非重点院校实验教学平台建设研究

王娜　杨厂　马保成　万琼　张新艳

【摘 要】 本文以西安科技大学给排水科学与工程专业为例，分析了实验教学平台的现状和存在的问题，提出了一体化给水排水实验教学平台建设构思：传统实验室的升级改造；虚拟仿真实验室的合理利用；给水排水实训基地的合理利用。并且给出了一体化给水排水科学与工程实验教学平台三大模块的立体架构。该平台的建设可以大大提高给水排水科学与工程专业实验、实践教学的深度和广度，全面提升了本科生实践能力和创新精神。

【关键词】 非重点院校；给水排水科学与工程；传统实验室；虚拟仿真实验室；实验教学体系

一、引言

2015年11月，国务院正式印发文件，将“985工程”、“211工程”、“优势学科创新平台”、“特色重点学科建设”等重点建设项目，统一纳入世界一流大学和一流学科建设。随着“双一流”大学的提出，各个高校纷纷看到新的发展机遇，尤其是非“985工程”、“211工程”高等院校。非重点院校的专业建制较晚，专业基础相对薄弱，需要在新的发展过程中依据自身特色，整合资源，不断缩小与重点院校的差距并迎头赶上。《全国高等学校给排水科学与工程专业评估认证文件》规定合格的毕业生应达到：能够利用专业知识解决复杂工程问题；根据工程实际设计出合理的具有创新性的工艺流程；能够设计实验方案，并根据实验结果对复杂工程问题进行深入研究；具有良好的交流（语言和书面）和团结协作能力。[1]西安科技大学给排水科学与工程专业始建于2006年，现有的实验教学平台已无法完全满足这一人才培养目标的要求，必须构建新的实验教学体系，强化实验教学环节，提高实验教学质量，促进学生知识、能力、思维和素质的协调发展。

二、实验教学平台的现状和存在的问题

学校现有水质工程实验室、给水工程实验室、排水工程实验室、水质分析实验室4个专业实验室，其中水力实验室使用理学院的基础实验室，目前的实验平台基本能完成教学大纲规定的教学任务，但存在以下问题：开设的内容多为验证性实验，缺乏设计性、综合性和创新性实验，学生仅为修满学门而实验，分析问题和解决问题的能力得不到有效的锻炼，尤其是个性化和创新能力的发展严重不足；实验室面积有限，关于建筑给水排水、城市管网方面的实验演示装置过于简化，不能很好的展现复杂的城市管网间的相互联系及运行状态；实验室现有的设备多为最基础的测试分析仪器，精度及系统化不足，无法满足大学生创新创业活动的开展；目前实验室的主要作用是满足大纲规定的实验课程的开设，课余时间向学生开放度不够，没有进行合理有效的利用。

三、一体化给水排水实验教学平台建设构思

为解决上述问题，满足新型给水排水专业本科生的培养要求，结合学校现有条件，联合传统实验室、虚拟仿真实验室、校内污水处理站构建一个集实验教学及大学生第二课堂和技能培训为一体的实验教学平台。以下详细介绍该体系中三个单元的建设构思。

1、传统实验室的升级改造

传统实验室需要购置一批相对高端的实验仪器，以满足大学生创新创业课题及老师科研工作的开展，从而带动整个学科的发展。同时须对现有的实验装备进行重新的分类管理。结合专业分支及其所需设备的特点将实验室分为4个专业实验室：城市管道工程实验室、水质工程实验室（一）、水质工程实验室（二）、水分析及微生物实验室。其中，城市管道工程实验室需增置部分新型管网系统模型、泵与泵站相关演示及实验设备，使学生能够切实直观地看到整个城市管网系统的雏形。水质工程实验（一）主要是摆放给水及污水处理流程的演示型设备，目前的两套设备相对陈旧，占地面积过大，且配置的搅拌等配套设备没有按照实际尺寸进行等比例缩放，不能达到很好的演示效果，考虑购置占地面积相对较少、能够确切反应各个构筑物实际运行状态的新型演示性模型。水质工程实验室（二）主要放置给水及污水处理各个单元的中试性装置，可以满足相关实验课程的安排及学生开展自主设计实验的要求。水分析及微生物实验室，由于该部分涉及的仪器类型较多，对于环境的要求较高，分为两个单元：一个单元放置水分析普通设备作为学生的实验操作间，并长期对学生开放；另一个单元作为微生物实验室及贵重设备操作间，设专门的管理人员，建全管理制度，有序向学生开放。

2、虚拟仿真实验室的合理利用

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上进行的对传统实验各操作环节的模拟和仿真。[2][3]虚拟仿真实验教学通过高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，让学生在虚拟环境中以不同的角色参与到水行业运行和应对突发事件的模拟演练中，达到培养其运用专业知识解决实际问题的能力，更好地适应未来的工作要求。[4][5]学院已建成了国家级矿山虚拟仿真实验室，目前硬件设施已完全具备教学要求，只需购置一定的给排水专业软件即可给本科教学带来很大便利。

给水排水工程专业的实验教学与工程实际结合紧密，部分实验装备系统庞大，在有限的实验室空间无法做到面面俱到，不能真实的反应出实际应用中的各种运行状态，而虚拟实验可以解决上述问题。目前在给水排水实验教学中主要应用的软件有《给水排水处理仿真教学软件》、[6] SWMM（storm water management model）和MOUSE（Modeling of urban sewer）组成的排水管网模擬仿真系统、由给水管网仿真装置和在线监控系统组成的给水管网仿真系统、微尺度水系统数字化与管网优化实验教学平台等，[7]应根据已有的虚拟实验平台选择投入相对较少的软件进行给水排水虚拟仿真实验室的建设。但是给水排水专业的实验教学工作不可能全部由虚拟仿真手段完成。因此该平台建设的基本原则为：以实为主，虚实结合。以虚补实，以实验虚。以传统实验室为根基，以虚拟仿真实验室为传统实验教学的有效补充。

目前中国多所给水排水专业的知名高校均不同程度的将虚拟仿真实验纳入实验教学中，取得了良好的效果。因此该平台建成后不仅可以为该校实验教学带来质的飞跃，还可以为培养给水排水专业高质量创新型人才打下良好的基础。

3、给水排水实训基地的合理利用

西安科技大学临潼校区污水处理站负责处理学校的生活用水，处理后的中水回用于冲厕和园林灌溉，该处理站采取A2/O和膜生物反应器相结合的典型处理工艺。目前给水排水专业的实习均采用校外污水厂参观实习的方式，不仅成本较高，而且由于时间和空间的限制，实习效果有限。为了合理利用该校内资源，拟依托污水处理站在其西侧建立给水排水实训基地。实训基地主要开展锻炼学生动手能力的污水厂常规指标的检测性实验，以及提高学生团队协作能力的污水厂运行调控实验。根据使用功能在实训基地主要设置与污水处理站具有相同工艺流程的中试装置、在线监测系统、污水处理厂常规指标的检测仪器。实训基地的实验项目对外开放，学生可以申请参与污水相关指标的检测实验，锻炼动手能力的同时培养一丝不苟的科学精神；还可以组成实验团队以申请“课题”的形式协作完成污水厂运行调试的综合性实验，通过对不同运行状态的检测，详细了解各个指标参数对处理水质的影响，撰写结题报告并计入实习学分。该部分实验可以有效弥补校外实习不能动手操作的缺憾，培养学生严谨的治学作风与坚持不懈的探索精神。“课题”还可结合教师科研项目的子课题，结合大学生“挑战杯”、“大学生创新创业大赛”等校内外创新性比赛，结合实际的生产性实验等，调动学生的主动性和创新性，培养团结协作精神。

四、三大模块的立体架构

由图1可以看出：一体化给水排水科学与工程实验教学平台各部分建设情况及其在教学中的角色分工。在所构建的实验教学体系中，三大部分相互独立，又互为补充，形成了培养掌握城市各类水工艺运行理论与方法，可以开展一定实验研究并能够利用所学专业知识解决复杂工程问题的新型给水排水工程技术人才的良好基础平台。

五、结语

结合西安科技大学现有基础和住房城乡建设部高等教育给排水科学与工程专业评估委员会对给水排水科学与工程人才培养目标的要求，构建了更为立体饱满的实验教学平台。该平台的建设可以大大提高给水排水科学与工程专业实验、实践教学的深度和广度，全面提升了本科生实践能力和创新精神，是普通高等院校在发展道路上，最大限度利用现有资源提升办学能力的有效探索。

【参考文献】

[1] 住房城乡建设部高等教育给排水科学与工程专业评估委员会. 《全国高等学校给排水科学与工程专业评估认证文件》， 2016 年试行版，2016.09.

[2] 银玉容，朱能武，施召才等. 虚拟仿真实验系统在给水排水工程专业实验教学中的应用[J]. 实验技术与管理，2016（01）111-113.

[3] 王济军，魏雪峰.虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J].中国电化教育， 2011（04）126-129.

[4] 管雪梅，戴天虹，王铁滨. 高校虚拟实验平台的设计及教学应用研究[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2015（01）88-90.

[5] 万桂怡，崔建军，张振果. 高校虚拟实验平台的设计及实践[J]. 实验室研究与探索，2011（03）386-389.

[6] 邓曼适.《给水排水处理仿真教學软件》的开发与应用[J].价值工程， 2010（20）191-193.

[7] 郭亮，梁宏，刘京等. 基于虚拟仿真技术的市政环境类实验教学[J]. 实验室研究与探索，2015（07）107-110+121.

【作者简介】

王 娜（1981-）女，河南郑州人，讲师，博士，主要从事给排水科学与工程教学与科研工作.