面向大学创新的煤炭高校环境工程专业实验教学改革

侯 嫔 王建兵 王春荣 章丽萍 徐东耀 王启宝 何绪文

中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院 北京 100083

面向大学创新的煤炭高校环境工程专业实验教学改革

侯 嫔 王建兵 王春荣 章丽萍 徐东耀 王启宝 何绪文

中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院 北京 100083

本文总结了中国矿业大学(北京)环境工程专业实验教学的经验，提出了在煤炭行业发展新形势下培养学生创新精神和实践能力是煤炭高校环境工程专业实验教学的核心任务，并从更新教学理念、引入煤炭环保科研课题、开展与煤矿区污染控制相关的创新性实验和建设企业实践基地等方面对煤炭高校环境工程专业实验教学改革进行了探索和思考。

实验教学改革；大学创新；煤炭高校；环境工程

作为世界第一产煤大国，我国煤炭资源开采过程中所产生的废水、废气、废渣以及地表沉陷带来的矿区生态破坏均没有得到根本性解决。新兴煤化工行业产生的含有多种高浓度有毒有害污染物的废水、挥发性有机废气以及煤化工废渣污染控制又给环境工作者带来新的挑战。

因此，煤炭特色高校环境工程专业承担着为国家和社会培养煤炭行业环境保护专业人才的艰巨任务。

煤炭开采和利用是一个传统的、注重生产实践的专业，环境工程专业是一个新兴的、同样注重实践的专业，我国大多煤炭特色高校的环境工程专业是按照综合性高校环境工程专业建设模式建设，这种建设模式较难培养出具有综合实践素质和创新能力的煤炭行业环境保护专门性人才，必须进行相应的改革，尤其是面向大学创新的实验教学改革。[1]

本文针对当前新形势下煤炭行业环境保护需求以及环境工程专业的发展现状，结合近年来笔者在煤炭特色高校环境工程专业实验教学改革与创新中的体会，提出面向大学创新的煤炭特色高校环境工程专业实验教学改革思路，旨在为煤炭特色高校环境工程专业实验教学体系的完善和发展提供参考，并为环境工程专业高质量创新型人才的培养提供借鉴。

1 教学理念中引入煤炭行业环保

目前，我国大多煤炭特色高校的环境工程专业是按照综合性高校环境工程专业建设模式建设，基本没有面向煤炭环保的教学理念。综合性高校环境工程专业主要是为国家和社会培养具有城市和城镇水、气、声、固体废物等污染防治、给排水工程、污染控制规划和水资源保护等方面的知识与较强专业实践技能的人才，而煤炭特色高校的环境工程专业主要是为工矿企业培养具有工业废水、矿区大气、厂区噪声、工业固体废物等污染防治的知识与较强专业实践技能的人才，培养对象具有较大的不同，但是长期以来教学理念却是一样的。这种教学理念与培养对象的不对应，也是造成我国煤炭特色高校环境工程专业培养的本科生就业困难的一个重要原因。

因此，我们应该明确煤炭特色高校环境工程专业的教学理念，坚持教学与科研统一的原则、坚持个人探索与学科主流研究方向一致的原则、坚持公益环保与煤炭行业环保相结合的原则，把煤炭特色高校环境工程专业的学生培养成煤炭行业环境保护领域的精英。

教学理念中引入煤炭行业环保，必然会带来一系列的改革。煤炭特色高校环境工程专业课程实验教学改革应坚持以解决矿业主要环境问题为特色，以服务地方和行业发展为宗旨，以强化综合性、创新性实验为手段，实现理论知识讲授与实验技能训练相结合、基础实验与综合性实验相结合、基础实验教学与教师的科学研究相结合，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力(特别是创新意识和创新能力)。[2-3]具体表现为：必须通过增加煤炭行业环保内容来完善本科生培养计划，通过修订本科生培养计划，以确立、加强煤炭行业环保教学内容在本科生培养体系中的地位；同时重视对学生动手能力和操作技能、探索精神、科学思维、创新能力的培养。[4]通过这些理念更新，初步形成了一定规模、面向煤矿环保的学生培养体系。

2 教学内容中引入煤炭行业环境保护科研课题

目前，环境工程专业教学所用的教材和实验讲义很少或者根本没有涉及煤炭行业环境工程的内容，很难应对日后煤炭行业环境保护的问题。因此，现阶段可以考虑在传统环境工程教学内容中引入煤炭行业环境保护的内容。通过课程改革，修订实验内容，在满足实验教学大纲的基础上，突出矿业环境保护的行业特色；特别是加强有关矿山环境保护的实验内容。根据基础实验、专业基础实验、综合实验和研究创新实验不同教学目的，精心设计每一个实验教学方案。最可行的方法是煤炭特色高校环境工程专业在教学实验中将煤炭行业环境保护科研课题或某一课题的若干阶段设计为实验教学内容，可以高效培养学生的创新能力、并实现科研资源的教学共享。把学校本科教学投入、“211”工程投入、“985”工程投入和环境工程系教师科研项目投入形成的实验室资源，实行分层次管理和开放，逐步实现实验室资源的优化配置，向本科教学全面开放，为大学生实践教学和科技创新活动提供实验平台。[5]

为此，我校环境工程专业充分利用教师承担的煤炭行业环境保护的课题，积极探索将科研课题内容转化为实验教学内容。具体表现在以下几个方面：

(1)在给水工程实验教学中，我们依托承担的国家自然科学基金课题《高浊高铁锰矿井水处理研究》，将环境工程专业传统的混凝沉淀、地表水过滤及反冲洗实验教学内容改为高浊度矿井水混凝沉淀、高铁锰矿井水过滤及反冲洗实验。在实验教学过程中，不仅讲授传统的混凝沉淀、过滤教学原理和内容，还补充煤矿矿井水的产生、排放和水质污染特征等知识。通过教学，使学生在掌握实验基础知识和基本技能的同时，对工业过程、工业污染特征以及工业污染防治有了初步的认识，不仅为学生将来的工作打下了基础，也增加了学生学习专业知识的兴趣。

(2)在排水工程实验教学中，我们结合国家高技术研究发展计划(863计划)《电化学氧化-生物强化A/O工艺处理焦化废水研究》，将原来SBR工艺处理生活污水实验教学内容改成SBR工艺处理焦化废水实验。这个实验内容的改变，让学生深刻地认识到工业废水和生活污水在处理技术方面有较大的区别，防止了课堂教学和实际工程出现较大的偏差，特别是水力停留时间、活性污泥比增长速率、挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)等参数选择，为学生以后从事工业污水处理工作奠定了良好的基础。

(3)在环境监测实验教学中，我们结合国家自然科学基金课题《纳米RuO2/ZrO2-CeO2催化臭氧氧化深度处理焦化废水及废水中的POPs》，将原来的COD分析教学内容中的生活污水换成煤化工废水。这一实验内容的改变，使得研究对象由生活污水变成了受氯离子干扰严重的煤化工废水，让学生系统深刻地体会到了消解过程中沉淀产生的原因及其对分光光度法的干扰，以及滴定法和分光光度法各自的优缺点，并引导学生从一个简单的COD测试实验思考到各种环境工程原理。

此类教学内容的改变还有很多，比如，将矿井除尘装置、煤化工厂VOCs催化氧化分解装置和燃煤电厂脱硫脱硝装置引入到大气污染控制工程实验教学的演示实验中；将煤矸石简单制砖的内容引入到固废处理与处置实验教学中；将头发中汞含量的测定引入到环境化学实验教学中；将煤化工厂受污染土壤的气提修复装置引入到环境土壤学实验教学的演示实验中。通过这些来自于科研课题的实验，提高了学生的动手能力，培养了学生的创新思维，为他们将来开展实际的科研打下了良好的基础。

3 开展与煤矿区污染控制相关创新性实验

我校环境工程中心积极开展与煤矿区污染控制研究项目相关的创新性实验室，并以此为基础，确立本科生创新项目和毕业论文设计课题，全面培养学生的创新能力，成为学生完成综合设计性和研究型实验的重要基地。学生从大一开始进行查文献、写调研报告等基础训练，大二和大三开展具体实验，大四开展成果总结训练，学习撰写结题报告并发表论文。

我们的创新实验基本来源于科研项目，但是为了不给学生造成难度，又对科研项目进行了大量的改变，基本都是教师自己精心设计的面向本科生的创新性实验。图1是典型的创新实验设计过程。先根据传统的混凝和沉淀实验，添加矿井水污染治理的内容，设计创新实验的第一个研究内容，即混凝沉淀处理矿井水。然后根据课堂讲授的混凝沉淀水力梯度(G值)的理论知识，将混凝部分扩充为多级搅拌混凝实验；根据浅池理论，将沉淀内容扩充为斜板沉淀池设计。最后将所有的内容合并起来，形成实验名称为多级搅拌+混凝+斜板沉淀处理矿井水的创新性实验。在实验教学过程中，学生根据下达的科研任务要求，充分发挥个人智慧，设计系统的实验方案，并在充足的科研经费支持下，开发了用于实验过程的多套连续装置；独立分析整个实验过程所涉及的实验参数，完成了一个复杂的工艺实验研究，并提交系统的研究报告。这些改革既为教师和研究生完成科研任务提供了一定的参考依据和技术基础，并充分调动了本科生学习和参加科研的积极性，培养了他们的创新素质，既促进了科研任务的顺利完成，又提高了本科实验教学的含金量。

图1 多级搅拌+混凝+斜板沉淀处理矿井水创新性实验设计过程

4 大力建设企业实践基地

煤炭特色高校培养的环境工程专业学生，将来主要针对过程污染控制和“三废”处理，因此在教学过程中首先要让学生接触和了解相关专业的典型生产过程污染控制，然后让他们掌握全面的末端控制技术。这就要求本科生必须到生产第一线参加一个完整的生产管理周期，必须要到实习基地参加实习。实习基地是全面贯彻教育方针的有效途径，同时为教师和学生理论联系实际创造了条件；是增强学校科研活力永不枯竭的源泉；是推动科学技术转化成现实生产力最佳途径。因此，我们先后同潞安集团司马矿、开滦集团、冀中能源集团、神华包头煤化工公司、华能高碑店热电厂、中关村环保科技园、北京市排水集团(北京高碑店污水处理厂、北京酒仙桥污水处理厂和北京清河污水处理厂)、邯郸东污水处理厂、邯郸西污水处理厂、首钢焦化厂、太原焦化厂、北京燕山石化总公司炼油厂、北京市垃圾渣土管理处和北京市鹫峰森林实习场等建立起长期稳定的合作关系，为学生进行专业实习创造有利条件。

在实践基地的学习过程中，我们尽可能安排学生轮流开展相应的工业性生产实验。如在首钢焦化厂实习时，学生在指导教师和工程师的指导下，采集并分析焦化废水处理构筑物中水样和泥样的化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、悬浮固体(SS)和MLVSS等参数，在显微镜下观察活性污泥中的微生物。在工人师傅指导下，学会记录工艺参数、维护现场运行的工艺设备，调整水处理过程的药剂投加量、分析水处理装置自动化控制系统。在处理现场，充分了解污染防治工艺设备和单元构造，并进一步掌握污染控制过程工艺参数的基本取值范围和变化规律，帮助学生完成了“理论-实践-理论”的积累过程，全面提高了学生分析现场问题、解决实际问题的能力，培养了学生的创新意识和创新精神，有助于未来成为一名优秀的环保工程师。

通过几年的不断的探索和坚持不懈努力，我校环境工程专业实验教学改革取得了较大的进步，实验教学特色更加明显，质量有了显著提高，有效地促进了我校环境工程本科生的就业和考研，用人单位和科研院所对我校环境工程专业毕业生的专业知识和动手能力给予了充分肯定。随着我国社会发展和高等教育改革不断深入，我们会将以培养学生创新理念和提高学生实践能力为核心任务，持续探索，不断完善特色，争取使环境工程专业实验教学更上一层楼。

[1] 黄波,解维伟,马力强.矿物加工工程专业创新型人才培养体系的构建与实践[J].煤炭高等教育,2013,31(3):92-94.

[2] 马晓霞,闵锦忠,朱红霞.创新型导师:研究生培养的关键[J].煤炭高等教育,2013,31(4):71-73.

[3] 汤其成,周继良.大学协同创新:制约因素与改进思路[J].煤炭高等教育,2012,30(3):1-6.

[4] 董玉瑛,陈景文,马静,邹雷,安晓雯.环境工程专业发展趋势和人才培养途径的研究[J].教学研究,2006,29(6):535-538.

[5] Hassan M, EI-Baroudi, Dev R.Sachdev, Adel Hamouda.环境工程教育和实践[J].环境科学丛刊,1984,5(12):49-56.

[6] 张学洪,张军,曾鸿鹄.工程教育认证制度背景下的环境工程专业本科教学改革启示[J].中国大学教学,2011(6):37-39.

Experimental Teaching Reformation Focusing on Innovation for Environmental Engineering in Coal University

Hou Pin， Wang Jianbing， Wang Chunrong， Zhang Liping， Xu Dongyao， Wang Qibao， He Xuwen
China University of Mining and Technology （Beijing）， Beijing， 100083， China

The authors summarized the experience of experimental teaching in environmental engineering in China University of Mining and Technology （Beijing）， and highlighted that the core task of experimental teaching in environmental engineering in coal university is to cultivate the innovation spirit and practice ability of the students. The reform of experimental teaching in environmental engineering in coal university was also investigated in different aspects， including renovating teaching philosophy， introducing research projects relevant to environmental protection in mining area， conducting innovative experiments relating to the pollution control in coal mine area， and developing practice base.

experimental teaching reform； university innovation； coal university； environmental engineering

2015-01-20

侯嫔，博士，讲师。

中国矿业大学(北京)教学改革项目《面向大学生创新的环境工程实验教学改革》(编号：j130302)；中国矿业大学(北京)课程建设项目《文献信息检索与论文写作(环境类)课程建设》(编号：k140304)。