工程教育专业认证引领下的水质工程学实验教学探究

程媛媛 朱易春 龙 焙 严 群

（江西理工大学建筑与测绘工程学院 江西·赣州 341000）

0 前言

工程教育专业认证是高等教育认证的主要组成部分，是推动工程教育改革和建立国际水平的工程教育质量的有力保障，是工程师注册制度的基础和前提。我国于2005 年5 月成立全国工程师制度改革协调小组，启动实施工程教育认证工作，于2015 年10 月成立中国工程教育专业认证协会，经过不断调整完善，得到国际工程教育界的认可，基本建立了具有国际实质等效性的工程教育认证体系，标志着我国工程教育国际化迈向新台阶。工程教育专业认证的核心是在“以全体学生为中心” 的人才培养理念引导下，以“毕业生素质和职业能力”为导向，设置合理的培养目标和明确的产出要求，[1]培养满足各项能力要求的高素质应用型技术人才。因此，参照国际通行的工程教育认证标准，通过优化给排水科学与工程专业培养目标和培养计划，构建持续改进的专业质量保障制度和检查措施，大力提高给排水专业工程性应用技术人才培养水平，对于我国新时期的高等教育具有重要的现实意义。

1 实验教学现状

水质工程学是给排水科学与工程专业的一门专业必修课，水质工程学实验是该课程的主要组成部分，是给排水科学与工程专业工程素质和实践创新能力培养的重要实践教学环节。实验教学可巩固学生对理论知识的掌握，还可提高学生实践动手能力和从事科研工作的能力。因此，建立合理科学的实验教学体系迫在眉睫。

目前我校的水质工程学实验课程主要采用以教为中心的教学模式，存在弊端：[2]（1）实验内容单一，演示性实验占多数，综合性和设计性实验项目偏少，缺乏对学生动手能力的考察；（2）实验设计过于简单，多依附于理论课，学生缺乏对实验设计的思考；（3）实验项目管理模式和考核方式单调，传统考核方式主要关注实验报告和实验结果，且未重视实验结果的区别性，同时也忽视了实验过程考核。

2 实验教学改革的思路

为了改变传统教学模式的弊端，以工程教育专业认证为契机，以培养给排水科学与工程实践能力强高素质应用型技术人才为目标，我们根据要求重新制定了水质工程学实验教学大纲，新大纲中缩减了演示验证型实验项目的比例，增加了综合设计型实验项目，尤其是研究创新型项目的选做，逐渐形成以培养专业实践能力强、创新务实的高素质应用型人才为目标，以能力培养为核心，构建合理科学的实验教学体系。

2.1 优化教学结构体系，强化实验教学内容

由于课时所限，之前的实验课程结构较单一，如颗粒自由沉降实验、充氧设备实验、絮凝沉降实验、混凝试验、活性污泥评价指标测定实验等，这些实验缺乏综合设计。针对存在问题，缩减演示验证性的实验项目，增加综合型设计型的实验环节是实验教学改革的重点研究方向。我系根据实验教学目的不同，将水质工程学实验分为4 类：一类是验证项目，旨在配合给水污水处理所讲授的相关内容，采取开放模式，学生可利用课余时间进入水工艺模型室直观了解构筑物形式、内部构造、水在构筑物捏的流动轨迹，通过观摩、动手操作，加深对课本中基本原理和构造的理解；二类是给定项目，旨在培养学生对专业知识的系统理解，要求学生必须完成的项目；三类是设计项目，旨在培养和提高学生对专业知识的学习兴趣，引导学生结合自己兴趣选择和专业相关选题进行综合设计；四类是科研课题实验项目，依托专业教师的科研课题来选题开展研究，旨在培养学生的创新意识和科学思维能力。

改革之后合理安排验证、综合和设计性实验课程比例，总学时为12 学时的水质工程学实验可开设6 个实验项目，其中给定项目有“颗粒自由沉淀实验”“活性炭吸附实验”“污泥脱水性能实验”“水和废水的混凝”“滤池的过滤与反冲洗”等，在单元实验的基础上列出了可供学生选做的3 个设计项目，分别是“混合反应器处理校园生活废水”“完全混合式活性污泥法处理系统的观测与运行”“稀土矿山废水可生物降解性测定方法的比选试验”。上述实验项目主要以综合设计实验为主，通过设计方案、实验准备、独立操作，数据处理等锻炼学生的实验技能与动手能力。

以 “完全混合式活性污泥法处理系统的观测与运行” 为例进行说明，本实验项目包括以下三方面内容：（1）完全混合式活性污泥法处理系统的制作和运行，初步培养进行小型模拟试验的基本技能；（2）通过观察完全混合性活性污泥法处理系统的运行，熟悉控制方法，加深理解污泥负荷、污泥龄、溶解氧浓度等控制参数及在实际运行中的作用和意义。涉及到的单元实验有活性污泥的培养和驯化，污泥浓度或进水流量的控制，活性污泥絮凝和沉淀性能测定。（3）对废水的常规水质指标如水温、溶解氧浓度、进水流量、pH、进出水的COD、SS、TN、MLSS、SV%等指标进行分析，我校给排水科学与工程实验室现有UV 紫外-可见分光光度仪、TOC、离子色谱仪、气相色谱仪、酸度计、液相色谱仪和溶解氧仪等大型分析仪器，选做实验的开设，既可以促使学生掌握一些大型分析仪器的使用方法，还可让学生尝试设计实验方案，组织开展实验，进行实验数据分析和处理，培养了学生的综合应用能力和科研意识。

将本科实验教学与教师的科研课题有机结合，结合我校给排水科学与工程专业老师的研究课题，开设的设计型实验有“污泥厌氧发酵产酸及发酵液中氮磷回收技术研究”“基于AGS的膜生物反应器处理垃圾渗滤液的探索研究”“赣南稀土矿区典型重金属污染评估及其活化机理研究”“基于低强度超声波技术的短程硝化动力学研究”以及“硝化颗粒污泥的快速培养基吸附稀土矿山废水中铅离子机理研究”等，在教师指导下，学生查阅文献，方案比选，设计方案，实验操作，并独立完成实验，全过程全方位的参与在科研项目中，既可以了解专业发展的方向和动态，还培养了学生的自主学习能力、科研创新能力和运用理论知识解决实际问题的能力。

为了加深学生对水质工程学理论教学中的水处理工艺及流程系统的理解和把握，我校给排水科学与工程专业特别增设了水处理实验技术这门课作为课程实验的延伸和拓展，理论部分着重介绍实验方案的优化设计、实验数据的分析处理、给水处理和废水处理技术等，实验内容有物理处理实验、生物处理实验、化学处理实验、污泥处理实验项目等，另外还增加设计性强的大综合性实验项目，有给水处理综合实验设计和城市污水处理全流程模拟实验等。比如城市污水处理全流程模拟实验，通过动态仿真软件了解各工艺流程及单体构筑物的结构与功能特点；分组讨论并讲解各工艺的优缺点；采用二级生物处理，包括格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池等全流程模型系统进行实际校园生活废水的处理试验，通过试验确定出最优的控制参数,并按最优参数对系统进行调试，使系统稳定运行，从而让学生掌握城市污水处理厂运行控制的基本规律和方法。

2.2 分层次，分目标，实现多样化的实验教学手段

针对不同实验项目的要求和特点，采取多层次多元化的教学方法。

鼓励学生进入水质模型开放实验室，自主完成验证项目，实验教学是课堂理论教学的延伸，学生自主进入水质模型开放实验室实践操作相关给水排水模型，转变教学模式，既能激发学生学习专业知识的兴趣，又可达到理论指导实践，实践丰富理论的目的。另外给排水专业学生参加了江西理工大学给排水协会，依托水质模型实验室的江西省中小学研学实践教育基地，不定期会开展实践教育科普活动，给排水协会作为科普活动的主力军，通过让学生积极参与科普讲解活动，有助于培养学生的灵活运用专业知识能力，既可以激发学生热爱专业，又可提高学生的专业素养和综合能力。

将教师的科研项目融入到实验教学中，鼓励优秀学生进入专业教师的科学研究团队，参与前沿性的科研活动，了解专业发展的方向和动态，在实践中发挥学生的自主创造性。依托国家级大学生创新创业项目，江西理工大学校级创新创业项目，鼓励学生进行探索性实验，目前给排水科学与工程专业的本科生已参加3 届国家大学生创新创业项目、5 届江西理工大学创新创业训练项目，共计参加创新性实验项目约20 项。同时，每年毕业环节有少量的毕业论文，指导老师将实验教学内容与前沿的水处理技术成果相结合，有计划的设计一些综合性的实验项目，学生通过参与此类实验项目，既可激发学习专业知识的兴趣，又能提高动手实践能力和科研创新能力，为今后的考研深造打下基础。

将现代教育技术融入在水质工程学实验教学，可以突破时间和空间限制，能让抽象的知识形象逼真表达，繁杂的工艺简洁化，充分的调动学生的视觉、听觉等感官，高效地将国内外普遍采用的、先进的净水污水处理新技术、新工艺以动态运行的形式生动地展现在学生面前。例如净水厂的水质处理全流程模拟实验，采用仿真系统进行全流程的动态演示，包括混凝、沉淀、过滤、消毒等，又可以进行单体构筑物的局部演示如（V 型滤池），还可以动态的表示其中水的流态、流向等。有时即使在净水厂现场参观实习，由于各构筑物正处于运行状态，也无法看到构筑物的内部结构。结合软件展示，学生易于理解和掌握。

注重课内外的实践教学，加强实验教学和实习间的联系，我系已与赣州市水务集团、南昌市青山湖污水处理厂、赣州市水文所坝上水文站等多家单位建立校外实践教学基地，通过在自来水厂、污水处理厂等实践教学基地进行认识和生产实习，有效地将理论研究联系实际，在了解给水和污水处理厂的生产工艺流程、主要构筑物、主要设备的工作原理等的基础上，教师启发学生将验证性实验融合到实际生产工艺中，让实验教学和实际生产的新技术结合，通过实验教学解决实习过程中遇到的部分实际问题，可激发学生主动参与实验教学，培养学生发现问题和解决工程问题的能力，逐步达到工程教育认证中的毕业要求。

2.3 完善实验项目成绩考核体系

加强自主学习，注重全方位考核。原有的演示验证性实验多采用指导老师操作设备演示讲解，学生观看，重复操作，然后记录实验过程，写实验报告，实验效果不太理想。为了激发学生主动学习的积极性，针对开放项目，我们采取理论结合实验的方式，在讲解到某章节知识点时，鼓励学生提前利用课余时间进入开放性实验室熟悉相关构筑物，通过自主学习动手操作，了解构筑物基本原理、构造及运行方式等，然后带着问题听课，同时会采取课堂讨论、小组讲解、提问等方式考察，不仅可以烘托课堂氛围，还充分发挥学生的主观能动性。

过程控制实验报告质量，完善成绩评价体系。实验成绩不单考察实验报告质量，还要注重整个过程，从预习、预实验到实验、实验报告进行全过程考察，使成绩更加科学合理。针对不同类别的实验项目，考核侧重点不同，其中开放项目主要结合课堂讨论、提问、答辩 等情况给出成绩；给定项目重点考察实验过程和数据分析，实验考核主要包括预习、考勤、实验仪器操作、数据分析，实验报告编写等部分，所占比例分别为10%，10%，20%，30%，30%；设计项目突出学生的学习自主性，以小组为单位学生自主完成文献查阅、选题、方案设计、实验操作等环节，定期汇报交流，根据科研论文或调查报告及汇报情况的完成效果采用等级给出成绩。针对不同实验目的，制定相对完善的考核办法，既激发了学生的学习兴趣，又锻炼了学生的综合能力，同时也能逐步培养学生的科研素质。

3 实践与效果

以工程教育专业认证为契机，以国家一流专业建设为依托，以培养工程素质高、实践创新能力强、学用结合的给排水应用型人才为目标，在学科多年发展的基础上，构建适合工程教育专业认证要求的培养方案，研究优化实验课程体系，突出学用结合，以用为主的教育方式，注重提高学生运用给排水专业知识解决工程问题的能力，加强学生实践能力、创新能力和综合素质的培养，并在实践中持续改进，将方案应用于2016 级和2017 级学生，取得良好效果。