环境工程专业一体化实践教学体系构建

周 振，赵晓丹，蒋路漫，胡晨燕，时鹏辉，王罗春

（上海电力大学 环境与化学工程学院，上海 201306）

实践教学是培养工程实践能力、科技创新能力的重要途径[1-2]，在众多高校中受到越来越多的重视。环境学科是由多学科相互交叉渗透而形成的一门新兴综合性、边缘性学科，因各高校背景和涉及领域不同，培养方向存在较大差异[3]。在 “新工科” 背景下，积极探索创新实践教学模式，面向行业构建层次化、多元化、特色化的实践教学体系，是地方工科院校环境工程专业实践教学改革的重要任务[4-5]。随着近些年水污染防治行动计划的出台，污水处理与资源化技术、废水零排放工艺的开发与应用受到广泛重视。我校环境工程专业基于在电力行业水处理和污水处理方面的优势和特色，面向产业需求，充分利用校内外教学和科研资源，把握科技创新方向，构建了以水为主线的一体化实践教学体系。该实验教学体系在以培养创新能力和工程实践能力为目标、凸显专业特色的同时，强化理论与实践教学内容的相关性、实践教学环节的关联性、交叉学科的融合性，注重实践的实际操作性和科学技术性。

1 以水为主线、以能力培养为导向的一体化实践教学体系

随着我校环境工程专业的建设和发展，设置的实践课程逐步增多，建设初期实践课程相对独立，既存在课程设置分散和教学内容衔接度不够的问题，又存在部分内容仅限于重复实验操作、缺乏创新设计的问题。为了解决这些问题，同时进一步强化专业特色以及工程实践能力和创新能力培养，学科教学和科研团队密切联系国家环保政策、行业技术标准和企业工程实际需求，以水质指标监测、水污染控制与资源化为主线，进行涉水实践课程的贯通设计。从水质特性分析到污水处理工艺，再到污水回用技术研发，将独立的实践课程联系起来，构建了以水为主线、以能力培养为导向的一体化实践教学体系（见图1）。

一体化实践教学体系的建设以培养学生的创新能力和工程应用能力为目的，从基础实验到综合训练，从校内实习到校外实习，从基本操作到创新技术，通过优化设计理念、工艺模型分析、数据信息反馈、计算机仿真等技术手段进行关联与提升[6]。实践教学内容的设计以工程应用为核心，将案例分析、关键技术和实验操作渗透于各个实践教学环节。工程实例关键技术主要设置在综合能力训练和创新技术实践环节。综合能力训练的实验内容以环境监测实验和电厂水质分析为基础，以工程基本技术为主体，通过软件设计实验方案、优化实验条件，培养学生对实验数据的分析能力。创新实验是依托科技项目开展的以培养创新思维为主要目的的实践环节，从实验方案设计到实验数据分析，再到信息反馈的模型分析，提升学生的创新能力和实践能力。工程现场操作主要在校内水处理和污水处理实践工厂完成，学生在学习现场设备运行操作的同时，通过工艺模型分析，结合计算机仿真，进行关键工艺参数实验和操作变量分析，强化学生借助工程实验分析实际问题的能力。此外，在水环境影响评价和水污染控制课程设计中引入实际案例和仿真软件，进一步强化实践环节的实际应用性。在污水处理厂和电厂开展认识实习、毕业实习，并结合校外专家的专题讲座，使学生在较为充足的时间里掌握企业的生产工艺以及生产实践经验。

图1 环境工程专业一体化实践教学体系

2 内外结合、科教融合的实践教学模式

内外结合、科教融合的“1234 实践教学模式” 是我校环境工程专业一体化实践教学体系实施的关键（见图2），即一个目标、两种实践平台、三大技术领域、四个教学阶段。一个目标是指，以培养创新能力和工程应用能力为目标，将校内与校外实践的结合贯穿于整个实践教学过程，通过校企技术交流、科技合作项目等方式推进科教融合，为校企合作长效机制提供保障[7]。科教融合还体现在校内教学团队与科研团队的融合。两种实践平台是指，基于教学和科研的各自优势，建设校内实践平台和校外实习基地两种实践平台，为实践教学的开展提供硬件支撑。三大技术领域是指，开设污水处理、给水处理和资源化技术三大水处理技术领域的实践教学内容，由浅入深，由基本操作到科技创新。最后，通过基础型、演示型、综合型和研究型四个阶段的教学过程，达到能力培养目标。

图2 内外结合、科教融合的 “1234 实践教学模式”

3 师资队伍建设

为了强化实践教学效果，有效实施内外结合、科教融合的实践教学模式，加强人才交流力度，建立稳定、高素质的师资队伍至关重要[4]，其中包括校内师资队伍和校外教学团队两个方面。在提高校内教师教学、科研和实践能力方面，首先，在校教师通过国内外访学，汲取先进教学理念和方法，创新教学模式和途径，强化教学改革和课程建设等教学研究；其次，通过产学研计划深入企业，参加企业生产实践，提高解决生产实际问题的能力；再次，通过与企业合作科技项目，提升学术水平和科研能力，壮大“双师型” 教师队伍。近三年来，本专业教师完成上海市级、校级教研项目10 项，参与企业科技合作项目和重大工程技术改造项目60 项，以第一作者正式发表科研论文180 余篇，申请专利30 项，授权专利18 项。此外，专任教师中，4名教师通过了国家注册环保工程师和注册环评工程师考试，5 名教师参加上海市级高技能人才培养基地项目建设工作，“双师型” 教师占比达65%。

在加强校外教学团队建设方面，首先，基于校企“深层次” 合作，邀请行业专家、企业资深专家共同参与教学计划的制定，选聘企业技术骨干、高级工程师担任兼职教师，参与专业教学工作，联合编制污水处理领域专业技术培训教材，开展培训体系建设工作；此外，我校加快了国际交流合作步伐，先后与英国、美国、日本、德国等国家的多所院校签署了长期合作协议，环境工程专业还聘请了上海市海外名师、美国加州大学教授和日本大阪大学教授作为长期合作外籍专家，请他们定期举办专题讲座。

4 校内实践平台建设与实验课程设置

依托上海市教委重点培育学科、上海市重点培育学科和中央财政专项建设等经费支持，我校环境工程专业根据 “以水为主线、以能力培养为导向” 的一体化实践教学体系，进行了校内实践平台建设（见图2），以下对其中的四个平台实验室进行具体介绍。

4.1 基础型专业实验室

基础型专业实验室包括水质分析实验室、微生物分析实验室和环境监测实验室，主要用于基础型实验项目的测定，如常规水质分析与微生物实验等，目的是训练学生的实验操作技能。此外，教学团队结合实际工程应用和行业标准编制了《电厂水质分析》等实验教材，使实验项目与电厂和污水处理厂监测标准体系对接。学生通过分析实际水样，并结合工程应用中水质指标对生产和环境的影响进行解析，能够更深入地了解不同水体以及污水的水质特征和相关环境监督标准。

4.2 演示型工艺平台

演示型工艺平台包括工艺模型、水污染控制仿真和污水处理系统虚拟仿真。水污染控制实验中一些复杂的实验内容，如沉淀池、序批式生物反应器（SBR）、膜-生物反应器（MBR）等，通过虚拟仿真实验、工艺模型或多媒体教学等形式演示出来，使学生更加直观地了解了不同反应器型的内部结构及污水流态，加深对水污染控制工程理论的理解，同时通过对各流程的工程分析，进行互动讨论，强化案例教学[8-9]。

校内教学和科研团队还引入国际水质协会推荐并经实践检验的活性污泥模型（ASM）和污水处理专业仿真软件WEST、BioWin，以污水处理典型系统——AAO 工艺全流程为载体，以项目为依托开发虚拟仿真实践教学系统[10-11]。校外企业实习基地为虚拟仿真平台提供污水处理工艺原型、实际运行数据和经验模型，并通过模拟分析优化工艺运行参数，为企业实际生产提供技术支撑。与此同时，能够向学生演示污水处理工艺运行流程，并通过工艺分析和动态模拟使学生掌握污水处理中的关键运行控制变量，包括剩余污泥排放量，污泥内、外回流比、供氧量等，还能通过计算机仿真技术操作得到不同运行参数下污水处理厂的各项出水指标，从而使学生深入了解污水处理过程和运行特性，为后续污水处理系统实训以及企业实习打下基础。

4.3 综合型实训平台

校内综合型实训平台包括两大类。一是环境工程综合能力训练。根据目前水污染控制和回用处理常规技术设置了8 项实验内容，包括沉降特性、氨氮吸附、废水电解等。综合能力训练采用以学生为主体的模式展开，要求从实验方案设计到实施，再到数据处理及分析，全部由学生自主完成。目的是培养学生运用理论知识和实验技能、系统规范地完成具有一定深度的综合型实验的能力，同时训练学生团队协作意识，既是基础实验的延伸，又是后续创新实验的基础。以火力发电厂脱硫废水为例，学生根据前期水质分析实验结果了解了其水质特点，明确了颗粒物去除是污染控制的重要目标。在此基础上，设计了化学混凝实验方案和沉降特性分析实验方案，使学生对脱硫废水处理工艺建立总体认识，为创新研究型实验中脱硫废水零排放处理及资源化技术开发提供相应知识储备。

另一类实训是在校内实验工厂进行的实操训练，即小型污水处理系统和电厂水处理系统实训。污水处理系统由小型沉淀池、生物池等组成，电厂水处理系统包括离子交换除盐系统和全膜除盐系统。训练内容以系统运行操作、调试和运行监督为主，目的是在教师指导下，由学生完成污水处理和水处理系统的运行、控制、停运、再生等过程，加强对水污染控制和水处理技术的工程应用认识。该训练可作为岗前实训，为校外顶岗实训奠定基础[12]。

4.4 研究型创新平台

依托教师团队的科研项目建立了校内科创实验平台，将部分具有创新性、前瞻性、探索性和针对性的课题研究和技术成果转化为实践教学内容，开设创新创业实践环节[5,13]。要求学生自主组建研究团队，根据各自兴趣和发展规划选择研究项目，在科创导师的指导下开展实验。通过查阅文献、设计方案、自主探究、分析实验结果等环节，培养学生独立思考和创新意识，强化其综合能力的提升[14]。我校学生基于污水处理及回用技术的科创实验研究，在省部级大学生科创竞赛中多次获奖，包括 “挑战杯” 上海市大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、陈嘉庚青少年发明奖（上海）二等奖、三等奖及上海高校学生创造发明 “科创杯” 发明创新三等奖等。

5 校外实习基地建设

为了规范校外实践教学，学校与多家发电企业、污水处理厂签订了长期合作协议，教学实习基地及实训内容见表1。校外实践环节是校内实践的延伸和提高，应与校内实践教学相对应，实践内容同样应由浅入深、分阶段进行，从初级的认识实习到综合型的毕业实习，从生产现场工艺模型演示到创新型中试实验研究[15]。认识实习和毕业实习属于传统的校外实践项目，由于电厂和污水处理厂的特殊性，实习过程中主要通过现场讲解，让学生熟悉生产工艺流程，熟悉先进技术的实际应用情况，掌握在线仪表使用方法以及自动化控制全过程。除了认识实习和毕业实习，我校环境工程专业基于企业培训中心，有针对性地开设了相应的操作训练实践环节。即通过污水和污泥处理中高级工和技师培训，可获得上海市污水和污泥处理领域技能证书，进而通过专业知识的深入学习、现场实践技能培训和顶岗实训，打造双证融通型环境工程专业复合型人才。此外，基于校企科技项目合作，在电厂和污水处理厂建成了工艺技术研发平台和生产性实证基地，为学生开设研究型创新实验，强化创新思维和创新能力培养，为今后进行先进技术开发和应用奠定基础。

表1 环境工程专业实习基地及实训内容

6 结语

实践教学是环境工程专业教学方案的重要组成部分，是培养卓越工程技术人才和创新性复合型人才的重要途径。我校环境工程专业在培养学生共性工程应用能力的前提下，面向社会经济发展和产业发展需求，根据学科发展方向，整合了校内外实践教学资源和科研资源，建立了以污水处理与回用为主线的一体化实践教学体系。通过教学和科研团队建设及实验室和实习基地软硬件建设，加强和改进了实践教学环节，形成了内外结合、科教融合的实践教学体系，更好地实现了对我校环境工程专业学生工程能力和创新能力的培养。