《環(huán)境工程工藝綜合實驗》開放式設計性實驗教學模式的探索

房月芹 任月萍 鄭硯仁

（江南大學環(huán)境與土木工程學院，江蘇 無錫 214122）

《環(huán)境工程工藝綜合實驗》開放式設計性實驗教學模式的探索

房月芹 任月萍 鄭硯仁

（江南大學環(huán)境與土木工程學院，江蘇 無錫 214122）

《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程是環(huán)境工程專業(yè)的一門重要的綜合性實驗課程，是環(huán)境工程專業(yè)學生的必修課程，也是培養(yǎng)學生專業(yè)技能、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和工程實驗能力的重要手段。針對江南大學《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程開設中存在的問題，改進教學理念、創(chuàng)新教學模式、增強學生的動手能力，切實促進《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程教學質(zhì)量的提高。

環(huán)境工程工藝綜合實驗；開放式設計性；江南大學

1 《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程內(nèi)容及其存在的問題

1.1 《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程內(nèi)容

《環(huán)境工程工藝綜合實驗》是環(huán)境工程專業(yè)的必修課，是與《環(huán)境工程微生物學》、《環(huán)境監(jiān)測》、《水污染控制工程》、《環(huán)境工程課程設計》等理論教學相配套的實驗教學課程［1］。該課程內(nèi)容涉及活性污泥工藝，生物接觸氧化工藝，UΑSB反應器高濃度有機廢水處理工藝以及膜生物反應器（MBR）工藝等好氧和厭氧污水處理工藝。課程要求環(huán)境工程專業(yè)學生將大學四年所學的污水處理原理，水質(zhì)指標監(jiān)測與檢測方法，反應器運行與維護等方面的知識進行綜合運用，加深學生對各種污水處理工藝的適用水質(zhì)，處理效果及其運行維護操作的理解，提高水質(zhì)檢測，反應器維護等方面的動手能力，是一門重要的實驗課程，學生通過學習可以為畢業(yè)后的工作打下良好的基礎。

1.2 《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程存在的問題

《環(huán)境工程工藝實驗》課程在多年的探索與實踐中不斷完善，取得了一定的成績，但仍存在一些亟待解決的問題。

（1）排課時間引爭議

環(huán)境工程工藝實驗涉及多學科理論知識和實驗技能，因此，該課程在國內(nèi)各高校大多安排在大四開設，江南大學環(huán)境與土木工程學院開設的《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程也不例外，依照目前的教學大綱，該課程被安排在第7學期進行，教學時數(shù)為36學時。從理論上說， 將專業(yè)實驗課安排在專業(yè)基礎課和基礎實驗課之后開設是合理的，然而，進入大四后，學生已經(jīng)將大部分精力放在準備研究生入學考試，出國英語學習和畢業(yè)實習上，導致他們對于《環(huán)境工程工藝實驗》的學習積極性不高，學習效果較差，進而導致畢業(yè)生專業(yè)實驗技能的匱乏。如果硬性規(guī)定學生參加實驗項目，收到的效果往往也會差強人意，學生即使完成了實驗，也只是蒙混過關(guān)，草草了事。

（2）實驗效果難如意

《環(huán)境工程工藝實驗》的實驗操作周期較長，且具有一定的連續(xù)性，前一步驟的操作往往會對后一步驟操作產(chǎn)生重要影響，進而關(guān)系到整個實驗的成敗。例如“UΑSB處理高濃度有機廢水”、“生物接觸氧化法處理生活污水”等實驗，從接種污泥，啟動反應器，到運行反應器整個周期需要3 周左右時間，一旦反應器運行異常，將無法在課程時間內(nèi)進行重復實驗。對學生來說，這是一種壓力，因為對于一個新手，很難保證操作無誤，而任何一個操作環(huán)節(jié)的失誤，都會影響實驗最終的結(jié)果，因而時常達不到預期目的。

（3）硬件設施難保障

《環(huán)境工程工藝實驗》作為環(huán)境工程專業(yè)的綜合性大實驗，工作量較大，時間跨度長達3周。該實驗不同于常規(guī)的物理化學實驗，很多情況下都需要長時間，甚至通宵不停歇地工作，期間必須定時取樣測定，以保證實驗數(shù)據(jù)的準確性。為了保證樣品的時效性，經(jīng)常出現(xiàn)多人同時需用同一臺儀器的情況，而普通的實驗室不可能購置多臺同樣的設備，因此，必然造成短期內(nèi)硬件設施緊缺。

2 開放式研究性實驗教學模式的開啟

開放式研究性實驗教學模式強調(diào)以學生為主體，教師僅是利用多種手段來激發(fā)學生主動學習的精神和引導學習的方向［2］。開放式研究性實驗教學模式變封閉式為開放式、變知識灌輸為能力培養(yǎng)、變被動接受為主動探索［3］。實驗教學的目標是既要通過實驗來鞏固基礎理論的掌握，又要聯(lián)系學科研究方向和工程應用實際，使開放式研究性的實驗教學成為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的環(huán)境工程高水平創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的重要環(huán)節(jié)之一。實驗教學過程強調(diào)“自主”、“開放”、“合作”、“思考”［4］。開放式研究性實驗教學分四部分組成：（1）自由組成合作小組。（2）選題，即教師根據(jù)課程內(nèi)容和學科方向，提出若干個研究主題供合作小組自由選擇。（3）查閱文獻。（4）擬定實驗方案。

3 《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程開放式研究性實驗教學的實施

江南大學開設的《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程包括污水處理綜合性實驗4個：（1）UΑSB處理高濃度有機廢水實驗；（2）傳統(tǒng)活性污泥法處理生活污水實驗；（3）生物接觸氧化法處理生活污水實驗；（4）一體式MBR反應器處理生活污水實驗。

3.1 實驗選題與實施

首先，根據(jù)學生人數(shù)和實驗室所具有的反應器的臺數(shù)，確定學生分組數(shù)。針對每一種污水處理工藝和反應器運行特點，確定一定數(shù)量的實驗選題，并根據(jù)選題制定實驗目標。其次，學生自由組成合作小組，自由選擇實驗項目，然后在教師歸定的時間內(nèi)去自主查閱文獻，擬定實驗方案，經(jīng)教師審核通過后可以開始相關(guān)的研究內(nèi)容。任課教師根據(jù)學生選定的實驗題目的具體情況確定實驗周期。再次，環(huán)境工程專業(yè)學生在第 7學期內(nèi)根據(jù)小組成員的情況自由預約不同的反應器，學期結(jié)束后完成四個相關(guān)污水處理工藝的實驗選題并進行實驗報告與匯報，交流實驗感悟。

3.2 實驗創(chuàng)新性的提升

以往《環(huán)境工程工藝綜合實驗》實驗過程中反應器的運行操作簡單，水質(zhì)測試指標僅涉及COD，NH4+，TS和VS等常規(guī)指標。學生畢業(yè)后對于新指標的表征和大型精密儀器的使用均不熟悉，更不用說解決反應器實際運行中出現(xiàn)的問題。因此，教師在開放式研究性實驗開展時有目的地設置了新穎實用的測試指標，并通過實驗設計培養(yǎng)學生分析解決問題的能力以及操作精密儀器的能力。江南大學環(huán)境工程依托江蘇省厭氧生物技術(shù)重點實驗室儀器平臺開展實驗，氣相色譜儀、高壓液相色譜儀、電子顯微鏡等全方位向?qū)W生開放使用。學生在取得實驗數(shù)據(jù)的同時也認識和學習了先進儀器的原理和操作，獲得了一石兩鳥的效果。例如，在UΑSB反應器運行中，增加揮發(fā)性脂肪酸（VFΑs）含量的測定實驗。學生要定期取樣并進行氣相色譜的測試，并分析VFΑs對反應器運行穩(wěn)定性和出水水質(zhì)的影響規(guī)律。再如，采用生物接觸氧化法處理污水時，生物接觸氧化池中生物膜上的生物相是很豐富的，組織學生利用顯微鏡進行生物相的觀察，并將生物膜的形態(tài)和微生物量與出水水質(zhì)的關(guān)系進行歸納總結(jié)，積累經(jīng)驗。

3.3 實驗擴展與延伸

實際污水處理工程規(guī)模極大，運行中需要考慮的問題也遠遠不止于出水指標是否達標這么簡單。通過設置解決污水處理工程實際問題的實驗選題，不僅可以讓學生在實驗中學習到水質(zhì)指標的檢測方法，反應器的運行，還能提高他們分析解決問題的能力，并且畢業(yè)后能夠很快適應環(huán)境工程相關(guān)工作內(nèi)容。以生物接觸氧化法處理污水的工藝為例，微生物掛膜周期的長短直接影響工程的啟動快慢，因此如何實現(xiàn)快速掛膜即為該工藝的一個關(guān)鍵問題。開放式研究性實驗以此為選題，組織學生選擇不同的填料，不同的掛膜方式等，考察進水，溫度和 DO等對微生物掛膜的影響，通過實驗，學生不僅學習了水質(zhì)檢測的方法，還掌握了反應器的快速啟動技巧。再如，實際的MBR污水處理工程中存在冬季產(chǎn)水量低，膜污染嚴重等問題，這些問題一直是困擾污水處理廠技術(shù)人員的問題。開放式研究性實驗以探究低溫下MBR反應器的運行特性為題，研究溫度對MBR反應器內(nèi)部污泥濃度，EPS濃度和膜污染物組成等的影響，探討減輕膜污染的方法。

4 《環(huán)境工程工藝綜合實驗》開放式設計性實驗課的教學效果

開展《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程開放式設計性實驗，是筆者近年來改革環(huán)境工程專業(yè)實驗教學的嘗試。實踐表明，這種模式能充分調(diào)動大學生主動學習的積極性，通過《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程開放式設計性實驗，充分發(fā)揮了環(huán)境工程專業(yè)學生各自的思維和想象能力，增加了創(chuàng)新意識與能動的啟發(fā)和培養(yǎng)。比如在生物接觸氧化法處理生活污水實驗中，需要設計生物接觸氧化反應器處理生活污水的運行方案，包括取樣時間，進/出水pH、COD及氨氮等水質(zhì)指標的測定，曝氣池和出水中SS、VS及SVI等污泥指標的測定，COD等污染物去除率及其容積負荷的關(guān)系曲線繪制等，任課教師把學生分成四組完成實驗、取得數(shù)據(jù)并進行分析總結(jié)后，學生以PPT的形式，匯報各自的實驗結(jié)果并在組與組之間展開積極的討論，作為實驗老師深深感到經(jīng)過此實驗課，大學生的綜合素質(zhì)得到了明顯提高。

5 結(jié)語

在不斷發(fā)展的社會背景下，一成不變的實驗內(nèi)容和教學方法顯然不能滿足當代人才培養(yǎng)的需求。所以，在《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程教學改革中，以培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型人才出發(fā)點，通過改進教學理念、教學形式、實驗教材及考核方法，提高學生的科研素質(zhì)和科研精神，增強動手能力和創(chuàng)新能力，切實促進《環(huán)境工程工藝綜合實驗》課程教學質(zhì)量的提升。

［1］ 趙海霞，劉景知，張成祿，等.環(huán)境工程專業(yè)綜合實驗研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2002（6）:28-30.

［2］ 何炎明，王宏斌，戚康標，等.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心 實施開放式研究性實驗教學［J］.實驗室研究與探索，2009（6）: 201-203.

［3］ 賈青竹，豆寶娟，李海明，等.研究性教學理念在環(huán)境工程綜合實驗教學中的應用探索［J］.化工高等教育，2013（6）:58-61.

［4］ 方強，錢瑜，楊柳燕.環(huán)境科學與工程實驗教學中創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式的探索［J］.實驗室研究與探索，2011（2）:107-109.

Exploration of open designable experiment education design on "Environmental Engineer Technical Comprehensive Experiment" course

The Course of Environmental Engineer Technical Comprehensive Experiment （EETCE） is an important comprehensive experiment course. EETCE is the foundation course for environment engineer students. EETCE is also a major method to develop students’ professional skill， innovative capacity and engineer experimental ability. This article is based on the EETCE course of JiangNan University， JiangSu， China. The article is focused on existing problems， improving teaching ideas， innovating educational modes and enhancing students' hand-on abilities. It really improved the teaching quality of EETCE course.

Environmental Engineer Technical Comprehensive Experiment； open designable course； JiangNan University

G42

Α

1008-1151（2016）06-0100-02

2016-05-09

房月芹（1969-），女，江蘇人，江南大學環(huán)境與土木工程學院工程師，研究方向為環(huán)境工程。