環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)探索

盧彥越 劉細(xì)祥 黎克純 劉紹剛 朱偉偉 胡玉平 吳葉宇

[摘 要]環(huán)境工程是一門工程性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力、動(dòng)手能力訓(xùn)練非常重要。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充和延伸，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，為學(xué)生提供一個(gè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。我校環(huán)境工程專業(yè)從建設(shè)思路、建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)可行性等方面研究探索建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，著力構(gòu)建真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

[關(guān)鍵詞] 環(huán)境工程;仿真實(shí)驗(yàn);實(shí)踐教學(xué);人才培養(yǎng);創(chuàng)新能力

一、引言

隨著我國(guó)提出“綠色發(fā)展”新戰(zhàn)略，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)環(huán)境保護(hù)人才的需求也隨之增加。作為地方高校的環(huán)境工程專業(yè)，人才培養(yǎng)的目標(biāo)就是要適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，為廣西環(huán)境保護(hù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才。為了適應(yīng)社會(huì)需求，環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生除了要掌握基本理論知識(shí)外，還要具備較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。通過完善課程實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力[1]。

為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，本專業(yè)教師進(jìn)行了一系列教學(xué)改革的研究和探索。除了提高課堂教學(xué)質(zhì)量外，還加強(qiáng)和改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。例如，、加強(qiáng)不同學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系，增加綜合性專業(yè)實(shí)驗(yàn)的比例;課程實(shí)驗(yàn)與科研課題相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的研究探索能力;充分利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。目前我?；は狄呀?jīng)建立了仿真實(shí)驗(yàn)室，借助這個(gè)仿真平臺(tái)，可為環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)環(huán)境工程原理、固廢污染控制等課程的仿真實(shí)驗(yàn)。例如開設(shè)了旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗(yàn)、吸收二氧化硫?qū)嶒?yàn)、離心泵特性曲線測(cè)定、流體阻力系數(shù)測(cè)定、吸收（氨—水）實(shí)驗(yàn)等仿真實(shí)驗(yàn)。這些仿真實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了由于條件不具備，無法開設(shè)實(shí)驗(yàn)的不足，減少了由于臺(tái)套數(shù)不夠，有些學(xué)生無法動(dòng)手實(shí)踐的情況。

仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充和延伸，仿真實(shí)驗(yàn)可以將一些在真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程中做不到的，或無法觀察實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程的問題，通過在計(jì)算機(jī)上的模擬實(shí)驗(yàn)來解決。仿真實(shí)驗(yàn)的這些特點(diǎn)有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。因此建設(shè)環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心十分必要[2-5]。

二、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思路

環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃，注重創(chuàng)新，突出特色，資源共享”的指導(dǎo)思想，以提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為宗旨，建設(shè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)的完善的實(shí)踐教學(xué)體系[6，7]。

仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心依托廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的整體學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在區(qū)級(jí)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上，聯(lián)合化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)等相關(guān)學(xué)科的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，以環(huán)境污染控制研究平臺(tái)和環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究平臺(tái)為支撐點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源與信息技術(shù)進(jìn)行融合，建立環(huán)境工程和工程實(shí)訓(xùn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。通過不斷完善建設(shè)內(nèi)容，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享。使環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成為促進(jìn)環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)改革創(chuàng)新、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。

三、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)

環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)是為了實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，在涉及高危、極端環(huán)境或現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件不足時(shí)，提供給學(xué)生的一個(gè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。也可為學(xué)生自主開展實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練提供條件支撐。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)必須充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則，著力構(gòu)建真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[8，9]。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

以培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)，建設(shè)環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。主要有以下建設(shè)內(nèi)容：

1.建立仿真實(shí)驗(yàn)室。建設(shè)容納一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)班的多媒體機(jī)房，購買環(huán)境工程專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)軟件單機(jī)版、網(wǎng)絡(luò)版，建立網(wǎng)絡(luò)開放式仿真實(shí)驗(yàn)室。

2.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)。主要用于訓(xùn)練學(xué)生的通識(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，掌握分析方法，學(xué)習(xí)分析儀器的操作。包括氣相色譜仿真軟件、液相色譜仿真軟件、原子吸收仿真軟件、氣質(zhì)聯(lián)用仿真軟件等。可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)有氣相色譜分析混合物中苯、甲苯、二甲苯的含量，氣質(zhì)聯(lián)用分析蔬菜中農(nóng)藥的殘留，液相色譜分析色素中檸檬黃、胭脂紅、日落黃的含量，原子吸收分析未知樣中Ca、Mg、Cu、Zn的含量等。

3.專業(yè)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)。包括水處理單元仿真軟件、大氣污染治理仿真軟件、固廢污染治理仿真軟件、環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)仿真軟件等，訓(xùn)練學(xué)生掌握水環(huán)境、大氣環(huán)境中各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和分析方法。開設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有自由沉淀實(shí)驗(yàn)、過濾實(shí)驗(yàn)、混凝實(shí)驗(yàn)、氣浮實(shí)驗(yàn)、曝氣充氧實(shí)驗(yàn)、活性污泥實(shí)驗(yàn)、堿液吸收SO2實(shí)驗(yàn)、旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗(yàn)等。

4.工程實(shí)訓(xùn)虛擬仿真平臺(tái)。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上通過模擬真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作，從而產(chǎn)生和真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的操作結(jié)果。訓(xùn)練學(xué)生掌握水、大氣、固廢污染治理的原理、方法和工藝，直觀了解治理的過程和效果。通過工程實(shí)訓(xùn)，學(xué)生了解環(huán)境工程設(shè)備的運(yùn)行過程，學(xué)會(huì)管理和運(yùn)行一個(gè)完整的污染治理項(xiàng)目。培訓(xùn)的工藝有氧化溝工藝、SBR工藝、UASB工藝、AB工藝、氣浮工藝、A2O工藝、反滲透工藝等。

5.仿真平臺(tái)管理系統(tǒng)。提供練習(xí)、培訓(xùn)、考核等模式，設(shè)置隨機(jī)事故擾動(dòng)、自動(dòng)收取成績(jī)等功能，使仿真實(shí)驗(yàn)操作過程和技能考核納入規(guī)范化管理，加強(qiáng)學(xué)生的操作技能訓(xùn)練，有效提高教學(xué)和培訓(xùn)的質(zhì)量。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)

建設(shè)具有擴(kuò)展性、兼容性的共享平臺(tái)，高效管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享，滿足多個(gè)學(xué)校和多學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將建設(shè)如下范圍的共享：

1.校內(nèi)共享。面向環(huán)境工程、化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)等相關(guān)專業(yè)開放大型分析儀器仿真系統(tǒng)、氣相色譜仿真軟件、水處理工藝流程工程實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)、大氣處理工藝流程工程實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)等。

2.企業(yè)共享。與企業(yè)開展合作，針對(duì)污染治理開發(fā)虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)，建設(shè)污染治理企業(yè)培訓(xùn)管理系統(tǒng)，服務(wù)企業(yè)技能培訓(xùn)和管理培訓(xùn)。

3.同行高校共享。建設(shè)的環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將向我區(qū)高校同行開放共享，服務(wù)相關(guān)專業(yè)的本科理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（三）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍

建設(shè)教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員相結(jié)合、人員相對(duì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，形成一支教育理念先進(jìn)、學(xué)術(shù)水平高、教學(xué)科研能力強(qiáng)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、勇于創(chuàng)新的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理隊(duì)伍。

（四）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理

以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放共享和充分使用為目標(biāo)，制定管理措施，實(shí)施教師工作績(jī)效考核，合理使用經(jīng)費(fèi)，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心維護(hù)與可持續(xù)發(fā)展。建立有利于激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的考核、評(píng)價(jià)和反饋機(jī)制。

四、建設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的可行性

我校環(huán)境工程專業(yè)設(shè)置了水污染控制實(shí)驗(yàn)室、固廢及大氣污染控制實(shí)驗(yàn)室、環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室。教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備基本齊全，擁有500m2實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地，能夠滿足本專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃對(duì)實(shí)踐教學(xué)的要求。這些實(shí)驗(yàn)條件為環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

目前，我?；は狄呀?jīng)建立了仿真實(shí)驗(yàn)室，借助這個(gè)仿真平臺(tái)，可為環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)環(huán)境工程原理、固廢污染控制等課程的仿真實(shí)驗(yàn)。例如，開設(shè)了旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗(yàn)、吸收二氧化硫?qū)嶒?yàn)、離心泵特性曲線測(cè)定、流體阻力系數(shù)測(cè)定、吸收（氨—水）實(shí)驗(yàn)等仿真實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上建設(shè)和完善環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心與現(xiàn)有的化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心、化學(xué)工程與工藝教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)一步的資源共享。同時(shí)可以聯(lián)合全區(qū)高校相關(guān)環(huán)境院系實(shí)現(xiàn)共建共享，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源的網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)。

本專業(yè)教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理，各有專長(zhǎng)。近年來開展了一系列教育教學(xué)改革研究，以及本專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)研究，取得了許多成果，形成一支教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員相結(jié)合、教學(xué)科研能力強(qiáng)、勇于創(chuàng)新的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。這些條件為環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)提供了很好的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

環(huán)境工程是一門工程性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力、動(dòng)手能力訓(xùn)練非常重要。利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的要求，對(duì)提高本科人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的意義。因此，環(huán)境工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)對(duì)于提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力、推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享十分必要。

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