農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程基礎(chǔ)實驗的融合改革研究

羅惠莉 吳根義 王寒 黃紅麗 廖嬋娟

【摘 要】針對環(huán)境工程專業(yè)實驗課程教學改革及工程基礎(chǔ)實驗設(shè)課要求，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色，在實驗課程教學內(nèi)容設(shè)置、教學方法、課程考核等方面進行了探索研究。通過結(jié)合科研熱點設(shè)置實驗內(nèi)容，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色。通過激發(fā)學生參與實驗的主動性和積極性，提高學生的實驗操作技能，有利于提高學生就業(yè)競爭力。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程 實驗 融合

目前國內(nèi)各綜合性大學和農(nóng)業(yè)院校等均設(shè)置有環(huán)境工程或環(huán)境科學專業(yè)。作為農(nóng)業(yè)院校的環(huán)境工程專業(yè)的學生，與理工科大學學生在城市工程建設(shè)和工業(yè)污染防治領(lǐng)域的競爭并無優(yōu)勢。如何使環(huán)境工程原理教學體系包含現(xiàn)代知識信息，與本院校本專業(yè)主要科研方向（農(nóng)業(yè)環(huán)境污染）相結(jié)合，體現(xiàn)前沿研究動態(tài)，是培養(yǎng)具有專業(yè)特色，創(chuàng)新型環(huán)境專業(yè)人才的關(guān)鍵。

十三五規(guī)劃中提出加大環(huán)境治理力度，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善。農(nóng)村的土壤污染治理是主要難點之一，土壤污染防治任務(wù)的緊迫為農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的發(fā)展和校企聯(lián)合科研的開展提供了難得的機遇。但如何突出農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色，與我國環(huán)境污染現(xiàn)狀相結(jié)合，提高學生就業(yè)競爭力非常值得探討與深入研究。

根據(jù)教育部“高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程”的要求，我校從2011起啟動了新一輪專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂工作，新的培養(yǎng)方案自2013級起適用。切實解決當前實驗、實踐教學體系課程門數(shù)多、學時分散的問題，順應(yīng)了當前我國環(huán)境工程專業(yè)教育的發(fā)展趨勢。

1綜合性實驗課程調(diào)整設(shè)置

2010學年湖南農(nóng)業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)將原設(shè)置的“化工原理”課程改為“環(huán)境工程原理”，采用胡洪營教授主編的環(huán)境工程原理教材。理論課講授內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、分離過程原理和反應(yīng)工程原理三部分?；A(chǔ)理論部分包括物料與能量守恒原理、傳遞過程等。分離過程原理部分主要講述沉淀、過濾、吸收、吸附的基本原理。反應(yīng)工程原理部分為化學和生物反應(yīng)計量學、動力學、各類反應(yīng)器的過程解析等。同時開設(shè)了20學時的實驗課，分別為沉降分離實驗，活性炭吸附實驗，過濾實驗，離子交換實驗和填料塔實驗。

另一門課程“流體力學與流體機械”學習內(nèi)容為流體靜力學和動力學基本原理，流體各流動狀態(tài)的計算，流體阻力損失和管路計算，主要流體傳輸機械的工作原理和選型安裝。開設(shè)了雷諾實驗和管路阻力實驗。

以往開設(shè)的實驗課均未單獨設(shè)課，沒有單獨學分，分別包含在兩門課程中。實驗課程內(nèi)容相對簡單，通過基本的認知性和驗證性實驗來回顧掌握基本原理、定律，通過綜合性實驗了解設(shè)備的操作和流程控制。但即使是開設(shè)的綜合性實驗也是相對獨立的，應(yīng)用性不強。學生的動手能力和創(chuàng)新能力得不到充分發(fā)揮。

“環(huán)境工程原理”“流體力學與流體機械”作為環(huán)境工程專業(yè)課程體系中的專業(yè)基礎(chǔ)課，在學生的知識結(jié)構(gòu)體系中有承上啟下的關(guān)鍵作用，同時也是各專業(yè)課程的綜合性、共同性的工程理論基礎(chǔ)。這兩門課程內(nèi)容聯(lián)系緊密，因此2012年在綜合性實驗課程設(shè)課時整合在一起形成了環(huán)境工程基礎(chǔ)實驗課程，以綜合性大實驗形式進行，設(shè)28學時1學分，在第4個學期（大二下）開設(shè)，集中在1周內(nèi)完成。

2教學團隊融合與實驗內(nèi)容創(chuàng)新

師資隊伍水平是提高教學質(zhì)量的決定性因素。湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院環(huán)境科學與工程學科，為省級“十二五”重點建設(shè)專業(yè)和湖南省優(yōu)勢特色專業(yè)，已有30余年的環(huán)境科學與工程、環(huán)境污染治理研究經(jīng)驗。目前我系講授“環(huán)境工程原理”、“流體力學與流體機械”、“化工原理”、 “環(huán)保設(shè)備”等課程的教學團隊為教師5人，均為博士學歷，其中教授2人，副教授2人，講師1人。另有實驗員1人。團隊成員多年從事畜禽養(yǎng)殖廢水治理，養(yǎng)殖廢棄物綜合利用，土壤重金屬污染修復(fù)等方面的研究，近年來主持完成10多項國家級、省部級課題。教學團隊不僅具有較高的理論水平，同時還具有豐富的工程實踐經(jīng)驗。

現(xiàn)環(huán)境工程原理實驗室現(xiàn)有板框壓濾機，沉降分離柱，生物濾池，阻力系數(shù)測定裝置等，基本滿足開展成套實驗流程的需要。

由于課程調(diào)整前兩門課分設(shè)實驗，實驗內(nèi)容分散，單個實驗之間沒有連貫性，因此實驗內(nèi)容需要重新進行設(shè)計。同時環(huán)境工程原理課程內(nèi)容抽象，原理公式多，理論性和實踐性都很強。如果學生通過自己動手，了解主要單元操作的實際應(yīng)用，學習了分析實際復(fù)雜問題的方法，將有利于提高學生的工程應(yīng)用能力。

根據(jù)理論課講授內(nèi)容，現(xiàn)有實驗設(shè)備，教學團隊在重新編排實驗內(nèi)容時充分考慮了課程銜接，并結(jié)合了當前農(nóng)業(yè)污染關(guān)注問題。創(chuàng)新設(shè)計模擬實際養(yǎng)殖廢水處理的流程實驗，將管路輸送（流體力學內(nèi)容），沉降分離、吸附、離子交換和微生物處理器應(yīng)用（環(huán)境工程原理內(nèi)容），污泥處置等串接起來，使學生能學以致用，提高操作技能，促進就業(yè)。

以項目1）模擬養(yǎng)殖廢水處理和項目2）土壤污染處理過程為主線，調(diào)整后綜合性實驗開設(shè)如下：

（1）管路實驗。測定直管流速與雷諾準數(shù)Re的關(guān)系，驗證湍流區(qū)內(nèi)λ與Re的關(guān)系曲線。了解組成管路的各種管件、閥門及其作用，測定流體流經(jīng)管件（閥門）時的局部阻力系數(shù)ζ。

（2）沉降實驗。測定同一停留時間內(nèi)重力沉降和離心沉降能分離的顆粒臨界粒徑，熟悉分離設(shè)備的分離操作，掌握沉降的相關(guān)計算。

（3）吸附處理實驗。通過吸附處理不同時間，測定經(jīng)活性炭吸附的重金屬或有機物的量，擬合吸附平衡式。并比較采用活性炭和沸石吸附效果的差異。

（4）過濾處理實驗。在恒壓過濾操作下對實現(xiàn)固液分離，了解板框壓濾機的構(gòu)造和操作方法，測定過濾常數(shù)。

（5）離子交換實驗。了解交換柱填充，采用離子交換樹脂對廢水或土壤浸提液中重金屬離子進行處理，測定交換量。

（6）生物濾池處理實驗。了解曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)和處理特性，測定對水中有機物的處理效率。

（7）自選實驗。養(yǎng)殖廢水處理后污泥或污染土壤的固化處理及重金屬浸出檢測。

為實現(xiàn)互動式指導(dǎo)并充分利用現(xiàn)有設(shè)備，每教學班學生分為兩大組進行實驗，可選養(yǎng)殖廢水處理或土壤污染處理。這也激發(fā)了學生自主學習的積極性。

以模擬養(yǎng)殖廢水處理為主線的實驗內(nèi)容順序按上述進行，以土壤污染處理過程為主線的實驗內(nèi)容順序為：（3）-（2）-（1）-（5）-（4）-（6）。調(diào)整后的綜合性大實驗按每教學班2位老師負責，主帶教師和輔導(dǎo)教師相結(jié)合，從預(yù)習、實驗、結(jié)果分析、報告提交、考核評測各個環(huán)節(jié)全方位對學生進行指導(dǎo)。

3強化實驗應(yīng)用性，提高學生能動性

本次教改中實驗課程單獨設(shè)置，強調(diào)了實驗內(nèi)容的連貫性、融合性，突出實驗選題與科研實踐相結(jié)合的特色。實驗內(nèi)容設(shè)計上注重將理論講授重點與實際污染處理應(yīng)用結(jié)合起來，強調(diào)教學過程突出科研素質(zhì)的培養(yǎng)。

為保證教學效果，對實驗過程全程管理。

實驗前要求學生在確定實驗項目后，通過查閱文獻、復(fù)習理論知識、實驗過程預(yù)設(shè)等環(huán)節(jié)再提交實驗預(yù)習報告。除通常實驗報告中的主要內(nèi)容：包括實驗的目的意義、基本理論和原理、實驗步驟等，還要求學生分析影響實驗結(jié)果的關(guān)鍵因素或步驟。使每個學生對實驗過程做到思路清晰，能在有限的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容。

在每一個實驗的過程中，要求將課堂講授、習題課等教學環(huán)節(jié)中所獲得的有關(guān)知識聯(lián)系起來，用來分析所實驗中遇到的問題，對單元操作原理、操作條件、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果進行分析。通過教師互動式指導(dǎo)，實驗小組（4-5人）內(nèi)部協(xié)調(diào)分工，實現(xiàn)人人動手操作，團隊高效合作完成實驗。

要求學生提交真實實驗結(jié)果，對實驗報告的檢查和把關(guān)。由于每個小組的實驗結(jié)果在同一實驗項目大組中仍存在差異，鼓勵對實驗差異進行討論交流，分析說明本組實驗中的得失，完成對實驗過程的回顧。

4結(jié)語

作為環(huán)境工程專業(yè)重要理論和實踐相結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課，將相關(guān)實驗內(nèi)容有效地融合，開設(shè)綜合性實驗，激發(fā)了學生的學習興趣，促使學生了解相關(guān)理論知識的應(yīng)用，提高了學生的專業(yè)素質(zhì)。

在實驗課教學過程中通過互動式指導(dǎo)引導(dǎo)學生能動地完成實驗。注重實驗預(yù)習及討論式教學，有助于提高學生分析能力、操作能力和應(yīng)用專業(yè)知識解決問題的能力。突出了農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色，有利于提高學生就業(yè)競爭力。

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項目來源：湖南農(nóng)業(yè)大學2015年教改項目：以“環(huán)境工程原理”課程建設(shè)為基礎(chǔ)的環(huán)境工程專業(yè)實踐課程融合創(chuàng)新。

作者簡介：羅惠莉，女，博士。湖南農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院環(huán)境科學系，副教授。從事土壤重金屬污染研究。