环境工程专业创新实践教学体系的构建与实现_王德义.pdf

201917 教学研究 76Modern Chemical Research 当代化工研究 环境工程专业创新实践教学体系的构建与实现 ＊王德义1 高书霞2 张晓龙1 李刚1 郭献军1 （1.烟台大学环境与材料工程学院 山东 264005 2.烟台大学光电信息技术学院 山东 264005） 摘要本文针对环境工程专业实践教学环节出现的困扰，构建了基于虚拟仿真系统的创新实践教学体系，在创新实践教学目标体系、内 容体系和保障体系的构建与实现上进行了有益探索，取得了良好的效果。 关键词环境工程；实践教学；虚拟仿真；设计；实习 中图分类号G642.0 文献标识码A Construction and Implementation of Innovative Practical Teaching System for Environmental Engineering Specialty Wang Deyi1, Gao Shuxia2, Zhang Xiaolong1, Li Gang1, Guo Xianjun1 1.College of Environmental and Materials Engineering, Yantai University, Shandong, 264005 2. College of Optoelectronic Ination Technology, Yantai University, Shandong, 264005 AbstractIn this paper, aiming at the problems in the practical teaching of environmental engineering, an innovative practical teaching system based on virtual simulation system is constructed, and beneficial exploration is made on the construction and realization of the objective system, content system and guarantee system of innovative practical teaching, and the good results have been obtained. Key wordsenvironmental engineering；practical teaching；virtual simulation；design；internship 引言 实验、实习、课程设计和毕业设计是高等学校环境工程 专业教学安排中非常重要的实践性教学环节，有利于学生对 专业理论的深入学习、深刻理解和融会贯通，进一步拓展学 生专业理论的学习空间，进一步提高学生对专业理论知识的 学习自觉性和主动性。相对于课堂专业理论教学而言，它具 有直观性、启发性和探索性等特点[1]。环境工程专业的专业 课程实验、课程设计、毕业设计和生产实习等实践教学内容 的再设计与创新改革，对于提高环境工程专业学生的综合素 养，培养学生的创新精神与创新设计思想具有非常重要的作 用[2]。环境工程专业的培养目标是培养具有良好科学素质、 系统掌握环境工程、环保设备设计与制造相关专业知识和专 业技能，能在环境工程领域从事环境工程的工艺设计、环保 设备的设计与制造、运行与维护、设备功能改进与完善、环 保设备的研究开发等工作的应用型高级工程技术人才[3]。由 该专业的培养目标定位可以看出，实践教学环节在环境工程 专业教学中具有十分重要的地位。 1.环境工程专业实践教学环节的历史与现状 三十多年以来，我国高等学校环境工程专业实习教学环 节主要经历了以下三个阶段[4-5]。 一是改革开放初期（即上世纪八十年代），实习教学环 节全部可以安排在国有企业中进行，学生的实习时间安排一 般为认识实习2周、生产实习2个月、毕业实习1个月。每班 安排1-2名校内带队老师，带队教师的职责主要是与企业生 产调度的协调、实习期间学生的组织管理和专业技术指导； 企业的工程技术人员负责对学生的技术指导和岗位管理。在 该阶段，学校实习经费比较充足，基本能够支付师生的路 费、住宿费和企业工程技术人员的技术指导费用等，有的学 校还可以给学生一点生活补贴。尤其是生产实习和毕业实习 环节，基本可以实现跟班顶岗实习，学生直接分配到车间各 个工作班组，与车间工程技术人员建立起了类似师徒的培养 关系，这一时期，实习效果好，学生能够理论联系实际，在 实习中加深对理论的认识与思考，起到了实习教学环节应有 的作用。 二是发展市场经济阶段初期，虽然国有企业在进行机 制与体制改革，但原来遗留下来的学生实习设施基本还都保 存完好，可以为实习学生提供食宿等基本条件。但是这一时 期，由于高校不断扩招，学生人数逐年增加，学校实习经费 没有随实习学生人数的增加而相应增长，逐步显现出实习经 费捉襟见肘的问题，但由于学校在专业培养方案中对学生实 习的惯性要求，在尽可能不降低学生实习培养要求的情况 下，多数学校选择了在学校所在地附近联系实习单位，就近 解决学生实习问题，降低实习成本。该阶段学校聘请企业工 程技术人员和学校实习指导教师共同完成对实习学生的指导 工作，实习时间和实习内容基本可以保障，也取得了较好的 实习效果。 第三阶段（即目前现状）由于企业改制全部完成，企业 自动化程度不断提高，使得现场工作人员锐减，与此同时各 学校的扩招规模也达到了历史峰值，造成各个学校原有的校 外实习基地已经无法接纳大量的学生进行集中实习；且由于 实习经费不足等原因，虽然各学校环境工程专业仍然还在坚 持学生进企业进行集中实习的原有实习模式，但是已经无法 有效保障生产实习和毕业实习的实习时间和实习内容，多数 学校的生产实习和毕业实习也都变成了与认识实习相似的走 马观花式的参观企业，有的学校甚至取消了毕业实习教学环 节，学生根本无法深入车间生产一线跟班顶岗，实习内容得 不到落实，实习流于表面化和形式化，学生对废水处理和废 气处理的工艺设计以及运行管理认识浮浅，甚至实习之后还 ChaoXing 201917 教学研究77 Modern Chemical Research 当代化工研究 会有不少学生对工艺设计参数都没有搞清楚，在毕业设计中 出现很多常识性的错误。另外，现阶段企业接纳学生实习主 要源自于企业领导与高校领导或专业教师之间的个人交情。 无论是从企业管理角度还是从学校或带队教师的管理角度看 待实习，重视学生实习安全远远大于对收获工程实际经验的 重视程度，这也是导致限制学生深入生产岗位进行实际操作 的重要原因之一。 此外，在这一阶段，到企业指导学生实习的带队老师多 数是刚刚博士毕业新参加工作的教师，他们虽然具有较高的 理论水平，但实际工作经验和实践能力明显不足，对实习企 业的工艺设计情况和运行管理情况缺乏深入了解，无法很好 地解答学生提出的一些设计和运行管理中的具体问题，要作 好学生的实习指导工作有一定的困难。 在课程设计和毕业设计环节，由于扩招后师生比明显 降低，专业课教师尤其是具有实际设计经验的教师人数明 显不足，即使这样，每位老师还是需要带20-30人的课程设 计、8-10人的毕业论文或毕业设计，仅从师资配置角度看已 经难以有效保障课程设计和毕业设计的质量，再加上毕业论 文期间考研的学生需要准备复试、其他学生有的要参加公务 员和事业编的考试、有的要准备应聘材料参加各种各样的应 聘会和面试，这就使毕业设计环节又受到了较严重的干扰， 明显影响了这一重要实践环节的教学质量。 综上所述，现阶段地方高等学校环境工程专业实践教学 环节普遍存在着“课程设计简化、毕业设计软化、实习教学 形式化”的现象。传统的实习、设计教学环节的教学模式已 经陷入了困境，严重影响了环境工程专业的教学质量，环境 工程专业的实践教学正面临着巨大的压力和挑战。因此环境 工程专业实践环节教学模式的改革已迫在眉睫。 现代计算机虚拟仿真技术为高校环境工程专业实践教学 走出困境，实现实践教学模式的创新提供了多元化的技术支 持手段。在理论课、实验课、课程设计、毕业设计、生产实 习和毕业实习等教学环节，计算机虚拟仿真互动教学能够贯 穿全过程[6-8]，弥补现有实践教学环节中的不足和缺憾。 采用三维虚拟仿真互动技术，虚拟现实场景、各种污染 物处理工艺、处理单元、处理设施设备和控制仪器仪表，展 示各个处理单元以及关键环保设备的工作原理、工艺流程和 模拟运行参数。为学生课程设计、毕业设计和实习教学提供 可视性好、直观明了、能够虚拟运行和直接动手操作的三维 虚拟仿真互动实训系统。 因此，在环境工程专业开展三维虚拟仿真互动实践教学 模式的研究具有十分重要的意义。 2.烟台大学环境工程专业创新型实践教学模式的构建与 实现 1环境工程专业创新型实践教学目标的构成思 路 作为培养高级应用型技术人才的地方本科高等学校的环 境工程专业，在开展实践教学环节创新改革研究中，需要充 分重视学生的专业理论、设计能力、研究能力和综合素养的 提高与拓展，即通过课程实验、综合实验、课程设计、毕业 设计、认识实习、生产实习和毕业实习等实践教学环节，真 正完成理论指导下的实践训练和在实践过程中不断深化、巩 固、提升理论认知水平，通过实践教学环节的综合锻炼，不 仅能使学生深入理解和掌握环境工程专业的专业理论知识， 同时也能够使学生的专业技术能力（如实验设计与实验设 施的搭建、水处理工艺和废气处理工艺的筛选、工程图的计 算机绘制技能、水污染处理构筑物三维结构的绘制能力、环 境工程设备结构图的绘制能力等）和综合素养得到明显提 升。具体实践教学目标构成如下 ①综合素养目标通过实验、设计和实习等实践教学环 节培养学生良好的独立思考和分析解决实际问题的能力，培 养学生的团队协作精神和沟通协调能力，培养学生环境污染 处理工艺及环保设备工程图的计算机绘图能力、培养学生自 立、自觉、自强和严谨、诚实、顽强的优良品格。 ②专业理论目标通过生产实习、毕业实习和课程设计 与毕业设计等实践教学环节使学生深入理解环境专业基础理 论知识，理解并掌握主要废水、废气的处理工艺构成、处理 单元基本构造与主要设备、主要处理设备的原理与构造，使 学生通过四年的学习与实践，能够具有较深厚的理论知识功 底，能够学以致用，实现理论与实践的有机融合。 ③专业能力目标环境工程专业毕业生通过课程设计、 毕业设计和生产实习、毕业实习等实践教学环节，使学生能 够获得良好的综合实验方案构思与实验设计、污染物处理工 艺设计、处理单元主要构筑物构造设计、主要设备构造设 计、设备制造与运行维护管理的能力，具有绘制符合规范要 求工程图纸的能力，掌握与环境工程专业相关的其它基本技 能，具有扎实的专业技能和较强的专业就业竞争力。 2环境工程专业实践教学内容的改革创新与实 现措施 实践教学目标任务能否高质量完成，关键在于实践教学 内容的构成是否合理以及实践教学内容是否具有较强的可操 作性。环境工程专业实践教学内容的改革创新应着力突出如 下三个方面。 ①基本素质养成 基本素质的养成贯穿于整个大学四年，主要包括良好的 独立思考和分析解决实际问题能力的养成，学生的团队协作 精神和沟通协调能力的培养，学生环境污染处理工艺及环保 设备工程图的计算机绘图能力的培养，严谨、诚实、自立、 自强品格的养成等。基本素质的养成主要源自于实验教学、 绘图训练、课程设计、毕业设计、社会调查、专业实习和科 技创新等各实践教学环节。 ②专业技能和综合能力的培养 学生专业技能和综合能力的形成主要在本科生二年级 和三年级完成，重点是培养学生掌握比较熟练的环境工程专 业的基本技能（如计算机绘图能力、环境监测分析能力、 实验方案设计能力、污染物处理工艺方案选择与工艺设计能 力、主要构筑物施工图设计能力、关键设备零部件设计能 力、简单语言程序编写能力等），培养学生运用环境工程专 业理论分析和解决环境实际问题的综合能力，这是环境工程 专业实践教学环节的重中之重。在这一阶段，我们主要采取 校内实验室、计算机虚拟仿真实训室、教师专业研究室等专 项训练场所和校外实习基地集中实习相结合的模式。校内专 项训练主要包括验证性实验和综合设计实验、课程设计、计 算机虚拟仿真实训、科技创新研究小组等。通过校内实验训 练提高学生实验操作技能、实验方案设计能力和环境监测分 ChaoXing 201917 教学研究 78Modern Chemical Research 当代化工研究 析能力；通过课程设计和计算机工程绘图实训提高学生对工 程图纸规范性的认识，使多数学生能够掌握工程图纸的规范 要求；通过计算机虚拟仿真实训，使学生能够对理论教学中 学习到的废水处理工艺和废气处理工艺有更加深入的理解， 对工艺运行过程中各控制参数的实际意义有更加清楚的认 知，为集中实习和毕业设计奠定良好的基础。校外集中实习 主要是组织学生到校外实习基地，在带队教师和企业工程技 术人员的指导下进行废水处理工艺和废气处理工艺的现场参 观学习，要求学生带着虚拟仿真实训中产生的问题和疑惑去 实习，在与企业工程技术人员和学校带队教师的交流过程中 探寻答案、解疑释惑，将理论学习、虚拟仿真实训与生产实 际有机融合，真正实现从理论到实践，再由实践提升凝练到 更高层次的理论水平。这样不仅提高了学生的实习效果，而 且锻炼了学生分析问题和解决问题的能力。 ③工程设计和项目研究能力的培养 主要放在大三到毕业阶段，学生在科技创新活动中， 或自选课题或参与到老师的项目中，在教师的指导下，完成 查资料、拟方案、做实验、分析实验结果、撰写论文（或查 资料、拟方案、做计算、绘图纸、写设计说明书）等研究任 务，培养学生在实际环境工程废水和废气工艺设计、科研课 题研究、团队协作精神等方面的能力。研究能力培养是本科 教学阶段较高层次的实践教学，其内容主要来源于教师的科 研课题，以课题小组的形式组织实施。 3创新型实践教学保障体系的建设 实践教学保障体系的建设主要包括实践教学师资队伍建 设、实验设备及实验室建设、虚拟仿真实训中心建设、校外 实习基地建设等诸多方面，它是保证实践教学效果的重要因 素。 ①建设一支适应专业需要的实践教学师资队伍 实验和实习指导教师的实践经验和专业能力，会直接影 响到学生的实践能力和创新能力。这就要求实验和实习指导 教师要有较高的专业综合素质，既应该具有扎实的专业理论 知识，还应具有丰富的实践经验。我们在实践教学师资队伍 建设过程中主要采取了如下措施。一是直接引进理论基础扎 实、实践经验丰富的高层次专业人才充实到实践教学师资队 伍中；二是聘请校外实习基地中有丰富经验的工程技术人员 作为兼职实习指导教师；三是鼓励专业教师到企业参加实践 锻炼，积累实践经验；四是建立产、学、研合作平台，组织 教师和企业科研人员联手开展科研攻关，提高教师的科研水 平和实践能力。 ②建设适应专业需要的校内、外实习教学基地 校内、外实习基地的建设水平会直接影响实践教学效 果。近几年，我们在校内外实习基地建设过程中取得了明显 的成效。 一是加大投资力度，改善基础教学实验室和教师研究室 的软硬件条件，建立专业实验室和综合实验室，为学生综合 设计实验和科技创新研究提供实验平台。 二是与三维虚拟仿真软件的专业公司合作，完成了包 括各种基本素材库、污染物处理工艺实景仿真、主要设备零 部件设计及总装过程模拟等系列三维虚拟仿真软件的开发。 建设完成一个可容纳50人的三维虚拟仿真实验室，该实验室 在课程设计、生产实习、毕业设计等主要实践环节起到关键 作用。学生通过虚拟仿真实训对环境工程专业的基本理论有 了更加深入的理解，对工艺参数和工艺设计要求有了更加深 刻的认知，学生的工艺设计能力和工艺运行管理能力得到了 提高，有效促进了学生理论和实践的互相渗透和有机融合。 三是实行校企合作，建立校企之间的长期合作平台， 增加校外实习基地的建设数量，提高校外实习基地的建设质 量。积极探索新形势下学生直接参加企业一线生产的实践教 学新模式。学校在企业人才培养和人才需求方面提供方便和 支持，为企业开展科技公关和科技咨询提供人才和实验设施 等方面的支持，企业可以向学校提供学生专项奖学金或为教 师提供科研经费支持，为学生实习提供工程技术人员和实习 场地等方面的支持，从而实现实习教学资源的合理配置和有 效使用。 3.结论 近年来，烟台大学环境与材料工程学院通过与企业合 作，初步完成了三维虚拟仿真互动系统的研发，建成一个拥 有50座位的三维虚拟仿真互动实验室，与十几家企业建立了 稳定的校外实习基地，在探索和构建环境工程类专业创新型 实践教学中做了大量工作，取得了良好的实践教学效果。 【参考文献】 [1]谢昭莉,等.对工科类专业实践教学模式改革的思考[J].实 验室研究与探索,201311452-455. 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