梁 娟，張 靜，劉 亞，梁 英

給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

梁 娟，張 靜，劉 亞，梁 英

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

針對(duì)給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，從學(xué)科發(fā)展的高度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程體系，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新思路。提出 “將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)同探索實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；工程設(shè)計(jì)理念同實(shí)驗(yàn)論證相結(jié)合；大型儀器檢測(cè)與常規(guī)化學(xué)分析相結(jié)合”的 “三結(jié)合”教學(xué)理念，并以此為指導(dǎo)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將綜合性實(shí)驗(yàn)、先進(jìn)水處理技術(shù)和大型儀器檢測(cè)技術(shù)引入本科教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高級(jí)工程技術(shù)人才有一定的推動(dòng)作用。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；綜合實(shí)驗(yàn)；探索實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)作為我國(guó)給排水行業(yè)高級(jí)人才培養(yǎng)和科技發(fā)展的重要支撐，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高級(jí)工程技術(shù)人才是給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)重要的培養(yǎng)目標(biāo)[1]。給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)至關(guān)重要，而學(xué)生實(shí)踐能力與綜合素質(zhì)的一個(gè)重要途徑是來(lái)自實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。作為高等教育的一種有效方式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)高等教育創(chuàng)新體系中的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革研究，對(duì)學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，深刻理解專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)及培養(yǎng)創(chuàng)新人才等方面都具有非常重要意義[4-5]。

1 給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系現(xiàn)狀

常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生將專(zhuān)業(yè)課程中學(xué)到的理論知識(shí)在實(shí)驗(yàn)課程中得到驗(yàn)證，鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握；綜合性實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，提高從整個(gè)學(xué)科角度思考問(wèn)題的能力[6-7]。

目前四川大學(xué)給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)依據(jù)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)規(guī)范共開(kāi)設(shè) “水質(zhì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”“水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”“水處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)”和 “泵與泵站實(shí)驗(yàn)”4門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課，共計(jì)26個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包含水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)、水處理技術(shù)工藝參數(shù)測(cè)定、水處理設(shè)施運(yùn)行等多個(gè)方面。其中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為22項(xiàng)，綜合性實(shí)驗(yàn)為4項(xiàng)?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課程體系雖然能加深學(xué)生的理論學(xué)習(xí)，在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力，但由于幾門(mén)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置相互獨(dú)立，綜合性實(shí)驗(yàn)也僅僅是針對(duì)單門(mén)實(shí)驗(yàn)課而言，并沒(méi)有讓學(xué)生做到真正的融會(huì)貫通，并且水處理技術(shù)種類(lèi)繁多，發(fā)展十分迅速，涉及的領(lǐng)域也很廣泛[8]。在給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程中，大部分實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，對(duì)探索型實(shí)驗(yàn)開(kāi)展得較少，而對(duì)于與本學(xué)科密切相關(guān)的前沿性技術(shù)更是沒(méi)有提及。此外，隨著儀器分析技術(shù)的發(fā)展，大型儀器在水處理領(lǐng)域發(fā)揮的作用也越來(lái)越大，但在本科教學(xué)體系中，針對(duì)大型儀器在水處理中的應(yīng)用提及較少。這些對(duì)于拓寬學(xué)生知識(shí)面，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新人才都是十分不利的。

2 實(shí)驗(yàn)課程體系改革的理念

針對(duì)給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系存在的一系列問(wèn)題，以及 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”新形勢(shì)下的要求，從學(xué)科發(fā)展的高度優(yōu)化給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系，提出以下幾點(diǎn)改革理念[9]:

1)將獨(dú)立開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程融合開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)，變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證、探索實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立科研創(chuàng)新能力；

2)將已有工程應(yīng)用的水處理的先進(jìn)技術(shù)引入到本科教學(xué)，使工程設(shè)計(jì)理念同實(shí)驗(yàn)論證相結(jié)合，提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力；

3)將大型儀器檢測(cè)技術(shù)引入本科教學(xué)，實(shí)現(xiàn)大型儀器檢測(cè)與常規(guī)化學(xué)分析相結(jié)合，拓寬學(xué)生知識(shí)面，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3 實(shí)驗(yàn)課程體系改革與探索

結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課設(shè)置的核心實(shí)踐單元和知識(shí)技能點(diǎn)，以 “三結(jié)合”理念為指導(dǎo)，利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室資源，開(kāi)展給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)與改革。對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改造，并在此基礎(chǔ)上引入新技術(shù)、新方法，改造 “活性炭靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)”，設(shè)計(jì) “臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)處理苯酚實(shí)驗(yàn)”，在內(nèi)容上突出創(chuàng)新人才培養(yǎng)功能；對(duì)核心專(zhuān)業(yè)課程中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合、重組，并引入大型儀器在水處理中的應(yīng)用，整改 “城市污水綜合處理實(shí)驗(yàn)”和 “多相水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)”，在形式上打破課程實(shí)驗(yàn)的界限和框架。

3.1 “活性炭靜態(tài)吸附”驗(yàn)證性、探索性實(shí)驗(yàn)

“活性炭吸附實(shí)驗(yàn)”是 《高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范》制定的水質(zhì)工程學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的核心單元。該實(shí)驗(yàn)是典型的操作性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，活性炭靜態(tài)吸附環(huán)節(jié)僅對(duì)吸附反應(yīng)前后目標(biāo)物的濃度進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)定并繪制活性炭靜態(tài)吸附曲線，而對(duì)于影響活性炭吸附效果的各項(xiàng)參數(shù)并未進(jìn)行測(cè)定。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也十分不利。

為改善教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生積極性，將該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改進(jìn)。根據(jù)大綱基本要求，除考慮活性炭投加量對(duì)吸附的影響外，還考察了不同原料、不同反應(yīng)條件對(duì)污染物去除效果影響，以及活性炭結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對(duì)吸附效果的影響。具體以苯酚為目標(biāo)物配置模擬廢水，以小組為單位考察不同原料活性炭(果殼活性炭、煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭)對(duì)苯酚的去除效果，選出吸附效果最好的活性炭，改變不同反應(yīng)條件(震蕩時(shí)間、反應(yīng)溫度、pH值)，考察反應(yīng)條件對(duì)吸附效果的影響。通過(guò)測(cè)試活性炭比表面積、孔結(jié)構(gòu)、孔徑分布、表面性質(zhì)，研究活性炭結(jié)構(gòu)和表面特性對(duì)苯酚吸附的影響效果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅涉及多種技術(shù)方法和工藝參數(shù)，而且突出現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和表征方法的應(yīng)用，可以使學(xué)生更系統(tǒng)地了解活性炭對(duì)有機(jī)物吸附性能，掌握活性炭在水處理中的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.2 “臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)處理苯酚”綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種飲用水深度處理方法，國(guó)內(nèi)外關(guān)于臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)方面的研究也較多[10]。臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)除可保持各自?xún)?yōu)勢(shì)外，臭氧可以對(duì)大分子進(jìn)行開(kāi)鏈作用與充氧作用，為活性炭提供了更易吸附的小分子物質(zhì)，而臭氧可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)則可被活性炭吸附并降解，相比于傳統(tǒng)活性炭吸附工藝有很大的優(yōu)勢(shì)[11]。但目前在本科教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)針對(duì)臭氧-活性炭聯(lián)用工藝、性能以及設(shè)計(jì)參數(shù)方面的實(shí)驗(yàn)研究并不多。

為使實(shí)驗(yàn)教學(xué)同實(shí)際工程結(jié)合，同新技術(shù)接軌，使學(xué)生盡快接觸到先進(jìn)技術(shù)，將新技術(shù)融入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，開(kāi)設(shè)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn) “臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)處理苯酚實(shí)驗(yàn)”。具體以苯酚為目標(biāo)物分別考察單獨(dú)臭氧、單獨(dú)活性炭和臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)對(duì)苯酚的降解效果，分析3種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。以小組為單位選取不同的臭氧投加位置(前臭氧、中臭氧和后臭氧)和投加量，研究臭氧投加位置和投加量對(duì)苯酚降解效果的影響，選取最佳的投加位置和投加量。以小組為單位選取苯酚(易被臭氧氧化，易被活性炭吸附)、對(duì)氯苯甲酸(不易被臭氧氧化，易被活性炭吸附)、腐殖酸(易被臭氧氧化，不易被活性炭吸附)3種不同的污染物作為目標(biāo)物，分別測(cè)定臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)對(duì)3種物質(zhì)的降解效果，考察不同種污染物的降解效果。采用不同的目標(biāo)物濃度、水體流速，考察污染物濃度、水體流速對(duì)降解效果的影響。本實(shí)驗(yàn)開(kāi)展僅需對(duì)現(xiàn)有活性炭動(dòng)態(tài)吸附測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改造，增加O3投加單元，即可搭建實(shí)驗(yàn)裝置。此外，該實(shí)驗(yàn)引入了大型儀器對(duì)污染物濃度及水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，可拓寬學(xué)生視野，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性。

3.3 “城市污水綜合處理”長(zhǎng)課時(shí)、綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要手段，綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展有助于提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后的研究性工作打下良好的基礎(chǔ)[12-13]。給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展多數(shù)為單獨(dú)一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的綜合，而未從整個(gè)學(xué)科角度考慮知識(shí)點(diǎn)的交叉和融合。

為提高專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的綜合性、應(yīng)用性以及職業(yè)實(shí)用性，提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，將傳統(tǒng)單一實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容和組織方式打破，設(shè)置全新的綜合性實(shí)驗(yàn)。如將 《水處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)》中 “城市污水綜合處理實(shí)驗(yàn)”同 《水處理微生物實(shí)驗(yàn)》中 “活性污泥微生物形態(tài)觀察”“活性污泥微生物呼吸活性(好氧速率)的測(cè)定”相結(jié)合，將水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)同系統(tǒng)運(yùn)行等獨(dú)立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合，開(kāi)展長(zhǎng)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)各種水處理工藝的工作原理、優(yōu)化控制、運(yùn)行監(jiān)測(cè)等有更全面而深入的了解。學(xué)生分成多組采用不同的污水處理工藝 (A/A/O、SBR、氧化溝等)處理生活污水，自行調(diào)試設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自行維護(hù)，將原有的污泥沉降比和污泥指數(shù)的測(cè)定、水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)、污泥菌膠團(tuán)中生物相觀察、污泥中微生物呼吸活性測(cè)定以及系統(tǒng)的運(yùn)行等獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合在一起，使該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有系統(tǒng)性、完整性、綜合性。

3.4 “多種方法測(cè)定水中鐵”綜合性、交叉性實(shí)驗(yàn)

水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)是 《水質(zhì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)的重要內(nèi)容，該實(shí)驗(yàn)課程共涉及多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，其中絕大部分為簡(jiǎn)單的化學(xué)分析法。在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用以及科研領(lǐng)域、大型儀器檢測(cè)技術(shù)發(fā)揮作用越來(lái)越大，但在該門(mén)實(shí)驗(yàn)課程體系中大型儀器檢測(cè)手段卻提及較少。

為使實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊跟科學(xué)技術(shù)前沿，開(kāi)拓學(xué)生視野，在教學(xué)過(guò)程中引入大型精密儀器，改造原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。如改造 《水質(zhì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》中“鄰二氮菲吸收光譜法測(cè)定水中鐵”實(shí)驗(yàn)，將大型儀器原子吸收儀引入到該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，比較兩種方法取得的數(shù)據(jù)，分析兩種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加火焰原子吸收法對(duì)總鐵的測(cè)定，采用鄰二氮菲吸收光譜法和火焰原子吸收法分別測(cè)定同一水樣中的總鐵，水樣采取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，比較其測(cè)定結(jié)果、方法的回收率、準(zhǔn)確度和精密度，分析兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中引入大型儀器檢測(cè)手段，能合理有效利用大型儀器，增加學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。

4 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)，而實(shí)踐教學(xué)改革是 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的關(guān)鍵。將獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)，有助于幫助學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決有關(guān)工程技術(shù)問(wèn)題，提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變成驗(yàn)證、探索實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可加大探索性實(shí)驗(yàn)在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的比例，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立科研創(chuàng)新能力；將已有工業(yè)應(yīng)用的新水處理技術(shù)引入本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)引入了大型儀器檢測(cè)技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，讓學(xué)生了解大型儀器對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定方法，可以拓寬學(xué)生視野，使學(xué)生保持對(duì)先進(jìn)技術(shù)的敏銳度，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

[1]高等學(xué)校給水排水工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

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[7]黃大明，秦鋼年.專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課綜合性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(6):247-250.

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Exploration and Practice of Experimental Teaching for Water Supply and Drainage Science and Engineering

LIANG Juan， ZHANG Jing， LIU Ya， LIANG Ying
(College of Architecture and Environment， Sichuan University， Chengdu 610065， Chian)

Aiming at the problems in the teaching system of the experimental courses of water supply and drainage science and engineering program，an optimized curriculum system was proposed from the viewpoint of scientific development and the new ideas of experimental teaching reform which were also explored.This paper presented a “three-combination” teaching philosophy.This paper presented the concept of“three-combination” teaching philosophy with the combination of validation and exploration experiments，the combination of the engineering design concepts and the experimental demonstrations and the combination of large-scale equipment detection and chemical detection technologies.The existing engineering applications of advanced water treatment technology and largescale equipment detection technologies were brought into undergraduate teaching.These new teaching concepts could also improve the experimental teaching level of experimental teaching and cultivating the advanced engineering and technical talents with innovative spirit.

experiment teaching； comprehensive experiment； exploratory experiment； creative ability

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.024

2016-03-09；修改日期:2017-05-08

成都市科技惠民技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目(2015-HM01-00280-SF)；四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)立項(xiàng)項(xiàng)目。

梁娟(1984-)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事水污染控制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研工作。

張靜(1981-)，女，博士，副教授，主要從事水污染控制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研工作，zjing428＠163.com