环境工程专业实验课程改革与实践

吕绿洲， 林 海， 陈秀枝， 周远松， 冯 瑞

(北京科技大学 能源与环境工程学院， 北京 100083)

环境工程专业实验课程改革与实践

吕绿洲， 林 海， 陈秀枝， 周远松， 冯 瑞

(北京科技大学 能源与环境工程学院， 北京 100083)

以北京科技大学环境工程专业实验教学为例，结合环境工程实验课程的基本要求，对实验课程设置、实验内容展开讨论，探讨专业实验课程的改革与实践，明确专业实验课程改革实践过程中的问题。通过多年来专业实验课程的改革，丰富了实践教学、完善了专业实验课程设计,有效提升了学生的实践能力和创新能力，为学生的全面发展打下坚实的基础。

环境工程； 实验课程； 教学改革

环境工程专业是理工结合的多学科相互渗透的新兴学科[1]。近年来随着环境保护和环境污染预防及治理的力度不断加大，专业教育也在迅速发展，设立环境工程专业的院校从1977 年的 7 所发展到 2006年的 258 所，遍布理、工、农、林、医、管各类学校[2-4]。环境工程专业具有边缘性、交叉性、综合性强的特点，在以工程实践为培养目标的专业教学中，实践教学尤为重要。我校环境工程专业自1996年建立以来，始终坚持特色办学之路，紧密结合矿冶行业发展的需求，充分依托学校已有的冶金、矿业、材料等学科群优势，以采矿、冶金等工业生产过程中的资源开发利用、污染控制、城市化进程中的环境问题作为重点研究对象，培养符合社会和行业发展需要的高素质专业环保人才，逐渐形成了自己的专业特色和学科优势，建立了较为完善的环境工程专业实验教学体系。

1 环境工程实验课设置

实验教学是学校教学工作的重要组成部分，高校开展教学工作的过程中，必须明确实验教学的重要性，只有丰富现有的教学形式，才能够激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性[5]。实验教学是实现培养学生岗位职业能力的重要途径，能够让学生更加主动地参与到教与学的过程中，理论与实践有机结合，有助于培养学生的动手能力和独立思考能力，有助于学生在今后的学习及工作中更好地发挥自己的才能[6-8]。

发展至今，我校环境工程在全国学科评估中位居前列，环境工程实验教学体系经过近20年的建设与改革，从实验课程内容上的单一与不完善到现如今的全面和规范，不断发展，走向更加系统化、多样化[9]。

1.1 环境工程基础实验

学习和掌握水污染控制工程、大气污染控制工程和固体废弃物资源化中常用的技术、原理和方法。

1.1.1 水污染控制实验

大气污染控制实验开设4个实验项目：

(1) 悬浮物自由沉降去除率与沉降时间的关系确定实验。通过该实验掌握自由沉降去除率确定方法，观察自由沉降过程，了解水样沉降时间与去除率的关系。

(2) 混凝脱色实验。采用直接耐晒翠蓝(GB型)，配制水杨浓度为20 mg/L水样，其中主要显色成分为氮基、氨基、磺酸基和四氯苯醌等组合而成，了解混凝pH值和混凝剂用量对混凝过程的影响规律，确定最佳pH值和混凝剂用量。通过该实验掌握混凝实验操作过程及色度的测定方法，进一步加深对混凝基础理论的理解，掌握一般的单因素实验设计方法。

(3) 固定床离子交换实验。以实验室自来水为给水，观察离子交换过程中随时间的变化不同离子交换柱出水的pH值及电导率的变化，进一步了解离子交换的原理和过程，掌握固定床离子交换的实验方法。

(4) SBR反应器污水处理实验。运行SBR反应器，进行SBR反应器菌种的培养、驯化，测定反应过程中的溶解氧、COD、pH值，观察活性污泥的生物相，通过整个周期进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期的运行，全面了解SBR反应器的结构和运行周期，学会采集工艺设计参数。

1.1.2 大气污染控制实验

大气污染控制实验开设3个实验项目：

(1) 吸附法净化工业含酸雾气体实验。验证课堂上理论教学中讲授的吸附原理、现象及特点，通过实验现象的直观感受，巩固和加深对理论的理解和认识，了解工业治理酸气装置——吸附器的结构和安装及学习工艺实验的操作技能，掌握酸气浓度的测定方法和吸附效率的计算，通过实验工艺流程的直观性培养学生独立思考问题和解决实际问题的能力。

(2) 旋风除尘器性能测定实验。通过测定旋风除尘器的风量、除尘器阻力和除尘效率，使学生掌握除尘器处理风量和除尘效率的测定方法，了解除尘装置性能的基本参数是处理风量、阻力、除尘效率、排放浓度和分粒级除尘效率。

(3) 碱液吸收气体中的二氧化硫实验。采用填料吸收塔，利用5% NaOH溶液吸收气体中的SO2。通过实验可初步了解填料塔的基本结构及其吸收净化酸雾的工作原理，利用填料塔吸收净化有害气体的实验研究方法，分析填料塔净化效率的影响因素，掌握实验中配气方法、参数控制(如气体流速、液体流量等)、取样方法及各种有关设备的操作方法，同时还有助于加深理解在填料塔内气液接触状况及吸收过程的基本原理。

1.1.3 固体废弃物资源化实验

固体废弃物资源化实验开设4个实验项目：

(1) 高炉渣制备胶凝材料实验。高炉渣能否制备胶凝材料的关键是高炉渣的活性，借助超细粉碎激活高炉渣活性，通过试制试块考察超细粉碎对高炉渣活性的影响。在超细粉碎激活高炉渣活性的基础上，通过加入石灰等化学药剂考察它们对高炉渣活性的影响，比较高炉渣超细粉碎和化学药剂激活的优势与劣势。通过实验，使学生掌握高炉渣制备胶凝材料方法、原理，加深对固体废物制备胶凝材料的理解，掌握有代表性的固体废物资源化实验技能。

(2) 粉煤灰浮选提碳实验。我国热电厂粉煤灰一般含碳为5%～7%，其中约30%的电厂粉煤灰含碳超过10%。为了充分利用煤炭资源，同时提高粉煤灰的利用档次，进行粉煤灰提碳实验，拟通过本实验熟练掌握浮选法回收固体废物中有价成分的方法、原理及实验技能。

(3) 电镀污泥水泥固化实验。电镀污泥含多种重金属离子，是一种有害固体废物。为了使这种固体废物得到无害化处理和资源化利用，途径之一就是进行固化处理。采用不同配方的水泥、电镀污泥进行实验，测定固化体强度，考察固化体中有害重金属离子浸出情况。通过本实验，熟练掌握有害固体废物固化处理的方法、原理及实验技能。

(4) 废物热解及其产物热值的测定实验。固体废物热值是固体废物的一个重要化学指标。固体废物热值的大小表明固体废物的可燃性，其直接影响着固体废物处理和处置方法的选择。热值是分析垃圾燃烧性能、设计焚烧设备、选用焚烧处理工艺的重要依据。本实验的目的是使学生掌握固体废物热值的测定方法，并熟悉相关仪器设备的使用。

1.2 环境工程微生物学实验

环境工程微生物学实验是为了培养环境工程专业学生的生物实验技能、配合“环境工程微生物学”开设的一门专业实验课。在环境工程微生物学的基础实验教学中，主要包括在实验室完成的基础实验教学课程，如培养基的制备、器皿及培养基的灭菌、显微镜的操作、微生物的染色及观察、微生物的培养及分离等(见表1)，这些都是微生物实验最基本的操作，学生必须要扎实掌握。

经过多年来的实验教学改革，摸索出了适合于环境工程微生物学课程特点的“螺旋式”实验教学模式。第一步，基础型实验，使学生掌握环境工程微生物实验基本的操作方法和实验技能；第二步，生产实践型实验，将科研、生产项目引入实验教学，使学生掌握科研的实验技巧和思维模式；第三步，创新型实验，开放实验室，鼓励学生参加科技创新活动[10-12]。

1.3 环境专业实验课程与实践探索

随着环境工程专业的不断发展及师资力量及办学条件的不断提高，结合我校环境工程专业实验课程特点出发，为了进一步完善实验教学，开设了研究方法训练实验。

环境工程研究与设计是环境工程专业本科生在学习完环境工程专业基础课及专业课之后进行的、以培养实践能力为主要目的一门综合实践性方法课程。研究方法训练实验是为培养学生掌握系统的实验研究方法，配合“环境工程研究与设计”中的研究方法而设置的一门综合性实验课，目的是进一步提高学生灵活运用专业理论知识进行分析和解决实际科研问题的能力，增强独立从事科研工作的能力，熟练掌握实验研究的方法、程序和操作技术。

1.3.1 半自主设计实验——中水回用实验

半自主设计实验只提供一个中水回用实验的课题供学生选择，指导教师只准备好实验所需要的基本设备，要求每位学生通过系统的中水实验研究，对具体的研究任务及内容，提出合理的工艺流程和最佳的工艺条件，完成预定的小型实验技术指标，独立编写一份实验研究报告。

实验安排每半天为一个单元，共20个单元，包括文献资料查阅、方案制订、实验仪器设备和药品的准备、实验结果分析与讨论、实验研究报告的编写等。实验项目包括：试验方案制定与试验准备、混凝条件试验、3混凝综合条件试验及水样的制备、O3氧化试验、树脂离子交换试验、中水全流程试验。

1.3.2 完全自主设计实验

在这门实验当中，淡化教师角色，凸显学生作为课程主人的作用。指导教师只规定大体的课题范围，学生根据自身知识储备及兴趣爱好，选择实验方向、查找相关资料、确定研究课题，将之前学到的实验设计理论知识应用于实践，自主进行实验的设计。每个小组人数控制在3人左右，小组内有负责人并明确分工，保证每位学生的参与度。实验结束后，分析数据，独立编写一份实验研究报告。

课题选择—实验方案设计—开展实验—编制实验研究报告，完全由学生自主设计，每年自选课题约10个。如源分离尿液无害化过程影响因素及控制条件研究中尿素因素的影响、基于过氧化氢酶酶活性分析技术的植物损伤机理研究、从废旧电路板中提取铜等。

2 实验课程体系建设与完善

除了上述3门独立设课的专业主干实验课，近几年又完善了多门环境工程专业实验课，其中包括物理污染控制实验、环境监测实验、环境毒理学实验、环境化学实验，并在2017版教学计划中拟开设环境工程原理实验[13]。

2.1 物理污染控制实验

通过实验操作、实验观察和实验结果的分析，加深学生对基本概念和基本原理的理解，巩固课堂教学中学到的知识，学会常用实验仪器和设备的使用，培养学生实际动手能力和解决实际问题的能力。

2.1.1 驻波管法测量材料吸声系数实验

该实验借助单频信号发生器和扬声器，聆听各种频率的纯音信号的特征、声波频率升高以及降低时声音变化的特征，确定人耳听音的频率范围。将被测吸声材料的试件固定在驻波管试件段内，在驻波管中测量信号发声器发出的某频率下声压(级)极大值和极小值，计算得到驻波比，从而计算得到该频率下这种材料的垂直入射吸声系数。改变信号频率，依次测出不同频率的吸声系数。通过实验，使学生掌握驻波管法测试材料吸声系数的原理，加深对垂直入射吸声系数的理解，了解人耳听觉的频率范围，获得对各种频率纯音的感性认识。

2.1.2 风机噪声控制效果实验

通过该实验了解风机噪声的来源及控制措施，了解风机噪声的频谱特性，并掌握风机进气噪声的测定方法，熟悉隔声措施、消声措施的控制效果评价量的测定方法及声级计和频谱分析仪的使用方法。

2.1.3 生活中电磁辐射和电离辐射的测定

认识生活中的各种电磁辐射，测量手机、电脑等各种电器的辐射值，以加深对生活中各种电磁辐射的认识，并掌握避免或减少电磁辐射的措施。

认识生活中的各种电离辐射，测量北京的本底辐射值，以加深对生活中各种电离辐射的认识，并掌握避免或减少电离辐射的措施。

2.2 环境监测实验

环境监测是环境工程专业的一门专业必修主干课，通过水和大气监测实验，使学生掌握环境监测的基本原理、方法，并能在以后的实际工作中灵活运用。

2.2.1 废水监测

通过该实验，使学生学会废水中主要污染物监测指标的测定原理、测定方法步骤和测定仪器的使用。具体实验项目包括：染料废水中CODcr的测定；水中溶解氧的测定；水中阴/阳离子的测定。

2.2.2 大气监测

根据课堂学习知识，对我校校园的空气质量进行监测，要求自行设计监测方案，包括监测点的布设、监测方案的制订、气样的采取、主要污染物的检测、检测结果的分析及评价。通过实验使学生掌握大气中主要污染物氮氧化物的测定原理、方法、步骤，以及氮氧化物测定仪器的使用、吸取液制备等；学会使用粉尘测定仪测定大气中的PM2.5、PM10。对校园环境进行监测，可以训练学生环境监测的基本技能，提高学生相对独立的实验工作能力，使学生初步了解环境监测的一般步骤、环境监测样品的采样和保存方法、各指标的分析与监测原理、监测方法。具体实验项目包括：大气中总悬浮颗粒物 PM2.5、PM10的测定；大气中二氧化氮的测定分析及校园空气质量监测评价；基于所测数据对校园环境进行评价。

2.3 环境毒理学实验

通过实验，使学生掌握环境中污染物的迁移转化规律，了解急性毒性实验的一般操作步骤、毒理学评价方法，培养学生的独立科研能力，并能在以后的实际工作中灵活运用。环境毒理学实验开设的实验项目有：光降解邻苯二甲酸二甲酯的研究；微生物毒性实验；土壤中重金属含量的测定。

2.4 环境化学实验

环境化学是一门综合性非常强的学科，它所涉及的理论知识和实验技巧范围非常广泛。为加深学生对环境化学的理解和认识，开设了环境化学实验，通过实验，使学生得到从事环境化学实验工作的基本技能训练，掌握研究问题的基本方法、手段，培养相关的数据分析处理能力。环境化学实验开设的实验内容有：环境中有机物正辛醇—水分配系数的测定、活性炭吸附法处理废水、红外光谱定性分析法、碱度的测定。

3 结语

通过我校环境工程专业近20年来实验课程的不断改革与实践，已形成了系统化的综合创新实验课程体系，极大地培养了学生动手、动脑以及实践创新能力。实验课程改革的目的在于使环境工程专业课程体系逐步合理化、规范化、多样化、现代化，以更好地适应人才培养的需求[14]。今后我们将根据环境工程教育的发展方向，不断发现实验课程改革实践过程中存在的问题，继续深化、完善现有的专业实验课程设置，切实为学生提供优质的综合功能服务和综合素质服务，为培育优秀的环境工程人才提供坚实的保障。

References)

[1] 郭宇杰,孙凌帆,陈鹏.我校环境工程专业课程设置改革探讨[J].华北水利水电学院学报, 2010, 26(4):158-160.

[2] 环境科学与工程教学指导委员会.高等学校本科环境工程专业规范[J].高等学校理工科教学指导委员会通讯, 2005(7):23-16.

[3] 胡文勇,彭清静,袁志忠,等.环境工程专业实践教学课程体系的构建与实践:以吉首大学为例[J].教师, 2010(8):11-12.

[4] 杨铁金,郑茹娟,厉悦,等.环境工程专业课程设置的合理性分析[J].高师理科教育, 2007,27(1):50-52.

[5] 窦培谦,胡广霞.安全工程专业实验课程体系设置研究[J].安全, 2008,18(6):51-54.

[6] 牛金成,许放.我国安全工程本科专业培养方案之比较分析[J].中国安全科学学报,2007, 17(5):83-88.

[7] 蔡峰,薛安家,黄植.安全工程专业本科生实验教学改革与实践析[J].实验技术与管理, 2015,32(10):171-174.

[8] 吕保和,刘宏.安全工程的专业课程设置中存在的问题与研究[J].中国安全科学学报, 2005,15(7):48-51.

[9] 高玉坤,周玉鹏,黄志安,等.安全工程专业实验课程改革与实践[J].实验技术与管理, 2016,33(12):218-220.

[10] 郭美荣,侴爱辉,夏德宏,等.创新人才培养模式研究[J].实验技术与管理, 2012,29(3):229-235.

[11] 侴爱辉,郭美荣,王恒,等.创新型工程人才培养模式的探讨[J].实验室科学, 2010,13(6):10-14.

[12] 张现青,屈二军,陈兰英,等.推进微生物实验教学改革 提高学生综合实验素质[J].实验室科学, 2008,11(6):57-58.

[13] 周远松,唐晓龙,易红宏,等.环境工程原理“开放式、研究性”实验教学体系探索[J].中国冶金教育,2016(6):75-77.

[14] 陈男,冯传平,胡伟武.环境工程专业课程体系的探索与创新[J].中国地质教育, 2014(1):24-26.

Reform and practice of experimental course for environmental engineering majors

Lü Lüzhou, Lin Hai, Chen Xiuzhi, Zhou Yuansong, Feng Rui

(School of Energy and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

By taking the experimental teaching for the environmental engineering majors in University of Science and Technology Beijing as an example, and combined with the basic requirements of the experimental course of the environmental engineering, the experimental course setting and the experimental content are discussed, the reform and practice of the professional experimental course are explored, and the problems in the process of such reform are determined. Through the reform of the professional experimental course for many years, the practical teaching has been enriched and the curriculum design of professional experiment has been improved, which has effectively improved the students’ practical ability and innovative ability, and has laid a solid foundation for their all-round development.

environmental engineering; experimental course; teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.055

G642.423

B

1002-4956(2017)11-0221-04

2017-04-17

北京科技大学教育教学改革项目(JG2015M03)；北京科技大学教育教学改革与研究重点项目(JG2012Z03)；北京市支持中央在京高校人才培养共建项目——专业建设项目(GJ-201205)

吕绿洲(1981—)，女，河南泌阳，硕士，工程师，主要从事环境工程实验教学及实验室管理.

E-mailllz0542@163.com