非重點(diǎn)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)研究

王娜　楊廠　馬保成　萬瓊　張新艷

【摘 要】 本文以西安科技大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)為例，分析了實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的現(xiàn)狀和存在的問題，提出了一體化給水排水實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)構(gòu)思：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的升級(jí)改造；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的合理利用；給水排水實(shí)訓(xùn)基地的合理利用。并且給出了一體化給水排水科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)三大模塊的立體架構(gòu)。該平臺(tái)的建設(shè)可以大大提高給水排水科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的深度和廣度，全面提升了本科生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

【關(guān)鍵詞】 非重點(diǎn)院校；給水排水科學(xué)與工程；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

一、引言

2015年11月，國務(wù)院正式印發(fā)文件，將“985工程”、“211工程”、“優(yōu)勢(shì)學(xué)科創(chuàng)新平臺(tái)”、“特色重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)”等重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，統(tǒng)一納入世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)。隨著“雙一流”大學(xué)的提出，各個(gè)高校紛紛看到新的發(fā)展機(jī)遇，尤其是非“985工程”、“211工程”高等院校。非重點(diǎn)院校的專業(yè)建制較晚，專業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，需要在新的發(fā)展過程中依據(jù)自身特色，整合資源，不斷縮小與重點(diǎn)院校的差距并迎頭趕上。《全國高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估認(rèn)證文件》規(guī)定合格的畢業(yè)生應(yīng)達(dá)到：能夠利用專業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題；根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)出合理的具有創(chuàng)新性的工藝流程；能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行深入研究；具有良好的交流（語言和書面）和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。[1]西安科技大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)始建于2006年，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)已無法完全滿足這一人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，必須構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、思維和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的現(xiàn)狀和存在的問題

學(xué)?，F(xiàn)有水質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室、給水工程實(shí)驗(yàn)室、排水工程實(shí)驗(yàn)室、水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室4個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，其中水力實(shí)驗(yàn)室使用理學(xué)院的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，目前的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本能完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，但存在以下問題：開設(shè)的內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生僅為修滿學(xué)門而實(shí)驗(yàn)，分析問題和解決問題的能力得不到有效的鍛煉，尤其是個(gè)性化和創(chuàng)新能力的發(fā)展嚴(yán)重不足；實(shí)驗(yàn)室面積有限，關(guān)于建筑給水排水、城市管網(wǎng)方面的實(shí)驗(yàn)演示裝置過于簡化，不能很好的展現(xiàn)復(fù)雜的城市管網(wǎng)間的相互聯(lián)系及運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備多為最基礎(chǔ)的測(cè)試分析儀器，精度及系統(tǒng)化不足，無法滿足大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的開展；目前實(shí)驗(yàn)室的主要作用是滿足大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，課余時(shí)間向?qū)W生開放度不夠，沒有進(jìn)行合理有效的利用。

三、一體化給水排水實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)構(gòu)思

為解決上述問題，滿足新型給水排水專業(yè)本科生的培養(yǎng)要求，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有條件，聯(lián)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、校內(nèi)污水處理站構(gòu)建一個(gè)集實(shí)驗(yàn)教學(xué)及大學(xué)生第二課堂和技能培訓(xùn)為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。以下詳細(xì)介紹該體系中三個(gè)單元的建設(shè)構(gòu)思。

1、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的升級(jí)改造

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室需要購置一批相對(duì)高端的實(shí)驗(yàn)儀器，以滿足大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題及老師科研工作的開展，從而帶動(dòng)整個(gè)學(xué)科的發(fā)展。同時(shí)須對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝備進(jìn)行重新的分類管理。結(jié)合專業(yè)分支及其所需設(shè)備的特點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)室分為4個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室：城市管道工程實(shí)驗(yàn)室、水質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室（一）、水質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室（二）、水分析及微生物實(shí)驗(yàn)室。其中，城市管道工程實(shí)驗(yàn)室需增置部分新型管網(wǎng)系統(tǒng)模型、泵與泵站相關(guān)演示及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使學(xué)生能夠切實(shí)直觀地看到整個(gè)城市管網(wǎng)系統(tǒng)的雛形。水質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)（一）主要是擺放給水及污水處理流程的演示型設(shè)備，目前的兩套設(shè)備相對(duì)陳舊，占地面積過大，且配置的攪拌等配套設(shè)備沒有按照實(shí)際尺寸進(jìn)行等比例縮放，不能達(dá)到很好的演示效果，考慮購置占地面積相對(duì)較少、能夠確切反應(yīng)各個(gè)構(gòu)筑物實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的新型演示性模型。水質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室（二）主要放置給水及污水處理各個(gè)單元的中試性裝置，可以滿足相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的安排及學(xué)生開展自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求。水分析及微生物實(shí)驗(yàn)室，由于該部分涉及的儀器類型較多，對(duì)于環(huán)境的要求較高，分為兩個(gè)單元：一個(gè)單元放置水分析普通設(shè)備作為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作間，并長期對(duì)學(xué)生開放；另一個(gè)單元作為微生物實(shí)驗(yàn)室及貴重設(shè)備操作間，設(shè)專門的管理人員，建全管理制度，有序向?qū)W生開放。

2、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的合理利用

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的模擬和仿真。[2][3]虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中以不同的角色參與到水行業(yè)運(yùn)行和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的模擬演練中，達(dá)到培養(yǎng)其運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，更好地適應(yīng)未來的工作要求。[4][5]學(xué)院已建成了國家級(jí)礦山虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，目前硬件設(shè)施已完全具備教學(xué)要求，只需購置一定的給排水專業(yè)軟件即可給本科教學(xué)帶來很大便利。

給水排水工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際結(jié)合緊密，部分實(shí)驗(yàn)裝備系統(tǒng)龐大，在有限的實(shí)驗(yàn)室空間無法做到面面俱到，不能真實(shí)的反應(yīng)出實(shí)際應(yīng)用中的各種運(yùn)行狀態(tài)，而虛擬實(shí)驗(yàn)可以解決上述問題。目前在給水排水實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要應(yīng)用的軟件有《給水排水處理仿真教學(xué)軟件》、[6] SWMM（storm water management model）和MOUSE（Modeling of urban sewer）組成的排水管網(wǎng)模擬仿真系統(tǒng)、由給水管網(wǎng)仿真裝置和在線監(jiān)控系統(tǒng)組成的給水管網(wǎng)仿真系統(tǒng)、微尺度水系統(tǒng)數(shù)字化與管網(wǎng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等，[7]應(yīng)根據(jù)已有的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇投入相對(duì)較少的軟件進(jìn)行給水排水虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。但是給水排水專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作不可能全部由虛擬仿真手段完成。因此該平臺(tái)建設(shè)的基本原則為：以實(shí)為主，虛實(shí)結(jié)合。以虛補(bǔ)實(shí)，以實(shí)驗(yàn)虛。以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室為根基，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效補(bǔ)充。

目前中國多所給水排水專業(yè)的知名高校均不同程度的將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，取得了良好的效果。因此該平臺(tái)建成后不僅可以為該校實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來質(zhì)的飛躍，還可以為培養(yǎng)給水排水專業(yè)高質(zhì)量創(chuàng)新型人才打下良好的基礎(chǔ)。

3、給水排水實(shí)訓(xùn)基地的合理利用

西安科技大學(xué)臨潼校區(qū)污水處理站負(fù)責(zé)處理學(xué)校的生活用水，處理后的中水回用于沖廁和園林灌溉，該處理站采取A2/O和膜生物反應(yīng)器相結(jié)合的典型處理工藝。目前給水排水專業(yè)的實(shí)習(xí)均采用校外污水廠參觀實(shí)習(xí)的方式，不僅成本較高，而且由于時(shí)間和空間的限制，實(shí)習(xí)效果有限。為了合理利用該校內(nèi)資源，擬依托污水處理站在其西側(cè)建立給水排水實(shí)訓(xùn)基地。實(shí)訓(xùn)基地主要開展鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的污水廠常規(guī)指標(biāo)的檢測(cè)性實(shí)驗(yàn)，以及提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的污水廠運(yùn)行調(diào)控實(shí)驗(yàn)。根據(jù)使用功能在實(shí)訓(xùn)基地主要設(shè)置與污水處理站具有相同工藝流程的中試裝置、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、污水處理廠常規(guī)指標(biāo)的檢測(cè)儀器。實(shí)訓(xùn)基地的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)外開放，學(xué)生可以申請(qǐng)參與污水相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，鍛煉動(dòng)手能力的同時(shí)培養(yǎng)一絲不茍的科學(xué)精神；還可以組成實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)以申請(qǐng)“課題”的形式協(xié)作完成污水廠運(yùn)行調(diào)試的綜合性實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，詳細(xì)了解各個(gè)指標(biāo)參數(shù)對(duì)處理水質(zhì)的影響，撰寫結(jié)題報(bào)告并計(jì)入實(shí)習(xí)學(xué)分。該部分實(shí)驗(yàn)可以有效彌補(bǔ)校外實(shí)習(xí)不能動(dòng)手操作的缺憾，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)與堅(jiān)持不懈的探索精神?！罢n題”還可結(jié)合教師科研項(xiàng)目的子課題，結(jié)合大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”、“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等校內(nèi)外創(chuàng)新性比賽，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)等，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

四、三大模塊的立體架構(gòu)

由圖1可以看出：一體化給水排水科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)各部分建設(shè)情況及其在教學(xué)中的角色分工。在所構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，三大部分相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，形成了培養(yǎng)掌握城市各類水工藝運(yùn)行理論與方法，可以開展一定實(shí)驗(yàn)研究并能夠利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的新型給水排水工程技術(shù)人才的良好基礎(chǔ)平臺(tái)。

五、結(jié)語

結(jié)合西安科技大學(xué)現(xiàn)有基礎(chǔ)和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部高等教育給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估委員會(huì)對(duì)給水排水科學(xué)與工程人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，構(gòu)建了更為立體飽滿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)的建設(shè)可以大大提高給水排水科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的深度和廣度，全面提升了本科生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，是普通高等院校在發(fā)展道路上，最大限度利用現(xiàn)有資源提升辦學(xué)能力的有效探索。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部高等教育給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估委員會(huì). 《全國高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估認(rèn)證文件》， 2016 年試行版，2016.09.

[2] 銀玉容，朱能武，施召才等. 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在給水排水工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（01）111-113.

[3] 王濟(jì)軍，魏雪峰.虛擬實(shí)驗(yàn)的“熱”現(xiàn)狀與“冷”思考[J].中國電化教育， 2011（04）126-129.

[4] 管雪梅，戴天虹，王鐵濱. 高校虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及教學(xué)應(yīng)用研究[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2015（01）88-90.

[5] 萬桂怡，崔建軍，張振果. 高校虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011（03）386-389.

[6] 鄧曼適.《給水排水處理仿真教學(xué)軟件》的開發(fā)與應(yīng)用[J].價(jià)值工程， 2010（20）191-193.

[7] 郭亮，梁宏，劉京等. 基于虛擬仿真技術(shù)的市政環(huán)境類實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（07）107-110+121.

【作者簡介】

王 娜（1981-）女，河南鄭州人，講師，博士，主要從事給排水科學(xué)與工程教學(xué)與科研工作.