盧彥越 劉細祥 黎克純 劉紹剛 朱偉偉 胡玉平 吳葉宇

[摘 要]環(huán)境工程是一門工程性和應(yīng)用性很強的專業(yè)，教學中加強學生的實際操作能力、動手能力訓練非常重要。仿真實驗教學是傳統(tǒng)實驗教學的必要補充和延伸，可以實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能，為學生提供一個實踐實訓平臺。我校環(huán)境工程專業(yè)從建設(shè)思路、建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)可行性等方面研究探索建設(shè)虛擬仿真實驗教學中心，著力構(gòu)建真實實驗與虛擬實驗有機結(jié)合的實驗教學體系。

[關(guān)鍵詞] 環(huán)境工程;仿真實驗;實踐教學;人才培養(yǎng);創(chuàng)新能力

一、引言

隨著我國提出“綠色發(fā)展”新戰(zhàn)略，社會對高素質(zhì)環(huán)境保護人才的需求也隨之增加。作為地方高校的環(huán)境工程專業(yè)，人才培養(yǎng)的目標就是要適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，為廣西環(huán)境保護與環(huán)保產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。為了適應(yīng)社會需求，環(huán)境工程專業(yè)的學生除了要掌握基本理論知識外，還要具備較強的實踐動手能力和創(chuàng)新精神。通過完善課程實驗、仿真實驗、課程設(shè)計、認識實習、畢業(yè)實習等實踐教學環(huán)節(jié)，提高學生的實踐創(chuàng)新能力[1]。

為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，本專業(yè)教師進行了一系列教學改革的研究和探索。除了提高課堂教學質(zhì)量外，還加強和改進了實驗實踐教學環(huán)節(jié)。例如，、加強不同學科專業(yè)實驗的聯(lián)系，增加綜合性專業(yè)實驗的比例;課程實驗與科研課題相結(jié)合，培養(yǎng)學生的研究探索能力;充分利用虛擬仿真實驗，促進學生實踐能力的培養(yǎng)。目前我?；は狄呀?jīng)建立了仿真實驗室，借助這個仿真平臺，可為環(huán)境工程專業(yè)的學生開設(shè)環(huán)境工程原理、固廢污染控制等課程的仿真實驗。例如開設(shè)了旋風除塵器性能實驗、吸收二氧化硫?qū)嶒灐㈦x心泵特性曲線測定、流體阻力系數(shù)測定、吸收（氨—水）實驗等仿真實驗。這些仿真實驗彌補了由于條件不具備，無法開設(shè)實驗的不足，減少了由于臺套數(shù)不夠，有些學生無法動手實踐的情況。

仿真實驗教學是傳統(tǒng)實驗教學的必要補充和延伸，仿真實驗可以將一些在真實實驗過程中做不到的，或無法觀察實驗整個過程的問題，通過在計算機上的模擬實驗來解決。仿真實驗的這些特點有助于培養(yǎng)學生的實踐動手能力和提高學生參與實驗的積極性。因此建設(shè)環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心十分必要[2-5]。

二、仿真實驗教學中心建設(shè)思路

環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)堅持“科學規(guī)劃，注重創(chuàng)新，突出特色，資源共享”的指導思想，以提高學生創(chuàng)新實踐能力為宗旨，建設(shè)真實實驗、仿真實驗相互補充、相互促進的完善的實踐教學體系[6，7]。

仿真實驗教學中心依托廣西民族大學化學化工學院的整體學科優(yōu)勢，在區(qū)級基礎(chǔ)化學實驗教學示范中心的基礎(chǔ)上，聯(lián)合化學工程與工藝、應(yīng)用化學、化學等相關(guān)學科的學科優(yōu)勢，以環(huán)境污染控制研究平臺和環(huán)境監(jiān)測與評價研究平臺為支撐點，將實驗教學資源與信息技術(shù)進行融合，建立環(huán)境工程和工程實訓虛擬仿真實驗教學體系。通過不斷完善建設(shè)內(nèi)容，推進實驗教學信息化建設(shè)和實驗教學資源開放共享。使環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心成為促進環(huán)境工程專業(yè)教學改革創(chuàng)新、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。

三、仿真實驗教學中心的建設(shè)

環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)是為了實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能，在涉及高危、極端環(huán)境或現(xiàn)有實驗條件不足時，提供給學生的一個實踐實訓平臺。也可為學生自主開展實驗、進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練提供條件支撐。虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)必須充分體現(xiàn)虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛的原則，著力構(gòu)建真實實驗與虛擬實驗有機結(jié)合的實驗教學體系[8，9]。

（一）虛擬仿真實驗教學資源

以培養(yǎng)學生綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，建設(shè)環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心，提高實驗教學能力，豐富實驗教學內(nèi)容。主要有以下建設(shè)內(nèi)容：

1.建立仿真實驗室。建設(shè)容納一個標準班的多媒體機房，購買環(huán)境工程專業(yè)仿真實驗軟件單機版、網(wǎng)絡(luò)版，建立網(wǎng)絡(luò)開放式仿真實驗室。

2.基礎(chǔ)實驗虛擬仿真平臺。主要用于訓練學生的通識基礎(chǔ)實驗、學科基礎(chǔ)實驗技能，掌握分析方法，學習分析儀器的操作。包括氣相色譜仿真軟件、液相色譜仿真軟件、原子吸收仿真軟件、氣質(zhì)聯(lián)用仿真軟件等?？砷_設(shè)的實驗有氣相色譜分析混合物中苯、甲苯、二甲苯的含量，氣質(zhì)聯(lián)用分析蔬菜中農(nóng)藥的殘留，液相色譜分析色素中檸檬黃、胭脂紅、日落黃的含量，原子吸收分析未知樣中Ca、Mg、Cu、Zn的含量等。

3.專業(yè)實驗虛擬仿真平臺。包括水處理單元仿真軟件、大氣污染治理仿真軟件、固廢污染治理仿真軟件、環(huán)境監(jiān)測與評價仿真軟件等，訓練學生掌握水環(huán)境、大氣環(huán)境中各項環(huán)境指標的監(jiān)測和分析方法。開設(shè)的仿真實驗項目有自由沉淀實驗、過濾實驗、混凝實驗、氣浮實驗、曝氣充氧實驗、活性污泥實驗、堿液吸收SO2實驗、旋風除塵器性能實驗等。

4.工程實訓虛擬仿真平臺。學生在計算機上通過模擬真實現(xiàn)場操作，從而產(chǎn)生和真實實驗一樣的操作結(jié)果。訓練學生掌握水、大氣、固廢污染治理的原理、方法和工藝，直觀了解治理的過程和效果。通過工程實訓，學生了解環(huán)境工程設(shè)備的運行過程，學會管理和運行一個完整的污染治理項目。培訓的工藝有氧化溝工藝、SBR工藝、UASB工藝、AB工藝、氣浮工藝、A2O工藝、反滲透工藝等。

5.仿真平臺管理系統(tǒng)。提供練習、培訓、考核等模式，設(shè)置隨機事故擾動、自動收取成績等功能，使仿真實驗操作過程和技能考核納入規(guī)范化管理，加強學生的操作技能訓練，有效提高教學和培訓的質(zhì)量。

（二）虛擬仿真實驗教學共享平臺

建設(shè)具有擴展性、兼容性的共享平臺，高效管理實驗教學資源，實現(xiàn)校內(nèi)外實驗教學資源共享，滿足多個學校和多學科專業(yè)的虛擬仿真實驗教學的需求。環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心將建設(shè)如下范圍的共享：

1.校內(nèi)共享。面向環(huán)境工程、化學工程與工藝、應(yīng)用化學、化學等相關(guān)專業(yè)開放大型分析儀器仿真系統(tǒng)、氣相色譜仿真軟件、水處理工藝流程工程實訓仿真系統(tǒng)、大氣處理工藝流程工程實訓仿真系統(tǒng)等。

2.企業(yè)共享。與企業(yè)開展合作，針對污染治理開發(fā)虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)共享平臺，建設(shè)污染治理企業(yè)培訓管理系統(tǒng)，服務(wù)企業(yè)技能培訓和管理培訓。

3.同行高校共享。建設(shè)的環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心將向我區(qū)高校同行開放共享，服務(wù)相關(guān)專業(yè)的本科理論教學和實驗教學。

（三）虛擬仿真實驗教學師資隊伍

建設(shè)教學、科研、實驗技術(shù)人員相結(jié)合、人員相對穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理的虛擬仿真實驗教學團隊，形成一支教育理念先進、學術(shù)水平高、教學科研能力強、實踐經(jīng)驗豐富、勇于創(chuàng)新的虛擬仿真實驗教學和管理隊伍。

（四）虛擬仿真實驗教學中心的管理

以虛擬仿真實驗教學資源的開放共享和充分使用為目標，制定管理措施，實施教師工作績效考核，合理使用經(jīng)費，保障實驗教學中心維護與可持續(xù)發(fā)展。建立有利于激勵學生學習和提高學生創(chuàng)新能力的考核、評價和反饋機制。

四、建設(shè)仿真實驗教學中心的可行性

我校環(huán)境工程專業(yè)設(shè)置了水污染控制實驗室、固廢及大氣污染控制實驗室、環(huán)境監(jiān)測實驗室。教學實驗所需的儀器設(shè)備基本齊全，擁有500m2實驗教學場地，能夠滿足本專業(yè)培養(yǎng)計劃對實踐教學的要求。這些實驗條件為環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

目前，我?；は狄呀?jīng)建立了仿真實驗室，借助這個仿真平臺，可為環(huán)境工程專業(yè)的學生開設(shè)環(huán)境工程原理、固廢污染控制等課程的仿真實驗。例如，開設(shè)了旋風除塵器性能實驗、吸收二氧化硫?qū)嶒?、離心泵特性曲線測定、流體阻力系數(shù)測定、吸收（氨—水）實驗等仿真實驗。在此基礎(chǔ)上建設(shè)和完善環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心，可以實現(xiàn)環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心與現(xiàn)有的化學教學實驗中心、化學工程與工藝教學實驗中心進一步的資源共享。同時可以聯(lián)合全區(qū)高校相關(guān)環(huán)境院系實現(xiàn)共建共享，建設(shè)虛擬仿真實驗資源的網(wǎng)絡(luò)共享平臺。

本專業(yè)教師隊伍結(jié)構(gòu)合理，各有專長。近年來開展了一系列教育教學改革研究，以及本專業(yè)領(lǐng)域的科學研究，取得了許多成果，形成一支教學、科研、實驗技術(shù)人員相結(jié)合、教學科研能力強、勇于創(chuàng)新的虛擬仿真實驗教學團隊。這些條件為環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)提供了很好的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

環(huán)境工程是一門工程性和應(yīng)用性很強的專業(yè)，教學中加強學生的實際操作能力、動手能力訓練非常重要。利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗和實習實訓環(huán)境，滿足實驗教學和實習實訓的要求，對提高本科人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的意義。因此，環(huán)境工程虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)對于提高學生創(chuàng)新實踐能力、推進實驗教學信息化建設(shè)和實驗教學資源開放共享十分必要。

參考文獻

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