关键词:认识实习;;教学改革
【中图分类号】G0
文章资助:江苏省“十二五”高等学校重点建设专业资助;南京工程学院高等教育研究课题(GY201123)研究成果
大学教学包括理论教学与实践教学两个环节。其中,实践教学对于培养大学生的工程实践能力具有重要作用[1]。环境工程专业的实践教学除了实验与课程设计,主要有实习,仿真实习和毕业实习。认识实习是该专业安排最早、涉及专业知识最广泛、最难讲解的实践课程。当前环境工程专业认识实习存在一些不足。
1、存在问题
1.1、 认识实习与专业课程脱节
本校环境工程专业认识实习安排在第四学期,此时学生还处于基础学习阶段,很多基本概念和基本理论还没有学习,普遍缺乏环境工程专业知识,直接导致认识实习学习的盲目性。尽管实习时,现场技术人员和带队教师会进行必要的讲解和答疑,但是短时间内要学习掌握大量的专业知识具有困难。面对大量陌生的名词,学生感觉难度较大,理解掌握的情况并不好。随着近几年学生人数的增加,实习安排和管理方面压力增大,学生的实习报告内容雷同比例也不断增加,实习效果不够理想。等专业课程开始学习时,认识实习所参观学习内容基本遗忘。
1.2、 认识实习学习模式单一
目前认识实多以参观为主,学生在实习时只能看,不能动手。大部分人走马观花,学生参观完后,对其中的工艺和工作原理不清楚,达不到实习要求,其实践能力难以得到真正的提高。实习考核方式单一,基本上以实习日记或实习报告为主并参考实习纪律确定实习成绩,有的甚至以实习报告作为评定实习成绩的唯一依据。这样做,不利于调动学生的积极性,导致实习报告成绩与实际情况不符,也不利于保证实习效果。
1.3、认识实习资源匮乏、经费有限
实习基地是实习教学能够顺利完成的保证。受市场经济的影响,越来越多的企事业单位不接受学生实习,一些单位的污染处理设施未正常运转,不情愿为学生实习而承担“额外”的运行费;另有一些单位不愿意为了学生前来实习影响了正常的工作,这就使实习基地建设困难,认识实习资源匮乏。
另一方面,随着经济的发展,实习费用全面上涨,但学校按学生人数配发的实习经费始终维持在较低水平。因此,为了节省开支,大部分院校的实习一般安排在学校附近的单位,采用租车的形式,当天来回,节省经费。
上述两方面原因导致实习双方为了节约时间,大量的学生同时进入实习场所,干扰声音多,技术员介绍时大多数同学听不到、听不清,造成实习秩序混乱,在一定程度上导致了实习效果的下降。
2、实习内容和教学模式的改革
2.1、发掘校内资源,建立校内认识实习基地
为了解决实习基地建设困难较多的问题,本校积极发掘校内资源,整合专业实验室,建立集实习、实训、设计等功能于一体的校内实习基地,弥补校外实习中学生只能看而不能动、缺少实际操作训练的不足。。
。
实习过程中,以小组为单位,每组学生规定明确的实习任务。学生在规定的时间内完成任务。这样,实习目的明确,避免了学生走马观花式的参观。实习环节中,除了参观、讲座,还安排了实验操作内容。
2.3、完善实习考核系统
改变过去仅凭实习日记和实习报告评定实习成绩的现象。本校采取综合考核的方式,考核内容包括实习表现、实习报告、笔试考核、口头考核等。实习表现主要由指导老师评定,实习报告要求有实习内容和实习分析、感想内容。实习结束时,除提交实习报告外,还需进行工艺过程、处理机理及处理效果等内容的笔试考试,最后进行实习答辩,通过制作PPT文件,学生总结和介绍实习内容,接受实习教师提问,同时结合实习表现给出实习综合成绩。实习考核内容的多样化有利于督促学生认真实习,积极思考,有利于提高认识实习学习效果。
2.4充分利用开放资源
本校环境工程专业认识实习教学内容包括:水污染控制工程、大气污染控制工程、环境监测与生态修复工程、固体废弃物处理处置工程。另外,还有本校的特色专业内容:电力环境保护工程。本校利用校企合作平台,与多家污水处理厂、污泥发电厂、环保公司建立了长期合作关系,具有稳定的校外实习基地。近年来,南京市对这些水系采取了一系列生态修复工程措施,进行了有效的整治,为环境工程专业实习提供了鲜活的教学案例。
2.5认识实习运行模式改革
传统的认识实习主要由动员、参观、撰写实习报告三个环节构成。近年来,许多高校提出认识实习的五个阶段,分别由认识实习知识准备阶段、现场实习阶段、研究型实习阶段、总结考核阶段及实习延伸与拓展阶段组成[2]。本校将认识实习分为四个阶段,即动员准备阶段,现场实习阶段、研究型实习阶段、总结考核阶段。认识实习的延伸拓展阶段只在部分优秀学生身上有所体现,如部分学生利用课余时间进入认识实习单位实习,部分学生进入老师研究团队。
本校认识实习动员准备阶段由指导教师对实习目的、意义等进行讲解,提出实习纪律要求。这一阶段安排资深教师进行讲座,针对实习过程中涉及的专业知识进行介绍,为认识实习进行知识准备。现场实习阶段主要是学生进入实习基地进行参观学习,而研究型实习阶段,要求学生将现场实习阶段的问题带入实验室,进行实验研究。总结考核阶段要求学生总结认识实习内容,分析实验结果,撰写实习报告。并根据认识实习内容进行考试。
本校认识实习运行模式的改革,丰富了学生认识实习学习内容,极大地调动了学生学习积极性,有力地保证了认识实习的顺利进行,提高了认识实习教学效果。
3、结语
认识实习有助于培养学生对本专业的兴趣,开阔学生的视野,增加学生对专业的感性认识。实践过程的体验,将能更好地激励学生,调动学生学习的积极性。只有调动学生主观能动性,才能保证教学质量。
参考文献:
计划设计理念[1]构建以技能为基础、以提高工程技术能力为主线的一体化教学体系根据环境工程专业的培养目标及学生就业后的岗位需求,确定本专业的知识课程体系。专业主课程按照知识、技能并重的教学思路,根据中职与本科两个阶段分层、梯次进行设计。中职阶段注重基本职业能力的培养,注重污/废水处理行业职业资格初级证书的取得,以能够胜任企业一线的运行检修岗位为培养目标。本科阶段则发挥高等院校的优势,侧重于专业能力的培养与提升,加强环境工程专业知识系统性学习,提高解决问题的能力。专业主课程在中职与本科阶段实现无缝对接,但内容不重复、各有侧重。课程设置紧随行业先进技术发展方向,注重将新工艺、新方法、新技术、新设备、新技能贯穿于课程中,以适应经济和社会的发展变化。专业课程分段、梯次化教学,培养复合型高技术技能人才在教学安排方面,专业课程体系采用“2+1+3+1”教学模式。具体而言,在前两个学年完成中职教育的大多数公共文化基础课和专业基础理论课。第三学年为中职与本科的衔接段学习,该阶段既需要通过职业能力的鉴定与考核,又要在英语、数学、物理和化学课程中引入必要的高中教学内容和部分本科阶段的基础知识,以实现知识体系从中职向本科阶段的转变。第四学年到第六学年则为本科阶段基础课程的学习,以及专业知识的深化;第七学年则全部安排实践教学环节,包括顶岗实习和毕业设计。职业资格与职业发展能力培养并重以职业岗位能力作为配置课程的基础,突出课程的职业性和开放性。把生产现场应用的新知识、新技术、新工艺、新设备及时充实到教学内容中,保持教学内容的实用性和先进性。推行“双证书”制度,将职业资格和职业技能考核内容融入教学计划中,实行取证考核与课程考核相融合。
中本贯通人才培养措施
一体化教学体系设计[2]通过对两校原有课程体系的梳理和对比分析,在充分调研和专家论证的基础上,根据合理、集约、高效和便于实施的原则,进行教育教学内容的科学整合和合理交融,形成一体化的中职—应用型本科贯通培养教学计划。该计划包括公共基础课、专业基础课、专业课、拓展课及实践环节模块,通过与能力对接的课程学习和技能实践,实现基于通用能力、核心能力和岗位能力标准的环境工程专业能力培养目标。在公共基础课程模块,前三年要注重德育、语文、英语与数学等文化基础课从中职内容向高中内容延续,加强基本素质培养,补充中职教育中过早缺失的人文知识和数理推理能力。在第三年,则增设必要的高中教学内容,并针对高等数学和大学物理等难度较大的课程,进行前期基础性教育。通过上述措施,确保学生进入大学后,能够顺利衔接大学基础课程,能够通过大学英语四级考试。语文、数学等学科,在完成通识教育内容的基础上,将按照人才培养目标,突出专业与岗位需求,增强应用能力培养模块。在专业基础课程模块,设置环境工程专业基础理论和实践课程,如化学类课程,包括《基础化学》《无机化学》《有机化学》《分析化学》《物理化学》和《环境化学》等。在专业课程模块,开设《电力工业环境保护》《电厂给水处理工程》《物理性污染控制》《环境化学》《环境影响评价》等专业特色鲜明、专业能力要求更高、专业领域更广的课程。在实践模块充分体现“课证融通、校企结合”思想,主要安排相应的职业资格考证辅导实训课程,包括信息技术基础、工业废水处理工(初级、中级、高级)等,并从第四学年至第六学年安排大学英语四级、全国计算机二级、化学检验员(高级)、司泵工(高级)和水处理工(高级)等证书相关的操作培训。通过这样一系列教学体系的调整和修订,避免了中职+本科模式的“中间断层”和“内容重叠”现象,确保了课程体系的连贯性和完整性,并有利于学生系统化学习和掌握专业知识。在完成通识教育内容的基础上,将按照人才培养目标,在中本贯通人才培养过程中不断提高学生的专业素养,使专业人才的综合能力不仅满足基础岗位的需要,而且具有一定专业研发和创新能力,能适应环境工程专业领域不同方向(如污水处理、废气处理和固废处理与处置等)的岗位工作,更能聚焦电力环保市场对人才不断增长的需求,以实现环境工程专业高素质、强技能、高端应用复合型人才的培养目标。通过教师指导学生创新项目和“三小”(小发明、小创造、小制作)项目等活动培养学生的专业兴趣和专业认同感,激发学生的专业研究和创新能力。从开展调研、立项、制定研究方案、实施项目研究到研究结果分析和撰写研究报告,学生带着问题去学习知识和寻求解决方案,将以往被动学习转化为主动学习,并充分运用了所学课程的理论知识,锻炼了不同方面的专业技能(如仪器操作分析、工艺设计和运行、科技论文写作等)。为了对接工程教育专业认证中毕业后五年培养目标达成度的理念,本试点专业鼓励学生在毕业后达到年限要求后参加环境保护行业注册类工程师资格证书考试。本试点专业将在本科教学方案设置中,全方位对接注册环保工程师职业资格考试,在课程内容中增加职业资格考试的内容与案例,在新生入学的专业教育中向学生宣传注册环保工程师相关制度。在课程设置中,注册环保工程师基础考试和专业知识考试的内容对应课程均作为必修课或优选课程;在中本贯通专业课程内容设置中,引入注册环保工程师专业考试案例作为课堂教学内容,提高专业核心课程与职业考试资格制度的对接度。为了对接注册环境评价工程师职业资格考试,本试点专业将增加环境影响评价课程的课时数,在授课内容中直接引入注册环评工程师考试资料。一体化教学资源建设根据贯通培养目标,制定教材、实验实训及校外实习基地资源共享机制,使教学资源与贯通培训需求相匹配,充分发挥中本两校各自的教学特长和资源优势。建立教材资源共享机制。两校教师将通力合作,根据学生实际情况,结合教学实践,借鉴先进的应用型高级技术技能人才培养模式,开发有特色的满足不同阶段培养要求的专业教材。选用教材时,由相关教学部门论证、严格筛选,并优先采用基本教材、辅助教材、教学参考书等形成配套的出版物。重视多媒体课件、电子教案及仿真软件等现代教育技术应用与开发,按照两校已完成的精品课程模式,共建共享专业课程教学资源库等。制定科学合理的评价标准,完善教材选用与开发的评价体系,利用信息化手段对教材使用情况定期进行调研与评价,综合分析评价结果,研究对策,不断完善教材选用与开发机制。建立实验实训资源共享机制。贯通培养将历时七年,学生学习的专业与职业技能跨度比较大,因此,两校将开放环境工程相关专业实训室,共享实验实训资源。两校具备成熟的适合环境工程专业不同培养需要的实验实训室,建立共享机制可为贯通培养过程中学生的实践活动提供更多的实训资源,并使其发挥更大的服务人才培养的功能。建立校外实习基地共享机制[3]。在贯通培养的七年中,为使本专业培养更贴近行业,锻炼学生的岗位工作能力,安排了一系列实践实习活动,包括专业认识实习(第二学期)、环境监测综合实训(第五学期)、污水工艺与仿真专业实训(第六学期)、污水处理工艺认识实习(第七学期)、环保行业与产业调研(第八学期)、城市排水系统调研(第期)、水环境与水生态调查(第十学期)、泵与阀门拆装检修(第十一学期)、电厂水处理系统运行控制(第十二学期)、毕业实习(第十三学期),两校依托校企合作,建有稳定的校外实习基地,为这些实习教学过程提供了支撑条件,包括环境污染治理企业、电力生产企业、环保设备生产企业、环境监测企业、固体废弃物资源化企业等。建立两校实习基地共享机制,充分利用两校已有的实习资源,并进一步建设与行业同步的生产性校外实习基地,强化岗位实践管理,明确职业资格证书的要求,提高学生的职业能力。一体化师资队伍建设在注重课程建设、实验室建设的同时,重视专业师资队伍的建设,两校的教师队伍专业素质较高,教学经验丰富,年龄结构合理,除专任教师外还聘请了行业专家担任专业顾问,以提升师资力量。加强教学研究,由两校教师组成相关课程教学团队。按照中本贯通人才培养整体要求,通过教研活动,领会培养精神,把握贯通培养的特点,研究新变化新情况,转变观念,共同进行贯通培养的教育教学改革、课程开发等。根据教师培养目标,促进中、本教师的交流与协作,组织两校教师开展结对带教活动,由资深本科教师指导中职教师提升教育教学能力及科研水平,选派中青年教师参与贯通培养、参与国内外在职教师资格能力培训等。加强校企合作,邀请行业、企业资深专家共同参与教学计划的制订,选聘企业技术骨干、能工巧匠担任兼职教师,参与专业教学工作,优化贯通培养教师队伍结构,使教学更贴近企业生产实际,人才培养更符合岗位需要。一体化教学管理在贯通培养领导小组的统一领导下,成立由两校的相关教学职能部门、企业主管及职教专家参与的教学管理工作组。贯通培养学制长达七年,管理涉及中职、本科两个阶段,为确保教学工作规范、科学、高效开展,教学管理要从实际出发,针对贯通特点,有计划、有目的,严格、细致地开展各项主要工作。一体化育人工作机制[4]针对不同层次学生,科学规划教育内容、实施途径和方法,建立长期、稳定、系统的育人机制,使育人工作贯穿于学习过程,全员参与,全方位覆盖,达到中本教育一体化效果。。将育人工作贯穿于中本贯通培养的教学工作全过程、管理工作全过程、服务工作全过程,形成育人工作的有效“网络”。。
结论
通过优化整体课程设计,贯通培养过程,加强专业素养培养,提升学习能力,强化专业技能训练,拓展专业领域和职业发展综合素质,形成“中本贯通”的应用型复合型高级技术技能人才培养特色。
参考文献:
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[3]念潮旭,基于校企合作的“3+4”中本贯通路径研究,盐城师范师院学报,2020,40,115-124.
关键词:环境工程;应用型;实践教学
教育部高等教育教学评估中心李志宏副主任和李岩指出,在教学评估工作中如何进一步加强对实践教学的考核,更好地提高实践教学水平和人才培养质量,在评估指标体系的研制和评估工作的具体实施中应当予以重点考虑。[1]即指明人才培养的道路,应用型人才实践教学环节的重点是培养学生技术开发与应用能力,培养学生动手能力和发现问题、解决问题的能力。
环境工程是目前我国很多高校都开设的一门理工科课程,环境工程专业具有综合性强、涉及面广的特点,实践教学必须寻求一种全新的模式,以适应对应用型环保人才培养的要求。这既是社会经济、科技发展的要求,也是教育发展的要求,也利于更加合理地调整高等教育的结构。北京理工大学珠海学院环境工程专业从2006年开始招生,经过了近5年的发展已初具规模,以应用型人才培养为例,探讨环境工程专业的实践教学改革。
一、实践教学环节存在的问题
1.课堂教学与实践教学未能有机结合
众所周知,环境工程专业属于理工科,其理论课程涉及面广,理论性强,且工程实践性强。对于从未接触过实际工程案例的学生来说,填鸭式的课堂理论教学过于抽象,对于污染防治技术的原理和设备学生难以具体化,难于掌握其知识的要点。可见课堂教学与工程实践结合的重要性。
我校环境工程学生在进入专业课程学习之前有一次认知实习,由于未能接触专业知识,且部分学生未给予足够的重视,造成认知实习走马观花,远未达到课堂教学与实践教学的有机结合的要求。
2.实验基本技能培养欠缺
作为理工科专业,环境工程专业要求学生具有较强的实验动手操作能力。本校开设的基础课程都基本上配备了实验教学环节,但大部分属于验证性实验;专业课程中开设了实验课的科目较多,如“水污染控制工程实验”、“大气污染控制工程实验”、“环境监测实验”、“环境微生物实验”、“固体废弃物处理处置实验”等,但课时量相对较少,而且实验室只对课堂实验教学和老师的科研开放,学生的自主实验基本技能锻炼机会少。因此,导致部分学生只懂理论,实验操作能力欠佳。
3.课程设计过于理论化
大部分的专业课程都设置了对应的课程设计实践环节,安排在相应课程的中后期进行。由主讲教师向学生下达课程设计任务,在课堂进行指导答疑;由于学生缺少对工程实例的认识,只能根据课本理论查找设计手册,在纯理论基础上完成计算和设计,导致最后的设计方案过于理论化,与工程实际相差甚远,缺乏实际可行性。
4.实习基地建设落后于实践教学需要
环境工程单位所需要的环保岗位一般由于专业性要求高,而且环境工程学生实习在某个程度上并不能给实习单位带去效益,致使实习单位愿意提供的实习岗位有限。[2]学校与大多实习单位之间的合作仅限于参观实习,缺少与实习单位建立更深入的合作框架,实习基地的建设工作推进缓慢,落后于学生对岗位实习的需求。
二、实践教学改革建议
1.完善教学计划,适当增加实践教学环节的比例
在环境工程专业教学过程中,实践性教学环节,不仅是专业教学所必须的方法和途径,也是培养学生学会学习、增强和协同工作能力、扩大知识面的重要保证。[3]为使学生的实践能力得到提高,2011年我校环境工程专业修订了教学计划,实践课程总学时由原来的39学分增加到46.5学分,所占比例由21.36%增加到28.01%。同时,部分学生可以参与到教师的科研课题。这些实践教学环节有效地增加了学生实践操作的机会,受到了学生的普遍欢迎。
2.构建梯级实验实践培养环节
为培养学生的实践动手能力,构建梯级实验环节,包括基础实验、专业设计性实验、综合设计性实验。[4]基础实验是培养学生实践能力的基础环节。该部分实验主要针对环境工程中的一些基本概念、基本原理性问题而进行的实验。
专业设计性实验是培养学生实践能力的强化阶段。从实验方案设计到实验准备、实验过程及实验数据的获得和整理等均要求学生完成,并要求学生根据实验结果,对所实验结果进行分析。在整个实验过程中,教师只是提出实验的目的和要求,介绍实验操作的要点和实验仪器使用方法,协助学生分析其实验方案的可行性和可操作性。
综合设计性实验是培养学生实践能力的有效途径。综合设计型实验教学是重点培养学生对专业理论知识综合应用与解决实际工程技术问题的能力。教师改变传统的“填鸭式”教学模式,充分尊重学生在实验教学中的主体地位,允许学生按照教学要求自行设计实验方案,充分发挥学生在实验教学中的想象力,突出学生实验能力、研究能力和创新能力的培养,使实验教学成为学生有效地掌握和运用科学技术与研究理论的方法和途径。教师主要是宏观把握和原则指导,提供良好的实验教学环境。为此,我校开设了“化工综合技能实训”实验课程。\
3.建设校外实习基地满足实践教学的需要
生产实习是本科教学计划中非常重要的实践性教学环节,而要保证生产实习的质量,首先要建立稳定的校外实习基地。通过在校外实习,能提高学生在生产实践中调查研究、观察问题、分析问题以及解决问题的能力和方法,并且也能通过现场长期学习,了解现代化生产方式,获得第一手的资料,为后续的学习以及工作奠定基础。。。另外,邀请实习单位技术人员现场讲解相关的知识,达到理论知识与实际工程的充分结合。如此,可促进教学、科研、生产的三结合,建立校企联盟,共建研发中心。
校外实习基地的建设也能为课程设计的开展提供坚实的保障,使得学生课程设计能结合实际工程案例有序进行,提高课程设计报告的实际可行性;同时,为了使学生所学的内容和实际相结合,环境工程专业聘请环保局、设计院、环保公司等单位的工程师入校指导学生,结合实际工程实例,使学生在方案撰写、图纸绘制等规范、深度等方面严格按照工程实际设计的标准进行。
4.提升环境工程专业教师实践性教学
培养具有实践能力的应用型环保人才,首先教师必须具有一定的实践技术能力,为此,要不断提升环境工程专业教师的实践教学能力,加大“双师型”教师队伍的引进和培养。[7]我校环境工程专业教师趋于年轻化,他们在企业实际锻炼较少,对现场不够熟悉。由此,加强年轻教师的实践技能训练显得尤为重要,为此可以规定所有专业青年教师必须下企业学习、工作甚至在合作企业担当一定岗位角色,最后由企业管理方作出评定。而在校外实习教学环节中再选派其中实践经验丰富的佼佼者去指导实习。同时,为了较快的加强专业教师的实践技能,可以直接聘请生产现场有丰富经验的技术骨干作为兼职实习指导教师,采取学校与企业联合指导实习的做法,提高实习带教水平。
5.实践教学与职业资格考试结合
职业资格考试的兴起,为环境工程本科生就业提供了新的机遇,为注册环境保护工程师、注册环境影响评价工程师奠定坚实的基础。[8]为了培养高质量的环境工程应用型人才,必须紧密地结合社会对人才规格的要求,使得环境工程学生在学校学习的实践技能在今后的职业资格考试中发挥出重要作用。我校鼓励学生在学有余力的基础上参加资格考试,如ISO14000内审员、化学检验工职业资格、食品检验工职业资格等,为学生的就业打下坚实的基础,同时也为毕业后考取注册环境保护工程师、注册环境影响评价工程师奠定实践操作基础。
三、结语
通过针对环境工程专业实践教学的改革和实施,本校环境工程学生的实践能力将得到提升,增强就业竞争力,因此就业率也能大大提高。针对环境工程专业应用型人才培养的目标,要加强环境工程专业实践教学体系改革,培养学生实践动手能力,提高学生解决实际问题的能力,充分认识实践教学在环境工程人才培养过程中的重要地位,针对专业特色和定位,切实加强实践教学环节,培养应用型人才是我们对环境工程教学的重要历史使命。体系的完善没有终点,环境工程实践教学体系需要在实际教学应用中不断发现新的问题,不断修正和完善,并保证贯彻实施。
参考文献
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关键词:人工湿地;城市生态环境;污水处理
中图分类号:X171.1;文献标识码:A ;文章编号:
1 人工湿地概述
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面,将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上,污水与污泥在沿一定方向流动的过程中,主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
自从1903年人类第一个人工湿地建成以来,人们对人工湿地的研究越来越深入,目前的人工湿地多是利用生态系统中的基质、水生植物、微生物的吸附、过滤、沉淀、降解、氧化还原等物理、化学作用以及生物转化污染物的作用来实现对污染的处理,达到净化水质、消除污染、恢复生态结构的效果。如人工湿地中有机物的去除多是依靠植物的根茎与微生物作用,富营养水中的N、P等的去除主要是依靠人工基质的吸附交换作用与微生物降解的作用等。
按照人工湿地处理污水系统的不同,人工湿地可以分为自由水面人工湿地、人工潜流湿地与垂直水流型湿地。这三种类型的人工湿地具有不同的生态效能,也具有各自的优缺点。
2 人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统,同时也具备优点和不足的地方
2.1优点如下
(1)建造和运行费用便宜
(2)易于维护,技术含量低
(3)可进行有效可靠的废水处理
(4)可缓冲对水力和污染负荷的冲击
(5)可提供和间接提供效益,如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。
2.2缺点如下
(1)占地面积大
(2)易受病虫害影响
(3)生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解,设计运行参数不精确,因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放,有的人工湿地反而成了污染源。
另外,据已有数据,当上下表面植物密度增大时, 人工湿地系统处理效率提高,在达到其最优效率时,需2~3个生长周期,所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。因此,目前人工湿地技术最大问题在于缺乏长期运行系统的详细资料。
总的来说, 人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式,特别是它充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益,因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益,比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的城镇污水,如我国农村中、小城镇的污水处理。人工湿地作为一种处理污水的新技术有待于进一步改良,有必要更细致地研究不同地区特征和运行数据以便在将来的建设中提供更合理的参数。
3 人工湿地对城市生态环境的益处
人工湿地是在城市中建成的富有多种生物的生态景观,它对于城市中居民的生活、生产具有很重要的调节作用,并且为城市提供了多种资源,对于城市的生态环境具有重要的改善作用。具体来讲,人工湿地对于城市生态环境的改善作用可以分为两个方面,即对:城市生态系统的改善作用与对城市社会环境的改善作用。
3.1人工湿地对城市环境的益处
3.1.1处理生活、工业污水,改善城市水体质量
城市的生活污水与工业污水中含有大量的污染物,直接排放后对环境危害很多,研究表明,人工湿地能够有效去除生活、工业污水中的有机物、高盐、N、P等超标物质,改善水体质量。杜秀省等人研究了潜流人工湿地系统对氮的去除效果,试验结果显示:水力负荷为0.1lm3/m2·d一0.45m3/m2·d时,TN的去除率为28.8% 47.6%,NH 一N去除率为21.6%~45.7%。同于慧卿等人将人工湿地中潜流、表面流湿地进行组合用于处理河水,结果表明:组合人工湿地COD去除率为66.7%~94.6%,BOD5去除率为58.6%~97.0%,SS去除率为20.0%~60.0%,氨氮去除率为50.0%~77.8%,总磷去除率为37.5%~88.9%,人工湿地能显著改善水体质量。
3.1.2调节水源,防止旱涝灾害
人工湿地由于其独特的地理特征,能够涵养大量的水分,即使是在较为干旱的情况下,也能够依靠土壤与丰富的植物资源储存一部分水分,减缓旱情;在发生洪涝灾害时,由于其储水能力,可以吸收大量的洪水,缓解城市中洪涝的发生。
此外,人工湿地除了能够储存水源,还能够净化雨水,减少雨水中污染物的含量,实现水资源的合理利用,这对于减少城市中发生旱涝灾害时对城市造成的损失,同时又能够节约用水起到了很大的辅助作用。在发达国家,人工湿地是常用的雨水处理与资源合理利用的技术,对于城市水循环具有重要作用。
3.1.3调节城市气候
目前,我国城市内每天都要排除大量的空气污染物,其中CO、CO2、CH4等温室气体站很大一部分,它们的排放造成了城市温度升高、空气混浊,环境恶化。人工湿地能够有效地吸收空气中的这些污染物,同时又减缓温度升高的速度。此外,人工湿地还能够通过蒸发扩散作用增加空气湿度,直接影响周围环境与气候,改善城市的热岛效应。
3.1.4保持生物多样性
人工湿地的建设过程中需要多种生物方能构成一个合理的生态系统,此外,大多数人工湿地的建设多是为了保护濒危动物,特别是珍稀的水禽类,所以选址一般是在这些野生动植物的栖息、繁殖或者迁徙等地,这在保持生物多样性方面具有重要作用。目前已有的人工湿地很多都发现鸟类的数量得到回升,如:嘉兴人工湿地在运行没多久就有大量的国家一级保护动物来此栖息。
3.2 人工湿地对城市社会生活的益处
人工湿地对城市的改善作用不仅仅体现在对城市生态环境的改善方面,还包括对城市社会环境带来的改善作用。对城市社会生活改善作用主要表现在经济与社会文化两方面的改善作用。
3.2.1经济效益
人工湿地除了需要通入资金进行运行外,其自身也具有经济价值。首先,通过人工湿地净化污水,这种净化污水的方法比常规的污水处理方法节约了大量的资金投入且效果良好,并且还能储存水资源。其次,人工湿地通常具有景观效应,可以通过参观获得一部分经济效益。此外,在这些湿地中很多动植物也可以创造经济效益,例如藻类、莲藕、菱角、各种鱼类、虾类、贝壳等都可以作为食品进行加工出售;一部分动植物资源具有药用价值;还有一些动植物可以作为工业原料,如蒲苇是纸质加工常用的原料等。
3.2.2社会文化效益
湿地本身是一个小的生物圈,富有多种生物,是环境中重要的组成元素,而人工建设过程中,会依据城市特点,建成不同风格的景观,为城市添加了人工自然景区,美化环境。这可以为人们提供一个良好的放松、锻炼、休憩、释放社会压力的场所,满足城市居民的心理与身体需求。此外,湿地本身提供的良好的自然环境能够陶冶人们的情操,激发自身灵感,具有不可替代的价值。
湿地的建设、规划可以为学习建筑设计、园林设计等相关人员提供学习素材;除此之外,湿地中的多种生物组成的生物链、生物群落、生态系统、生态圈具有教育和科研意义,不仅可以为他们提供材料,还可以作为试验基地,方便人们学习、研究。另外,通过湿地对生态环境的改善作用可以让人们认识环境保护的重要性,亲身参与到环境保护的进程中,贡献自己的力量。
综上而言:人工湿地对于城市的生态环境具有明显的改善作用,为了人类能够良好的生存和发展,希望我们每个人都能够为保护人工湿地、保护生态环境贡献自己的一份力。
参考文献:
关键词:OBE;工程教育模式;环境工程;实践;协同化育人
中图分类号:G2
文献标识码:A
受经济全球化的影响,人才与教育的国际化已不可避免。我国汲取世界上教育发达国家的先进教育理念,成果导向教育OBE( Outcome-Based Education),经过三十多年的发展,形成了比较完整的理论体系。基于OBE理念,需进行CDIO 国际工程教育改革的最新成果及模式,CDIO 代表构思( Conceive) 、设计( Design) 、实现 ( Implement) 和运作( Operate) , 它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动、实践的方式学习工程,并进行成果反向教学设计与实施。。
一、环境工程专业在实践环节的协同化
1.实验环节的协同化
实验课主要强调对“ 实现” (Implement)环节的验证。首先, 每次实验前发给学生实验内容和需要掌握的相关知识,要求学生进行实验预习, 重点训练工程推理能力, 加强思维逻辑性;在分组实验过程中, 促使学生体验团队协作的意义, 若实验受挫, 则启发学生分析失败原因, 以强化对相关知识的理解和运用。在实验总结中, 强调实验报告的规范, 不仅训练文字表述能力, 而且培养系统思考和知识发现的能力,以此训练满足毕业要求。
2.大学生科技创新创业大赛协同化
针对大学生科技创新和创业大赛,指导教师只给出研究方向及框架。组成的团队以本专业的学生为主,也可能有其他学院的学生参与,如经管学院。除了指导教师以外,班主任、家庭教师也可协助指导。。让学生自主提出最后达到的工程目标, 最能有效反映出学生的价值观。当学生亲手创造了预设的目标时, 其认知行为也自然会有所支撑。他们会发现创造一个工程产品的全过程虽然只有短短几个月时间, 却包含了人际互动和科学知识、技术能力、时间管理等多层面的基础技能, 而这些技能都是在社会上生存所不可或缺的元素。只有这样培养出来的学生, 才是真正具有工程知识和实用能力的工程人才,为将来成为富有实践能力的工程师奠定良好基础。
3.实习环节的协同化
我院与沈阳市及周边城市环保企业、环保设计单位签订了实习协议,与国电西部污水处理厂、辽宁牧昌国际环保产业集团有限公司等签订了产学研协议。各类实习过程中均配有学院指导教师、企业指导教师参与实习过程,最终考核以实习报告形式提交。大二学生的认知实习是在系统地专业课以前进行的,但已经学习了工程导论课程,导论性课程为低年级学生进入环境工程领域提供了一项重要课堂实践,此类课程激发学习兴趣来加强学习主动性,因此认知实习报告比以前深度加强,将看到的环境工程实际案例与课程实践相结合,给出自己的心得体会,并引导下步专业基础课及专业课学习的方向,并做好衔接准备。生产实习是在大三下学期期末或大四上学期开学进行,学生已经完成专业课的学习,对环保工程项目案例有更强的针对性,把理论知识应用到实践中去,完成高质量的实习报告。同时高年级的学生利用假期可以去跟我院签订实习协议的单位进行顶岗实习,直接参与到实际项目中,以参与的实际项目内容作为实习报告,有近60%的学生参加过顶岗实习,今后通过某种使这一比例进一步增加。另外,与我院签订产学研协议的单位有些项目需要科研力量,这些项目中也有一些本科学生参与进来,与科研教师、企业技术人员共同承担一些实际项目。这种以项目的实施贯穿着整个学习过程, 学生在完成项目的过程中,遇到什么问题,就主动想方设法解决问题,包括有针对性地查找相关资料、和其他同学讨论及寻求老师的帮助,最后问题得到解决。当一个问题通过他们自己的努力得到解决时,他们总是很兴奋,更加充满学习动力,极大地激发了他们进一步环境工程专业的兴趣。学生的专业知识得到整合,综合能力得到提高。毕业实习是在大四下学期进行,在同学进行毕业设计的期间进行,在工程设计中遇到了问题,带着问题进行针对性地实习,通过实例考察、企业技术人员、我院指导教师的帮助,解决工程设计中的难点。总体上所有的实习环节均体现了协同化育人理念。
二、环境工程专业在课程设计及毕业设计环节上的协同化
重理论学习而轻视实践一直是理工科高等教育传统教学模式中的一个普遍现象。老师过于注重理论教学,学生为了顺利通过考试,把主要精力放到理论知识的学习上,专业课学习后,有些学生连简单的环保工程工艺都看不懂,更谈不上课程设计和毕业设计了。在CDIO工程教学理念指导下, 需要始终坚持教学与实践一体化,课程设计及毕业设计是重要的环节。
1.课程设计的协同化
为了让学生了解环境工程专业主干课与哪些实际工程项目对接,水气固三门课程有课程设计环节,由我院教师与水处理公司、大气治理公司、固体废物处理与处置的公司的工程技术人员共同指导,设计环保工程中核心工艺设施,摒弃以往以现在运行的、广泛采用的成熟工艺设施为标准。今后将不以成熟工艺设施作为考核标准,发挥学生的主观能动性,加入自己的思路,设计出具有一定的实用价值新工艺设计或构筑物为最佳。从而能够使学生明确自己所学课程对达成毕业要求和培养目标的作用。
2.毕业设计的协同化
毕业设计环节体现了学生对所学知识的综合运用能力。我院指导教师与外聘教师、企业工程技术人员共同给出毕业设计题目供学生选择,题目以实际工程项目为主。学生从资料的查阅,到运用基础理论知识进行方案的选择,到经济技术法律法规及规划的相符性论证,到工艺流程的选择,到设计构筑物的计算,到设备的选型和图纸的绘制,需要多门课程的支撑。若学生完成的环境工程设计能为基础图设计提供依据,且能保证环保设施成功运行及达标,需要学生具有扎实的基础知识、收集资料能力、运用现代信息体统能力、沟通能力等综合能力,达到了CDIO模式的培养目标,并满足毕业要求。
三、结论与建议
在基于OBE的理念,CDIO的模式及三化培养体系,尤其协同化的育人渗透到教学实施过程中。在实践和毕业等环节中都以教学成果为中心,协同化育人方式培养学生,以发展学生综合素质为最终目的,弥补现有的教学过程中存在的不足,有效的提高教学质量、教学水平和学生的学习成效,以适应环境工程教育认证的需求。为了确保CDIO工程教育模式在环境工程专业运行良好,培养出适应现代环保产业的优秀人才,建议专业教师每年抽出一定时间到企业或设计院学习,参与或完成一些工程项目,积累教师本身的实际工程能力。
参考文献:
关键词:城市人工水体;水环境;水质模型;城市产汇流
中图分类号:X171文献标识码:A 文章编号:
城市水体是城市生态建设重要组成部分,是人与自然和谐共存的基础条件之一。城镇化建设加快发展中,城市建设改变了局部气候条件,形成热岛效应,从而增加了城市暴雨出现频率和强度,再则不透水面积比例增加,下垫面条件随便变化,径流系数变大,汇流速度大大提高,产生洪峰流量随之加大,削弱城市蓄滞能力;有些城市的河道、湖泊、人工水体等在建设过程中被填成陆地或者在水体上人为障碍。同时随之而来造成水体流动性受阻,加以经济快速发展与城市基础排水排污设施尚未匹配,一定程度上造成水环境质量下降。目前城市水生态系统处于存在水体污染与水环境恶化,排水系统与污水处理设施滞后,水域面积不足、水文化水景观开发尚未得到重视等诸多问题。而在这些问题中如何能在水环境设计条件下做好城市人工水体方案值得我们讨论,本文主要介绍在规划城市人工水体中解决水安全与水环境作为方案突破点。
一、城市人工水体
城市人工水体泛指城市范围内过人为加工修葺后所形成的用于滞洪、水源储备、水景观等的水体,它主要包括包括在公园、广场、生活小区等人工修建的湖泊、河流、水族馆、喷泉、瀑布等形式。城市人工水体大多是封闭的浅水体,由于其水面流动性比较差、水温高、生物多样性低、周边环境污染负荷高等,导致水体抗污染能力较低。
近几年来,人们开始通过修建人工湖泊、恢复原有自然河道、增加水体流动性等方法来扩大城市水体面积,从而提高城市水安全以及改善人们的生活品质,城市人工湖泊在人类聚居的城市生态系统中发挥着相当重要的作用,在人们生活及城市生态化建设中有着不可替代的功能,具体功能如下:
(1)水安全功能是构建城市生态水利系统的基础条件,是城市生态建设的重要内容。水安全功能包括城市防洪排涝安全,供水安全、生态用水,充分利用城市人工水体在蓄洪调峰作用,提高城市防洪排涝能力,最终实现与水环境和水景观结合的一种新的生态城市水体系。
(2)水环境功能是城市居民生活品质提高重要因子,因此需要对水体污染成因着手,依据相应水功能区和水环境功能区成果及目标要求,进行治理和恢复。同时采用工程手段或者生物技术辅助水质净化,满足城市水环境功能需求。
(3)水文化功能是城市水文化建设与城市水景观相结合,在水景观中体现以水为轴心的文化,主要内容包括城市遗迹、历史人物、民间艺术等等历史文化挖据和现代社会科技文化内容等。
(4)水经济功能是在本身城市经济发展对于水资源需求,再与供排水系统构建后纳入城市水市场;例外水环境与水文化建设提高了当地居民生活舒适度,拉升周边房地产及配套设施价格,促进当地经济发展,这也是间接的水经济功能体现。
二、水环境设计条件
水环境设计条件主要包括城市水文条件和水质及污染源条件。
城市水文条件主要是依据城市水文、水位、雨量等测站,对城市设计暴雨、城市径流计算和城市涝水与外江(海)潮(水)位组合。
(1)城市设计暴雨 不同历时、不同重现期的暴雨强度,是城市市政排水及区域排涝设计的重要参数,它直接影响了市政排水管道的设计及区域排涝工程量的大小。目前,一般城市都有相应的暴雨公式,根据暴雨公式可以求得不同历时的暴雨强度,但实际中一般很少考虑不同历时暴雨强度的差别,统一采用60min平均雨强的情况较多,即没有考虑到设计雨型的问题。此外,由于市政排水规定的重现期与水利部门区域排涝规定的重现期有较大差别,如市政排水的标准以2~5年一遇居多,区域排涝的标准以5~20年一遇居多,两者之间如何衔接值得探讨研究。
(2)城市产汇流模型 由于城市化的影响,水文资料的一致性遭到破坏,城市地区下垫面的变化导致产流、汇流有别于山丘区及人类活动影响不显著地区,移用传统的方法推求径流结果显得较为粗糙。要解决城市的防洪排涝问题,必须从研究城市地区水文特性着手,充分分析城市化对水文的影响,采用合适的城市雨洪模拟技术和方法。城市产流计算方法有许多种,常用的产流计算模型,如径流系数法、蓄满产流法、下渗曲线法、指标法、SCS曲线法等。城市地表汇流计算的数学模型主要有水动力学和水文学两类,常用的水文学模型有推理公式、线性水库、非线性水库、瞬时单位线、等流时线法等。
(3)水质及污染源条件 城市水体或是河道水质边界采用实测水质资料统计分析得到。规划水质目标可以依据所在城市的水环境及水功能区相应划分类型及目标水质用于规划。污染源调查与分析是解决提升水质和水环境的重要因素,主要依据当地环保、城建部门提供资料,分析城市水体周边工业及生活、城市面源污染、农田面污染等污染源。
三、应用实例
某备用水源地位于某区西南侧,与钱塘江、浦阳江之间,与三江口(钱塘江、富春江、浦阳江)毗邻连通,为更好地做好某区城乡饮用水供水水源的安全保障,能有效应对某区水源单一、供水保障程度不高的问题。
(1)水文条件
通过分析统计当地水文资料,求得城市暴雨成果并通过城市产汇流计算求得各下垫面的产流成果。
(2)水质和污染源条件
根据近几年的水质监测,引水水质除总氮及氨氮等部分指标外,其它指标基本可满足水功能区划的水质要求。参照《地表水环境质量标准》,采用单项评价标准指数法对钱塘江和某湖地区地表水进行质量评价。
(3)水动力及水质模型建立
水动力数据模型:一维水动力学模型控制方程为Saint-Venant方程组:
式中:和分别为空间坐标(m)和时间坐标(s);为断面面积(m2 );为河道内任意断面的流量(m3/ s);为旁侧入流流量(m2/ s);为水力半径;为重力加速度(m/s2);为动量校正系数;为谢才系数。
水质模型:采用不可压缩流体、浅水、Boussinnesq假定下的Navier-Stokes方程,垂向动量方程中的垂向加速度相对水平方向上的分量是一小量,可忽略不计,因此,垂向上采用的是静水压力方程。考虑到计算区域温度变化梯度较小,可以近似认为对流场的影响可忽略。一系列偏微分方程和一系列相应的定解条件都是基于有限差分网格进行求解的。经过计算现状工况下TP浓度分布如图1
图1 现状工况下TP浓度分布图
图2 流速分布图
经过水动力数学模型计算,计算求得该城市水体库容、引水、排水闸规模及汛期水位等内容。水质模型计算结果所示,增加出水口,可大大减少引水中的死水区域。但在部分区域仍然存在着死水区,有待采取其他措施加以解决。通过上述条件,运用水质模型可以模拟城市水体中主要功能效果,并可以相应去寻找解决办法。
四、结论
(1)城市化进程发展中,下垫面变化明显,城市水体是城市水安全基础条件,故通过水动力模型可以提出对周边规划范围内滞洪作用效果以及如何调度使用该水体;同时可以提出工程实施后非工程措施加以辅助,进一步提升城市水安全
(2)通过对某湖的引水,增强增强水体的自净能力,以水治水,不仅增加了水量,稀释了污水,而且更重要的是能使水体的自净系数增大,从而使水体的自净能力增强。生物的自净作用需要消耗氧气,如果氧气得不到及时补充,好氧微生物就会消忙,生物自净过程就会终止。引水增加水体流速,使水体复氧化能力增强,水体溶解氧浓度增加,水生微生物、植物的数量和种类也相应增加,水生生物活性增强,通过多种生物的新陈代谢作用达到净化水质的目的。
参考文献
[1]陈鸿汉等.城市人工水体水环境生态效应与保护[M].科学出版社,2008
[2]彭泽洲等.水环境数学模型及其应用[M].化学工业出版社,2007
[3]沈清基等.城市生态与城市环境[M].同济大学出版社,2008
[4]耿艳芬.城市雨洪的水动力耦合模型研究[D].大连理工大学,2006
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