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【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；下水道及化糞池；可燃氣體；監(jiān)控預警系統(tǒng)
1.引言
城市下水道和化糞池擔負著生活污水、工業(yè)廢水的接納、輸送功能，但由于其相對封閉，環(huán)境特殊，污水中的有機和無機物質(zhì)在密閉的管道中，在厭氧條件下受微生物作用，會分解產(chǎn)生多種有毒有害、易燃易爆氣體。如若管理不善，容易造成氣體蓄積，當達到一定濃度后，若泄漏會造成人員中毒，如遇明火則極易產(chǎn)生爆炸，造成傷亡事故，對人民群眾的人身和財產(chǎn)安全造成危害。近年來，由于下水道、化糞池內(nèi)可燃氣體濃度過高，市政排污管道可燃氣體爆炸事故成了國內(nèi)多發(fā)的事件。由于歷史的原因，我國城市下水道管網(wǎng)設置不夠合理，處理設施維護管理不規(guī)范；其次，城市化進程過快，城市人口密度大，管網(wǎng)設施使用負荷較高；同時，還與公民的環(huán)境教育、環(huán)境意識、環(huán)境道德，以及政府的環(huán)境立法、執(zhí)法有關。顯然，除了積極開展正面的環(huán)境意識教育，完善設施維護以外，更重要的是建立一套可燃有害氣體監(jiān)測預警機制，做到防患于未然。
為了達到安全性預報的目的，傳統(tǒng)的環(huán)境污染源應急監(jiān)測主要基于單臺儀器的間斷方法，甚至是人工取樣、實驗室分析的非在線式監(jiān)測。此方法存在三個方面的明顯不足：一是具有間斷性；二是無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、在線測量和遠程監(jiān)控；三是需要花費大量的人力、物力、財力。
下水道、化糞池氣體的自動監(jiān)測技術是一種最小人工干預的安全預警的實時在線連續(xù)監(jiān)測并預警的自動化系統(tǒng)，它能夠通過網(wǎng)絡遠程中心，自動地監(jiān)控下水管道設施內(nèi)可燃氣體狀態(tài)，實現(xiàn)在線、動態(tài)、實時的監(jiān)測與控制。所以，開展城市市政下水道、化糞池的長期、遠程在線監(jiān)控研究意義重大。
2.系統(tǒng)設計方案
本系統(tǒng)的研究目標是設計一種可燃氣體的智能監(jiān)控預警系統(tǒng)，即用于市政下水道和化糞池中可燃沼氣濃度和相關信息的實時采集和遠程監(jiān)測，對市政污水管網(wǎng)設施的安全運行實現(xiàn)監(jiān)控和預警，確保污水管網(wǎng)設施的穩(wěn)定和安全運行。
本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)平臺，利用高靈敏度、性能穩(wěn)定的紅外氣體傳感器和無線傳感網(wǎng)絡，傳輸數(shù)據(jù)實時、穩(wěn)定、可靠；系統(tǒng)監(jiān)控中心能及時發(fā)現(xiàn)可燃氣體的異常信息，并發(fā)出警報。系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成：氣體濃度檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)。氣體傳感器實現(xiàn)監(jiān)測目標氣體濃度的檢測，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)完成監(jiān)控中心與濃度檢測系統(tǒng)之間的無線數(shù)據(jù)通信傳輸；監(jiān)控中心系統(tǒng)通過合理的軟件結(jié)構(gòu)設計，實現(xiàn)可燃氣體濃度的實時監(jiān)測和安全監(jiān)控預警功能。
為了實現(xiàn)對城市市政下水道和化糞池可燃氣濃度的預警監(jiān)控，滿足監(jiān)測的自動化、網(wǎng)絡化和實時性要求，在進行廣泛調(diào)研現(xiàn)有技術現(xiàn)狀后，本設計提出了以下的預警監(jiān)控系統(tǒng)設計思路和設計方案。采用模塊化的思想，將系統(tǒng)設計為三個子系統(tǒng)：氣體監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心子系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
預警監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：現(xiàn)場儀器：用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，包括氣體濃度傳感器和數(shù)據(jù)采集儀器；傳輸網(wǎng)絡：用于進行數(shù)據(jù)傳輸；監(jiān)控中心：對系統(tǒng)進行控制、對數(shù)據(jù)進行分析處理。監(jiān)控中心通過傳輸網(wǎng)絡與污染監(jiān)測點的監(jiān)測設備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，進行監(jiān)測數(shù)據(jù)交換、實況監(jiān)測、指令應答和決策調(diào)度，從而實現(xiàn)對監(jiān)控目標的遠程、實時監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
3.系統(tǒng)的主要技術路線
3.1 可燃氣體檢測
非分散紅外（NDIR：Non Dispersive Infrared）氣體分析儀作為一種快速、準確的氣體分析技術，特別連續(xù)污染物監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）以及機動車尾氣檢測應用中十分普遍。隨著紅外光源、傳感器及電子技術的發(fā)展，NDIR氣體傳感器在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在采用新型紅外傳感器及電調(diào)制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、性能、價格上具有以往儀器無法比擬的優(yōu)勢。
3.2 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)即EPC（ElectronicProductCode產(chǎn)品電子代碼）系統(tǒng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)和射頻技術RFID的基礎上，利用全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)編碼技術給每一個實體對象一個唯一的代碼，構(gòu)造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”。EPC系統(tǒng)是一個非常先進的、綜合性的和復雜的系統(tǒng)，其最終目標是為每一實體對象建立全球的、開放的標識標準，主要由6個方面組成：EPC編碼標準、RFID標簽（Tag）、閱讀器（Reader）、神經(jīng)網(wǎng)絡（Savant）系統(tǒng)、對象名解析服務（ONS）、實體標記語言（PML）。
3.3 射頻識別技術
射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種高級的自動識別技術，利用它通過無線射頻方式進行非接觸式的全雙工數(shù)據(jù)通信，以對實物目標加以識別；閱讀器（Reader）可控制射頻模塊向電子標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應答信號，同時可對電子標簽的對象標識信息進行解碼，從而將對象標識信息連帶電子標簽上的其它相關信息傳輸?shù)絊avant系統(tǒng)以供處理；Savant是一種軟件技術，在EPC網(wǎng)絡中扮演中樞神經(jīng)的角色并負責信息的管理和流動，減少從閱讀器傳往企業(yè)應用的數(shù)據(jù)量，確保現(xiàn)有的網(wǎng)絡不超負荷運作；對象名解析服務（ONS）是聯(lián)系前臺Savant軟件和后臺PML服務器的網(wǎng)絡樞紐，把Savant引入儲存該產(chǎn)品信息的企業(yè)數(shù)據(jù)庫；實體標記語言（PML）是EPC網(wǎng)絡中的通用語言，用來定義物理對象的數(shù)據(jù)。
3.4 系統(tǒng)軟件總體設計
監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務器軟件以Windows為工作平臺，采用先進的軟件開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)工具，充分利用可視化及事件驅(qū)動特點，采用對象化結(jié)構(gòu)，具有用戶界面友好、函數(shù)資源豐富、開發(fā)工作量較小的優(yōu)點，易于實現(xiàn)模塊化，觀測結(jié)果存放采用后臺Access數(shù)據(jù)庫，并具有觀測點數(shù)據(jù)統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，使大量人工勞作由計算機快速而準確地完成。從軟件功能上，系統(tǒng)由組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)服務器軟件、監(jiān)控軟件構(gòu)成。組態(tài)軟件負責完成數(shù)據(jù)庫組態(tài)，主要組態(tài)內(nèi)容包括監(jiān)控節(jié)點組態(tài)、報警上、下限組態(tài)、報警動作組態(tài)等。數(shù)據(jù)服務器軟件負責完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，監(jiān)控節(jié)點狀態(tài)檢測，報警檢測，報警信息的發(fā)送以及短息查詢處理等。而監(jiān)控軟件負責現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點實時數(shù)據(jù)的顯示，監(jiān)控中心報警處理，歷史趨勢處理，報表處理等。
4.主要技術關鍵及技術指標
4.1 主要技術關鍵
1）采用感應器對下水道及化糞池中可燃氣體進行監(jiān)控并預警；2）建立可燃氣體模型，采用智能控制技術對監(jiān)測設備進行實時控制；3）使用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；4）系統(tǒng)接口還保留許多擴充部分，如增加其他傳感器，只需再經(jīng)過進一步軟件擴充與完善，就能實現(xiàn)其他更多氣體的監(jiān)測；5）無線傳輸可執(zhí)行一對多的方式（即一個監(jiān)控中心，接收多個監(jiān)測點發(fā)出的不同數(shù)據(jù)）。
4.2 主要技術指標
工作溫度：-40°C～+70°C（可燃氣）；工作濕度：＜95%RH（非冷凝）；檢測誤差：＜5%F.S；防護等級：IP66；輸出信號：4～20mA模擬信號；工作電源：10～30V DC。
5.結(jié)語
該自動監(jiān)控系統(tǒng)將無線傳感器網(wǎng)絡技術運用于市政排水管道可燃氣體監(jiān)測，并從基于物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術的遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計，基于先進的氣體傳感器檢測技術和數(shù)據(jù)獲取，基于尋找一種具備統(tǒng)一性、開放性的環(huán)境監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)和成本相對較低的網(wǎng)絡傳輸結(jié)構(gòu)來組成這種環(huán)境監(jiān)測的體系，基于設定一套統(tǒng)一的預警監(jiān)控技術標準，實現(xiàn)大范圍環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同等幾個方面開展工作，通過實際建設將研究成果直接應用于城市下水管道和化糞池設施的實踐過程中，有較高創(chuàng)新性研究成果和實用價值。
參考文獻
[1]卜秋平.城市污水管網(wǎng)的建設與管理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.
關鍵詞：水污染控制工程；教學改革；教學方法；教學實踐
水污染控制工程是一門重要的環(huán)境工程專業(yè)課程，也是一門綜合性較高，同時融合了數(shù)理化基礎知識并且具有極高的應用性的課程，只有通過明確課程定位，優(yōu)化課程體系，革新教學內(nèi)容，豐富教學方法，加強實踐環(huán)節(jié)等一系列措施，才能更好地完成教學目標，提高學生在實際應用中解決問題的能力。本文就現(xiàn)階段水污染控制工程教學中的人才培養(yǎng)方案存在的問題予以提出和討論，以達到教學目的，為社會培養(yǎng)更加優(yōu)秀的環(huán)保人才。
一、革新教學內(nèi)容
環(huán)境工程專業(yè)的人才培養(yǎng)定位體現(xiàn)了工程型、應用型人才的培養(yǎng)目標，提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)合格的環(huán)境工程技術型人才。我校環(huán)境工程專業(yè)中水污染控制工程教學安排在第六學期，講授的內(nèi)容包括理論講授、課程實驗、課程設計和工程實踐四部分。這種培養(yǎng)模式顯然不適合環(huán)境科學專業(yè)學時少的教學，因為在較少的學時內(nèi)無論如何是完不成如此多的教學內(nèi)容的。
因此，在課程教學上應適當增加教育課時，將課堂課程與實驗課程分開教學，同時為了增加課堂與實踐的結(jié)合，在課堂教學內(nèi)容方向上做調(diào)整，一是應重視本專業(yè)相關課程的知識整合與銜接，加大理論學時，加強基礎理論學習；二是多綜合，把現(xiàn)代技術與先進的理論適時地傳授給學生。結(jié)合水污染控制理論和工藝技術的進步，以及我國規(guī)范、標準的改進，及時更新過時工藝技術，同時結(jié)合近年畢業(yè)設計中工藝方案選擇、構(gòu)筑物計算與圖件繪制等方面存在的共性問題，有針對性地進行了城市生活污水和工業(yè)廢水工藝方案選擇的教學以及討論。
二、優(yōu)化教學方法
1.強化多媒體教學
在水污染控制工程課程教學中強化采用多媒體教學，不僅給課堂教學帶來了勃勃生氣，活躍了課堂氣氛，調(diào)動學生學習的積極性，提高教學效果，還通過文本、圖像、動畫、聲音等方式，創(chuàng)設情景，激趣，突出重點，化靜為動，在一定程度上發(fā)展了學生的思維，培養(yǎng)了學生的能力，大大提高了課堂教學效率。
2.增加課堂實例，引導學生思維興趣
一個人一旦對某事物有了濃厚的興趣，就會主動去求知、去探索、去實踐，并在求知、探索、實踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗。所以激發(fā)起學生的興趣，學生就會積極主動地學習并學得輕松而有成效。
3.組織課堂討論
教學中的課堂討論是學生在教師的指導下，就教材中的基礎理論或主要疑難問題，在獨立鉆研的基礎上，共同進行討論、辯論的教學組織形式，可以全班集體討論，也可以分組進行討論。課堂討論可以加深學生對理論知識的理解，有助于啟發(fā)學生獨立思考、相互交流意見，培養(yǎng)他們獨立分析問題、解決問題的能力和訓練口頭表達能力。
三、實踐課堂相結(jié)合
據(jù)我們觀察，現(xiàn)階段的實踐環(huán)節(jié)仍局限于傳統(tǒng)的教學，教學實驗多為“按部就班”的驗證性實驗，學生主動參與的積極性難以發(fā)揮；生產(chǎn)實習受經(jīng)費限制僅僅停留在“走馬觀花”，難以深入到生產(chǎn)第一線；課程設計沒有完全結(jié)合工程實際，是學生被動接受的教學。主要表現(xiàn)在：①功能單一，實驗室基本上按課程設置安排實驗，實驗內(nèi)容單一，演示型、驗證性實驗多，設計型、綜合性實驗少。②地位從屬，實驗室從屬于系部、教研室，實驗課過多依附于理論教學，沒有實現(xiàn)從課程實驗到實驗教學的根本轉(zhuǎn)變，實驗室獨立教學能力很弱，缺乏應有的活力。
四、結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需求教學
水污染控制工程教學體系應該緊密結(jié)合地區(qū)產(chǎn)業(yè)特色與污染特點，本著解決地方環(huán)境污染問題和經(jīng)濟建設培養(yǎng)為目的，從認識實習、理論教學、實驗教學和設計教學等環(huán)節(jié)進行全方位的改革；例如，上海地區(qū)河流較多且分布較密集，工業(yè)生產(chǎn)污染物排入河流情況嚴重，在水污染工程教學中，宜適當增加河流污染控制的講解?？傊谌瞬排囵B(yǎng)大眾化的新形勢下，水污染控制工程課程體系教學只有根據(jù)課程特點，結(jié)合區(qū)域特色，不斷地對認識實習、理論教學、實驗教學和設計教學進行改革，才能培養(yǎng)出符合地方產(chǎn)業(yè)需求的新時代技能型、應用型環(huán)保人才。
對水污染控制工程的實踐教學體系的探討和建設是時展的需要，是身為教師的職責。我校在水污染控制工程課程方面的教學改革僅僅是一個開始，還需要不斷地探索和完善，并且要綜合考慮它的前續(xù)和后續(xù)課程以及該課程在培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新人才方面的地位，從而形成改革的總體思想，達到學生能夠?qū)W以致用的目的。
參考文獻：
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[3]馮俊生，陳小紅.水污染控制工程實驗教學改革與實踐[J].成功：教育，2007（1）：153-154.
水污染控制工程課程改革理實一體《水污染控制工程》是高職環(huán)境類專業(yè)的核心課程，本課程的教學目標是使學生能運行、調(diào)試和初步管理各類污水處理設施及構(gòu)筑物，能根據(jù)污水中污染物的類型選用不同的污水處理工藝，能初步解決污水處理運行中出現(xiàn)的疑難問題等。在課程改革過程中，以工作過程為導向，建構(gòu)學習領域；以工作任務為驅(qū)動，設計學習單元，并在教學過程中突破傳統(tǒng)教學方法，探索理實一體教學新模式。
一、課程設計
1.課程設計思路
通過對大慶市區(qū)附近石化企業(yè)調(diào)研，確定污水處理工工作崗位職責；根據(jù)崗位“應知應會”水平選取典型工作任務；將典型工作任務與理論知識相融合，設計若干學習任務單元；以學習任務為驅(qū)動實施課程教學。新構(gòu)建的課程內(nèi)容，是按照工作任務來序化知識，將理論知識與實踐技能融合，形成“以工作任務為驅(qū)動”的課程體系。
2.教學內(nèi)容的重組
教學內(nèi)容設計成3個模塊，每個模塊有若干學習任務單元，每個學習單元作為一個項目，由若干的工作任務來完成。通過完成相應的工作任務實現(xiàn)實踐技能和理論知識的融合。
理論教學內(nèi)容的選取，加強各處理技術單元的基本原理、處理設備操作和運行管理知識的講授；實踐教學內(nèi)容的選取，注重對學生綜合應用能力的訓練和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。重點是污水處理工藝調(diào)整和操作，解決工藝設備的基本維護和故障判斷及排除問題，同時要求學生能夠看懂圖紙，掌握在線儀表相關操作知識等。
本課程設計倡導“過程導向、任務驅(qū)動、內(nèi)容序化、技能延伸”理念，將典型的污水治理項目引入課堂，將水污染控制的常用技術貫穿到相應項目中，同時將技能學習延伸到校外實習基地、工作現(xiàn)場、實現(xiàn)教學做一體化。
二、課程教學實施
教學程序依據(jù)典型工作任務完成過程中，所經(jīng)歷的“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評價”6個步驟進行，符合學生循序漸進的認知心理順序。如“活性污泥運行參數(shù)控制”的教學設計：
三、課程改革體會
1.理實一體化校本教材的開發(fā)
教材編寫應圍繞課程設計的工作任務開展，注重實用性和可操作性，理論知識應服從實踐教學的需要，理論應淺顯易懂，簡潔明了。
2.教學過程的有效設計
“理實一體化”教學的關鍵在于理論與實踐的穿行，在教學實施中，其教學尺度很難把握，過多操作，又類似于實驗課。在教學過程中如何適時的穿插錄像、動畫、掛圖、板書，教師的備課工作量很大且必須較為周密的計劃與時間安排，否則教學尺度一旦把握不準，就難以達到一體教學的要求。
3.學生主觀能動性的開發(fā)
“理實一體化”教學模式，使學生獲得分析、思考、和解決問題以及團隊協(xié)作能力，這些能力是學生未來的工作和生活中真正需要的。
4.教師技能水平的提高
“理實一體化”這種教學模式的開展，需要教師獲得更多的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，教師要逐漸形成“一專多能”的知識結(jié)構(gòu)才能勝任新形勢下的教學要求。
5.評價體系的建立
本課程在“理實一體化”教學效果考核中，強調(diào)基本技能的培養(yǎng)。通過實操，學生是否獲得初步的、準確的操作技能；理論知識考核，通過匯報和測試掌握學生基礎知識水平。
“理實一體化”作為一種教學模式，對教學質(zhì)量、教學效果的提高起到了很大的作用，但在課程改革過程中也存在著教材編寫水平有限，設備配置不完善、評價體系不全面等諸多困難，這些都有待于我們在深化教學改革過程中，不斷探索、不斷克服、不斷完善。
參考文獻：
[1]姜大源.世界職業(yè)教育課程改革的基本走勢及其啟示――職業(yè)教育課程開發(fā)漫談[J].中國職業(yè)技術教育，2008，（27）：7-13.
[2]趙志群.論職業(yè)教育工作過程導向的綜合性課程開發(fā)[J].職教論壇，2004，（2）：4-7.
專業(yè)介紹：
主要課程：給水工程、排水工程、建筑給水排水工程、工程力學、水力學、測量學、水泵與泵站、水處理微生物學、無機化學、水分析化學、工程制圖、電工與電子學、計算機技術與應用、管理科學等。
主要實踐性教學環(huán)節(jié)：金工實習、測量實習、工程制圖、管道工程安裝實訓、計算機應用及上機實習、建筑給水排水課程設計、工程施工實習、CAD制圖訓練、物理實驗、力學實驗、化學實驗、水質(zhì)分析實驗、課程設計、認識實習、畢業(yè)實習、畢業(yè)設計(論文)等，一般安排40周左右。
就業(yè)方向：設計部門、規(guī)劃部門、環(huán)境保護部門、科研院所、高等院校、工礦企業(yè)、經(jīng)濟管理部門和政府部門等從事給水排水工程規(guī)劃、設計、管理、科研和教學等工作。
修業(yè)年限：四年
授予學位：工學學士
建立3+3+3實踐課程新體系，優(yōu)化環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案
生產(chǎn)實習安排學生參觀焦化聯(lián)合企業(yè)大氣污染綜合治理工程、2～3種工業(yè)廢水治理工程及城市垃圾填埋場、垃圾發(fā)電廠，和上機操作環(huán)境工程技術模擬實訓系統(tǒng)［6］，模擬污水處理廠管理，解決進企業(yè)蹲點實習難問題。畢業(yè)實習結(jié)合畢業(yè)設計或論文選題進行，由指導教師按選題涉及的具體行業(yè)、污染問題、技術方案進行安排。即環(huán)境監(jiān)測基礎型實驗、水污染控制設計型實驗與專業(yè)綜合型大實驗。環(huán)境監(jiān)測實驗安排COD、NH4－N、BOD、pH等水質(zhì)監(jiān)測，TSP、SO2等大氣監(jiān)測項目，要求學生掌握取樣保存、試劑配制、儀器操作、數(shù)據(jù)處理、分析與評價等基本實驗技能。水污染控制設計型實驗給出幾種污水水質(zhì)和實驗室已具備的實驗條件:生物法、混凝法、離子交換法、Fenton試劑法、鐵碳微電解法等，讓學生自行分組選擇處理工藝，設計實驗參數(shù)，進行驗證實驗。專業(yè)綜合大實驗目前已開設的有:校園湖泊水質(zhì)評價與治理、室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、純凈水制備、印染廢水處理等綜合型實驗，進行工藝比選、實驗設計、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)等綜合訓練提高［7］。
即污水廠設計、大氣污染控制工程設計、固廢處理處置課程設計，均安排在主干專業(yè)課學習結(jié)束后。通過課程設計，對已學知識進行消化、擴展、應用，要求進行工程分析與源強計算，工藝選擇與數(shù)質(zhì)量衡算，主要設備設計(或選型計算)、輔助設備選型計算、管道與高程計算、工藝布置圖紙繪制，以課程設計說明書和圖紙?zhí)峤徽n程成果。堅持將三門課程設計與工程實踐緊密結(jié)合，鼓勵在這些環(huán)節(jié)中學生直接參與環(huán)境工程項目設計，雖然環(huán)節(jié)時間短，但能夠直接進入工程實踐，對學生的幫助是非常顯著，經(jīng)過10屆學生和老師的共同努力，課程設計已成為學生痛并快樂著、收獲頗豐的實踐教學關鍵環(huán)節(jié)。
3+3+3實踐教學保障體系建設
通過積極爭取，獲得“化工與環(huán)境類專業(yè)教學實習中心”、“環(huán)境工程特色專業(yè)建設”、“院級重點建設課程資助經(jīng)費”等各項省級、校級質(zhì)量工程專項基金支持，加快了環(huán)境工程專業(yè)實驗室與實訓基地建設。目前環(huán)境工程專業(yè)實驗室擁有TOC、TN、TP在線監(jiān)測、紫外可見光分光光度計、移動式室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測、快速水質(zhì)監(jiān)測等環(huán)境監(jiān)測設備、污水處理實驗裝置、純水制備系統(tǒng)等實驗設備設備200多臺套，為三大實驗開設提供了硬件條件。投入25萬元在學院建立了環(huán)境工程技術的模擬實訓系統(tǒng)，包括:污水處理廠模擬管理等［8］。在皖維集團建立了學生實習實訓中心、在蕪湖垃圾填埋場、新鑫鑄管、蕪湖垃圾發(fā)電廠等建立實習基地。為學生實踐能力的培養(yǎng)起了較大貢獻，有效增強人才實踐能力培養(yǎng)的實戰(zhàn)型、針對性。教研室老師積極申報教研項目，每年均有立項:如省級教研項目有:“環(huán)境工程專業(yè)實踐教學新體系的研究與實踐”、“環(huán)境類本科生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)體系的研究”等。發(fā)表教研論文1～2篇/人。將案例教學、啟發(fā)教學、閱讀教學、實踐教學相結(jié)合［9］，老師給出案例，剖解分析，給出選題，讓學生自查文獻、自主交流、自行設計實驗方案和治理工藝，有效增強學生的學習興趣與創(chuàng)新能力。
教研室老師為保障具有環(huán)境工程專業(yè)自身特色的實踐教學新體系的實施，逐步積累污染源產(chǎn)排污系數(shù)［10］、源強計算公式等三門課程設計基礎資料，緩解課程設計基礎資料空缺嚴重現(xiàn)象。初步完成大氣污染控制工程課程設計指導書系列:之一煙塵污染治理課程設計指導書、之二工業(yè)粉塵污染治理課程設計指導書、之三酸性氣體污染治理課程設計指導書、之四有機氣體污染治理課程設計指導書;和污水治理課程設計指導書系列:城鎮(zhèn)污水處理廠課程設計指導書、工業(yè)廢水處理站課程設計指導書;及固體廢棄物處置與資源化課程設計指導書系列。填補了課程設計任務書、指導書空白。教研室老師積極申報課題，獲得國家和安徽省自然科學基金及省教育廳、蕪湖市科技計劃科研經(jīng)費支持，以及產(chǎn)學研合作項目。將課題研究內(nèi)容分解成適合的本科畢業(yè)論文選題和碩士研究生學位論文題目，老師指導和帶領學生將科學研究和社會實踐穿插在實踐教學中。即為實踐教學耗材、檢測提供了經(jīng)費保障，也有效的保證了本科畢業(yè)論文質(zhì)量。教師與學生創(chuàng)新能力顯著提高;學生對教學實踐的興趣、參與度、完成質(zhì)量大大改善。
關鍵詞：水專項；給水排水；本科生；教育
中圖分類號：G632.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）37-0100-02
當前形勢下，我國水體污染形勢愈加嚴峻，水資源短缺、供水危機頻發(fā)、水生態(tài)退化等問題已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的能源、資源和環(huán)境的瓶頸問題。面對日益嚴重的水污染，我國于2009年3月啟動了水體污染控制與治理科技重大專項，旨在為我國水污染控制與治理提供全面技術支持。在我國當前這樣的背景與環(huán)境下，本文將粗略介紹水專項，并將就水專項對于給排水科學與工程本科生教育的作用進行分析，并提出筆者自己的幾點看法。
一、水專項簡介
水體污染控制與治理科技重大專項（水專項），是我國幾大國家重大科技專項所包含的其中之一，其目的在于為中國水體污染控制與治理提供強有力的科技支撐。目前，我國城鎮(zhèn)在新的“十二五”期間，水體污染控制與治理形勢出現(xiàn)了一些挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為水體污染情況仍然較為嚴重，極端氣候參與影響，化學品與突發(fā)性污染事故，飲用水衛(wèi)生標準要求大幅提升，國家提出了新的減排目標這五大內(nèi)容[1]。同時，國家也為水專項在“十二五”期間制定了新的內(nèi)容和目標，其主要圍繞“三河三湖一江一庫”重點流域，重點攻克重污染行業(yè)廢水全過程治理技術、重污染河流和富營養(yǎng)化湖泊綜合治理技術、面源污染控制技術、適用于不同水源水質(zhì)的凈化技術、水環(huán)境風險評估與預警遙感監(jiān)測等關鍵成套技術300項以上。在太湖、遼河等重點流域開展綜合示范，示范流域水環(huán)境質(zhì)量提高一個等級并消除劣V類，基本建立流域水污染治理和水環(huán)境管理技術體系。在這樣的形勢下，為了很好地適應這些挑戰(zhàn)并達到國家制定的目標，有專家[2]具體提出了水專項在“十二五”期間的技術突破重點主要有研發(fā)安全節(jié)能的消毒技術、超高標準污水處理技術、高靈敏度以及低成本的水質(zhì)在線監(jiān)測技術等若干個方向。而若談到水處理技術的應用、研發(fā)和改進，則需要知道這項過程必須依賴于研究人員。對于社會上的各個機構(gòu)來說，政府和企業(yè)應加大力度投入更多的資金進入研究行業(yè)，同時鼓勵并倡導及運用高效、能達到處理效果的水處理技術，例如嘉興政府將“水源生物―生態(tài)修復”和“高氨氮、高有機物污染河網(wǎng)原水深度處理”技術運用到水廠中去，很好地提高了水處理效果[3]。而對于像大學這樣的機構(gòu)而言，筆者認為不僅教師們可以在這樣的條件下加大這塊的研究，同時也可以將水專項與大學教學相結(jié)合，這樣才能充分趁著這個國家推行水專項的勢頭使得該項目能在校園環(huán)境普及并讓學生去了解，能夠參與其中，為他們以后的不管是科研還是進入社會能夠起到更好的作用。而這樣一來，也可以讓那些對科研感興趣的學生初步了解到科研的面貌，愿意選擇進一步深造，今后成為從事于水專項研究的學生，這樣也能為水專項今后的發(fā)展和研究投入源源不斷的生力軍。
二、教師教學
對于教師教學這塊，有不少本科生[4]在上課的時候感覺教師常常只是起到一個“傳聲筒”的作用，把學生只是當成“接收器”，這樣一來老師與學生之間只是一個單向作用，并不能反映出學生對于課程內(nèi)容的吸收和消化，而這樣也是不能培養(yǎng)有個性、有創(chuàng)造力、有開拓精神的人才。同時，也有不少人[5，6]認為，大學教師應有兩大職責，科研和教學，這兩塊應是有機結(jié)合且不可分割的，但目前大多數(shù)老師都將科研與教學分離，而造成這個的原因也有若干。這些原因都在一定程度上影響了本科生教學水平和質(zhì)量的提高。筆者認為，對于現(xiàn)在的本科生來說，一位能夠能將所研究的結(jié)合進教學中，與實際結(jié)合的老師肯定能受到學生的歡迎，同時也能使得學生在上課的時候能夠得到新的知識。而水專項對老師提升他們授課質(zhì)量能有所幫助。教師若要寓教于樂，則必須對于他所授的知識有著充分的了解。隸屬于國家項目的水專項能夠大大促進教師們參與這塊研究方面的熱情和動力。同時趁著這個機會，教師們水處理方面的認識也能夠進一步深化，使得教學更具生動性和實踐性，為學生積累進一步的科研經(jīng)驗以及實際能力打好良好基礎。
三、本科生參與創(chuàng)新試驗
目前高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的任務不斷加重，不少學校和所屬院系都設立了創(chuàng)新實驗課程，并將一些設計類課程與創(chuàng)新實驗相結(jié)合。結(jié)合一些人對于本科生教學與創(chuàng)新實驗的經(jīng)驗和研究，筆者認為，本科生參與科研不僅必要，而且還非常緊迫。本科生參與科研，這能夠幫助他們早日了解到科研具體是一項怎樣的工作，為那些想讀研究生以及博士生的本科生積累更多的經(jīng)驗，加強他們的創(chuàng)新素質(zhì)、創(chuàng)新能力以及創(chuàng)新精神。而即便對于那些并不打算進入研究行業(yè)的本科生來講，這類寶貴的經(jīng)驗也可以鍛煉他們的工作能力，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為他們以后的從事的其他工作做一定的能力訓練。就具體形式而言，可以將其與課程設計或是畢業(yè)設計相結(jié)合，可以讓學生在設計的時候不是一味地與現(xiàn)實脫軌。同時，結(jié)合前面所說的課堂教育，教師們不僅在課堂上向?qū)W生展示他們對于水專項方面的研究，也可以鼓勵學生參與這方面的設計，并給予親身指導。
四、本科生現(xiàn)場實習
在本科教學中，實習可以說是一塊非常重要的組成部分。實習作為一塊實踐教學環(huán)節(jié)，它不僅可以加深本科生對書本上的現(xiàn)有知識的認識，同時還可以鍛煉他們的一定程度上的實際操作能力。通過參觀以及生產(chǎn)實習，學生可以理論聯(lián)系實際，把自己上課所學的印證于當下的實踐當中，同時還可以提高自己的動腦能力以及動手能力。當下水專項正在全國各地的高校和研究所中，還有水廠的運營中發(fā)揮著不小的影響，各位研究人員和水廠技術工作人員都在為了能達到國家的“十二五”計劃，提高水的質(zhì)量以及處理效果的目標而各司其職，各盡其力。而另一方面，這也可以說是為給排水專業(yè)的本科生的實習帶去了不少去了解目前國家新興水處理技術的機會。本科生不僅可以在課堂上了解水專項的知識，參與創(chuàng)新實驗來進一步接近水專項，還可以在有條件的情況下參觀運用了較新處理技術的水廠和企業(yè)，尤其是那些參與到國家水專項的水廠及企業(yè)，來進一步鞏固和擴大學生關于本專業(yè)的以及水專項的知識儲備，開拓眼界，從而激發(fā)大家愿意了解以及參與水專項的興趣。
參考文獻：
[1]仇保興.水專項――應對水危機的利器[J].給水排水，2012，（01）：1-5，16.
[2]仇保興.水專項面臨的新形勢與新任務[J].城市發(fā)展研究，2013，（04）：1-9.
[3]劉潤生，記徐通.嘉興“水專項”工程成國家示范[N].嘉興日報：004.
[4]李蕓.試論大學老師的教學藝術[J].廣東技術師范學院學報，2008，（08）：107-110，141.
現(xiàn)狀分析
專業(yè)實驗下面以西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)計劃為例介紹。環(huán)境工程專業(yè)開設了環(huán)境化學、環(huán)境監(jiān)測、水污染控制工程、大氣污染控制工程和固體廢物處理與處置5類專業(yè)實驗，上述專業(yè)實驗存在以下問題:首先，由于農(nóng)林類院校環(huán)境工程專業(yè)教師多半從事與土壤有關的研究，導致了實驗內(nèi)容中還存在為數(shù)不少的土壤農(nóng)化方面的實驗安排，例如環(huán)境污染物的分析過程中所采環(huán)境樣品往往以土樣為主，對于水質(zhì)或大氣方面的實驗較少。其次，傳統(tǒng)的驗證性實驗偏多，以環(huán)境監(jiān)測實驗為例，只進行簡單的水質(zhì)驗證性實驗，如濁度，混凝沉降的性能等的測定，限制了學生操作實驗能力的鍛煉。再次，實驗過程將學生分為15人左右小組進行，容易造成小組實驗中，僅僅動手力強的同學主動操作實驗，其他同學只是在旁邊觀看，不能親自動手參與的局面，并且，由于實驗待檢測的樣品都是實驗室配制的，使得學生在采樣、預處理等環(huán)節(jié)得不到鍛煉，造成與實際監(jiān)測工作脫節(jié)。最后，在專業(yè)實驗教學中要求學生按照教師的講解，在規(guī)定的時間內(nèi)按指導書的方法與步驟一步一步地完成實驗，既不利于培養(yǎng)學生獨立思考問題、解決問題的能力，同時也抑制了學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。設計環(huán)節(jié)環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)設計包括水污染控制工程課程設計、大氣污染控制工程課程設計、環(huán)境管理課程設計、環(huán)境規(guī)劃課程設計和畢業(yè)設計。課程設計與畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生工程實踐能力的關鍵環(huán)節(jié)。目前主要存在以下三個方面的問題。
首先，指導教師的水平有待進一步提高，我校環(huán)境工程專業(yè)教師幾乎都沒有企業(yè)實際鍛煉，缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗，所以，教師在工程實際上的經(jīng)驗亟待提高，工科教學資源不足是一個非常普遍的現(xiàn)象。我國自1999年高校擴招以來，盡管廣開增加師資隊伍的渠道(包括外聘和兼職等)，但是其與教學資源發(fā)展不同步，造成畢業(yè)設計課程師資、基礎教學設備資源短缺，師生比嚴重超標現(xiàn)象發(fā)生(實際中一個老師指導幾十名學生的情況常有發(fā)生)［3］。其次，課程設計過于理論化，畢業(yè)設計選題普遍比較落后，大量存在綜述性課題，難以體現(xiàn)創(chuàng)新性內(nèi)涵。最后，課程設計涉及多門課程，但是這些課程之間沒有有效的整合、協(xié)調(diào)各個設計層次、內(nèi)容，使得這些課程設計變?yōu)榱撕唵蔚恼n程重復。實習環(huán)節(jié)環(huán)境工程專業(yè)的實習環(huán)節(jié)包括認識實習、金工實習、生態(tài)環(huán)境綜合實習，環(huán)境監(jiān)測與評價綜合實習，環(huán)境工程綜合實習，環(huán)境與市政工程實踐訓練。實習環(huán)節(jié)存在的問題如下:首先，環(huán)境工程專業(yè)相應的實習基地匱乏，實習基地建設落后于實踐教學需要。環(huán)境保護崗位一般具有專業(yè)性強的特點，學生的大部分實習僅限于參觀實習。再者，實習經(jīng)費短缺和實習基地容量限制。由于擴招，2008級環(huán)境工程專業(yè)目前有155人。對于認識實習問題不大，對于需要到現(xiàn)場實際操作的實習而言問題就比較突出，所有實習單位都不能提供一次性容納近100人的生產(chǎn)實習場地，由于時間、場地和經(jīng)費等的限制，這些實習只能是走馬觀花，基本流于形式。對于農(nóng)林院校，一方面應結(jié)合自己的生物特色，根據(jù)需要培養(yǎng)環(huán)境工程應用型專業(yè)人才，另一方面由于上述原因在實踐教學環(huán)節(jié)還存在著不少薄弱環(huán)節(jié)，因此對農(nóng)林院校環(huán)境工程專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的改革勢在必行。
對策
以創(chuàng)新、綜合、設計性實驗開發(fā)為切入點推動專業(yè)實驗教學改革整合實驗項目，杜絕土壤農(nóng)化實驗等農(nóng)業(yè)環(huán)境保護類課程充斥環(huán)境工程實驗課程的現(xiàn)象。進一步增加創(chuàng)新性、設計性、綜合性實驗項目。從必要性方面而言，實施滿足學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合性、設計性實驗教學模式是當前高等學校工科實驗教學改革的方向。根據(jù)教高廳［2004］21號文件———《教育部辦公廳關于印發(fā)＜普通高等學校本科教學工作水平評估方案(試行)＞的通知》的要求，對于工科院校各專業(yè)的實驗有如下要求:A級:有綜合性、設計性實驗的課程占有實驗課程總數(shù)的比例≥80%，效果好;C級:有綜合性、設計性實驗的課程占有實驗的課程總數(shù)的比例達50%～60%，效果較好［4］。其中綜合性實驗是指實驗內(nèi)容涉及相關的綜合知識或運用多方面知識、多種實驗方法和手段，按照要求進行試驗，主要培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、實驗方法和實驗技能，以及綜合分析、解決問題的能力，達到對學生能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。設計性實驗是培養(yǎng)學生實踐能力的有效途徑。在整個實驗過程中，依據(jù)教師給定的實驗目的和要求，從實驗方案設計到實驗器材選擇、擬定實驗過程以及后期的實驗數(shù)據(jù)的獲取和整理等均要求學生獨立完成。這類實驗的開設主要是培養(yǎng)學生對專業(yè)理論知識綜合應用以及解決實際工程應用問題的能力。設計性實驗的開設，改變傳統(tǒng)的教師“填鴨式”教學模式，學生由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，學習的積極性得到有效調(diào)動。設計性實驗方法具有多樣性，可以開發(fā)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，促使其全面發(fā)展。在實驗過程中，學生的獨立思維、才智、個性得到充分尊重，改變了千人一面的傳統(tǒng)教學模式，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，體現(xiàn)了以人為本的教育思想。培養(yǎng)滿足社會需要和具有創(chuàng)新能力與實踐技能的人才是大學的根本任務。
從人才全面培養(yǎng)的角度考慮，在專業(yè)實驗中開設創(chuàng)新性、綜合性、設計性實驗，營造出具有獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，以及具有創(chuàng)造性思維能力，全面發(fā)展的當代年輕型人才是非常必要的。隨著社會對人才實踐動手能力要求日益提高，加強實驗教學是大勢所趨。尤其對于一些特色院校，只有培養(yǎng)適合特色經(jīng)濟建設需要、具有實際工作能力的科研和應用人才才是人才培養(yǎng)的方向。而目前農(nóng)林院校環(huán)境工程專業(yè)現(xiàn)有的實驗難以達到這些要求。以西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院的《水污染控制》，《大氣污染控制》，《土壤污染控制》，《固體廢物處理與處置》實驗為例，針對其存在的不足，根據(jù)實驗教學內(nèi)容形成分析、檢測、評價等多個實驗模塊，分為基礎驗證、綜合設計以及研究創(chuàng)新三個層次的實驗，設計了《區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價》這個綜合實驗題目，該實驗主要包括以下兩個方面內(nèi)容:一是由學生選定某一特定區(qū)域后，對其大氣、水、土壤和固廢，生物等環(huán)境要素的基本情況進行實際監(jiān)測。二是在對各環(huán)境要素進行環(huán)境監(jiān)測的基礎上，結(jié)合各環(huán)境要素的環(huán)境質(zhì)量標準對所選區(qū)域進行現(xiàn)狀評價。新增綜合性設計性實驗見表1。在綜合性、設計性實驗的教學實施過程中，注意了以下原則:①通過將教師的科研課題引入實驗教學，引導學生對現(xiàn)行的實驗內(nèi)容重新設計，給予學生選題的充分主動權(quán)，為他們進實驗室提供寬松的條件，對他們完成每個實驗題目的時間僅給予宏觀控制;②通過自己設計監(jiān)測方案、開展指標監(jiān)測、完成分析報告、編制環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價報告等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生文獻檢索、研究能力、綜合總結(jié)、組織協(xié)調(diào)能力等;③增加復合污染控制實驗方面的內(nèi)容，例如土壤生物中重金屬污染控制實驗課，結(jié)合鉛、錫、鋅的復合污染現(xiàn)狀，由學生依據(jù)所學基本知識再結(jié)合查閱資料，擬定步驟，老師給予適當指導，由學生來進行實踐操作。通過實踐收到了良好效果。使學生建立了對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測的全面認識;提高了學生實踐動手能力和合作精神;使學生初步掌握了數(shù)據(jù)處理分析和環(huán)境評價的方法。依據(jù)培養(yǎng)目標，緊密結(jié)合農(nóng)村生態(tài)環(huán)境建設實際提高設計環(huán)節(jié)教學質(zhì)量配合專業(yè)培養(yǎng)突出“厚基礎、寬專業(yè)，具有創(chuàng)新意識和較強實踐能力的高級應用型人才”的需要，為了解決農(nóng)林院校環(huán)境工程專業(yè)設計環(huán)節(jié)指導教師水平有待進一步提高的問題，我校環(huán)境工程專業(yè)先后引進了多名具有較強的工科背景的碩、博士來校工作。#p#分頁標題#e#
同時送出了部分優(yōu)秀教師赴國外著名環(huán)境工程研究室研究和攻讀博士學位，把握國際領域相關研究前沿。2008級以后要求畢業(yè)設計必須以工程實驗為背景進行撰寫。要求指導老師必須要有一定的科研經(jīng)費才能具備指導資格。使學生在滿足基本教學目標的前提下，結(jié)合農(nóng)林生產(chǎn)實際以及科研前沿，使學生在生產(chǎn)實際中得到鍛煉。杜絕畢業(yè)設計中出現(xiàn)綜述性課題。在環(huán)境工程專業(yè)課程設計計劃的制定過程中系統(tǒng)、全面考慮，通過農(nóng)村生態(tài)環(huán)境水質(zhì)、大氣、生物綜合規(guī)劃設計，既保證設計內(nèi)容不重復，又注意各門課程之間的銜接，有效整合課程設計的層次和內(nèi)容。通過建立校內(nèi)外實習基地結(jié)合影像資料和可視化教學滿足實踐教學的需要本科教學中最重要的一個實踐環(huán)節(jié)就是生產(chǎn)實習，如何保證和提高實習環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量一直是困擾農(nóng)林院校的一個難題。建立穩(wěn)定的校外實習基地是確保生產(chǎn)實習質(zhì)量的保證。本著資源互享，優(yōu)勢互補的原則，從2008級開始，我校環(huán)境工程專業(yè)先后與多個企事業(yè)建立了聯(lián)系，例如:在水處理方面與西安市自來水總公司曲江水廠，西安創(chuàng)業(yè)水務公司建立了實習合作關系;在大氣污染控制方面與興平化肥廠，銅川市水泥廠，陜西社會水泥有限責任公司，寶雞市熱力有限責任公司和陜西渭北電力公司建立了實習合作關系;在固體廢物處理與利用方面與寶雞啤酒廠(有機廢料處理)、西安市城市生活垃圾無害化綜合處理廠、西安市江村溝垃圾填埋場、三民垃圾中轉(zhuǎn)站和興平市星光良種豬繁養(yǎng)殖有限公司確立了實習合作關系，另外，學校在農(nóng)一站新建的資源環(huán)境實驗站也以嶄新的面貌投入到迎接實習教學任務中。
在與眾多企業(yè)建立長期、穩(wěn)定并且不斷完善的各類實習基地的同時，邀請具有豐富工程實際經(jīng)驗的專家來校講課，強化學生在環(huán)境廢棄物處理與利用方面的專業(yè)知識。對農(nóng)林高校而言，由于受到擴招及實習經(jīng)費短缺和實習基地容量限制，這個問題表現(xiàn)尤為突出，并且短期內(nèi)就傳統(tǒng)方法而言很難有所突破。通過把計算機仿真作為現(xiàn)場實習的重要補充，在教學中引進多媒體和網(wǎng)絡化教學方式，充分利用影像資料和可視化教程講解工程案例，既激發(fā)了學生學習的興趣又收到良好效果。例如人為設置一些生產(chǎn)中常見的非正常情況和生產(chǎn)故障，使學生在模擬的工業(yè)控制鍵盤上對生產(chǎn)的全過程或者個別崗位進行控制，以此來加強學生對污染物處理系統(tǒng)性的認識。學生不僅可以通過各處理單元熟悉各處理過程的常用原理及效果，也可以在仿真操作中反復練習工藝操作過程，強化系統(tǒng)性訓練。特別是可以在人為設置工藝條件下進行系統(tǒng)開停車、工藝條件的調(diào)整、工藝和設備故障的處理等操作，而且，系統(tǒng)中還設有評分系統(tǒng)，教師可以通過教師工作站對每位學生的操作情況實施實時監(jiān)測，每次操作結(jié)束后，系統(tǒng)可以自動對每位學生的操作進行評定。
環(huán)境科學的廣博性與復雜性使教師在進行高校環(huán)境類專業(yè)課程設置時感到棘手。專業(yè)課門類多，所需基礎課內(nèi)容廣，而學生在校時間有限。擺在教師面前的問題是如何理清主線，精選主干課程，制訂出較為合理的教學計劃，以便培養(yǎng)出適應市場需求、競爭力更強的人才。我國目前辦環(huán)境類專業(yè)的院校很多，其中多數(shù)是從原先與環(huán)境聯(lián)系較密切的專業(yè)演變而來。這些院校有綜合性大學、工業(yè)院校、農(nóng)業(yè)院校、水電類院校、地質(zhì)院校等，基礎和特長各異。各類院校在修訂教學計劃時，首先應在保證基礎課和環(huán)境專業(yè)主干課程的基礎上，發(fā)揮各自特長開設相應專業(yè)課與選修課。例如，農(nóng)業(yè)院校的環(huán)境專業(yè)可在農(nóng)業(yè)環(huán)境方面有所側(cè)重；地質(zhì)院校的環(huán)境專業(yè)可多涉及地質(zhì)或自然環(huán)境方面的教學與研究內(nèi)容，從而辦出有自身特色的環(huán)境科學或環(huán)境工程專業(yè)，不應強求統(tǒng)一模式。此外，在制定教學計劃時，也應該與時俱進、順應時代潮流。如進入21世紀以來，隨著環(huán)境新問題的不斷出現(xiàn)，環(huán)境科學技術的不斷發(fā)展，環(huán)境保護工作在管理思想和管理制度上都發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，對環(huán)境科學專業(yè)課程結(jié)構(gòu)體系的改革也提出了新的要求。從專業(yè)知識結(jié)構(gòu)來看，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、總量控制、清潔生產(chǎn)、環(huán)境審計、國際標準認證等新觀念、新技術、新知識應該了解；從專業(yè)課程體系來看，環(huán)境法規(guī)、環(huán)境經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)分析等課程應予補充和加強，不斷拓寬專業(yè)知識面。
2課堂理論教學的改革
2.1教學方法的改革
教學方法是教學系統(tǒng)實現(xiàn)教學目的的手段和途徑，直接關系到教學目的的達到和完成。傳統(tǒng)的教學方法是講授法，即以單向的思想交流方式為主。這致使學生是知識的被動接受者，不是主動獲取者，從而影響學習的主觀能動性和創(chuàng)造力。為了充分發(fā)揮學生的主體作用，教師采用的教學方法需多元化，如在運用講授法的同時，可以兼而采用下述幾種方法。（1）討論法。學生以全班或小組為單位，圍繞教材的中心問題，各抒己見，通過討論或辯論活動，獲得知識或鞏固知識、加深理解。由于全體學生都參加活動，可以培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生學習的獨立性。（2）演示法。教師在課堂上通過展示各種實物、直觀教具或進行示范性實驗，讓學生通過觀察獲得感性認識的教學方法。如在水污染控制工程課堂上，老師講授“混凝法”時，講得口干舌燥，學生也很難理解。如果老師上課時準備好一個裝有少量廢水小燒杯以及一些混凝劑，上課時在講臺上把混凝劑和廢水一混合，馬上就會出現(xiàn)絮狀沉淀，上部的廢水會變得澄清，這樣老師不用多言，學生自然就明白了什么是污水處理的“混凝法”。（3）自主學習法。為了充分拓展學生的視野，培養(yǎng)學生的學習習慣和自主學習能力，鍛煉學生的綜合素質(zhì)，通常給學生留思考題，對遇到的一些社會實際問題，讓學生利用網(wǎng)絡資源自主學習的方式尋找答案，提出解決問題的措施。該方法可培養(yǎng)學生的獨立、探索精神。
2.2教學手段的改革
多媒體教學作為現(xiàn)代教學的重要手段，信息量大、形式生動、畫面直觀，有利于提高教學質(zhì)量。因此，任課教師在備課時，搜集相關資料，以圖片、表格或動畫形式展示，作為教材內(nèi)容的補充和深化。如在地下水污染物質(zhì)遷移擴散模型中，學生通過觀看相關動畫演示，直觀形象了解了污染物質(zhì)在地下水中的遷移擴散情況，可有效吸引注意力，增加上課積極性。但對于《大氣污染及防治》、《水污染控制工程》等課程，公式繁多，推導過程復雜，理論分析抽象。若僅用多媒體教學手段，容易產(chǎn)生“填鴨式”教學現(xiàn)象。學生記錄困難，影響聽講效率，間接影響學生學習的能動性，也不利于師生間互動。而板書彌補了此處遺憾。作為維系師生關系的紐帶，板書的作用不容忽視，提倡將板書與多媒體教學相結(jié)合。在講解污水的活性污泥處理法時，教師先通過多媒體工具展示該方法的一般流程，再通過板書形式介紹其具體的設計公式。將多媒體工具和板書形式同時使用，既可以加快課堂節(jié)奏，又可以照顧學生的學習效率，形成課堂教學的良性循環(huán)。
3實驗環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)的教學改革
3.1保證實踐教學時間，形成系統(tǒng)化的實踐教學體系在教學計劃制定中，應實踐教學環(huán)節(jié)進行統(tǒng)籌規(guī)劃，加強實驗、實習、上機、課程設計、畢業(yè)設計及各種社會實踐活動，使四年制環(huán)工專業(yè)本科學生的實踐教學環(huán)節(jié)的總學時不低于40周。
3.2調(diào)整實踐環(huán)節(jié)教學內(nèi)容，與時俱進，使學生能力適應時代潮流如在“環(huán)境監(jiān)測”課實驗內(nèi)容上，應及時按照國家新的監(jiān)測要求，增加對PM2.5的監(jiān)測項目；根據(jù)重新頒布的“大氣污染防治法”中關于加快二氧化硫治理步伐的要求，在“大氣污染控制工程”實驗中積極籌備增補二氧化硫治理系統(tǒng)測試的實驗內(nèi)容；在實習內(nèi)容上，為貫徹污染防治從末端治理轉(zhuǎn)變到全過程防治的指導思想，增補參觀清潔生產(chǎn)工藝的內(nèi)容；在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，注意面向生產(chǎn)實際選擇設計題目和內(nèi)容。此外，實驗課程適當滲透教師科研，其目的在于培養(yǎng)與開發(fā)學生獨立地學習與研究，達到教育和科研并舉，從而提高學生的認知和實踐能力。
4結(jié)束語
[關鍵詞]小學科學；STEAM；演示實驗；自主實驗；心流體驗
起源于美國的STEAM教育強調(diào)融合科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等多學科的綜合教育理念，旨在通過跨學科學習，培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型、應用型人才，提升國家競爭力。我國從2015年開始關注STEAM教育，并在2016年的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出要探索STEAM教育[1]。而2017年頒布的小學科學課程標準則進一步明確了科學課程趨向于跨學科的綜合素質(zhì)培養(yǎng)[2]。
盡管國內(nèi)對STEAM理念的基礎教育研究關注度很高，但有關STEAM教育的研究內(nèi)容較多側(cè)重理論[3]。在STEAM教育實踐上，國家的推動措施、投入資源等相對缺乏，STEAM教育的課程體系、活動設計以及教學資源還有待進一步開發(fā)。在此，將基于小學科學課程標準，以“水資源與水污染”一課為例，討論基于STEAM理念開發(fā)與設計相關課程的原則和方法，并對演示實驗和自主實驗兩種教學方法進行對比。
一、課程開發(fā)與設計
體現(xiàn)基于STEAM理念的重點是多學科融合?！八Y源與水污染”一課取材于小學科學課程，以小水滴故事為背景，融合STEAM理念[4]以及環(huán)境科學與可持續(xù)發(fā)展理念，設計了水質(zhì)測試與宣傳環(huán)保的任務，要求學生使用技術手段測量數(shù)據(jù)，利用數(shù)學思維處理數(shù)據(jù)，采取藝術化的手段表達環(huán)保理念或倡導環(huán)境保護。研究者分別采用演示實驗與自主實驗兩種方法實施了課程。
研究者在課程設計別考慮了以下問題。一是水樣測試涉及較深層的物理和化學知識，在選擇實驗參數(shù)時，要基于學生現(xiàn)有的知識水平，以及可用于教學的環(huán)境測量設備。二是獲取所需水樣（如河水、海水等）的方便性及可行性，根據(jù)實際條件，可選用相似的替代水樣。
二、研究過程
課程實施對象是廣東省某欠發(fā)達地區(qū)兩所農(nóng)村小學四、五年級的學生，共92名，平均年齡11.75歲。這些學生此前未接觸過科學課程，科學素養(yǎng)不高，但對科學實驗有較強的興趣。
1.實施教學
研究者將學生隨機分為演示實驗組和自主實驗組。每一組均混合了四、五年級的學生，以消除自然班影響（見表1）。
研究者按事先設計好的演示實驗與自主實驗的方法，分別對兩組學生實施具體教學，并組織前后測、心流體驗測量（見表2）。整個過程中，兩組學生的學習任務相同，主要區(qū)別在于：在演示實驗組，由教師在講臺上演示水質(zhì)測試實驗，由學生代表讀數(shù)，其他學生記錄測量數(shù)據(jù)，學生不分組；而自主實驗組，則由教師啟發(fā)學生思考檢測水質(zhì)的方法及注意事項，并將學生分組，由學生組內(nèi)分工合作，利用水質(zhì)測量儀器對不同水樣進行檢測與記錄。
2.教學效果評價
采用自編問卷，從知識技能、深層理解和環(huán)境認知三個方面分別對兩組學生的教學效果進行測量，以檢驗兩種教學方法下學生對科學知識的吸收程度（見表3）。
3.心流體驗評價
心流體驗（FlowExperience）是個體感知到的最佳體驗狀態(tài)，它是學生參與學習過程的一個重要組成部分。皮爾斯（Pearce）等人認為，心流體驗的構(gòu)念是享受、參與和控制，即學習者喜歡某種學習活動；學習者參與并集中于該學習活動；學習者對該學習活動具有控制感[5]。本研究采用心流體驗量表[6]測量學生在課程學習過程中的心流體驗。該量表包括享受、參與、監(jiān)控三個維度，每個維度包含三個正向和一個反向問題，要求學生根據(jù)自己的真實體驗對問卷描述進行5點評分。對兩組學生的心流體驗數(shù)據(jù)進行信度分析，結(jié)果顯示克倫巴赫？琢系數(shù)（Cronbach’sAlpha）分別為0.76和0.88，說明該量表具有較好的信度。
三、實施效果分析
1.教學效果分析
本研究所有的數(shù)據(jù)管理與分析均采用SPSS軟件進行。在剔除無效問卷和缺失數(shù)據(jù)后，最終獲得有效數(shù)據(jù)包括演示實驗組37份，自主實驗組45份。采用配對樣本T檢驗分別探究兩組教學方法在知識技能模塊的前后差異，結(jié)果顯示，演示實驗組和自主實驗組的后測成績均顯著高于前測成績（p<0.01）（見表4）。說明在課程實施中，兩種教學方法均能提高學生的知識技能。
2.心流體驗結(jié)果分析
采用獨立樣本T檢驗對兩個實驗組在享受、參與、監(jiān)控三個維度上的平均分進行差異比較，結(jié)果見表5。具體來說，在享受維度和監(jiān)控維度上，自主實驗組的得分均顯著高于演示實驗組（p<0.01；p<0.05），這說明在自主實驗教學條件下學生可以獲得更好的課程體驗，以及更高的自我監(jiān)控能力；而在參與維度上，雖然兩種教學方法不存在顯著差異，但自主實驗組的平均值略高于演示實驗組，說明兩組學生都能較好地參與課堂活動，而自主實驗組的學生可能表現(xiàn)得更為投入。整體來說，自主實驗組學生在較好地參與課堂活動的同時，還能夠更好地享受課堂活動，也表現(xiàn)出了更高水平的自我監(jiān)控。這表明，科學課的自主實驗教學法更能寓教于樂，使學生更享受課堂，并產(chǎn)生了更強的學習動力和學習自覺性。