農業院校環境工程基礎實驗的融合改革研究

羅惠莉 吳根義 王寒 黃紅麗 廖嬋娟

【摘 要】針對環境工程專業實驗課程教學改革及工程基礎實驗設課要求，結合農業院校環境工程專業的特色，在實驗課程教學內容設置、教學方法、課程考核等方面進行了探索研究。通過結合科研熱點設置實驗內容，體現了農業院校環境工程專業的特色。通過激發學生參與實驗的主動性和積極性，提高學生的實驗操作技能，有利于提高學生就業競爭力。

【關鍵詞】環境工程 實驗 融合

目前國內各綜合性大學和農業院校等均設置有環境工程或環境科學專業。作為農業院校的環境工程專業的學生，與理工科大學學生在城市工程建設和工業污染防治領域的競爭并無優勢。如何使環境工程原理教學體系包含現代知識信息，與本院校本專業主要科研方向（農業環境污染）相結合，體現前沿研究動態，是培養具有專業特色，創新型環境專業人才的關鍵。

十三五規劃中提出加大環境治理力度，實現生態環境質量總體改善。農村的土壤污染治理是主要難點之一，土壤污染防治任務的緊迫為農業院校環境工程專業的發展和校企聯合科研的開展提供了難得的機遇。但如何突出農業院校環境工程專業的特色，與我國環境污染現狀相結合，提高學生就業競爭力非常值得探討與深入研究。

根據教育部“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的要求，我校從2011起啟動了新一輪專業人才培養方案修訂工作，新的培養方案自2013級起適用。切實解決當前實驗、實踐教學體系課程門數多、學時分散的問題，順應了當前我國環境工程專業教育的發展趨勢。

1綜合性實驗課程調整設置

2010學年湖南農業大學環境工程專業將原設置的“化工原理”課程改為“環境工程原理”，采用胡洪營教授主編的環境工程原理教材。理論課講授內容包括基礎理論、分離過程原理和反應工程原理三部分。基礎理論部分包括物料與能量守恒原理、傳遞過程等。分離過程原理部分主要講述沉淀、過濾、吸收、吸附的基本原理。反應工程原理部分為化學和生物反應計量學、動力學、各類反應器的過程解析等。同時開設了20學時的實驗課，分別為沉降分離實驗，活性炭吸附實驗，過濾實驗，離子交換實驗和填料塔實驗。

另一門課程“流體力學與流體機械”學習內容為流體靜力學和動力學基本原理，流體各流動狀態的計算，流體阻力損失和管路計算，主要流體傳輸機械的工作原理和選型安裝。開設了雷諾實驗和管路阻力實驗。

以往開設的實驗課均未單獨設課，沒有單獨學分，分別包含在兩門課程中。實驗課程內容相對簡單，通過基本的認知性和驗證性實驗來回顧掌握基本原理、定律，通過綜合性實驗了解設備的操作和流程控制。但即使是開設的綜合性實驗也是相對獨立的，應用性不強。學生的動手能力和創新能力得不到充分發揮。

“環境工程原理”“流體力學與流體機械”作為環境工程專業課程體系中的專業基礎課，在學生的知識結構體系中有承上啟下的關鍵作用，同時也是各專業課程的綜合性、共同性的工程理論基礎。這兩門課程內容聯系緊密，因此2012年在綜合性實驗課程設課時整合在一起形成了環境工程基礎實驗課程，以綜合性大實驗形式進行，設28學時1學分，在第4個學期（大二下）開設，集中在1周內完成。

2教學團隊融合與實驗內容創新

師資隊伍水平是提高教學質量的決定性因素。湖南農業大學資源環境學院環境科學與工程學科，為省級“十二五”重點建設專業和湖南省優勢特色專業，已有30余年的環境科學與工程、環境污染治理研究經驗。目前我系講授“環境工程原理”、“流體力學與流體機械”、“化工原理”、 “環保設備”等課程的教學團隊為教師5人，均為博士學歷，其中教授2人，副教授2人，講師1人。另有實驗員1人。團隊成員多年從事畜禽養殖廢水治理，養殖廢棄物綜合利用，土壤重金屬污染修復等方面的研究，近年來主持完成10多項國家級、省部級課題。教學團隊不僅具有較高的理論水平，同時還具有豐富的工程實踐經驗。

現環境工程原理實驗室現有板框壓濾機，沉降分離柱，生物濾池，阻力系數測定裝置等，基本滿足開展成套實驗流程的需要。

由于課程調整前兩門課分設實驗，實驗內容分散，單個實驗之間沒有連貫性，因此實驗內容需要重新進行設計。同時環境工程原理課程內容抽象，原理公式多，理論性和實踐性都很強。如果學生通過自己動手，了解主要單元操作的實際應用，學習了分析實際復雜問題的方法，將有利于提高學生的工程應用能力。

根據理論課講授內容，現有實驗設備，教學團隊在重新編排實驗內容時充分考慮了課程銜接，并結合了當前農業污染關注問題。創新設計模擬實際養殖廢水處理的流程實驗，將管路輸送（流體力學內容），沉降分離、吸附、離子交換和微生物處理器應用（環境工程原理內容），污泥處置等串接起來，使學生能學以致用，提高操作技能，促進就業。

以項目1）模擬養殖廢水處理和項目2）土壤污染處理過程為主線，調整后綜合性實驗開設如下：

（1）管路實驗。測定直管流速與雷諾準數Re的關系，驗證湍流區內λ與Re的關系曲線。了解組成管路的各種管件、閥門及其作用，測定流體流經管件（閥門）時的局部阻力系數ζ。

（2）沉降實驗。測定同一停留時間內重力沉降和離心沉降能分離的顆粒臨界粒徑，熟悉分離設備的分離操作，掌握沉降的相關計算。

（3）吸附處理實驗。通過吸附處理不同時間，測定經活性炭吸附的重金屬或有機物的量，擬合吸附平衡式。并比較采用活性炭和沸石吸附效果的差異。

（4）過濾處理實驗。在恒壓過濾操作下對實現固液分離，了解板框壓濾機的構造和操作方法，測定過濾常數。

（5）離子交換實驗。了解交換柱填充，采用離子交換樹脂對廢水或土壤浸提液中重金屬離子進行處理，測定交換量。

（6）生物濾池處理實驗。了解曝氣生物濾池結構和處理特性，測定對水中有機物的處理效率。

（7）自選實驗。養殖廢水處理后污泥或污染土壤的固化處理及重金屬浸出檢測。

為實現互動式指導并充分利用現有設備，每教學班學生分為兩大組進行實驗，可選養殖廢水處理或土壤污染處理。這也激發了學生自主學習的積極性。

以模擬養殖廢水處理為主線的實驗內容順序按上述進行，以土壤污染處理過程為主線的實驗內容順序為：（3）-（2）-（1）-（5）-（4）-（6）。調整后的綜合性大實驗按每教學班2位老師負責，主帶教師和輔導教師相結合，從預習、實驗、結果分析、報告提交、考核評測各個環節全方位對學生進行指導。

3強化實驗應用性，提高學生能動性

本次教改中實驗課程單獨設置，強調了實驗內容的連貫性、融合性，突出實驗選題與科研實踐相結合的特色。實驗內容設計上注重將理論講授重點與實際污染處理應用結合起來，強調教學過程突出科研素質的培養。

為保證教學效果，對實驗過程全程管理。

實驗前要求學生在確定實驗項目后，通過查閱文獻、復習理論知識、實驗過程預設等環節再提交實驗預習報告。除通常實驗報告中的主要內容：包括實驗的目的意義、基本理論和原理、實驗步驟等，還要求學生分析影響實驗結果的關鍵因素或步驟。使每個學生對實驗過程做到思路清晰，能在有限的時間內完成實驗內容。

在每一個實驗的過程中，要求將課堂講授、習題課等教學環節中所獲得的有關知識聯系起來，用來分析所實驗中遇到的問題，對單元操作原理、操作條件、實驗現象、實驗結果進行分析。通過教師互動式指導，實驗小組（4-5人）內部協調分工，實現人人動手操作，團隊高效合作完成實驗。

要求學生提交真實實驗結果，對實驗報告的檢查和把關。由于每個小組的實驗結果在同一實驗項目大組中仍存在差異，鼓勵對實驗差異進行討論交流，分析說明本組實驗中的得失，完成對實驗過程的回顧。

4結語

作為環境工程專業重要理論和實踐相結合的專業基礎課，將相關實驗內容有效地融合，開設綜合性實驗，激發了學生的學習興趣，促使學生了解相關理論知識的應用，提高了學生的專業素質。

在實驗課教學過程中通過互動式指導引導學生能動地完成實驗。注重實驗預習及討論式教學，有助于提高學生分析能力、操作能力和應用專業知識解決問題的能力。突出了農業院校環境工程專業的特色，有利于提高學生就業競爭力。

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項目來源：湖南農業大學2015年教改項目：以“環境工程原理”課程建設為基礎的環境工程專業實踐課程融合創新。

作者簡介：羅惠莉，女，博士。湖南農業大學資環學院環境科學系，副教授。從事土壤重金屬污染研究。