房月芹 任月萍 鄭硯仁

（江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

房月芹 任月萍 鄭硯仁

（江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程是環(huán)境工程專業(yè)的一門重要的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的必修課程，也是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾侄?。針對江南大學(xué)《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程開設(shè)中存在的問題，改進(jìn)教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)模式、增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，切實(shí)促進(jìn)《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)；開放式設(shè)計(jì)性；江南大學(xué)

1 《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程內(nèi)容及其存在的問題

1.1 《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程內(nèi)容

《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》是環(huán)境工程專業(yè)的必修課，是與《環(huán)境工程微生物學(xué)》、《環(huán)境監(jiān)測》、《水污染控制工程》、《環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)》等理論教學(xué)相配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(yīng)器高濃度有機(jī)廢水處理工藝以及膜生物反應(yīng)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(xué)生將大學(xué)四年所學(xué)的污水處理原理，水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測與檢測方法，反應(yīng)器運(yùn)行與維護(hù)等方面的知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，加深學(xué)生對各種污水處理工藝的適用水質(zhì)，處理效果及其運(yùn)行維護(hù)操作的理解，提高水質(zhì)檢測，反應(yīng)器維護(hù)等方面的動手能力，是一門重要的實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)可以為畢業(yè)后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

1.2 《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程存在的問題

《環(huán)境工程工藝實(shí)驗(yàn)》課程在多年的探索與實(shí)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(shí)間引爭議

環(huán)境工程工藝實(shí)驗(yàn)涉及多學(xué)科理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，因此，該課程在國內(nèi)各高校大多安排在大四開設(shè)，江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院開設(shè)的《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程也不例外，依照目前的教學(xué)大綱，該課程被安排在第7學(xué)期進(jìn)行，教學(xué)時(shí)數(shù)為36學(xué)時(shí)。從理論上說， 將專業(yè)實(shí)驗(yàn)課安排在專業(yè)基礎(chǔ)課和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課之后開設(shè)是合理的，然而，進(jìn)入大四后，學(xué)生已經(jīng)將大部分精力放在準(zhǔn)備研究生入學(xué)考試，出國英語學(xué)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)上，導(dǎo)致他們對于《環(huán)境工程工藝實(shí)驗(yàn)》的學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果較差，進(jìn)而導(dǎo)致畢業(yè)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能的匱乏。如果硬性規(guī)定學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，收到的效果往往也會差強(qiáng)人意，學(xué)生即使完成了實(shí)驗(yàn)，也只是蒙混過關(guān)，草草了事。

（2）實(shí)驗(yàn)效果難如意

《環(huán)境工程工藝實(shí)驗(yàn)》的實(shí)驗(yàn)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(jìn)而關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。例如“UΑSB處理高濃度有機(jī)廢水”、“生物接觸氧化法處理生活污水”等實(shí)驗(yàn)，從接種污泥，啟動反應(yīng)器，到運(yùn)行反應(yīng)器整個(gè)周期需要3 周左右時(shí)間，一旦反應(yīng)器運(yùn)行異常，將無法在課程時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。對學(xué)生來說，這是一種壓力，因?yàn)閷τ谝粋€(gè)新手，很難保證操作無誤，而任何一個(gè)操作環(huán)節(jié)的失誤，都會影響實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果，因而時(shí)常達(dá)不到預(yù)期目的。

（3）硬件設(shè)施難保障

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

2 開放式研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的開啟

開放式研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，教師僅是利用多種手段來激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的精神和引導(dǎo)學(xué)習(xí)的方向［2］。開放式研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)是既要通過實(shí)驗(yàn)來鞏固基礎(chǔ)理論的掌握，又要聯(lián)系學(xué)科研究方向和工程應(yīng)用實(shí)際，使開放式研究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)“自主”、“開放”、“合作”、“思考”［4］。開放式研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)科方向，提出若干個(gè)研究主題供合作小組自由選擇。（3）查閱文獻(xiàn)。（4）擬定實(shí)驗(yàn)方案。

3 《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程開放式研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

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

3.1 實(shí)驗(yàn)選題與實(shí)施

首先，根據(jù)學(xué)生人數(shù)和實(shí)驗(yàn)室所具有的反應(yīng)器的臺數(shù)，確定學(xué)生分組數(shù)。針對每一種污水處理工藝和反應(yīng)器運(yùn)行特點(diǎn)，確定一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)選題，并根據(jù)選題制定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。其次，學(xué)生自由組成合作小組，自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然后在教師歸定的時(shí)間內(nèi)去自主查閱文獻(xiàn)，擬定實(shí)驗(yàn)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(xué)生選定的實(shí)驗(yàn)題目的具體情況確定實(shí)驗(yàn)周期。再次，環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生在第 7學(xué)期內(nèi)根據(jù)小組成員的情況自由預(yù)約不同的反應(yīng)器，學(xué)期結(jié)束后完成四個(gè)相關(guān)污水處理工藝的實(shí)驗(yàn)選題并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告與匯報(bào)，交流實(shí)驗(yàn)感悟。

3.2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性的提升

以往《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)器的運(yùn)行操作簡單，水質(zhì)測試指標(biāo)僅涉及COD，NH4+，TS和VS等常規(guī)指標(biāo)。學(xué)生畢業(yè)后對于新指標(biāo)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(yīng)器實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。因此，教師在開放式研究性實(shí)驗(yàn)開展時(shí)有目的地設(shè)置了新穎實(shí)用的測試指標(biāo)，并通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)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(xué)環(huán)境工程依托江蘇省厭氧生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器平臺開展實(shí)驗(yàn)，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(xué)生在取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)也認(rèn)識和學(xué)習(xí)了先進(jìn)儀器的原理和操作，獲得了一石兩鳥的效果。例如，在UΑSB反應(yīng)器運(yùn)行中，增加揮發(fā)性脂肪酸（VFΑs）含量的測定實(shí)驗(yàn)。學(xué)生要定期取樣并進(jìn)行氣相色譜的測試，并分析VFΑs對反應(yīng)器運(yùn)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(shí)，生物接觸氧化池中生物膜上的生物相是很豐富的，組織學(xué)生利用顯微鏡進(jìn)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(jìn)行歸納總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展與延伸

實(shí)際污水處理工程規(guī)模極大，運(yùn)行中需要考慮的問題也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于出水指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)這么簡單。通過設(shè)置解決污水處理工程實(shí)際問題的實(shí)驗(yàn)選題，不僅可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到水質(zhì)指標(biāo)的檢測方法，反應(yīng)器的運(yùn)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(yīng)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(shí)現(xiàn)快速掛膜即為該工藝的一個(gè)關(guān)鍵問題。開放式研究性實(shí)驗(yàn)以此為選題，組織學(xué)生選擇不同的填料，不同的掛膜方式等，考察進(jìn)水，溫度和 DO等對微生物掛膜的影響，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了水質(zhì)檢測的方法，還掌握了反應(yīng)器的快速啟動技巧。再如，實(shí)際的MBR污水處理工程中存在冬季產(chǎn)水量低，膜污染嚴(yán)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(shí)驗(yàn)以探究低溫下MBR反應(yīng)器的運(yùn)行特性為題，研究溫度對MBR反應(yīng)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(shí)驗(yàn)》開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果

開展《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是筆者近年來改革環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嘗試。實(shí)踐表明，這種模式能充分調(diào)動大學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，通過《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了環(huán)境工程專業(yè)學(xué)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(shí)驗(yàn)中，需要設(shè)計(jì)生物接觸氧化反應(yīng)器處理生活污水的運(yùn)行方案，包括取樣時(shí)間，進(jìn)/出水pH、COD及氨氮等水質(zhì)指標(biāo)的測定，曝氣池和出水中SS、VS及SVI等污泥指標(biāo)的測定，COD等污染物去除率及其容積負(fù)荷的關(guān)系曲線繪制等，任課教師把學(xué)生分成四組完成實(shí)驗(yàn)、取得數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析總結(jié)后，學(xué)生以PPT的形式，匯報(bào)各自的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并在組與組之間展開積極的討論，作為實(shí)驗(yàn)老師深深感到經(jīng)過此實(shí)驗(yàn)課，大學(xué)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法顯然不能滿足當(dāng)代人才培養(yǎng)的需求。所以，在《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革中，以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才出發(fā)點(diǎn)，通過改進(jìn)教學(xué)理念、教學(xué)形式、實(shí)驗(yàn)教材及考核方法，提高學(xué)生的科研素質(zhì)和科研精神，增強(qiáng)動手能力和創(chuàng)新能力，切實(shí)促進(jìn)《環(huán)境工程工藝綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)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(shí)驗(yàn)研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2002（6）:28-30.

［2］ 何炎明，王宏斌，戚康標(biāo)，等.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心 實(shí)施開放式研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.實(shí)驗(yàn)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(xué)理念在環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索［J］.化工高等教育，2013（6）:58-61.

［4］ 方強(qiáng)，錢瑜，楊柳燕.環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式的探索［J］.實(shí)驗(yàn)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(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。