农业院校环境工程基础实验的融合改革研究

罗惠莉 吴根义 王寒 黄红丽 廖婵娟

【摘 要】针对环境工程专业实验课程教学改革及工程基础实验设课要求，结合农业院校环境工程专业的特色，在实验课程教学内容设置、教学方法、课程考核等方面进行了探索研究。通过结合科研热点设置实验内容，体现了农业院校环境工程专业的特色。通过激发学生参与实验的主动性和积极性，提高学生的实验操作技能，有利于提高学生就业竞争力。

【关键词】环境工程 实验 融合

目前国内各综合性大学和农业院校等均设置有环境工程或环境科学专业。作为农业院校的环境工程专业的学生，与理工科大学学生在城市工程建设和工业污染防治领域的竞争并无优势。如何使环境工程原理教学体系包含现代知识信息，与本院校本专业主要科研方向（农业环境污染）相结合，体现前沿研究动态，是培养具有专业特色，创新型环境专业人才的关键。

十三五规划中提出加大环境治理力度，实现生态环境质量总体改善。农村的土壤污染治理是主要难点之一，土壤污染防治任务的紧迫为农业院校环境工程专业的发展和校企联合科研的开展提供了难得的机遇。但如何突出农业院校环境工程专业的特色，与我国环境污染现状相结合，提高学生就业竞争力非常值得探讨与深入研究。

根据教育部“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的要求，我校从2011起启动了新一轮专业人才培养方案修订工作，新的培养方案自2013级起适用。切实解决当前实验、实践教学体系课程门数多、学时分散的问题，顺应了当前我国环境工程专业教育的发展趋势。

1综合性实验课程调整设置

2010学年湖南农业大学环境工程专业将原设置的“化工原理”课程改为“环境工程原理”，采用胡洪营教授主编的环境工程原理教材。理论课讲授内容包括基础理论、分离过程原理和反应工程原理三部分。基础理论部分包括物料与能量守恒原理、传递过程等。分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附的基本原理。反应工程原理部分为化学和生物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。同时开设了20学时的实验课，分别为沉降分离实验，活性炭吸附实验，过滤实验，离子交换实验和填料塔实验。

另一门课程“流体力学与流体机械”学习内容为流体静力学和动力学基本原理，流体各流动状态的计算，流体阻力损失和管路计算，主要流体传输机械的工作原理和选型安装。开设了雷诺实验和管路阻力实验。

以往开设的实验课均未单独设课，没有单独学分，分别包含在两门课程中。实验课程内容相对简单，通过基本的认知性和验证性实验来回顾掌握基本原理、定律，通过综合性实验了解设备的操作和流程控制。但即使是开设的综合性实验也是相对独立的，应用性不强。学生的动手能力和创新能力得不到充分发挥。

“环境工程原理”“流体力学与流体机械”作为环境工程专业课程体系中的专业基础课，在学生的知识结构体系中有承上启下的关键作用，同时也是各专业课程的综合性、共同性的工程理论基础。这两门课程内容联系紧密，因此2012年在综合性实验课程设课时整合在一起形成了环境工程基础实验课程，以综合性大实验形式进行，设28学时1学分，在第4个学期（大二下）开设，集中在1周内完成。

2教学团队融合与实验内容创新

师资队伍水平是提高教学质量的决定性因素。湖南农业大学资源环境学院环境科学与工程学科，为省级“十二五”重点建设专业和湖南省优势特色专业，已有30余年的环境科学与工程、环境污染治理研究经验。目前我系讲授“环境工程原理”、“流体力学与流体机械”、“化工原理”、 “环保设备”等课程的教学团队为教师5人，均为博士学历，其中教授2人，副教授2人，讲师1人。另有实验员1人。团队成员多年从事畜禽养殖废水治理，养殖废弃物综合利用，土壤重金属污染修复等方面的研究，近年来主持完成10多项国家级、省部级课题。教学团队不仅具有较高的理论水平，同时还具有丰富的工程实践经验。

现环境工程原理实验室现有板框压滤机，沉降分离柱，生物滤池，阻力系数测定装置等，基本满足开展成套实验流程的需要。

由于课程调整前两门课分设实验，实验内容分散，单个实验之间没有连贯性，因此实验内容需要重新进行设计。同时环境工程原理课程内容抽象，原理公式多，理论性和实践性都很强。如果学生通过自己动手，了解主要单元操作的实际应用，学习了分析实际复杂问题的方法，将有利于提高学生的工程应用能力。

根据理论课讲授内容，现有实验设备，教学团队在重新编排实验内容时充分考虑了课程衔接，并结合了当前农业污染关注问题。创新设计模拟实际养殖废水处理的流程实验，将管路输送（流体力学内容），沉降分离、吸附、离子交换和微生物处理器应用（环境工程原理内容），污泥处置等串接起来，使学生能学以致用，提高操作技能，促进就业。

以项目1）模拟养殖废水处理和项目2）土壤污染处理过程为主线，调整后综合性实验开设如下：

（1）管路实验。测定直管流速与雷诺准数Re的关系，验证湍流区内λ与Re的关系曲线。了解组成管路的各种管件、阀门及其作用，测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数ζ。

（2）沉降实验。测定同一停留时间内重力沉降和离心沉降能分离的颗粒临界粒径，熟悉分离设备的分离操作，掌握沉降的相关计算。

（3）吸附处理实验。通过吸附处理不同时间，测定经活性炭吸附的重金属或有机物的量，拟合吸附平衡式。并比较采用活性炭和沸石吸附效果的差异。

（4）过滤处理实验。在恒压过滤操作下对实现固液分离，了解板框压滤机的构造和操作方法，测定过滤常数。

（5）离子交换实验。了解交换柱填充，采用离子交换树脂对废水或土壤浸提液中重金属离子进行处理，测定交换量。

（6）生物滤池处理实验。了解曝气生物滤池结构和处理特性，测定对水中有机物的处理效率。

（7）自选实验。养殖废水处理后污泥或污染土壤的固化处理及重金属浸出检测。

为实现互动式指导并充分利用现有设备，每教学班学生分为两大组进行实验，可选养殖废水处理或土壤污染处理。这也激发了学生自主学习的积极性。

以模拟养殖废水处理为主线的实验内容顺序按上述进行，以土壤污染处理过程为主线的实验内容顺序为：（3）-（2）-（1）-（5）-（4）-（6）。调整后的综合性大实验按每教学班2位老师负责，主带教师和辅导教师相结合，从预习、实验、结果分析、报告提交、考核评测各个环节全方位对学生进行指导。

3强化实验应用性，提高学生能动性

本次教改中实验课程单独设置，强调了实验内容的连贯性、融合性，突出实验选题与科研实践相结合的特色。实验内容设计上注重将理论讲授重点与实际污染处理应用结合起来，强调教学过程突出科研素质的培养。

为保证教学效果，对实验过程全程管理。

实验前要求学生在确定实验项目后，通过查阅文献、复习理论知识、实验过程预设等环节再提交实验预习报告。除通常实验报告中的主要内容：包括实验的目的意义、基本理论和原理、实验步骤等，还要求学生分析影响实验结果的关键因素或步骤。使每个学生对实验过程做到思路清晰，能在有限的时间内完成实验内容。

在每一个实验的过程中，要求将课堂讲授、习题课等教学环节中所获得的有关知识联系起来，用来分析所实验中遇到的问题，对单元操作原理、操作条件、实验现象、实验结果进行分析。通过教师互动式指导，实验小组（4-5人）内部协调分工，实现人人动手操作，团队高效合作完成实验。

要求学生提交真实实验结果，对实验报告的检查和把关。由于每个小组的实验结果在同一实验项目大组中仍存在差异，鼓励对实验差异进行讨论交流，分析说明本组实验中的得失，完成对实验过程的回顾。

4结语

作为环境工程专业重要理论和实践相结合的专业基础课，将相关实验内容有效地融合，开设综合性实验，激发了学生的学习兴趣，促使学生了解相关理论知识的应用，提高了学生的专业素质。

在实验课教学过程中通过互动式指导引导学生能动地完成实验。注重实验预习及讨论式教学，有助于提高学生分析能力、操作能力和应用专业知识解决问题的能力。突出了农业院校环境工程专业的特色，有利于提高学生就业竞争力。

参考文献：

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项目来源：湖南农业大学2015年教改项目：以“环境工程原理”课程建设为基础的环境工程专业实践课程融合创新。

作者简介：罗惠莉，女，博士。湖南农业大学资环学院环境科学系，副教授。从事土壤重金属污染研究。