環境工程新型實踐教學基地實驗工廠的探索與建設

張 艷，侯永平，曹玉成

（1浙江農林大學環境與資源學院，浙江 臨安 311300；2浙江農林大學實驗室與設備管理處，浙江 臨安 311300）

當前，環境污染日趨嚴重，社會對環境工程專業人才的需求逐漸加大。我國設置環境工程專業的高校很多，但人才培養大多偏重于理論知識教育，忽略了實踐能力的培養，培養出來的學生往往不能滿足社會需求。環境工程專業作為一門工程技術學科，要求學生要具備較高的工程技術和操作能力。因此，高校在人才培養的過程中，必須加強實踐教學環節，強化實際操作技術，培養學生創新能力和工程設計能力。而實驗實踐場所的建設對提高高校實踐教學質量和培養學生實踐能力起著至關重要的作用。據報道，美國大學生有一半左右的時間在各種實驗室和實踐場所里度過。在我國，隨著污染治理技術的發展，現有的實驗實踐場所形式陳舊，功能落后，已經無法滿足不斷改革的實踐教學需求［1］。

為此，本文以浙江農林大學環境工程專業為例，探討建立環境工程專業新型實踐教學基地“實驗工廠”的建設思路和方法，以期為高校環境工程專業開展實驗實踐場所改造乃至實踐教學改革提供參考。

一、原有實驗實踐場所普遍存在的問題

1.常規實驗室存在的弊端

常規實驗室開設的實驗主要為驗證型實驗，演示型實驗，這類實驗除了采樣，其他步驟都可在實驗臺上完成。其授課形式也是以教師講授為主，實驗項目的選擇，操作步驟的制定等均由實驗指導教師完成，實驗時學生只須按規定的步驟進行實驗操作，僅僅是驗證一下課本上已有的結論而已［2］。以大氣污染控制工程為例，以前安排的實驗內容有空氣中甲醛的測定，PM2.5的測定，二氧化硫堿液吸收和電除塵器效率測定，前面兩個實驗其實還是環境監測的內容，后兩個實驗所用的裝置為了便于在實驗室內擺放也都是教學模擬裝置，結構非常簡單，而且只是整個脫硫和靜電除塵工藝中的一個環節，容易造成學生一知半解，斷章取義，學習內容不完整，知識體系不系統，學到的知識和實際生產脫節。環境工程專業屬于技術性、工程性很強的專業，其實踐教學的內容主要是廢水、廢氣、固體廢棄物和物理性污染的處理和處置技術。常規實驗室通用化、標準化的結構不適合這類機械裝置設備的安裝和運行。

2.實習工廠存在的弊端

安排學生工廠實習是實踐教學的一種重要方式，但是實習工廠是生產經營性質，用于以教學為目的的教學實習存在著很多弊端。首先，與學校合作的企業在本行業內并非都處于領先地位的，甚至有些企業的工藝已經落后于社會平均水平，這導致學生不能學習到最先進的技術和知識。其次，企業的生產活動都有一定的連續性，要完成一定的生產任務，不可能因為學生實習而停止生產活動，讓學生學習、操控，所以學生到污水處理廠、鍋爐煙氣處理車間參觀實習時，看到最多的是一池池污水，一排排管道，一個個反應釜，看不到設備、裝置內部構造，對于這些裝置工作時內部流體、固體具體運動狀態只能想象，很難聯系課本上的理論知識，無法達到理論聯系實際的目的。加之，為了便于學生管理，工廠實習一般都集中安排在1-2周內，時間短，出于安全考慮，工人師傅也不會讓學生自己動手操作，所以很多學校的工廠實習就是一個走馬觀花的參觀過程，沒有起到它應有的作用。

3.校辦工廠存在的弊端

由于實習工廠聯系不便，部分高校都建立了自己的校辦工廠。在功能上，校辦工廠具有教學和生產等功能，但在管理上實行的是企業制的管理模式，要求權責分明，機制靈活，經營管理難度大，與高校的管理模式完全不同［3］。而且校辦工廠需要多套生產設備，一定面積的廠房，需要專職的生產管理人員，這樣會造成高校結構臃腫，投入過大。

二、新型實踐教學基地實驗工廠的建設

要解決以上問題，就需要有個不受空間限制，所用設備和工廠里的一樣，可以開設主體核心內容實驗課程的實驗場所，這樣才能充分鍛煉學生的動手操作能力，更加深入地理解理論知識，滿足社會發展的需求。考慮到傳統的實踐教學場所已經不能滿足現有實踐教學和人才培養的需要。本文在綜合分析了以上因素之后，探索建立了新型實踐創新基地——實驗工廠。

1.實驗工廠建設思路

實驗工廠是有固定廠房和專業機械設備用于教學和科研的試驗場所。其形式和工廠一樣，同樣的廠房布局，同樣的設備裝置；其性質、功能和實驗室一樣，主要是為教學服務，開展實踐教學，并在此基礎上，進行科學研究。圖1為環境工程實驗工廠結構體系圖。

圖1 環境工程實驗工廠結構體系圖

實驗工廠具有3個作用。①作為實踐教學基地，為教學實踐服務。②作為科研中試基地，為科研成果轉化服務。③作為人才培養基地，為創新人才培養服務。

2.實驗工廠建設特點

環境工程實驗工廠是本文提出的一個新型實踐教學基地，既能解決分析型實驗室不適合某些工程應用型實驗課程開設的問題，又能彌補工廠實習不能充分鍛煉學生實踐能力的缺陷。

（1）實驗工廠建筑結構獨特，設備與建筑物一體化

實驗工廠，由于各種處理裝置形狀不規則，體積較大，管道線路連接復雜，所需空間大，不同裝置差異性較大，設備裝置的安裝往往與建筑物融為一體。所以在實驗工廠設計時，就需要規劃好每間廠房的用途，設計好里面容納的裝置、設備的擺放位置，例如沉淀池、氣浮池的進出水管道，脫硫、脫硝和除塵裝置排氣筒的尺寸和具體位置，垃圾熱解熔融處理裝置的吊車，嵌入地下的垃圾儲槽，以及風機、泵等，都要根據用途單獨設計，每間都有獨特性，不可復制。

（2）設備裝置類型齊全，功能先進

實驗工廠主要以教學、科研為目的，不需要規模生產，且這類設備操作簡單，基本上都是自動化控制，無需學生大量練習，所以每種類型的設備臺（套）數能滿足實驗教學即可。但不同類型設備裝置的結構、工作原理大相徑庭。以除塵設備為例，機械除塵器、電除塵器、濕式除塵器和過濾式除塵器這四種類型的除塵設備的工作原理和構造就完全不同。為了使學生全面的掌握處理技術，理解設備的工作原理和設計工藝流程，就要求設備種類齊全，所以在除塵車間里這四種除塵器都是必不可少的。再加上因為需要的設備裝置數量少，容積小，可以購置先進的生產裝置供學生學習，讓學生在讀書期間就能接觸本行業的新設備、新技術。

（3）具有直觀性，實踐性強，實現了抽象理論知識的具體化

實驗工廠具有直觀性，隨時可以讓學生進入，在實驗工廠里，學生可以親手操作儀器設備，通過調節儀表、控制流量，來觀察設備的運行狀況和去除效率，甚至可以拆卸裝置設備。對比不同設備的工作效率，運行特征以及對工況的要求，熟悉每種設備特性，從而在進行設計時，更加得心應手。以除塵為例，在相同的含塵濃度、流速、氣體溫度、顆粒粒徑的條件下，得出不同除塵裝置的除塵效率，找出每種設備最可能捕集的大致粒徑范圍和條件，從而在遇到不同情況的煙氣時，能選擇最合適的除塵裝置。通過對裝置、設備的觀察和操作，可以讓學生了解和掌握復雜裝置的內部結構，彌補課堂教學的不足，使理論知識形象化，增進學生對抽象知識的理解，也能夠為學生提供更深入、更寬泛的學習內容，達到良好的教學效果，也使得他們對自己的能力有了重新認識，信心、勇氣倍增，養成自己解決問題的好習慣。

在使用設備出現故障時，對故障進行分析，引導學生自己動手排除故障，并且對排故過程進行思考，使學生掌握原理，再次加深對理論知識的理解，學生有了真實體驗，從而較易實現角色轉換。

（4）實驗工廠實行自主開放式管理模式

實驗工廠的管理具有開放性和自主性的特點，即無論在空間上還是時間上都面向全體師生開放。環境工程專業污染控制類實驗是該專業實踐教學的主體和核心，其內容更傾向于工程應用和工廠操作，實驗周期長，有的甚至要持續數月，須要進行全過程監控。以固體廢棄物的好氧堆肥工藝為例，僅二級發酵（亦稱次發酵或后發酵）一個階段就需要20-30天，這類實驗不能在4個學時或8個學時內完成，不能當場檢出實驗結果，所以需要開放式管理模式。在老師的指導下，由學生自己定期觀察不同階段的實驗現象，控制實驗條件，監控整個實驗過程，在這個過程中由學生自己管理實驗工廠，協調安排使用順序。這種實驗教學模式，能夠使學生更詳細、更深入的理解理論知識，使學生進一步理論聯系實際，收到了良好的效果［4］。實驗工廠還要向教師開放，為教師進行科學研究和技術開發提供條件［5］。

（5）實驗工廠制度建設完善

完善的制度是實驗工廠正常運行的保障，開放的管理模式更需要科學合理的管理制度來規范［6］。在實驗工廠的建設中，高度重視管理制度的建設［7］。從實際出發，從實驗工廠管理的需要出發，建立、健全各項規章、制度，并制訂具體的實施細則，嚴格執行，逐步實現管理的制度化、規范化和科學化，確保教學和科研的高效有序使用［8］。為此，實驗工廠制定了《環境工程實驗工廠管理條例》、《環境工程實驗工廠儀器設備操作指南》、《環境工程實驗工廠的借用制度》、《儀器設備的日常維護和賠償制度》等規章制度［9］。

（6）強化人員管理，提升了實驗技術人員的管理能力

在人員管理方面，明確了詳細的職責和工作內容，實驗工廠由專職的實驗技術人員管理。在學生借用期間，由學生負責實驗工廠的門窗水電安全和設備的日常維護，實驗教師和技術人員定期巡查，給學生實驗提供幫助。在實驗技術管理隊伍的建設方面，鑒于實驗教學管理工作內容繁雜，工作量大，實驗工廠的開放時間長，開放面廣，管理難度大等特點，要求有一定數量的既懂技術又懂教學的高素質實驗管理人員［10］。這就要對現有的實驗技術人員做相應的補充和調整，定期組織學習、培訓，提高實驗技術人員的實驗技能和綜合素質，鼓勵部分實驗技術人員繼續深造，提高自身實驗教學水平，從而更好的為實驗教學服務，提高教學質量［11］。

（7）資金投入實行可持續化運轉

實驗工廠建設初期對資金投入的需求量很大，實驗工廠廠房、儀器設備、配套條件等硬件設施都需要大量資金投入［12］。本校的實驗工廠建設由省級本科實驗教學示范中心項目支撐，學校、學院也給與了很大幫助。教師用于科研的一些裝置、設備，在項目結題后，也可以放入實驗工廠內供學生學習、使用。實驗工廠建設完成后，可以通過實驗工廠的有償開放，儀器設備有償使用，項目基金等對實驗工廠進行養護。

三、實驗工廠分段式實踐教學模式

為了充分發揮實驗工廠在實踐教學中的作用，制定了分段式的實踐教學模式。在實踐教學方面，強調在教師引導下學生自主設計和創新。開設的實驗以設計型和探索型實驗為主，實驗結果未知，實驗難度提升，這樣可以充分調動學生自主學習的積極性和主動性。實驗工廠的分段式實踐教學模式由專業課程實驗，課程設計，社會實踐和專題競賽4個階段組成，從專業課程實驗到專題競賽，實踐程度逐漸加大，逐步引導和培養學生的創新能力。專業課程實驗階段以老師講解設備的結構，運行原理和操作方法為主。在理解設備工作原理，會使用操作的基礎上，開展課程設計，強化知識理解，熟練操作，做到活學活用。從這個階段開始后面3個部分主要是以學生為主體，按照教學目標，學生自主學習實踐的。以煙氣脫硫課程設計為例，給定學生待處理煙氣的參數，處理后所要達到的排放標準，然后由學生自主設計，學生可以根據不同的煙氣類型、流量、濃度來設計脫硫工藝，計算設備主要參數，再進入實驗工廠選擇脫硫裝置，準備實驗器材，進行實驗，統計實驗結果，整理數據，完成數據分析，填寫實驗報告，最后老師組織全班同學共同參與講評，讓學生相互學習，共同進步。在暑假期間帶領學生進行社會實踐，到火電廠，印染廠等產污企業去，深入生產一線，讓學生帶著實際問題回到實驗工廠解決。在教學進行到一定程度之后，組織專業競賽，激發學生潛能。分段式的實踐教學模式層次性、系統性強，循序漸進，使實驗工廠在培養學生能力方面的作用最大化。圖2為實驗工廠分段式實踐教學模式圖。

圖2 實驗工廠分段式實踐教學模式圖

四、結 語

實驗工廠的建設是一項復雜而龐大的系統工程，其建設與發展還在進行中。近年來，浙江農林大學環境工程專業積極探索實驗工廠建設和發展的方向，努力走出了一條適合自身發展的新路子。實驗工廠的建設任重而道遠，還需要不斷開拓進取、總結經驗，才能順應時代的發展，滿足社會的需求。

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