程實驗教學(xué)改革應(yīng)堅持以解決礦業(yè)主要環(huán)境問題為特色，以服務(wù)地方和行業(yè)發(fā)展為宗旨，以強化綜合性、創(chuàng)新性實驗為手段，實現(xiàn)理論知識講授與實驗技能訓(xùn)練相結(jié)合、基礎(chǔ)實驗與綜合性實驗相結(jié)合、基礎(chǔ)實驗教學(xué)與教師的科學(xué)研究相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力(特別是創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力)。[2-3]具體表現(xiàn)為：必須通過增加煤炭行業(yè)環(huán)保內(nèi)容來完善本科生培養(yǎng)計劃，通過修訂本科生培養(yǎng)計劃，以確立、加強煤炭行業(yè)環(huán)保教學(xué)內(nèi)容在本科生培養(yǎng)體系中的地位；同時重視對學(xué)生動手能力和操作技能、探索精神、科學(xué)思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[4]通過這些理念更新，初步形成了一定規(guī)模、面向煤礦環(huán)保的學(xué)生培養(yǎng)體系。

2 教學(xué)內(nèi)容中引入煤炭行業(yè)環(huán)境保護科研課題

目前，環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)所用的教材和實驗講義很少或者根本沒有涉及煤炭行業(yè)環(huán)境工程的內(nèi)容，很難應(yīng)對日后煤炭行業(yè)環(huán)境保護的問題。因此，現(xiàn)階段可以考慮在傳統(tǒng)環(huán)境工程教學(xué)內(nèi)容中引入煤炭行業(yè)環(huán)境保護的內(nèi)容。通過課程改革，修訂實驗內(nèi)容，在滿足實驗教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，突出礦業(yè)環(huán)境保護的行業(yè)特色；特別是加強有關(guān)礦山環(huán)境保護的實驗內(nèi)容。根據(jù)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)基礎(chǔ)實驗、綜合實驗和研究創(chuàng)新實驗不同教學(xué)目的，精心設(shè)計每一個實驗教學(xué)方案。最可行的方法是煤炭特色高校環(huán)境工程專業(yè)在教學(xué)實驗中將煤炭行業(yè)環(huán)境保護科研課題或某一課題的若干階段設(shè)計為實驗教學(xué)內(nèi)容，可以高效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、并實現(xiàn)科研資源的教學(xué)共享。把學(xué)校本科教學(xué)投入、“211”工程投入、“985”工程投入和環(huán)境工程系教師科研項目投入形成的實驗室資源，實行分層次管理和開放，逐步實現(xiàn)實驗室資源的優(yōu)化配置，向本科教學(xué)全面開放，為大學(xué)生實踐教學(xué)和科技創(chuàng)新活動提供實驗平臺。[5]

為此，我校環(huán)境工程專業(yè)充分利用教師承擔(dān)的煤炭行業(yè)環(huán)境保護的課題，積極探索將科研課題內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)在給水工程實驗教學(xué)中，我們依托承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金課題《高濁高鐵錳礦井水處理研究》，將環(huán)境工程專業(yè)傳統(tǒng)的混凝沉淀、地表水過濾及反沖洗實驗教學(xué)內(nèi)容改為高濁度礦井水混凝沉淀、高鐵錳礦井水過濾及反沖洗實驗。在實驗教學(xué)過程中，不僅講授傳統(tǒng)的混凝沉淀、過濾教學(xué)原理和內(nèi)容，還補充煤礦礦井水的產(chǎn)生、排放和水質(zhì)污染特征等知識。通過教學(xué)，使學(xué)生在掌握實驗基礎(chǔ)知識和基本技能的同時，對工業(yè)過程、工業(yè)污染特征以及工業(yè)污染防治有了初步的認(rèn)識，不僅為學(xué)生將來的工作打下了基礎(chǔ)，也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣。

(2)在排水工程實驗教學(xué)中，我們結(jié)合國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)《電化學(xué)氧化-生物強化A/O工藝處理焦化廢水研究》，將原來SBR工藝處理生活污水實驗教學(xué)內(nèi)容改成SBR工藝處理焦化廢水實驗。這個實驗內(nèi)容的改變，讓學(xué)生深刻地認(rèn)識到工業(yè)廢水和生活污水在處理技術(shù)方面有較大的區(qū)別，防止了課堂教學(xué)和實際工程出現(xiàn)較大的偏差，特別是水力停留時間、活性污泥比增長速率、揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)等參數(shù)選擇，為學(xué)生以后從事工業(yè)污水處理工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

(3)在環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)中，我們結(jié)合國家自然科學(xué)基金課題《納米RuO2/ZrO2-CeO2催化臭氧氧化深度處理焦化廢水及廢水中的POPs》，將原來的COD分析教學(xué)內(nèi)容中的生活污水換成煤化工廢水。這一實驗內(nèi)容的改變，使得研究對象由生活污水變成了受氯離子干擾嚴(yán)重的煤化工廢水，讓學(xué)生系統(tǒng)深刻地體會到了消解過程中沉淀產(chǎn)生的原因及其對分光光度法的干擾，以及滴定法和分光光度法各自的優(yōu)缺點，并引導(dǎo)學(xué)生從一個簡單的COD測試實驗思考到各種環(huán)境工程原理。

此類教學(xué)內(nèi)容的改變還有很多，比如，將礦井除塵裝置、煤化工廠VOCs催化氧化分解裝置和燃煤電廠脫硫脫硝裝置引入到大氣污染控制工程實驗教學(xué)的演示實驗中；將煤矸石簡單制磚的內(nèi)容引入到固廢處理與處置實驗教學(xué)中；將頭發(fā)中汞含量的測定引入到環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)中；將煤化工廠受污染土壤的氣提修復(fù)裝置引入到環(huán)境土壤學(xué)實驗教學(xué)的演示實驗中。通過這些來自于科研課題的實驗，提高了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，為他們將來開展實際的科研打下了良好的基礎(chǔ)。

3 開展與煤礦區(qū)污染控制相關(guān)創(chuàng)新性實驗

我校環(huán)境工程中心積極開展與煤礦區(qū)污染控制研究項目相關(guān)的創(chuàng)新性實驗室，并以此為基礎(chǔ)，確立本科生創(chuàng)新項目和畢業(yè)論文設(shè)計課題，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，成為學(xué)生完成綜合設(shè)計性和研究型實驗的重要基地。學(xué)生從大一開始進行查文獻(xiàn)、寫調(diào)研報告等基礎(chǔ)訓(xùn)練，大二和大三開展具體實驗，大四開展成果總結(jié)訓(xùn)練，學(xué)習(xí)撰寫結(jié)題報告并發(fā)表論文。

我們的創(chuàng)新實驗基本來源于科研項目，但是為了不給學(xué)生造成難度，又對科研項目進行了大量的改變，基本都是教師自己精心設(shè)計的面向本科生的創(chuàng)新性實驗。圖1是典型的創(chuàng)新實驗設(shè)計過程。先根據(jù)傳統(tǒng)的混凝和沉淀實驗，添加礦井水污染治理的內(nèi)容，設(shè)計創(chuàng)新實驗的第一個研究內(nèi)容，即混凝沉淀處理礦井水。然后根據(jù)課堂講授的混凝沉淀水力梯度(G值)的理論知識，將混凝部分?jǐn)U充為多級攪拌混凝實驗；根據(jù)淺池理論，將沉淀內(nèi)容擴充為斜板沉淀池設(shè)計。最后將所有的內(nèi)容合并起來，形成實驗名稱為多級攪拌+混凝+斜板沉淀處理礦井水的創(chuàng)新性實驗。在實驗教學(xué)過程中，學(xué)生根據(jù)下達(dá)的科研任務(wù)要求，充分發(fā)揮個人智慧，設(shè)計系統(tǒng)的實驗方案，并在充足的科研經(jīng)費支持下，開發(fā)了用于實驗過程的多套連續(xù)裝置；獨立分析整個實驗過程所涉及的實驗參數(shù)，完成了一個復(fù)雜的工藝實驗研究，并提交系統(tǒng)的研究報告。這些改革既為教師和研究生完成科研任務(wù)提供了一定的參考依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)，并充分調(diào)動了本科生學(xué)習(xí)和參加科研的積極性，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新素質(zhì)，既促進了科研任務(wù)的順利完成，又提高了本科實驗教學(xué)的含金量。

圖1 多級攪拌+混凝+斜板沉淀處理礦井水創(chuàng)新性實驗設(shè)計過程

4 大力建設(shè)企業(yè)實踐基地

煤炭特色高校培養(yǎng)的環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生，將來主要針對過程污染控制和“三廢”處理，因此在教學(xué)過程中首先要讓學(xué)生接觸和了解相關(guān)專業(yè)的典型生產(chǎn)過程污染控制，然后讓他們掌握全面的末端控制技術(shù)。這就要求本科生必須到生產(chǎn)第一線參加一個完整的生產(chǎn)管理周期，必須要到實習(xí)基地參加實習(xí)。實習(xí)基地是全面貫徹教育方針的有效途徑，同時為教師和學(xué)生理論聯(lián)系實際創(chuàng)造了條件；是增強學(xué)?？蒲谢盍τ啦豢萁叩脑慈?；是推動科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實生產(chǎn)力最佳途徑。因此，我們先后同潞安集團司馬礦、開灤集團、冀中能源集團、神華包頭煤化工公司、華能高碑店熱電廠、中關(guān)村環(huán)?？萍紙@、北京市排水集團(北京高碑店污水處理廠、北京酒仙橋污水處理廠和北京清河污水處理廠)、邯鄲東污水處理廠、邯鄲西污水處理廠、首鋼焦化廠、太原焦化廠、北京燕山石化總公司煉油廠、北京市垃圾渣土管理處和北京市鷲峰森林實習(xí)場等建立起長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，為學(xué)生進行專業(yè)實習(xí)創(chuàng)造有利條件。

在實踐基地的學(xué)習(xí)過程中，我們盡可能安排學(xué)生輪流開展相應(yīng)的工業(yè)性生產(chǎn)實驗。如在首鋼焦化廠實習(xí)時，學(xué)生在指導(dǎo)教師和工程師的指導(dǎo)下，采集并分析焦化廢水處理構(gòu)筑物中水樣和泥樣的化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、懸浮固體(SS)和MLVSS等參數(shù)，在顯微鏡下觀察活性污泥中的微生物。在工人師傅指導(dǎo)下，學(xué)會記錄工藝參數(shù)、維護現(xiàn)場運行的工藝設(shè)備，調(diào)整水處理過程的藥劑投加量、分析水處理裝置自動化控制系統(tǒng)。在處理現(xiàn)場，充分了解污染防治工藝設(shè)備和單元構(gòu)造，并進一步掌握污染控制過程工藝參數(shù)的基本取值范圍和變化規(guī)律，幫助學(xué)生完成了“理論-實踐-理論”的積累過程，全面提高了學(xué)生分析現(xiàn)場問題、解決實際問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，有助于未來成為一名優(yōu)秀的環(huán)保工程師。

通過幾年的不斷的探索和堅持不懈努力，我校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革取得了較大的進步，實驗教學(xué)特色更加明顯，質(zhì)量有了顯著提高，有效地促進了我校環(huán)境工程本科生的就業(yè)和考研，用人單位和科研院所對我校環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)知識和動手能力給予了充分肯定。隨著我國社會發(fā)展和高等教育改革不斷深入，我們會將以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新理念和提高學(xué)生實踐能力為核心任務(wù)，持續(xù)探索，不斷完善特色，爭取使環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)更上一層樓。

[1] 黃波,解維偉,馬力強.礦物加工工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐[J].煤炭高等教育,2013,31(3):92-94.

[2] 馬曉霞,閔錦忠,朱紅霞.創(chuàng)新型導(dǎo)師:研究生培養(yǎng)的關(guān)鍵[J].煤炭高等教育,2013,31(4):71-73.

[3] 湯其成,周繼良.大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新:制約因素與改進思路[J].煤炭高等教育,2012,30(3):1-6.

[4] 董玉瑛,陳景文,馬靜,鄒雷,安曉雯.環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)途徑的研究[J].教學(xué)研究,2006,29(6):535-538.

[5] Hassan M, EI-Baroudi, Dev R.Sachdev, Adel Hamouda.環(huán)境工程教育和實踐[J].環(huán)境科學(xué)叢刊,1984,5(12):49-56.

[6] 張學(xué)洪,張軍,曾鴻鵠.工程教育認(rèn)證制度背景下的環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)改革啟示[J].中國大學(xué)教學(xué),2011(6):37-39.

Experimental Teaching Reformation Focusing on Innovation for Environmental Engineering in Coal University

Hou Pin， Wang Jianbing， Wang Chunrong， Zhang Liping， Xu Dongyao， Wang Qibao， He Xuwen
China University of Mining and Technology （Beijing）， Beijing， 100083， China

The authors summarized the experience of experimental teaching in environmental engineering in China University of Mining and Technology （Beijing）， and highlighted that the core task of experimental teaching in environmental engineering in coal university is to cultivate the innovation spirit and practice ability of the students. The reform of experimental teaching in environmental engineering in coal university was also investigated in different aspects， including renovating teaching philosophy， introducing research projects relevant to environmental protection in mining area， conducting innovative experiments relating to the pollution control in coal mine area， and developing practice base.

experimental teaching reform； university innovation； coal university； environmental engineering

2015-01-20

侯嬪，博士，講師。

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教學(xué)改革項目《面向大學(xué)生創(chuàng)新的環(huán)境工程實驗教學(xué)改革》(編號：j130302)；中國礦業(yè)大學(xué)(北京)課程建設(shè)項目《文獻(xiàn)信息檢索與論文寫作(環(huán)境類)課程建設(shè)》(編號：k140304)。