工程教育專業認證引領下的水質工程學實驗教學探究

程媛媛 朱易春 龍 焙 嚴 群

（江西理工大學建筑與測繪工程學院 江西·贛州 341000）

0 前言

工程教育專業認證是高等教育認證的主要組成部分，是推動工程教育改革和建立國際水平的工程教育質量的有力保障，是工程師注冊制度的基礎和前提。我國于2005 年5 月成立全國工程師制度改革協調小組，啟動實施工程教育認證工作，于2015 年10 月成立中國工程教育專業認證協會，經過不斷調整完善，得到國際工程教育界的認可，基本建立了具有國際實質等效性的工程教育認證體系，標志著我國工程教育國際化邁向新臺階。工程教育專業認證的核心是在“以全體學生為中心” 的人才培養理念引導下，以“畢業生素質和職業能力”為導向，設置合理的培養目標和明確的產出要求，[1]培養滿足各項能力要求的高素質應用型技術人才。因此，參照國際通行的工程教育認證標準，通過優化給排水科學與工程專業培養目標和培養計劃，構建持續改進的專業質量保障制度和檢查措施，大力提高給排水專業工程性應用技術人才培養水平，對于我國新時期的高等教育具有重要的現實意義。

1 實驗教學現狀

水質工程學是給排水科學與工程專業的一門專業必修課，水質工程學實驗是該課程的主要組成部分，是給排水科學與工程專業工程素質和實踐創新能力培養的重要實踐教學環節。實驗教學可鞏固學生對理論知識的掌握，還可提高學生實踐動手能力和從事科研工作的能力。因此，建立合理科學的實驗教學體系迫在眉睫。

目前我校的水質工程學實驗課程主要采用以教為中心的教學模式，存在弊端：[2]（1）實驗內容單一，演示性實驗占多數，綜合性和設計性實驗項目偏少，缺乏對學生動手能力的考察；（2）實驗設計過于簡單，多依附于理論課，學生缺乏對實驗設計的思考；（3）實驗項目管理模式和考核方式單調，傳統考核方式主要關注實驗報告和實驗結果，且未重視實驗結果的區別性，同時也忽視了實驗過程考核。

2 實驗教學改革的思路

為了改變傳統教學模式的弊端，以工程教育專業認證為契機，以培養給排水科學與工程實踐能力強高素質應用型技術人才為目標，我們根據要求重新制定了水質工程學實驗教學大綱，新大綱中縮減了演示驗證型實驗項目的比例，增加了綜合設計型實驗項目，尤其是研究創新型項目的選做，逐漸形成以培養專業實踐能力強、創新務實的高素質應用型人才為目標，以能力培養為核心，構建合理科學的實驗教學體系。

2.1 優化教學結構體系，強化實驗教學內容

由于課時所限，之前的實驗課程結構較單一，如顆粒自由沉降實驗、充氧設備實驗、絮凝沉降實驗、混凝試驗、活性污泥評價指標測定實驗等，這些實驗缺乏綜合設計。針對存在問題，縮減演示驗證性的實驗項目，增加綜合型設計型的實驗環節是實驗教學改革的重點研究方向。我系根據實驗教學目的不同，將水質工程學實驗分為4 類：一類是驗證項目，旨在配合給水污水處理所講授的相關內容，采取開放模式，學生可利用課余時間進入水工藝模型室直觀了解構筑物形式、內部構造、水在構筑物捏的流動軌跡，通過觀摩、動手操作，加深對課本中基本原理和構造的理解；二類是給定項目，旨在培養學生對專業知識的系統理解，要求學生必須完成的項目；三類是設計項目，旨在培養和提高學生對專業知識的學習興趣，引導學生結合自己興趣選擇和專業相關選題進行綜合設計；四類是科研課題實驗項目，依托專業教師的科研課題來選題開展研究，旨在培養學生的創新意識和科學思維能力。

改革之后合理安排驗證、綜合和設計性實驗課程比例，總學時為12 學時的水質工程學實驗可開設6 個實驗項目，其中給定項目有“顆粒自由沉淀實驗”“活性炭吸附實驗”“污泥脫水性能實驗”“水和廢水的混凝”“濾池的過濾與反沖洗”等，在單元實驗的基礎上列出了可供學生選做的3 個設計項目，分別是“混合反應器處理校園生活廢水”“完全混合式活性污泥法處理系統的觀測與運行”“稀土礦山廢水可生物降解性測定方法的比選試驗”。上述實驗項目主要以綜合設計實驗為主，通過設計方案、實驗準備、獨立操作，數據處理等鍛煉學生的實驗技能與動手能力。

以 “完全混合式活性污泥法處理系統的觀測與運行” 為例進行說明，本實驗項目包括以下三方面內容：（1）完全混合式活性污泥法處理系統的制作和運行，初步培養進行小型模擬試驗的基本技能；（2）通過觀察完全混合性活性污泥法處理系統的運行，熟悉控制方法，加深理解污泥負荷、污泥齡、溶解氧濃度等控制參數及在實際運行中的作用和意義。涉及到的單元實驗有活性污泥的培養和馴化，污泥濃度或進水流量的控制，活性污泥絮凝和沉淀性能測定。（3）對廢水的常規水質指標如水溫、溶解氧濃度、進水流量、pH、進出水的COD、SS、TN、MLSS、SV%等指標進行分析，我校給排水科學與工程實驗室現有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，選做實驗的開設，既可以促使學生掌握一些大型分析儀器的使用方法，還可讓學生嘗試設計實驗方案，組織開展實驗，進行實驗數據分析和處理，培養了學生的綜合應用能力和科研意識。

將本科實驗教學與教師的科研課題有機結合，結合我校給排水科學與工程專業老師的研究課題，開設的設計型實驗有“污泥厭氧發酵產酸及發酵液中氮磷回收技術研究”“基于AGS的膜生物反應器處理垃圾滲濾液的探索研究”“贛南稀土礦區典型重金屬污染評估及其活化機理研究”“基于低強度超聲波技術的短程硝化動力學研究”以及“硝化顆粒污泥的快速培養基吸附稀土礦山廢水中鉛離子機理研究”等，在教師指導下，學生查閱文獻，方案比選，設計方案，實驗操作，并獨立完成實驗，全過程全方位的參與在科研項目中，既可以了解專業發展的方向和動態，還培養了學生的自主學習能力、科研創新能力和運用理論知識解決實際問題的能力。

為了加深學生對水質工程學理論教學中的水處理工藝及流程系統的理解和把握，我校給排水科學與工程專業特別增設了水處理實驗技術這門課作為課程實驗的延伸和拓展，理論部分著重介紹實驗方案的優化設計、實驗數據的分析處理、給水處理和廢水處理技術等，實驗內容有物理處理實驗、生物處理實驗、化學處理實驗、污泥處理實驗項目等，另外還增加設計性強的大綜合性實驗項目，有給水處理綜合實驗設計和城市污水處理全流程模擬實驗等。比如城市污水處理全流程模擬實驗，通過動態仿真軟件了解各工藝流程及單體構筑物的結構與功能特點；分組討論并講解各工藝的優缺點；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進行實際校園生活廢水的處理試驗，通過試驗確定出最優的控制參數,并按最優參數對系統進行調試，使系統穩定運行，從而讓學生掌握城市污水處理廠運行控制的基本規律和方法。

2.2 分層次，分目標，實現多樣化的實驗教學手段

針對不同實驗項目的要求和特點，采取多層次多元化的教學方法。

鼓勵學生進入水質模型開放實驗室，自主完成驗證項目，實驗教學是課堂理論教學的延伸，學生自主進入水質模型開放實驗室實踐操作相關給水排水模型，轉變教學模式，既能激發學生學習專業知識的興趣，又可達到理論指導實踐，實踐豐富理論的目的。另外給排水專業學生參加了江西理工大學給排水協會，依托水質模型實驗室的江西省中小學研學實踐教育基地，不定期會開展實踐教育科普活動，給排水協會作為科普活動的主力軍，通過讓學生積極參與科普講解活動，有助于培養學生的靈活運用專業知識能力，既可以激發學生熱愛專業，又可提高學生的專業素養和綜合能力。

將教師的科研項目融入到實驗教學中，鼓勵優秀學生進入專業教師的科學研究團隊，參與前沿性的科研活動，了解專業發展的方向和動態，在實踐中發揮學生的自主創造性。依托國家級大學生創新創業項目，江西理工大學校級創新創業項目，鼓勵學生進行探索性實驗，目前給排水科學與工程專業的本科生已參加3 屆國家大學生創新創業項目、5 屆江西理工大學創新創業訓練項目，共計參加創新性實驗項目約20 項。同時，每年畢業環節有少量的畢業論文，指導老師將實驗教學內容與前沿的水處理技術成果相結合，有計劃的設計一些綜合性的實驗項目，學生通過參與此類實驗項目，既可激發學習專業知識的興趣，又能提高動手實踐能力和科研創新能力，為今后的考研深造打下基礎。

將現代教育技術融入在水質工程學實驗教學，可以突破時間和空間限制，能讓抽象的知識形象逼真表達，繁雜的工藝簡潔化，充分的調動學生的視覺、聽覺等感官，高效地將國內外普遍采用的、先進的凈水污水處理新技術、新工藝以動態運行的形式生動地展現在學生面前。例如凈水廠的水質處理全流程模擬實驗，采用仿真系統進行全流程的動態演示，包括混凝、沉淀、過濾、消毒等，又可以進行單體構筑物的局部演示如（V 型濾池），還可以動態的表示其中水的流態、流向等。有時即使在凈水廠現場參觀實習，由于各構筑物正處于運行狀態，也無法看到構筑物的內部結構。結合軟件展示，學生易于理解和掌握。

注重課內外的實踐教學，加強實驗教學和實習間的聯系，我系已與贛州市水務集團、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踐教學基地，通過在自來水廠、污水處理廠等實踐教學基地進行認識和生產實習，有效地將理論研究聯系實際，在了解給水和污水處理廠的生產工藝流程、主要構筑物、主要設備的工作原理等的基礎上，教師啟發學生將驗證性實驗融合到實際生產工藝中，讓實驗教學和實際生產的新技術結合，通過實驗教學解決實習過程中遇到的部分實際問題，可激發學生主動參與實驗教學，培養學生發現問題和解決工程問題的能力，逐步達到工程教育認證中的畢業要求。

2.3 完善實驗項目成績考核體系

加強自主學習，注重全方位考核。原有的演示驗證性實驗多采用指導老師操作設備演示講解，學生觀看，重復操作，然后記錄實驗過程，寫實驗報告，實驗效果不太理想。為了激發學生主動學習的積極性，針對開放項目，我們采取理論結合實驗的方式，在講解到某章節知識點時，鼓勵學生提前利用課余時間進入開放性實驗室熟悉相關構筑物，通過自主學習動手操作，了解構筑物基本原理、構造及運行方式等，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，還充分發揮學生的主觀能動性。

過程控制實驗報告質量，完善成績評價體系。實驗成績不單考察實驗報告質量，還要注重整個過程，從預習、預實驗到實驗、實驗報告進行全過程考察，使成績更加科學合理。針對不同類別的實驗項目，考核側重點不同，其中開放項目主要結合課堂討論、提問、答辯 等情況給出成績；給定項目重點考察實驗過程和數據分析，實驗考核主要包括預習、考勤、實驗儀器操作、數據分析，實驗報告編寫等部分，所占比例分別為10%，10%，20%，30%，30%；設計項目突出學生的學習自主性，以小組為單位學生自主完成文獻查閱、選題、方案設計、實驗操作等環節，定期匯報交流，根據科研論文或調查報告及匯報情況的完成效果采用等級給出成績。針對不同實驗目的，制定相對完善的考核辦法，既激發了學生的學習興趣，又鍛煉了學生的綜合能力，同時也能逐步培養學生的科研素質。

3 實踐與效果

以工程教育專業認證為契機，以國家一流專業建設為依托，以培養工程素質高、實踐創新能力強、學用結合的給排水應用型人才為目標，在學科多年發展的基礎上，構建適合工程教育專業認證要求的培養方案，研究優化實驗課程體系，突出學用結合，以用為主的教育方式，注重提高學生運用給排水專業知識解決工程問題的能力，加強學生實踐能力、創新能力和綜合素質的培養，并在實踐中持續改進，將方案應用于2016 級和2017 級學生，取得良好效果。