工程教育專業(yè)認(rèn)證引領(lǐng)下的水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

程媛媛 朱易春 龍 焙 嚴(yán) 群

（江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院 江西·贛州 341000）

0 前言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育認(rèn)證的主要組成部分，是推動工程教育改革和建立國際水平的工程教育質(zhì)量的有力保障，是工程師注冊制度的基礎(chǔ)和前提。我國于2005 年5 月成立全國工程師制度改革協(xié)調(diào)小組，啟動實(shí)施工程教育認(rèn)證工作，于2015 年10 月成立中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會，經(jīng)過不斷調(diào)整完善，得到國際工程教育界的認(rèn)可，基本建立了具有國際實(shí)質(zhì)等效性的工程教育認(rèn)證體系，標(biāo)志著我國工程教育國際化邁向新臺階。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是在“以全體學(xué)生為中心” 的人才培養(yǎng)理念引導(dǎo)下，以“畢業(yè)生素質(zhì)和職業(yè)能力”為導(dǎo)向，設(shè)置合理的培養(yǎng)目標(biāo)和明確的產(chǎn)出要求，[1]培養(yǎng)滿足各項(xiàng)能力要求的高素質(zhì)應(yīng)用型技術(shù)人才。因此，參照國際通行的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，通過優(yōu)化給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)計劃，構(gòu)建持續(xù)改進(jìn)的專業(yè)質(zhì)量保障制度和檢查措施，大力提高給排水專業(yè)工程性應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)水平，對于我國新時期的高等教育具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

水質(zhì)工程學(xué)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)是該課程的主要組成部分，是給排水科學(xué)與工程專業(yè)工程素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可鞏固學(xué)生對理論知識的掌握，還可提高學(xué)生實(shí)踐動手能力和從事科研工作的能力。因此，建立合理科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系迫在眉睫。

目前我校的水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)課程主要采用以教為中心的教學(xué)模式，存在弊端：[2]（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，演示性實(shí)驗(yàn)占多數(shù)，綜合性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏少，缺乏對學(xué)生動手能力的考察；（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計過于簡單，多依附于理論課，學(xué)生缺乏對實(shí)驗(yàn)設(shè)計的思考；（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理模式和考核方式單調(diào)，傳統(tǒng)考核方式主要關(guān)注實(shí)驗(yàn)報告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且未重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果的區(qū)別性，同時也忽視了實(shí)驗(yàn)過程考核。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路

為了改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，以培養(yǎng)給排水科學(xué)與工程實(shí)踐能力強(qiáng)高素質(zhì)應(yīng)用型技術(shù)人才為目標(biāo)，我們根據(jù)要求重新制定了水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，新大綱中縮減了演示驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，增加了綜合設(shè)計型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，尤其是研究創(chuàng)新型項(xiàng)目的選做，逐漸形成以培養(yǎng)專業(yè)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新務(wù)實(shí)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以能力培養(yǎng)為核心，構(gòu)建合理科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2.1 優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)體系，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

由于課時所限，之前的實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)較單一，如顆粒自由沉降實(shí)驗(yàn)、充氧設(shè)備實(shí)驗(yàn)、絮凝沉降實(shí)驗(yàn)、混凝試驗(yàn)、活性污泥評價指標(biāo)測定實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)缺乏綜合設(shè)計。針對存在問題，縮減演示驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加綜合型設(shè)計型的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)研究方向。我系根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的不同，將水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)分為4 類：一類是驗(yàn)證項(xiàng)目，旨在配合給水污水處理所講授的相關(guān)內(nèi)容，采取開放模式，學(xué)生可利用課余時間進(jìn)入水工藝模型室直觀了解構(gòu)筑物形式、內(nèi)部構(gòu)造、水在構(gòu)筑物捏的流動軌跡，通過觀摩、動手操作，加深對課本中基本原理和構(gòu)造的理解；二類是給定項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)知識的系統(tǒng)理解，要求學(xué)生必須完成的項(xiàng)目；三類是設(shè)計項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)和提高學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己興趣選擇和專業(yè)相關(guān)選題進(jìn)行綜合設(shè)計；四類是科研課題實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依托專業(yè)教師的科研課題來選題開展研究，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)思維能力。

改革之后合理安排驗(yàn)證、綜合和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)課程比例，總學(xué)時為12 學(xué)時的水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)可開設(shè)6 個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中給定項(xiàng)目有“顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)”“活性炭吸附實(shí)驗(yàn)”“污泥脫水性能實(shí)驗(yàn)”“水和廢水的混凝”“濾池的過濾與反沖洗”等，在單元實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上列出了可供學(xué)生選做的3 個設(shè)計項(xiàng)目，分別是“混合反應(yīng)器處理校園生活廢水”“完全混合式活性污泥法處理系統(tǒng)的觀測與運(yùn)行”“稀土礦山廢水可生物降解性測定方法的比選試驗(yàn)”。上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要以綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)為主，通過設(shè)計方案、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、獨(dú)立操作，數(shù)據(jù)處理等鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與動手能力。

以 “完全混合式活性污泥法處理系統(tǒng)的觀測與運(yùn)行” 為例進(jìn)行說明，本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括以下三方面內(nèi)容：（1）完全混合式活性污泥法處理系統(tǒng)的制作和運(yùn)行，初步培養(yǎng)進(jìn)行小型模擬試驗(yàn)的基本技能；（2）通過觀察完全混合性活性污泥法處理系統(tǒng)的運(yùn)行，熟悉控制方法，加深理解污泥負(fù)荷、污泥齡、溶解氧濃度等控制參數(shù)及在實(shí)際運(yùn)行中的作用和意義。涉及到的單元實(shí)驗(yàn)有活性污泥的培養(yǎng)和馴化，污泥濃度或進(jìn)水流量的控制，活性污泥絮凝和沉淀性能測定。（3）對廢水的常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)如水溫、溶解氧濃度、進(jìn)水流量、pH、進(jìn)出水的COD、SS、TN、MLSS、SV%等指標(biāo)進(jìn)行分析，我校給排水科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有UV 紫外-可見分光光度儀、TOC、離子色譜儀、氣相色譜儀、酸度計、液相色譜儀和溶解氧儀等大型分析儀器，選做實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，既可以促使學(xué)生掌握一些大型分析儀器的使用方法，還可讓學(xué)生嘗試設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，組織開展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和科研意識。

將本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教師的科研課題有機(jī)結(jié)合，結(jié)合我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)老師的研究課題，開設(shè)的設(shè)計型實(shí)驗(yàn)有“污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸及發(fā)酵液中氮磷回收技術(shù)研究”“基于AGS的膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液的探索研究”“贛南稀土礦區(qū)典型重金屬污染評估及其活化機(jī)理研究”“基于低強(qiáng)度超聲波技術(shù)的短程硝化動力學(xué)研究”以及“硝化顆粒污泥的快速培養(yǎng)基吸附稀土礦山廢水中鉛離子機(jī)理研究”等，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生查閱文獻(xiàn)，方案比選，設(shè)計方案，實(shí)驗(yàn)操作，并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，全過程全方位的參與在科研項(xiàng)目中，既可以了解專業(yè)發(fā)展的方向和動態(tài)，還培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、科研創(chuàng)新能力和運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。

為了加深學(xué)生對水質(zhì)工程學(xué)理論教學(xué)中的水處理工藝及流程系統(tǒng)的理解和把握，我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)特別增設(shè)了水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)這門課作為課程實(shí)驗(yàn)的延伸和拓展，理論部分著重介紹實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理、給水處理和廢水處理技術(shù)等，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有物理處理實(shí)驗(yàn)、生物處理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)、污泥處理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等，另外還增加設(shè)計性強(qiáng)的大綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有給水處理綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計和城市污水處理全流程模擬實(shí)驗(yàn)等。比如城市污水處理全流程模擬實(shí)驗(yàn)，通過動態(tài)仿真軟件了解各工藝流程及單體構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)；分組討論并講解各工藝的優(yōu)缺點(diǎn)；采用二級生物處理，包括格柵、沉砂池、初沉池、曝氣池、二沉池等全流程模型系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際校園生活廢水的處理試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定出最優(yōu)的控制參數(shù),并按最優(yōu)參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，從而讓學(xué)生掌握城市污水處理廠運(yùn)行控制的基本規(guī)律和方法。

2.2 分層次，分目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

針對不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求和特點(diǎn)，采取多層次多元化的教學(xué)方法。

鼓勵學(xué)生進(jìn)入水質(zhì)模型開放實(shí)驗(yàn)室，自主完成驗(yàn)證項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂理論教學(xué)的延伸，學(xué)生自主進(jìn)入水質(zhì)模型開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐操作相關(guān)給水排水模型，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣，又可達(dá)到理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐豐富理論的目的。另外給排水專業(yè)學(xué)生參加了江西理工大學(xué)給排水協(xié)會，依托水質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)室的江西省中小學(xué)研學(xué)實(shí)踐教育基地，不定期會開展實(shí)踐教育科普活動，給排水協(xié)會作為科普活動的主力軍，通過讓學(xué)生積極參與科普講解活動，有助于培養(yǎng)學(xué)生的靈活運(yùn)用專業(yè)知識能力，既可以激發(fā)學(xué)生熱愛專業(yè)，又可提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。

將教師的科研項(xiàng)目融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，鼓勵優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入專業(yè)教師的科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，參與前沿性的科研活動，了解專業(yè)發(fā)展的方向和動態(tài)，在實(shí)踐中發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)造性。依托國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，江西理工大學(xué)校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，鼓勵學(xué)生進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，目前給排水科學(xué)與工程專業(yè)的本科生已參加3 屆國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、5 屆江西理工大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，共計參加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目約20 項(xiàng)。同時，每年畢業(yè)環(huán)節(jié)有少量的畢業(yè)論文，指導(dǎo)老師將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與前沿的水處理技術(shù)成果相結(jié)合，有計劃的設(shè)計一些綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生通過參與此類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既可激發(fā)學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣，又能提高動手實(shí)踐能力和科研創(chuàng)新能力，為今后的考研深造打下基礎(chǔ)。

將現(xiàn)代教育技術(shù)融入在水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以突破時間和空間限制，能讓抽象的知識形象逼真表達(dá)，繁雜的工藝簡潔化，充分的調(diào)動學(xué)生的視覺、聽覺等感官，高效地將國內(nèi)外普遍采用的、先進(jìn)的凈水污水處理新技術(shù)、新工藝以動態(tài)運(yùn)行的形式生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前。例如凈水廠的水質(zhì)處理全流程模擬實(shí)驗(yàn)，采用仿真系統(tǒng)進(jìn)行全流程的動態(tài)演示，包括混凝、沉淀、過濾、消毒等，又可以進(jìn)行單體構(gòu)筑物的局部演示如（V 型濾池），還可以動態(tài)的表示其中水的流態(tài)、流向等。有時即使在凈水廠現(xiàn)場參觀實(shí)習(xí)，由于各構(gòu)筑物正處于運(yùn)行狀態(tài)，也無法看到構(gòu)筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。結(jié)合軟件展示，學(xué)生易于理解和掌握。

注重課內(nèi)外的實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)習(xí)間的聯(lián)系，我系已與贛州市水務(wù)集團(tuán)、南昌市青山湖污水處理廠、贛州市水文所壩上水文站等多家單位建立校外實(shí)踐教學(xué)基地，通過在自來水廠、污水處理廠等實(shí)踐教學(xué)基地進(jìn)行認(rèn)識和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，有效地將理論研究聯(lián)系實(shí)際，在了解給水和污水處理廠的生產(chǎn)工藝流程、主要構(gòu)筑物、主要設(shè)備的工作原理等的基礎(chǔ)上，教師啟發(fā)學(xué)生將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)融合到實(shí)際生產(chǎn)工藝中，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)際生產(chǎn)的新技術(shù)結(jié)合，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決實(shí)習(xí)過程中遇到的部分實(shí)際問題，可激發(fā)學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決工程問題的能力，逐步達(dá)到工程教育認(rèn)證中的畢業(yè)要求。

2.3 完善實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績考核體系

加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)，注重全方位考核。原有的演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多采用指導(dǎo)老師操作設(shè)備演示講解，學(xué)生觀看，重復(fù)操作，然后記錄實(shí)驗(yàn)過程，寫實(shí)驗(yàn)報告，實(shí)驗(yàn)效果不太理想。為了激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，針對開放項(xiàng)目，我們采取理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方式，在講解到某章節(jié)知識點(diǎn)時，鼓勵學(xué)生提前利用課余時間進(jìn)入開放性實(shí)驗(yàn)室熟悉相關(guān)構(gòu)筑物，通過自主學(xué)習(xí)動手操作，了解構(gòu)筑物基本原理、構(gòu)造及運(yùn)行方式等，然后帶著問題聽課，同時會采取課堂討論、小組講解、提問等方式考察，不僅可以烘托課堂氛圍，還充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

過程控制實(shí)驗(yàn)報告質(zhì)量，完善成績評價體系。實(shí)驗(yàn)成績不單考察實(shí)驗(yàn)報告質(zhì)量，還要注重整個過程，從預(yù)習(xí)、預(yù)實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報告進(jìn)行全過程考察，使成績更加科學(xué)合理。針對不同類別的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，考核側(cè)重點(diǎn)不同，其中開放項(xiàng)目主要結(jié)合課堂討論、提問、答辯 等情況給出成績；給定項(xiàng)目重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)考核主要包括預(yù)習(xí)、考勤、實(shí)驗(yàn)儀器操作、數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)報告編寫等部分，所占比例分別為10%，10%，20%，30%，30%；設(shè)計項(xiàng)目突出學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，以小組為單位學(xué)生自主完成文獻(xiàn)查閱、選題、方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)，定期匯報交流，根據(jù)科研論文或調(diào)查報告及匯報情況的完成效果采用等級給出成績。針對不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，制定相對完善的考核辦法，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又鍛煉了學(xué)生的綜合能力，同時也能逐步培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。

3 實(shí)踐與效果

以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，以國家一流專業(yè)建設(shè)為依托，以培養(yǎng)工程素質(zhì)高、實(shí)踐創(chuàng)新能力強(qiáng)、學(xué)用結(jié)合的給排水應(yīng)用型人才為目標(biāo)，在學(xué)科多年發(fā)展的基礎(chǔ)上，構(gòu)建適合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的培養(yǎng)方案，研究優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程體系，突出學(xué)用結(jié)合，以用為主的教育方式，注重提高學(xué)生運(yùn)用給排水專業(yè)知識解決工程問題的能力，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，并在實(shí)踐中持續(xù)改進(jìn)，將方案應(yīng)用于2016 級和2017 級學(xué)生，取得良好效果。