[出处] 教育教学论坛_2022年第19期

曾洁 李莉 高俊敏 吴全旺 曹知平

[关键词] 污水处理工程综合实验;双一流;混合式开放教学

[基金项目] 2021年度重庆市教改重点委托项目“基于综合实验教学的生态环境行业拔尖人才培养模式创新与实践”（212009）;2021年度重庆大学实验教改项目“污泥厌氧消化实验”（2021S11）

[作者简介] 曾 洁（1991—），女，重庆长寿人，硕士，重庆大学环境与生态学院实验师（通信作者），主要从事环境工程类实验课程教学与改革研究;李 莉（1984—），女，湖北武汉人，市政工程博士，重庆大学环境与生态学院高级实验师，主要从事水污染控制及检测研究;高俊敏（1972—），女，四川雅安人，环境工程博士，重庆大学环境与生态学院教授，博士生导师，主要从事环境监测研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）19-0057-04 [收稿日期] 2021-10-30

引言

教育部《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》（教高〔2018〕2号）[1]、《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》（教高〔2019〕6号）[2]等指导性文件明确要求，高等院校应大力推进一流专业建设，推进现代信息技术与教育教学深度融合，大力推进虚拟仿真实验建設，加强校内实验教学资源建设，共享优质教育资源。我校环境工程、给排水科学与工程、环境生态工程专业是首批获得教育部认定的国家级一流本科专业建设点，积极投入国家级和省级一流课程建设，“水质工程学”和“环境监测”课程被推荐申报国家一流课程，“水污染控制工程”被推荐申报省级一流课程，“污水处理工程综合实验”是上述课程的重要实践环节。本文以我校“污水处理工程综合实验”混合式开放教学实践为例，交流综合实验课程教学建设与改革体会，促进教育资源共享，为社会培养更多的拔尖创新人才。

一、“污水处理工程综合实验”课程简介

“污水处理工程综合实验”课程是环境工程、给排水科学与工程等专业本科生的重要专业课程，教学内容如表1所示，采用线上线下相结合的混合式教学手段，是一门完全由学生自主设计开展的综合性、设计性实验课程。实验课程内容设置的合理性、实验教学手段的创新性、开放的实验平台及完善的安全保障机制，是综合实验教学得以高效开展的前提。课程设置在学生对专业知识有较深认识与掌握后，是学生综合利用所学专业知识初步探索科学问题的实践平台。良好的课程成效对我校生态环境类拔尖创新人才培养乃至学科建设具有重大意义。

二、污水处理工程综合实验教学特色

（一）注重学科特色，着眼实际问题

综合实验课程以“双一流”建设[3]为导向，紧密围绕专业人才培养任务，注重学科特色，将理论知识和实际污水处理有机结合。采用虚实结合的混合式开放教学手段，使学生在城市污水处理厂运行管理的虚拟仿真操作，和污水处理装置的实际运行中，加深对水污染控制工程、水处理工艺设计、环境监测等课程知识的理解与应用，并针对实际出现的问题加以思考并动手解决，开拓学生的学术视野和研究思维。课程线下实验以流程完整的污水处理反应器作为学生实验装置，如图1所示，实验中处理的污水是由附近学生宿舍引流的生活污水，着眼实际，体现污染控制的学科特色。学生从查阅相关文献了解各构筑物的作用和原理，并初步掌握污水水质的测试方法，开始污泥驯化和反应器的启动;继而通过自主设计实验方案，完成一定工况下实验装置的持续稳定运行;并对不同运行工况下处理效果进行分析，探讨不同实验因素对工艺运行的影响机制;甚至自行改进实验装置等实验内容，将多个知识模块有机结合。实验开设使学生能灵活运用理论知识相互协作、解决实际问题，培养学生水污染控制工程的设计和运营管理能力，提高学生参与科学研究的积极性。

（二）采用虚实结合，丰富教学手段

城镇污水处理系统规模大且过程复杂，污染物组成成分及出水效果的影响因素众多[4]。由于实验教学场地和时间的限制，实验室提供的小型污水处理工艺在规模上难以和实际污水处理厂相比较，难以适应时间上的波动变化和空间上的不均匀性。以学生宿舍生活污水作为实验进水来源，虽然尽可能贴近生活实际，但仍与城镇污水处理系统进水差异极大，且学生如若设计多因素实验方案，便难以在一学期内开展完成。针对实验室条件的局限性，近年来我校打造了适应学生自主学习、自主管理、自主服务需求的水处理虚拟仿真训练平台，并将操作成绩纳入课程评定。该平台包括课程所需的采用A/A/O工艺的典型城市污水处理厂实习仿真软件和常规水质指标仿真测试软件。

仿真实习包括城市污水处理厂全貌参观和工艺调控操作，即通过自行调节污水处理系统运行参数可直观地看到出水水质的变化。此外，还包括自来水SS、总氮、总磷超标等污水处理仿真事故，让学生在实验室污水处理工艺基础上对城市污水厂的运行、管理及应对复杂进水条件变化的处理有更全面的认识，获得更丰富的污水处理技术实践体验和实际工艺过程规律认知，学习过程不受时间和场地的限制。

水质指标仿真测试软件包括BOD5、COD、TN和TP测定实验，弥补了课程教师难以为学生演示水质指标分析检测操作的缺陷，将学生对测试方法理解提升到仿真操作体验，并可根据自身操作能力差异借助仿真软件反复练习提升操作水平，以辅助线下实验室水质分析检测。

（三）方案自主设计，培养创新能力

“污水处理工程综合实验”课程始终坚持激励学生“跳一跳才能够得着”，创新与挑战并存，内容涵盖基础化学、仪器分析、环境监测、水污染控制等相关课程知识。在课程设置上，采用理论知识回顾性讲授、实验室设备现场讲解及课后文献查阅与收集，结合虚拟仿真平台反复操作练习的方法，要求学生熟悉工艺主体构筑物及连接方式，理解各构筑物的作用和原理，掌握污水水质指标测试方法。在此基础上，由学生自由组合团队，每组不超过10人，选择任意一套污水处理反应装置并自主设计实验方案，探讨分析不同实验因素和水平的影响。

由于微生物系统培养驯化至稳定处理效能的状态，需要几天甚至更长时间，微生物发挥降解作用、分解污染物所需时间至少几小时，表征处理效果的水质污染指标的测定也要花费一定时间[5]。因此，为了获得较好的实验结果，且满足教学课时要求，实验时间控制在一个学期内，实验周期以2～3个月为宜，每名学生得到充分锻炼。数据组内成员共享，每个学生以独立视角对实验数据进行分析和处理，并按照毕业论文要求规范书写实验报告，思考实验过程并得出切合实际的结论，有意识地把合适的实验工艺参数用于课程设计和毕业设计。创新加实干，学生在实验系统的稳定运行与水质分析中，树立实事求是的科学态度和工作作风，获得污水处理设施日常运行管理基本能力，提升自主动手及团体协作能力，强化专业知识有机融合，形成综合知识网络体系。

（四）强调安全准入，过程协作开放

课程完全以学生为主体自主开展实验，进水、取样和水质指标测试均根据设计方案自由设定，课程具有实验周期长、实验时间不固定、实验任务重且挑战大的特点。此外，实验过程用到的仪器和试剂种类多样，实验废弃物回收处置等实验室安全问题关系师生人、财、物的安全[6]。学生实验过程中的安全管理是实验教学活动高效开展的基本保障。

课程在学生进入实验室之前，设置系统的实驗室安全技术培训与线上考试，强调实验室安全准入。通过一系列实验室安全事故案例讲解，分析实验室安全风险，包括水电安全、化学试剂安全、压力容器安全、实验废弃物回收等，强化安全教育。强调实验室安全防护及实验安全事故应急处置，如烫伤、起火、酸碱蚀伤、割伤、触电等事故的防护与应急处理;并对分析仪器和分析方法基础知识和基本技能开展培训，如各种玻璃器皿认识与洗涤、溶液配置、仪器使用与维护等，强化学生基本操作技能，避免安全事故发生。要求学生牢固树立安全意识，严格实施安全培训，并在线上考试合格后才被许可进入实验室的安全准入制度。

（五）创新教学模式，全过程“陪伴式”教学

污水处理实验系统在周期内连续运行，实验过程中学生随时可能遇到新问题，课程教师面临的知识传授与日常管理挑战大。对此，课程创新教学模式的提出并实施，由指导教师与实验室值班教师师共同参与的全过程“陪伴式”教学辅导模式。通过线上搭建答疑平台，指导教师可实时解答学生提出的各种问题，线下由实验室值班教师管理实验过程安全操作、药品领取、设备运行维护、实验废弃物回收等实验室安全问题。以“实验现场指导、线上线下答疑、定期听取汇报”相结合的方式陪伴学生实验全程，既满足学生自主实验的需求，又注重培养学生主动思考并动手解决实际问题的能力，让学生在学习过程中既有自主创新的挑战、团队协作的友谊，还有教师时刻陪伴的温暖。学生毕业后仍能通过线上答疑平台与教师交流并得到指导，让教学过程从课内延伸到课外、校内拓展到校外，支撑学生终身学习。

三、“污水处理工程综合实验”教学优化及建议

“污水处理工程综合实验”教学坚持“以学生为主体，教师全程陪伴，平台开放共享”的模式开展教学活动，课程效果体现在教师与学生的相互评价、学生对实验课程设置和实验平台软硬件系统的评价，同时还包含是否满足企事业单位对人才培养的需求等综合因素[7]。当前的课程评价中设置了教师评教与学生评价板块，但企事业单位人才培养需求是否在课程教学中实现，需在学生毕业进入相关行业后才得到反馈，该部分评价由于学生就业范围广，缺乏持续监测，评价数据相对较少。对此，应加强校企沟通与合作，搭建线上评价通道，建立毕业生质量跟踪体系与动态反馈机制，评价内容主要包括：毕业生从业或深造后对课程实用性评价、用人单位对毕业生污水处理综合能力评价、深造院校或科研院所对毕业生科研探索能力评价等。通过对参与课程学习的毕业生及就业（深造）单位定向跟踪，进一步明确企事业单位人才培养需求，以不断反馈为驱动，强调学习产出，实现课程改革与时俱进，促进实验教学内容和教学手段持续优化。

结语

我校“污水处理工程综合实验”课程已开设10余年，始终注重学科特色，着眼实际问题，强调创新能力培养，具有课程内容丰富、教学手段多样、教学模式新颖、实验平台开放、考评体系完整、安全保障机制完善等特点，得到兄弟院校高度好评，学生普遍反映课程挑战性大、收获多，对毕业就业和学业深造影响深远。课程建设还将大力推进虚拟仿真实验实践平台的建设，形成符合混合式开放教学的综合实验考核评价体系;进一步加强校企合作交流，建立全方位教学质量动态跟踪反馈机制;不断深化教育教学改革，切实提高混合式开放实验教学水平，并积极推动课程建设经验与教育教学资源的共享，培养更多适应社会需求的高素质拔尖创新人才。