《环境工程工艺综合实验》开放式设计性实验教学模式的探索

房月芹 任月萍 郑砚仁

（江南大学环境与土木工程学院，江苏 无锡 214122）

《环境工程工艺综合实验》开放式设计性实验教学模式的探索

房月芹 任月萍 郑砚仁

（江南大学环境与土木工程学院，江苏 无锡 214122）

《环境工程工艺综合实验》课程是环境工程专业的一门重要的综合性实验课程，是环境工程专业学生的必修课程，也是培养学生专业技能、培养学生创新能力和工程实验能力的重要手段。针对江南大学《环境工程工艺综合实验》课程开设中存在的问题，改进教学理念、创新教学模式、增强学生的动手能力，切实促进《环境工程工艺综合实验》课程教学质量的提高。

环境工程工艺综合实验；开放式设计性；江南大学

1 《环境工程工艺综合实验》课程内容及其存在的问题

1.1 《环境工程工艺综合实验》课程内容

《环境工程工艺综合实验》是环境工程专业的必修课，是与《环境工程微生物学》、《环境监测》、《水污染控制工程》、《环境工程课程设计》等理论教学相配套的实验教学课程［1］。该课程内容涉及活性污泥工艺，生物接触氧化工艺，UΑSB反应器高浓度有机废水处理工艺以及膜生物反应器（MBR）工艺等好氧和厌氧污水处理工艺。课程要求环境工程专业学生将大学四年所学的污水处理原理，水质指标监测与检测方法，反应器运行与维护等方面的知识进行综合运用，加深学生对各种污水处理工艺的适用水质，处理效果及其运行维护操作的理解，提高水质检测，反应器维护等方面的动手能力，是一门重要的实验课程，学生通过学习可以为毕业后的工作打下良好的基础。

1.2 《环境工程工艺综合实验》课程存在的问题

《环境工程工艺实验》课程在多年的探索与实践中不断完善，取得了一定的成绩，但仍存在一些亟待解决的问题。

（1）排课时间引争议

环境工程工艺实验涉及多学科理论知识和实验技能，因此，该课程在国内各高校大多安排在大四开设，江南大学环境与土木工程学院开设的《环境工程工艺综合实验》课程也不例外，依照目前的教学大纲，该课程被安排在第7学期进行，教学时数为36学时。从理论上说， 将专业实验课安排在专业基础课和基础实验课之后开设是合理的，然而，进入大四后，学生已经将大部分精力放在准备研究生入学考试，出国英语学习和毕业实习上，导致他们对于《环境工程工艺实验》的学习积极性不高，学习效果较差，进而导致毕业生专业实验技能的匮乏。如果硬性规定学生参加实验项目，收到的效果往往也会差强人意，学生即使完成了实验，也只是蒙混过关，草草了事。

（2）实验效果难如意

《环境工程工艺实验》的实验操作周期较长，且具有一定的连续性，前一步骤的操作往往会对后一步骤操作产生重要影响，进而关系到整个实验的成败。例如“UΑSB处理高浓度有机废水”、“生物接触氧化法处理生活污水”等实验，从接种污泥，启动反应器，到运行反应器整个周期需要3 周左右时间，一旦反应器运行异常，将无法在课程时间内进行重复实验。对学生来说，这是一种压力，因为对于一个新手，很难保证操作无误，而任何一个操作环节的失误，都会影响实验最终的结果，因而时常达不到预期目的。

（3）硬件设施难保障

《环境工程工艺实验》作为环境工程专业的综合性大实验，工作量较大，时间跨度长达3周。该实验不同于常规的物理化学实验，很多情况下都需要长时间，甚至通宵不停歇地工作，期间必须定时取样测定，以保证实验数据的准确性。为了保证样品的时效性，经常出现多人同时需用同一台仪器的情况，而普通的实验室不可能购置多台同样的设备，因此，必然造成短期内硬件设施紧缺。

2 开放式研究性实验教学模式的开启

开放式研究性实验教学模式强调以学生为主体，教师仅是利用多种手段来激发学生主动学习的精神和引导学习的方向［2］。开放式研究性实验教学模式变封闭式为开放式、变知识灌输为能力培养、变被动接受为主动探索［3］。实验教学的目标是既要通过实验来巩固基础理论的掌握，又要联系学科研究方向和工程应用实际，使开放式研究性的实验教学成为培养具有创新意识和能力的环境工程高水平创新创业人才的重要环节之一。实验教学过程强调“自主”、“开放”、“合作”、“思考”［4］。开放式研究性实验教学分四部分组成：（1）自由组成合作小组。（2）选题，即教师根据课程内容和学科方向，提出若干个研究主题供合作小组自由选择。（3）查阅文献。（4）拟定实验方案。

3 《环境工程工艺综合实验》课程开放式研究性实验教学的实施

江南大学开设的《环境工程工艺综合实验》课程包括污水处理综合性实验4个：（1）UΑSB处理高浓度有机废水实验；（2）传统活性污泥法处理生活污水实验；（3）生物接触氧化法处理生活污水实验；（4）一体式MBR反应器处理生活污水实验。

3.1 实验选题与实施

首先，根据学生人数和实验室所具有的反应器的台数，确定学生分组数。针对每一种污水处理工艺和反应器运行特点，确定一定数量的实验选题，并根据选题制定实验目标。其次，学生自由组成合作小组，自由选择实验项目，然后在教师归定的时间内去自主查阅文献，拟定实验方案，经教师审核通过后可以开始相关的研究内容。任课教师根据学生选定的实验题目的具体情况确定实验周期。再次，环境工程专业学生在第 7学期内根据小组成员的情况自由预约不同的反应器，学期结束后完成四个相关污水处理工艺的实验选题并进行实验报告与汇报，交流实验感悟。

3.2 实验创新性的提升

以往《环境工程工艺综合实验》实验过程中反应器的运行操作简单，水质测试指标仅涉及COD，NH4+，TS和VS等常规指标。学生毕业后对于新指标的表征和大型精密仪器的使用均不熟悉，更不用说解决反应器实际运行中出现的问题。因此，教师在开放式研究性实验开展时有目的地设置了新颖实用的测试指标，并通过实验设计培养学生分析解决问题的能力以及操作精密仪器的能力。江南大学环境工程依托江苏省厌氧生物技术重点实验室仪器平台开展实验，气相色谱仪、高压液相色谱仪、电子显微镜等全方位向学生开放使用。学生在取得实验数据的同时也认识和学习了先进仪器的原理和操作，获得了一石两鸟的效果。例如，在UΑSB反应器运行中，增加挥发性脂肪酸（VFΑs）含量的测定实验。学生要定期取样并进行气相色谱的测试，并分析VFΑs对反应器运行稳定性和出水水质的影响规律。再如，采用生物接触氧化法处理污水时，生物接触氧化池中生物膜上的生物相是很丰富的，组织学生利用显微镜进行生物相的观察，并将生物膜的形态和微生物量与出水水质的关系进行归纳总结，积累经验。

3.3 实验扩展与延伸

实际污水处理工程规模极大，运行中需要考虑的问题也远远不止于出水指标是否达标这么简单。通过设置解决污水处理工程实际问题的实验选题，不仅可以让学生在实验中学习到水质指标的检测方法，反应器的运行，还能提高他们分析解决问题的能力，并且毕业后能够很快适应环境工程相关工作内容。以生物接触氧化法处理污水的工艺为例，微生物挂膜周期的长短直接影响工程的启动快慢，因此如何实现快速挂膜即为该工艺的一个关键问题。开放式研究性实验以此为选题，组织学生选择不同的填料，不同的挂膜方式等，考察进水，温度和 DO等对微生物挂膜的影响，通过实验，学生不仅学习了水质检测的方法，还掌握了反应器的快速启动技巧。再如，实际的MBR污水处理工程中存在冬季产水量低，膜污染严重等问题，这些问题一直是困扰污水处理厂技术人员的问题。开放式研究性实验以探究低温下MBR反应器的运行特性为题，研究温度对MBR反应器内部污泥浓度，EPS浓度和膜污染物组成等的影响，探讨减轻膜污染的方法。

4 《环境工程工艺综合实验》开放式设计性实验课的教学效果

开展《环境工程工艺综合实验》课程开放式设计性实验，是笔者近年来改革环境工程专业实验教学的尝试。实践表明，这种模式能充分调动大学生主动学习的积极性，通过《环境工程工艺综合实验》课程开放式设计性实验，充分发挥了环境工程专业学生各自的思维和想象能力，增加了创新意识与能动的启发和培养。比如在生物接触氧化法处理生活污水实验中，需要设计生物接触氧化反应器处理生活污水的运行方案，包括取样时间，进/出水pH、COD及氨氮等水质指标的测定，曝气池和出水中SS、VS及SVI等污泥指标的测定，COD等污染物去除率及其容积负荷的关系曲线绘制等，任课教师把学生分成四组完成实验、取得数据并进行分析总结后，学生以PPT的形式，汇报各自的实验结果并在组与组之间展开积极的讨论，作为实验老师深深感到经过此实验课，大学生的综合素质得到了明显提高。

5 结语

在不断发展的社会背景下，一成不变的实验内容和教学方法显然不能满足当代人才培养的需求。所以，在《环境工程工艺综合实验》课程教学改革中，以培养应用型、创新型人才出发点，通过改进教学理念、教学形式、实验教材及考核方法，提高学生的科研素质和科研精神，增强动手能力和创新能力，切实促进《环境工程工艺综合实验》课程教学质量的提升。

［1］ 赵海霞，刘景知，张成禄，等.环境工程专业综合实验研究［J］.实验技术与管理，2002（6）:28-30.

［2］ 何炎明，王宏斌，戚康标，等.以创新能力培养为核心 实施开放式研究性实验教学［J］.实验室研究与探索，2009（6）: 201-203.

［3］ 贾青竹，豆宝娟，李海明，等.研究性教学理念在环境工程综合实验教学中的应用探索［J］.化工高等教育，2013（6）:58-61.

［4］ 方强，钱瑜，杨柳燕.环境科学与工程实验教学中创新能力培养方式的探索［J］.实验室研究与探索，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，江苏人，江南大学环境与土木工程学院工程师，研究方向为环境工程。