王旭 趙雅倫 胡將軍 毛旭輝 李登峰

摘? 要：如今環(huán)境工程專業(yè)對實踐型人才需求增大，傳統(tǒng)的實習實踐模式已難以滿足實際教學需求，需要探索新的實踐教學模式。信息化技術的快速發(fā)展為模擬仿真技術在高校教學中的應用創(chuàng)造條件。該文通過調(diào)研當前模擬仿真實習在高校實施情況，列舉傳統(tǒng)實習教學存在的弊端，從多方面分析模擬仿真實習實踐教學的優(yōu)缺點，為環(huán)境工程專業(yè)的實踐課程改革提供理論依據(jù)，并為虛擬技術和高校教育的結(jié)合、培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才提供借鑒和參考。

關鍵詞：環(huán)境工程；實習實踐教學；模擬仿真；高校教育；信息化

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）25-0065-04

Abstract： Nowadays， the demand for practical talents in environmental engineering majors has increased. However， the traditional practice model of internship hasn't been met the needsofactual teaching well， it's urgent to explore new modes of practice teaching. The rapid development of information technology has created conditions for the application of simulation technology in university teaching. This paper provides theoretical basis for the reform of practical courses of environmental engineering majors by investigating the current implementation of simulation internship in colleges and universities， listing the drawbacks of traditional internship teaching， and analyzing the advantages and disadvantages of simulation internship practical teaching from various aspects. It provides reference for the combination of virtual technology and university education and cultivation of high-quality professional talents.

Keywords： environmental engineering; internship and practice teaching; analog simulations; higher education; informatization

新時代我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，隨之而來的是全國范圍內(nèi)環(huán)境污染問題越發(fā)凸顯。習近平總書記在黨的二十大提出，堅持綠水青山就是金山銀山的理念……全方位、全地域、全過程加強生態(tài)環(huán)境保護，生態(tài)文明制度體系更加健全，污染防治攻堅向縱深推進，綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展邁出堅實步伐，生態(tài)環(huán)境保護發(fā)生歷史性、轉(zhuǎn)折性、全局性變化，我們的祖國天更藍、山更綠、水更清。治理環(huán)境污染已然成為環(huán)境工程專業(yè)人士的使命?！督逃筷P于進一步深化本科教學改革全面提高教學質(zhì)量的若干意見》作出“高度重視實踐環(huán)節(jié)，提高學生實踐能力”的指示[1]。教育部出臺的多部文件及各學科教學標準，全方位強調(diào)了工科專業(yè)中實踐教育重要意義。同時，政府積極在工科專業(yè)開展工程認證工作，實踐性課程所占的比例逐漸加大，對于環(huán)境工程這門實踐性很強的學科，這樣做的重要性不言而喻。

近年來，我國積極推動環(huán)境污染治理建設，環(huán)境工程專業(yè)人才需求大大提升，雖然為學生提供了廣闊的就業(yè)市場和大量就業(yè)機會，但對環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生實踐能力的要求同樣升高[2]。目前，線上教學和遠程教育的出現(xiàn)與普及大大改變了高校內(nèi)各學科的教學形式，教育教學與信息技術的結(jié)合已成為不可逆的發(fā)展趨勢。在教育新模式的探索過程中發(fā)現(xiàn)：多數(shù)高校實習實踐教學過程中存在多方面問題[3-4]，導致實習教學效果不佳，不利于學生綜合實踐能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)的實踐教學模式亟需創(chuàng)新性改革。為了在以立德樹人為根本任務的同時更好地適應新時代對人才培養(yǎng)新要求和信息化高校教育新規(guī)律，越來越多的高校將模擬仿真手段融入實習實踐教學環(huán)節(jié)。作為一種新興的實習教學模式，其彌補了傳統(tǒng)實驗教學中的不足，同時也能夠提升學生在實驗課程中的實際操作能力，使得學生能夠更好地理解所學的理論知識，并且能夠通過仿真實驗的方式將所學的知識運用到實際生產(chǎn)技術當中，真正做到學以致用。

一? 傳統(tǒng)實習實踐

（一）? 傳統(tǒng)實習實踐的必要性

傳統(tǒng)的現(xiàn)場實習實踐是目前最普及的實習實踐模式，絕大多數(shù)高校都開設專業(yè)相關的實習實踐課程。環(huán)境工程實習實踐課程包含學生實地考察、企業(yè)技術人員現(xiàn)場介紹甚至學生參與生產(chǎn)等多種方式，結(jié)合學生自身所學環(huán)境污染控制工程理論知識，提升專業(yè)技能，培養(yǎng)身為環(huán)境工作者的責任感和使命感。強化實習實踐教學，能幫助學生理解與鞏固理論知識，是鍛煉學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的有效途徑，對學生未來的職業(yè)規(guī)劃與發(fā)展具有深遠影響，更是高等教育、人才培養(yǎng)中的重要教育環(huán)節(jié)。

（二）? 傳統(tǒng)實習實踐的弊端

傳統(tǒng)現(xiàn)場實習實踐教學的主要優(yōu)勢在于，可以幫助學生直觀地觀察學習各廠區(qū)企業(yè)的整體布局與工藝流程，有利于學生了解理論和實際生產(chǎn)之間的差異。然而，隨著實習實踐教學的不斷開展，其存在的一些問題也逐漸顯現(xiàn)出來。

第一，實習基地聯(lián)系困難、類型少的問題突出。以常見的污水處理廠實習為例，現(xiàn)在多數(shù)污水處理廠已轉(zhuǎn)為私人企業(yè)承包，部分企業(yè)將學生進廠實習視作負擔，認為實踐教學活動無法為企業(yè)帶來太多實質(zhì)性效益，有時也存在實習時間與企業(yè)生產(chǎn)時間沖突的問題，對廠區(qū)生產(chǎn)造成影響，因此對學生現(xiàn)場實習的接受程度并不高。同時，為了讓學生對于水污染控制處理工藝有較全面的了解，教材中介紹了許多新型的或應用較少的處理工藝。但目前為止，我國污水處理廠的主流處理工藝仍是單一的A/A/O、氧化溝及在其基礎上優(yōu)化改良的工藝技術，其他類型的處理工藝如SBR法、生物濾池、UASB等應用較少，這也給實習地點的選取帶來了難題，使實習實踐教學無法讓學生系統(tǒng)全面認識不同類型的處理工藝。

第二，傳統(tǒng)實習實踐的考核方式相對簡單，難以對學生實習的實習情況進行有效評價。目前高校實習實踐中的教學效果評估評價內(nèi)容較單一，一般的考核方式主要包括考察出勤率、檢查實習報告等，缺少更加系統(tǒng)全面的考核體系。在實際的參觀實習后的考核過程中，污水廠運行故障的情況常常被忽略，在現(xiàn)實生產(chǎn)過程中操作、運行調(diào)試等問題涉及較少，導致實習時學生對這些內(nèi)容的重視程度不高，對于工藝運行的不穩(wěn)定情況理解不到位的問題突出，不符合實習教學的初衷。在后續(xù)的實習成果驗收環(huán)節(jié)，學生的實習心得大多需要以書面材料的形式呈現(xiàn)，通過現(xiàn)場實習實踐而形成的實習報告大多形式化、內(nèi)容單調(diào)、缺乏個人觀點，難以綜合反映實習實踐教學效果。

第三，實習過程中學生缺少動手操作機會，實習效果差。在傳統(tǒng)實習過程中，由于實習場地和儀器數(shù)量的限制，學生往往很少有機會上手操作，難以有操作體驗。在實習教學過程中，一些樣品的測定往往需要學生根據(jù)紙質(zhì)操作手冊進行，這對學生操作熟練度也有較高的要求。與此同時，隨著信息化、智能化在企業(yè)運營過程中逐步普及，運行操作所需人力逐漸減少，也提高了對操作人員能力的要求。由于大多數(shù)處理設施的運行通過后臺控制，實習時學生僅僅只能通過相關人員的講解對處理過程進行了解，這種“走馬觀花”的參觀式實習顯然難以滿足實習教學需要[5-6]。

總的來說，傳統(tǒng)的實習實踐方式雖然能夠加強學生的理論與實踐聯(lián)系，提升專業(yè)素養(yǎng)，但在現(xiàn)實中也存在一些問題。面對當前嚴峻的環(huán)境污染形勢，僅僅依靠傳統(tǒng)實習實踐已經(jīng)不能滿足對環(huán)境工程專業(yè)學生實踐能力的要求，需要探索新的實踐教學模式，以更好地培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、使命感與責任感的環(huán)境工程專業(yè)人才[7]。

二? 模擬仿真實習

（一）? 模擬仿真實習實踐的特點

近年來，模擬仿真實驗教學項目逐步在高等教育實驗教學中推廣[8-9]。這種教學模式是信息化與實驗教學有效結(jié)合的產(chǎn)物，更是教育部高校建設的重點項目。模擬仿真教學在教學過程中提供計算機模擬的中控界面、VS/VR/AR等3D仿真生產(chǎn)現(xiàn)場界面和分析界面，學生可通過外設進行模擬操作。模擬教學主要強調(diào)對復雜工程問題的處理能力以及過程中的規(guī)范操作，鼓勵學生自主進行學習、研討并糾正錯誤操作，顯著提高了學生對生產(chǎn)中工藝特點、設備特性的認知[10]。

（二）? 模擬仿真實習的優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)現(xiàn)場實習教學，模擬仿真實驗教學提供了不同的實習形式，可以更大限度滿足環(huán)境工程專業(yè)學生的實習要求，其優(yōu)點主要包括以下幾方面。

1）以虛擬反映現(xiàn)實。為學生提供模擬操作的平臺。通過仿真技術，可以快速搭建出多種實習場景，覆蓋更多類型的實習內(nèi)容，如廠區(qū)煙氣處理的模擬、環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析等。模擬教學還原了各廠區(qū)全自動運行的過程，可以在計算機上反復進行模擬運行操作，甚至可以模擬運行過程中出現(xiàn)的反?，F(xiàn)象，鍛煉學生應對這些問題的能力。另外，學生還可在模擬操作過程中，控制虛擬場景中的一些閥門、泵這類小部件，對運行參數(shù)進行調(diào)控、對原有工藝進行修改（圖1），來探究不同運行條件對處理效果的影響，幫助學生探索處理工藝運行的最佳參數(shù)，很好解決了一些實習實踐項目做不了、做不好的問題。

2）以技術展示細節(jié)。模擬教學更加細致地呈現(xiàn)實際工作場景，有利于學生對設施全面了解。大部分傳統(tǒng)實習實踐存在時間限制、環(huán)境危險等問題，現(xiàn)場實習中，學生很難了解一些處理單元，如沉砂池、生物反應池、除塵器或者一些地下構筑物中的內(nèi)部構造及實際運行情況，企業(yè)出于安全考慮，危險的處理場所大多不便于學生進行實地實習。模擬實習實踐教學則避免了這些問題的出現(xiàn)，通過一些技術設備的輔助，將工藝流程中各個構筑物進行拆分演示，無法直觀看到的設備內(nèi)部結(jié)構會通過模擬實景，完整地、清晰地、多角度地呈現(xiàn)給學生，有效提高了學生對設施的認知程度（圖2）。

3）以創(chuàng)新激發(fā)興趣。模擬仿真教學增加了實習趣味性，在調(diào)動學習積極性的同時提高了學生的動手能力，增強學生掌握實習實踐操作能力。學生可以利用計算機技術構建虛擬場景，通過一系列操作近距離觀察各處理工藝設備內(nèi)部與外部，滿足了學生對于生產(chǎn)設施的好奇心。模擬實習實踐開創(chuàng)性地允許學生選擇自己感興趣或掌握薄弱的地方針對性模擬練習，嘗試多種技術路線，學生也能借助模擬平臺自行設計運行方案并加以改進，分析模擬實驗數(shù)據(jù)，深入理解理論知識，使實習具有探索性意義。對于學生而言，模擬教學同樣有預習的效果，有利于后續(xù)線下教學的開展，做到所見即所得，提高學習效率。

4）模擬仿真所用軟件功能齊全、可用性強。軟件通過建模的方式提供模擬實驗室環(huán)境、還原操作步驟，允許使用者在模擬場景中自行組合需要的儀器設備及藥品，為高成本、高耗材、不可逆的實習實驗教學的開展創(chuàng)造了條件。在模擬仿真實習實踐教學中，仿真軟件包含線上課程講解、仿真理論考試、題庫練習等模塊，同時具有如工況設定、報警、評價等功能，極大滿足了教學的工作需要，將教學工作與互聯(lián)網(wǎng)技術完美結(jié)合。學生通過安裝模擬教學平臺，在個人電腦上根據(jù)教程自行探索、聯(lián)合操作。在考核評價方面，軟件可評估學生的操作水平，依此給出成績評定，成績可作為學生能否進入實驗室實操的評判依據(jù)，考核的難易程度也可根據(jù)需要進行靈活調(diào)整，為考核的進行和實習的開展提供極大便利[10]。

以仿真為主、模擬為輔的教學新模式的普及與快速發(fā)展豐富了高等教育實習實踐教學內(nèi)容，有助于學生掌握更加先進的技術，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維。當然，仿真教學也存在缺點，計算機模擬無法完全還原實驗和生產(chǎn)現(xiàn)場，一些現(xiàn)場情景無法直觀體驗，會造成事倍功半的結(jié)果。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，一些反常狀況的出現(xiàn)常常伴隨有氣味、物料顏色等的改變或是噪聲的產(chǎn)生，很顯然這是僅依靠計算機技術所不能復現(xiàn)的。與此同時，由于模擬實習教學中學生主要通過鍵盤鼠標、手柄、穿戴式裝置等設備進行所需操作，與實際動手操作存在很大出入，難以培養(yǎng)學生的現(xiàn)場操作能力。作為一種新興的教學模式，模擬仿真教學存在著體系不成熟、缺乏明確教學規(guī)劃的問題，這是未來需要關注的方向。

三? 結(jié)束語

實習實踐教學是環(huán)境工程教學中的重要內(nèi)容，在當前新工科建設和“工程教育專業(yè)認證”等教育改革發(fā)展的背景下，信息化、智能化在高等教育教學中發(fā)揮日益重要的作用，模擬仿真技術迎合了實習實踐教育的發(fā)展需要。模擬仿真實習實踐平臺在國內(nèi)各大高校相繼建立，相關的教學軟件也應運而生。針對傳統(tǒng)實習實踐存在的問題，基于互聯(lián)網(wǎng)技術的模擬仿真實踐教學不失為一個合適的解決方法。通過建立模擬仿真環(huán)境，學生在電腦上進行各種實驗和操作，達到實地實習類似的效果。同時，模擬仿真實踐教學還具有時間、空間靈活及安全可控等特點，可以有效解決實習基地聯(lián)系難、類型少、考核方式簡單等問題。

模擬仿真實習是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ膶嵺`教學模式，彌補了傳統(tǒng)實習實踐教學存在的缺陷，拓寬了實習教學內(nèi)容的深度與廣度（圖3）。隨著模擬仿真技術的不斷發(fā)展和普及，模擬仿真實習在高等教育教學過程中也必將更加成熟完善。在全面信息化的時代洪流中，教育部門要結(jié)合實際情況，統(tǒng)籌規(guī)劃、建設發(fā)展模擬仿真實習實踐教學項目，給予相應政策傾斜并加強完善監(jiān)管機制。高校應當加強實習實踐教育信息化建設、加快數(shù)字化實習平臺的建立。當然，要明確的一點是實驗結(jié)果是科研結(jié)果的再現(xiàn)，傳統(tǒng)實習實踐教學的開展仍是必不可少的，最好的方法是將兩種實習方式有效結(jié)合、優(yōu)勢互補。教學過程中，重視核心要素的仿真度，以模擬仿真實習作為現(xiàn)場實習的前置環(huán)節(jié)，讓學生提前模擬訓練，保證學生在現(xiàn)場實習中有的放矢、將模擬仿真與現(xiàn)實有機結(jié)合，堅持“能而不虛”的教學理念，建成以信息技術為依托、個性化與智能化綜合展現(xiàn)、布局專業(yè)效果優(yōu)良的高等教育教學體系。另一方面，通過校企之間實習對接，開展并不斷優(yōu)化探索學習與生產(chǎn)有效結(jié)合的實踐教學，將理論與實踐緊密連接，以實踐提升學生能力，為學生的未來職業(yè)規(guī)劃與發(fā)展奠定堅實基礎[11-13]。

參考文獻：

[1] 教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質(zhì)量的若干意見[J].中華人民共和國教育部公報，2007（5）：37-40.

[2] 蘇小麗，段金華，陳云霞，等.環(huán)境工程專業(yè)實習教學的改革與實踐探索——以景德鎮(zhèn)陶瓷大學的環(huán)境工程專業(yè)為例[J].廣東化工，2020，47（22）：204-205.

[3] 劉德寶，李春亮.科研成果向創(chuàng)新性實驗轉(zhuǎn)化的研究與實踐[J].實驗室科學，2021，24（1）：237-240.

[4] 黃凱.科研反哺教學促進學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實踐[J].學周刊，2018（21）：10-11.

[5] 趙艷紅，吳捷，宋春來，等.淺析仿真技術在化工專業(yè)生產(chǎn)實習中的應用[J].廣州化工，2015，43（12）：220-221，224.

[6] 曹俊雅，張軍.淺談基于現(xiàn)代化工仿真軟件的化工生產(chǎn)實習教學改革策略[J].教育現(xiàn)代化，2016，3（7）：41-43.

[7] 李冰，李玉瑛.污水廠傳統(tǒng)實習與仿真實習的比較研究[J].廣東化工，2021，48（6）：96，102.

[8] 張靜，劉振來，靳曉英，等.地方高校工科生產(chǎn)實習的教學改革與實踐[J].河西學院學報，2017，33（5）：111-114.

[9] 許麗川，申世軍，劉洋.MOOC在高校實踐類課程教學設計中的應用[J].實驗室研究與探索，2016，35（8）：207-211.

[10] 田文德，王霞，孫素莉，等.基于虛擬仿真的化工專業(yè)實習模式改革與實踐[J].山東化工，2021，50（13）：188-189.

[11] 姜雪.校內(nèi)半實物仿真工廠和3D虛擬現(xiàn)實生產(chǎn)實習仿真在化工認知實訓中的探索與實踐[J].廣東化工，2018，45（17）：227-228.

[12] 姜小麗，閻偉紅，姜旭霞.仿真工廠——校內(nèi)實訓基地建設模式與管理機制的創(chuàng)新[J].讀與寫（教育教學刊），2015，12（5）：43，50.

[13] 孫章，謝全安，孫曉然.煉焦虛擬仿真工廠建設與教學模式探索[J].廣州化工，2020，48（22）：181-182，185.