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关键词:给排水实践课程;课程定位;教学内容;考核方法
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)42-0154-04
水环境是关系国计民生的焦点问题,因此当今社会对给排水工程专业的需求日益增加,同时对人才的实践能力提出了更高的要求。给水排水工程专业是一门理论和实践紧密结合的多学科知识体系综合学科,实践教学对整体教学效果影响甚大,实践教学不仅锻炼了学生的实践和操作能力,同时也加深了学生对课堂讲授内容的理解和记忆。
北京林业大学“给水排水工程专业实践教学”包括实验、实习和设计三大部分,涉及课程实验、金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习、课程设计、毕业设计等七个实践性教学环节,共计32学分。如何在有限的时间内,全面培养学生的综合实践能力,提升学生理论知识和实际应用能力的综合水平,提高实践教学考核的公平公正性,促进教学效果,是本研究的核心任务。笔者对北京林业大学给排水科学与工程专业近几年的实践教学模式及考核方法的实践尝试进行了综合分析,对问题和经验进行了研究总结。
一、课程定位
给排水工程专业实践课程是一门应用型的专业课程,不仅涵盖生物、力学、物理和化学的知识,而且与电子信息技术和自动化技术的发展密切相关,是一门涉及多学科知识的综合学科,是介于自然科学和技术科学之间的边缘学科[1]。专业实践课程是在学习专业基础理论知识的背景下,通过实验、实习和设计进一步加深对理论知识的理解、掌握和应用,同时也是获取新知识、充分调动和发挥学生的能动性和创新能力、培养分析问题和解决问题的科学实践方法。实践课程的定位是通过实践课程实训,具备一定的实验技能和动手能力、了解给排水科学技术的理论前沿和发展动态,初步具备科学研究和实际工作的能力和水平。因此确定了整个实践课程的设置、重点内容和教学考核方式,体现理论知识和工程实践能力的紧密结合,更好地促进实践教学效果。
二、实验教学:学院统一设计实验,自编实验讲义,扩展考核方式
(一)实验课程
给排水工程专业的实验课程分为专业基础课实验和专业课实验[2],专业基础课实验包括水分析化学实验、水力学实验和水处理微生物实验三类,专业课实验包括给水处理技术实验、供排水管网实验和污水处理技术实验。北京林业大学环境学院通过对目前国内的核心水处理企业如北京排水集团、北京自来水集团、北控水务集团、碧水源公司等企业,进行技术需求调研的基础上,组织全院老师编制了6门实验课程的讲义,并要求实验课带班老师提前亲自做好每一次实验,把实验中可能出现的问题编写在实验注意事项中,并根据实验原理和设计提出思考题,提高了学生的实验效果和思考能力。如根据目前饮用水中出现的内分泌干扰物,设计了臭氧活性炭处理饮用水中内分泌干扰物的实验课程,同时在分析手段上设计了利用UPLC-MS-MS分析内分泌干扰物的中间代谢产物,毕业生受到自来水集团的青睐。
每门实验课程都由专业任课的老师亲自带班,实验课的安排保证与理论教学同步。实验课的分组合理,微生物实验2人一组,水处理实验4人一组,化学实验每人单独进行,既保证了有效的利用资源,也充分调动了学生参与的积极性和主动性。同时,要求学生课前准备预习报告,课后提交实验报告,并要求学生实验报告工整清晰,数据测定真实、数据处理规范,实验教师对测定数据进行检查和签字后方可生效,培养了学生严谨的工作作风,为学生适应现实工作岗位的需要提供了良好的素质训练。
(二)大学生科技创新实践
北京林业大学设置了3类大学生科技创新实验,包括国家级、北京市级和校级。专业教师可结合科研实际,提出相应的大学生科技创新实践题目,由感兴趣的学生组成团队进行申报,与学生一起从事科研活动。其中三类项目有严格的验收标准,国家级项目须有SCI文章、市级项目须有核心期刊文章,而校级项目也必须有公开发表的文章。该实验实践课程的参与,大大提高了学生的实验动手能力和科研实践能力,每年由于发表SCI文章而被清华、北大等知名院校录取为直博的学生大有人在,且呈逐年增加的趋势。
北京林业大学环境学院开展了丰富的环保社团活动,其中“绿手指”社团的地沟油制肥皂项目获得了国家20万元的经费支持,提高了学生素质和丰富校园文化生活,逐步实现第一课堂的有效延伸。
(三)实验考核
给排水工程专业实验课程是单独的课程,因此执行严格的考核制度,采用实际考操作和笔试相结合的形式,其中平时实验占50%,实操和笔试各占30%和20%。主考教师准备不同浓度的样品,考核时学生随机抽签,进行浓度的测定,在测定的基础上根据平时实验积累的经验,设计实验方案进行污染物去除,并分析取出后的污染物浓度,监考教师根据统一制定的评分标准,对实验结果进行打分;笔试主要反应对实验原理、注意事项和问题思考的把握程度。通过考核不仅检查了学生的操作水平,而且更深刻领会了每次实验的内涵,避免了平时实验中分组实验中个别同学依赖其他同学操作的不良习惯,调动了每位学生的积极性,使学习上了一个新台阶。以上笔试和实际操作的考核形式,经过实践检验,是切实可行的考核方法。
三、实习教学:与生产实际结合,影像与现场相结合
认识实习、金工实习额、生产实习和毕业综合实习是给排水专业本科阶段非常重要的实践性教学环节。实习是课堂教学的继续和发展,是检验教学成果的重要途径[3]。北京林业大学长期以来与北京排水集团、北京自来水集团、北京翠湖湿地公园等单位达成了长期的实训校外合作基地,还与校内的污水处理站等基地签订实习协议,进一步拓宽了学生学习专业知识的渠道。
(一)认识实习
认识实习主要是学生到自来水厂、污水处理厂和高层建筑供排水及消防系统进行参观[4],加深学生对给排水工程的认识和了解,初步建立起对本专业的总体工作任务印象。
在认识实习前,带队教师召开实习布置大会,具体明确的提出实习的目的和主要内容,并针对实习内容播放各个实习机构拍摄的供排水流程或水处理工艺技术流程,并利用计算机仿真技术模拟生产过程环境中,如北京市水源九厂对褐煤和石英砂双层滤料的过滤和反冲洗过程中各个阀门、开关、设备的操作;吴家村污水处理厂的全流程和各工艺参数的调节和控制界面,可以模拟各种事故现象及处理方式,在进入现场前对城市水处理系统的复杂性和突发事件形成深刻的感性认识。在现场实习过程中,学生可以带着问题有针对性认识实习,大大提高效果。在认识实习工程中,以工艺为主线,以单体构筑物为副线,通过先大体了解流程再具体认识单体构筑物,最后了解具体涉及的设备及选型方法,一步一步将学生从宏观的认知引导到专业知识的细节上。
(二)金工实习
北京林业大学给排水专业的金工实习是集设计制作与实际加工于一体的实习教学方式,将创新工程能力的培养与传统的机械加工技能操作训练巧妙地结合在一起。实习的基本要求是给用户安装洗浴系统及卫生洁具,因此首先要设计各个器具的具置,然后设计管路系统,最后进行管理和洁具的安装。因此突破了一般金工实习车削、铣削、刨削、磨削、铸造、锻造、焊接等基本机械加工工艺知识[5],更加注重基本操作技能的训练和设计创新能力的结合。最后的考核为系统稳定运行不漏水。开放式的金工实习模式成为培养学生工程能力的一个基础平台,在理论联系实际的同时着重培养工程动手能力,使学生发展成为一个适应现代化企业需求的合格工程师。
(三)生产实习
生产实习是学生结合已学习的水质工程学[6]、建筑给排水、水处理工艺设备及仪表等专业课程的基础上,与工程实际联系起来,进一步加深对所学知识的理解。北京林业大学建立了给水排水工程专业的生产实习资料库,其中包括:实纲、影音资料、实习图纸、实习思考题等。通过学生进驻自来水厂、污水处理厂、建筑公司及高层建筑现场,参观并跟班运行等手段了解工艺及运行情况、污染物处理过程、建筑施工场景等,进一步巩固理论知识,也为学生今后选择职业打下基础。
生产实习之前指导教师召开实习动员大会,讲解一些安全注意事项、实纲,播放实习影音资料和PPT课件,阅览设计图纸,让同学初步了解主要处理构筑物的平剖面图、动画、建筑给排水三维系统图等,并结合实验室的模型演示,让学生对各构筑物内部构造、运行机理有初步的了解。实习期间严格按照实习场地分班组实习,同时学生需要记录实习工况,编制实习报告。在生产实习的过程中针对实习中的共性问题和难点问题,与学生进行面对面的交流,在扩展实习空间的同时也延伸了实习的时间。
1.毕业综合实习。毕业实习是学生结合自己的毕设选题,有针对性地进行实际工程参观实习,为顺利进行毕设打下基础。北京林业大学的毕业设计全部来自于实际课题,因此每名毕业生根据自己的选题,选择到类似工艺的水厂或高层建筑的场所进行为期一周的实地考察,包括核心工艺流程,各个工艺构筑物的形式和用途,主要设备及选型,同时对自动化控制环节进行学习。对于污水处理厂出水达地表IV水体出水标准要求的选题,不仅需要去污水厂和再生水厂进行实习,同时去设计院进行学习,以达到工艺符合实际设计的要求。通过综合实现的训练,为毕业设计的顺利开展打下良好的基础。
2.实习考核。实习结束后要求学生提交实习记录和实习报告,并由教研室组成专业团队对其实习内容进行现场答辩,最后根据实习报告及实习答辩记录评定学生的生产实习成绩。金工实习的考核为供排水系统稳定运行不漏水。对不及格的学生要求再重新实习,直至达到实习要求为止。因此,大大提高了实习的效果。
四、设计教学:命题全部源自实际项目,每个学生单独选题
(一)课程设计
课程设计作为给排水专业实践教学的基本环节,可在很大程度上提高学生对专业知识的深度理解和独立的工作能力。给排水专业课程设计包括泵站设计、给水排水管网设计、给水厂设计、污水处理厂设计和建筑给排水设计。设计题目尽量选用目前国内外的主流工艺,且难易适中,以巩固学生的基础知识为目的。指导教师在授课之前将设计任务书下达给学生,将课程设计的知识贯穿于授课过程,使学生掌握设计计算的方法。在课程结束后,统一进行设计任务布置和任务解答。
设计过程中,在核心设计参数的设定上,采取统分相结合的方式。每种方案由5~6人组成,同一组里的每个学生在处理规模和进水水质等方面略有不同,这样的参数率定有助于同组学生间的讨论,同时又能发挥学生独特的设计理念,充分发挥学生对工艺的独特见解,反应对基础知识的领悟能力和拓展水平。
(二)毕业设计
毕业设计选题百分之百是指导教师正在设计与研究的现实课题,80%以上的选题体现了水环境污染控制与水处理新工艺。如在水环境方面:更侧重于目前水体污染控制要求的缓流水体水生态和水质保持工程设计、初期雨水的收集净化与利用工程设计、面源污染控制工程设计、多自然型河流生态净化工程设计。在污水处理方面:更注重与我国污水排放新标准结合,新建污水处理厂设计全部实现一级A的排放要求,核心工艺包括MBR工艺、生化+滤布过滤工艺、生化+微滤等;同时更加注重污泥处理工艺的体现,在传统污泥脱水的工程设计的基础上,增加污泥消化、污泥堆肥及生态利用、污泥钙化及建筑材料回用等污泥综合处理及资源化工程设计;重视污水厂臭气对环境的影响,增加了污水厂的臭气收集和处理方面的工程设计;在部分传统的污水处理工艺如活性污泥法、A2/O、SBR和氧化沟[7]的选题也结合目前污水处理厂升级改造实现一级A达标排放的新标准要求,体现深度脱氮除磷工艺,同时将除磷精确控制及磷回收的工程设计纳入新的设计体系;同时结合北方缺水地区水环境对污水排放的达地表IV水体的高标准出水要求,更多的在组合工艺和新工艺的应用方面进行设计尝试;在饮用水处理方面:注重新型污染物的处理工艺及消毒副产物控制技术,并结合北京市面临的南水北调与海水淡化进京的多水源优化调度的管网分配,核心工艺包括多层滤料过滤、膜过滤及臭氧消毒、紫外消毒等新工艺设计。因此,学生经过课程设计和毕业设计教学环节能够适应当前用人单位的技术需求,保持了较好的本专业就业率。
(三)设计考核
由教研室主任为答辩考核组长,全体教研室老师为组员组成考核团队,对同学设计中的三个环节“开题、中期和最后的设计成果”进行统一考核,成绩的核定按照去除最高分和最低分之后取平均分,3次答辩取10%、20%和70%作为最终的成绩,保证了考核的公平和公正性。由于选题来自实际的课题,且每人一个选题,因此不仅避免了设计雷同,设计成果也有助于提高学生在工作面试中的竞争能力。
毕业设计限定了学生的基本合格线,最少8张图纸,其中2张手绘,且设计没有工艺失误和图纸基本没有错误,答辩过程对设计工艺介绍清楚,关键环节提问回答无误;对于不达标的同学,限期整改后进行二次答辩,二次答辩不合格者,不授予学士学位。严格的设计考核制度和设计规范,确保了设计质量,使得每年都有数名同学考入设计院工作。
五、结束语
实践教学是给排水专业的重要组成部分,是培养高质量、高素质、高水平应用型人才的基础。整个实践教学,从实验、实习和设计三个教学和考核环节进行全方位的改革,为实践教学改革探索出一条新路。通过实验的统一编排、实习的与生产实际结合、影像与现场的双结合及设计的单独选题及实际命题的实践教学路线设计,结合水处理全流程实验设计及盲样考核、管网制作及压力实验考核、实际水厂设计及设计运行核心参数考核的多途径教学模式及公平考核渠道探索,充分调动了学生的能动性,整体有效地推进实践性教学改革,提高了教学的效率和效果,满足了当前给排水工程领域对创新性实践人才的培养要求。
参考文献:
[1]田葳,杨素芬.给水排水工程专业培养模式及教改探究[J].中国成人教育,2010,(20).
[2]李红艳.高等院校给水工程课程的教改探讨[J].太原理工大学学报,社会科学版,2007,(25).
[3]冯景伟,陈慧,严燕,等.给水排水工程专业水质工程学教学改革初探[J].宿州学院学报,2010,25(8).
[4]李芳,齐晗兵,崔红梅,等.给排水专业认识实习教学方法探讨[J].教育教学论坛,2013,(2).
[5]朱玉英,殷艳树.现代工程教育下的金工实习改革[J].教学研究,2009,32(2).
[6]李圭白,张杰.水质工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[7]李友志.提高给排水专业实践性教学质量的教学改革探讨[J].科技信息,2012,(10).
改革开放30多年来,环境污染和生态破坏日益严重,生态环境质量恶化趋势未得到有效遏制,已经成为制约今后中国经济社会进一步发展的“瓶颈”。当今,科学发展观已成为我国社会经济发展的指导思想,国家非常重视可持续发展和环境保护,因此,培养科研开发和工程实践能力并重的高素质环境保护人才是国家发展的迫切需求。生产实习是培养环境工程专业学生工程实践能力、工程综合能力和创新思维能力的重要环节。[1]通过生产实习,学生将理论知识运用到实践当中,对环境工程工艺流程、操作条件、注意事项、安全责任等生产实际有所了解,增强了操作能力,激发了学习兴趣,培养了综合能力和创新意识。[2]目前,国内大多高校环境工程专业为新专业,由于办学时间较短,生产实习课程存在学时较少,实习单位安排困难、指导教师实践教学能力有限、实习经费不足等问题,严重影响了生产实习课程的教学效果,不利于学生工程综合实践能力的培养。[3]我院环境工程专业生产实习安排在第7学期,共3周。学生在郑州市五龙口污水处理厂进行生产实习,根据污水处理厂处理工艺划分为几个实习小组,实习小组针对工艺各环节进行轮换定岗实习。学生在实习过程中发现问题后,互相讨论或者请教岗位负责人、实习指导老师,在不断的交流中解决问题,由此提高了思维能力和创新精神。实践教学经过数年的教改取得了良好的教学效果。
一、建立稳定的实习基地
选择工艺先进的污水处理厂和建立稳定的实习基地是做好生产实习的前提与保障。我院环境工程专业已经连续数年在郑州市五龙口污水处理厂进行生产实习。五龙口污水处理厂2005年1月开始试运行,一期工程设计水处理规模10万吨/日,产生回用水5万吨/日。回用水一部分供给附近电厂、化肥厂作为工业用水,一部分作为景观用水排入金水河。2009年进行二期工程升级,水处理规模和产生回用水量均增加10万吨/日。五龙口污水处理厂采用改良氧化沟工艺,即A2/O法(厌氧段+缺氧段+好氧段),采用氧化沟和厌氧段、缺氧段相结合,去除生活污水中有机物的同时,获得了较好的脱氮除磷效果。工艺正常启动后有很强的耐冲击负荷的能力,出水指标保持稳定,符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。五龙口污水处理厂生产工艺先进,曾获得“全国十佳污水处理厂”、“河南省环境教育基地”等荣誉称号。处理工艺包括污水处理工段和回用水生产工段,具有一般污水处理厂和自来水厂两套工艺流程和设备,厂内可同时完成污水处理和自来水生产等两种工艺的生产实习。
二、创新实习方式
(一)带着问题实习,实习目的更明确
为了避免学生实习的盲目性,指导老师和厂方技术人员协商,为每个环节罗列出大量技术问题。实习开始时,学生就带着问题实习,以激发实习兴趣。实习中期,指导老师对每个学生进行现场提问,督促不懂的同学通过现场观察及时解决问题。实习后期,厂方技术人员对前期罗列的技术问题统一解答,加深学生的实习印象,提高实习效果。
(二)明确实习内容,分组轮换实习
生产实习采取分组轮换实习方式,学生每组5~6人,实行轮换顶岗实习,有利于实习效果的提高。五龙口污水处理厂各工艺分段组合,分组情况见表1。污水处理厂在每个班组都安排了岗位负责人,负责具体讲解每个班组工艺路线和有关设备工作原理,以及设备在运行过程中易发生的问题。学生在参观、互相提问、动手操作过程中进行实习,与理论课堂有着明显的区别。
(三)做好实结,绘制工艺图纸
实习过程中,学生需撰写实习日志,记录每天的实习内容和实习心得。实习结束后,学生需撰写实习报告,并手工绘制工艺流程图、总平面布置图及主构筑物平立剖图。实习使得学生在有限的时间内得到充分的锻炼,对实习工艺进一步掌握,同时也掌握了图纸设计标准,进一步提高了绘制图纸的能力,为毕业设计打下了坚实的基础。
三、取得良好的实习效果
(一)理论与实际结合,加深理论知识理解
学生现场参观、动手操作工艺设施,对工程实际及工艺理论有了进一步的认识,对书本上参数的理解就变得具体化、形象化了。比如,学生现场参观曝气沉砂池,对池内旋转水流有了感性的认识,再温习书本知识,对曝气沉砂池的原理就有了更深刻的认识。
(二)学生掌握了污水处理的生产实际
通过生产实习,学生熟悉了污水处理厂的工作岗位职责、工作内容、设备运行参数,掌握了进出水水质、污染物的去除率,了解了一些异常情况及处理办法,对水处理行业及环保行业有了初步的认识,增强了专业兴趣和专业信心,同时也培养了严谨的工程态度。
(三)实习过程中注重学生创新精神的培养
学生在实习过程中对创新的工艺流程有了更加深刻认识。比如,五龙口污水处理工艺采用抗冲击负荷较强的氧化沟工艺,在氧化沟前端设置缺氧段和厌氧段,缺氧段和厌氧段同时进水,水量可以调节,为回流污泥反硝化提供充足的碳源,保证厌氧池的碳源,从而提高整个生物处理工艺的脱氮除磷效果。[4]再如污水处理厂二期二沉池采用周边进水周边出水工艺,增加了二沉池的水力负荷,从而减少了二沉池的体积,减少占地面积,这种方式在厂区二期建设中有极大的使用价值,学生从中真切了解了创新的意义和价值。
四、对今后改革的思考
(一)搭建校内实习基地,提供方便的实习场所
发挥环境工程专业特长,在校内建立一些水处理、大气处理工程设施,为实习教学提供便利,既可以满足部分实习要求,又可以节约实习经费。例如,2010年学校科研立项的《河南工业大学污水处理及回用情况调查与处理方案研究》,收集学校洗浴、生活废水,处理并再生利用为绿地用水、道路浇洒和景观用水。项目设计、建设、调试及运营都可以有高年级学生参与,项目建成运营后还可以安排四年级学生到基地进行生产实习。
(二)加强产学研相结合
目前,高等学校环境工程教育中实践教育弱化趋势明显,“工程性”缺失和“创新性”不足的问题突出。[5]学院应当通过多种途径加强环境工程专业教育与产业的结合,将实际的工程设计与工程施工引入教学环节,使学生能够真正地参与工程实践,锻炼实践能力。我们河南工业大学环境工程专业一直和郑州市五龙口污水处理厂开展着回用水生产技术及污泥资源化技术的科研合作,如河南省重点科技攻关项目“城市污水处理厂污泥处理处置研究”、“污水污泥处理工艺与资源化利用”、“超声溶胞技术在污泥减量中的应用研究”,[6]河南省教育厅科技攻关项目“新型陶粒滤料制备技术研究”等。但由于经费有限,技术的实际应用受到限制。因此,产学研合作急需更加深入地进行下去,以解决再生水回用途径单一,污泥缺乏有效的资源化技术等污水处理厂实际遇到的难题。#p#分页标题#e#
(三)加强实习指导教师队伍建设
聘请企业中工程经验丰富的专家到学校开展案例型、实践型教学,同时选派青年教师到公司、企业、设计院进行半年以上的岗位实习,通过增加实践教学的师资进一步提高实践教学效果。