水处理生物学论文范文

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中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2016）28-0077-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.28.039

在国民日常物质、文化生活中，水资源占据着不可动摇的地位，同时也是国家大力发展经济的能源基础。近些年来，随着国家日益注重工业发展，从而忽略了对水能源的管理，致使国内大面积出现水污染的问题，不仅对国民日常生活带来影响，还对国家生态环境造成十分严重的破坏。因此，为了更好地解决水污染的问题，对污水处理厂及污水处理工艺设计进行有效分析，是国家有效解决水能源问题的重要途径。

1 国内当前污水处理工艺设计关键

1.1 起吊装置设计

在进行污水处理工程的整体设计中，必须对起吊装置的设计工作充分考虑到位，主要是由于泥污泵站与进水泵房的体积较为庞大，重量上也非常大，因此在进行安装的过程中会用到起吊装置，所需要考虑的问题也会很多。安装起吊装置前，要对起吊的高度和吊车安装的高度进行合理、准确的确定，避免由于钢丝绳过短而无法吊起水泵的现象，更要考虑到由于水泵的体积较大，在安装的位置方面需要更大的空间。在起重装置方面，电动装置是首选，可以在水泵起吊的过程中，对紧急状况进行及时解决和处理，保证水泵安装工作的顺利进行，水泵在使用的过程中，会出现各种各样的问题，需要对水泵进行大修甚至是返厂维修时，电动装置也可以为水泵起吊提供一定的便利。

1.2 搅拌装置的设计

在国内众多污水处理厂中，都或多或少地有发生池内积泥的现象，积泥的堆积现象主要出现在生物池的拐角处以及贮泥处，然而这些污泥的堆积不仅严重影响污水处理厂对污水的处理效率，而且致使池内的容积出现越来越小的情况，因此国内污水处理厂应提高处理技术工艺和加强对出水水质进行严格管理，对其所产生的影响高度重视。经实践与调查得知，导致池内出现污泥堆积的现象的原因众多，其堆积现象主要出现在池内搅拌器的位置设置和其搅拌器的型号选择上不合理，因此造成池内没有完全混合，进而使池内搅拌器搅拌不到死角出现的污泥堆积。

加强对构筑物的池型和其深度进行详细的调查，并充分了解该池内的容积大小，从而进一步保证该构筑物选型的正确性、合理性。对池型进行有效优化，是实现污水处理构筑物中的污水完全混合最为有效的办法。可以将厌氧池和缺氧池设计成为具有循环流动的池型，并在两个池子中间设置隔墙，防止发生厌氧池和缺氧池混淆的问题，以此作为搅拌顺利进行搅拌的坚实基础，在进行搅拌时可以完全带动沟内的循环流动，使池内死角的污泥跟随循环流动的污水进行流动，这样就不会让拐角或死角出现污泥堆积的现象。对矩形的构筑物可以采用高速小叶轮搅拌器进行搅拌，也可以有效防止污泥堆积的情况发生。

在搅拌器型号选择方面，要选择搅拌范围大、机械混合搅拌功率强的搅拌器，因此在选择前应加强对搅拌设备进行专业软件的计算，从而进一步保证搅拌设备的科学性；加强对污水搅拌设备的优化，对水量不足和进水污染物不足的情况进行综合性考虑，加强对构筑的池型、容积大小的考虑，从而制定相应的设计方案，提高污水厂处理污水的效率。

1.3 放空管和集水坑的设计

国内众多污水处理厂建设各种构筑池已成为普遍现象，而构筑池一般都是用来盛水的，因此污水处理厂对构筑池进行检修的过程中，要对池内的污水进行排空，这其中就关系到污水处理厂放空管和集水坑的作用，目前国内大型的污水处理厂的构筑物，对污水进行放空有两种不同方式：

1.3.1 将放空管在池壁的底部弯贯穿至池外，而不需要设置集水坑。由于污水厂的污水处理管道预埋的深度达都很深，在对管道整体性进行设计时，需要针对放空管的混凝土进行满包防护措施。

1.3.2 放空管是从池壁底部贯穿出池外，一般情况下池体底部的结构都设有腋角，为了防止防水套管切断钢筋，要以腋角为设置高度，对放空管进行放置；造成放空管与池壁之间有一定距离，池内的水不能完全排净，因此可以在放空管附近设置集水深坑，这样就可以把池底部的污水进行强制排出。该方法只适用于小型的污水处理的构筑物、构筑池，同样也有不足之处，由于底部污水需要水泵进行提升，从而增加了电能的损耗。在构筑物埋设深度较深的情况时，污水管道的埋设深度不足以进行自然防控，应在构筑物内设置集水坑，从而有效地将池内污水排放至厂区水管内。在对放空管和集水坑实际的设计过程中，应加强对放空管管径、厂区污水管坡度、构造物内壁压力以及污水搅拌流速进行全方面、综合性的分析和研究，从而避免由于流速较慢而引起的污水管道内壅水的情况发生。

1.4 止回阀、手动阀门的设计

为了有效防止介质倒流，要加强对止回阀、手动阀门的设计，在污水处理厂水泵及鼓风机的出水口上面设置止回阀，在止回阀旁边设置手动阀门。在污水处理厂进行污水处理的过程中，经常会发生止回阀故障的问题，由于其运行启动过于频繁，导致止回阀需要经常维护和检修，在进行维护和检修的过程中，就需要将手动阀门关闭，从而有效组织管道中的任何介质，进一步保证不会因止回阀的正常维护和检修导致管路泄露。其中手动阀门的设置是否合理，直接关系到污水处理厂工艺设备能否正常运行，因此在对污水处理厂整体污水处理设计的过程中，要加强对手动阀门的设计及安装位置的控制，从而保证其他污水处理工艺设备得以正常工作运行。

2 污水处理生态学问题

国内当前污水厂处理生态学问题主要表现在：对野生动、植物的管理和蚊蝇控制方面。为了更好地节约能源，降低水损耗，加强环境保护，促进生态、人类共存，国家污水处理管理部门应加强对污水处理厂周边环境及其厂区进行生态化管理，在有限的土地上增加三维绿量，从而进一步提高生态消能，控制和有效利用土地有利于国内污水厂处理的长远发展。

2.1 提高污水处理厂绿化覆盖率

土地是绿化建设的载体，在污水处理厂规划的初始阶段，就应该将整个厂区纳入生态环保建设的考虑范围，通过对污水处理厂设施和周边环境进行全方位、综合性的分析与研究，合理布置污水处理厂的建筑、道路和工艺设施，并按照生态绿化标准预留出足够的绿化用地，加强污水厂周边的生态林建设，利用地形、山石、水体、植物等园林要素，并且依托自然环境，设计生态基础设施并实施布置，使生态绿化与污水厂处理的各项处理设施协调融合。坚持“发展立体绿化，拓展绿化空间”的基本污水厂生态建设基本理念，将立体绿化与污水处理厂形成一体，不仅可以为污水处理厂增湿降温，还可以提高污水厂处理污水的效率，提高污水厂经济效益。选择喜光、温、矮状、枝叶茂密、根系发达的植物，对污水厂周边进行生态绿化，从而有效控制蚊蝇的问题。

2.2 加强污水处理厂复层植物群落构建

加强污水处理厂复层植物群落的构建管理，并遵循地带性植物生物学的规律，选择生长比较稳定、健康的组合对污水厂环境进行生态环境模拟，由于污水处理厂生产工艺以及各个构筑物之间的绿地面积相对较小且较为分散，再加上地下管线较多，经过长时间的使用和频繁的启动，会需要维护和维修，不利于形成立体多层植物群落，同时污水厂处理排除的污染物浓度也是特别的高。因此在污水处理厂植被生态绿化覆盖方面，应主要选择灌木丛，地被铺草皮，灌木群植，可修剪成整形树，其中适合的树种有龙柏、山茶、海桐、苏铁、棕榈、丝兰、女贞、竹柏、石楠等。国内众多污水处理厂应加强乡土景观元素在生态建设中的应用，利用现有的自然资源，提升生态防护标准，借用自然环境，更快地形成污水厂园林景观。遵循生物学的原则，选择光合作用效率高、抗性强、芳香性、本地型的植物，对污水厂进行绿化覆盖，并且选用敏感植物做污水处理厂生态污染报警器。

3 结语

随着国家经济的快速发展，对各项资源的索取需求不断增加，加强污水处理工艺设计，从而提高水资源的使用效率，降低水损耗是国家经济持续、稳定发展的重要基础之一。在对污水处理设计的过程中，设计单位应对污水处理的细节问题和影响因素进行全方位、综合性的分析和研究，在污水处理的实践中，对出现的问题不断总结经验，从而在污水处理方面形成系统化、科学化的工艺设计。

参考文献

[1] 范旭红.人工湿地污水处理系统及其应用[D].东南大学，2006.

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论文要:本文阐述了生态工程的定义及原理,重点介绍了污水处理技术的要点和意义。

1生态工程介绍

1.1生态工程

生态工程以复杂的社会——经济——自然复合生态系统为对象,遵循应用生态系统中物种共生、物质再生循环及结构与功能协调等原则,以整体调控为手段,以人与自然的协调关系为基础,以高效和谐为方向,为人类社会及自然环境双受益和资源环境可持续发展设计的具有物质多层分级利用、良性循环的生产工艺体系。以期同步取得生态环境效益、经济效益和社会效益[1]。

1.2生态工程原理

生态工程涉及生态学、生物学、工程学、环境科学、经济和社会等领域,原理众多。我国学者(马世骏1986、颜京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系统生态学理论的基础上,对生态工程的原理作了精辟论述和提炼。把生态工程原理总结为整体、协调、自生、再生循环等基本原理。孙铁珩,周启星等[2]提出污水生态工程是指运用生态学原理,采用工程学手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物复合系统的物理、化学等特征对污水中的水、肥资源加以回收利用,对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术,是污水治理与水资源利用相结合的方法。

2主要生态工程污水处理技术

2.1污水土地处理系统

污水土地处理系统是一种污水处理的生态工程技术,其原理是通过农田、林地、苇地等土壤--植物系统的生物、化学、物理等固定与降解,对污水中的污染物实现净化并对污水及氮、磷等资源加以利用[3]。根据处理目标、处理对象的不同,将污水土地处理系统分为慢速渗滤(SR)、快速渗滤(RI)、地表漫流(OF)、湿地处理(WL)和地下渗滤(UG)五种主要工艺类型[4]。

土地处理系统造价低,处理效果佳,其工程造价及运行费用仅为传统工艺的10%~50%。其中污水湿地生态处理系统又称人工湿地,目前研究最为深入、应用最广泛。通过人工湿地生态工程进行水污染控制不仅可以使污水中的水得以再生利用,还能使污水中的有机物、N、P、K等营养物得到利用。整个系统呈自然式良性循环,构成了具有自适应、自净化能力的水陆生态系统。该系统管理简单,稳定后几乎不需要人的参与,物耗、能耗低,效率高。生态系统中的植物群体不需要另行施肥与灌溉,还兼有美化环境的功能,这种生态净化方法实现了水环境可持续发展[5]。

以人工湿地处理系统为例,土地生态处理系统对污水的净化机理如下:系统中的填料(介质)具有巨大的比表面积,易形成生物膜,污水流经颗粒表面时,其中的污染物质通过沉淀、过滤、吸附作用被截留[6]。

2.2污水生态塘处理系统

生态塘系统是以太阳能为初始能源,通过在塘中种植水生作物,进行水产和水禽养殖,建立人工生态系统,,通过天然的生化自净作用,在自然条件下完成污水的生物处理[7]。有机物质在生态塘处理系统中得到降解,释放出的营养物进入了复杂的食物链中,产生的水生作物、水产都可以被收获。生态塘处理系统能够有效地处理生活污水及一些有机工业废水,对有机物和病原体有很好的去除效果,具有投资少、运行费用低、运行管理简单的优点。但该系统占地面积大、易出现短流、温度较高时易散发臭气和孳生蚊虫、对氮磷的去除效果不稳定。近年来,我国生态塘污水处理工艺研究侧重在两个方面[8]:筛选、培育高效水生净化植物;组合曝气、水生植物、水产养殖多个生物处理单元的综合功能,营建生化一体化水生动植物复合生态体系,是污水处理与资源利用的完美结合,构建了一个完整的生态系统和良好的内部良性循环系统。

2.3蚯蚓微生物滤池系统

蚯蚓生态滤池是滤床中建立的人工生态系统,由滤床填料、蚯蚓及布水系统等组成。系统利用蚯蚓和微生物的协同作用对污水中含有的各种形态污染物质进行处理和转化。蚯蚓可对污水和污泥进行吸收和分解,清扫滤床,防止堵塞[9]。蚯蚓粪便可以滤除污染物,提高处理效率。蚯蚓的存在可作为家禽饲料。污水中的生物膜污泥微生物通过食物链最终被有效地转化为蚯蚓的增长及其排泄物,而蚯蚓的机体及其排泄物又可成为他微生物的分解利用对象,从而进行新一轮的生态循环。

3生态污水新型处理技术

如利用土壤毛细管浸润扩散原理,研制成功的地下毛细渗滤系统(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛细渗滤系统(UCSS)的中心部分是地下毛细渗滤槽,它通过土壤过滤和微生物降解来去除污水中的污染物。在一定程度上解决了常规土地净化污水处理系统占地面积和运行费用问题,还可回收污水和营养物质(包括氮、磷和钾)用于植物生长。

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    我们将过去独立、互不相关的微生物实验改为一连续的探索性的大实验,开设了一门“环境工程微生物综合训练”的独立课程。课程放置在学期结束时的实践周中进行,集中对学生进行微生物的培养、分离、鉴定和污水处理应用的基本操作的训练过程,这样强化了对学生基本技能和动手能力的培养。综合训练的主要内容包括:首先在制备各类培养的基础上,采取不同的环境样品中进行接种、培养,通过菌落和个体形态观察,纯化细菌、放线菌或霉菌和酵母菌,然后学生以自己分离、纯化的菌种为材料继续进行以后的实验,在对细菌形态观察、革兰氏染色和菌体大小测定基础上,最后做细菌的生理生化试验,对细菌做出初步鉴定,并将分离出来的细菌用于生活污水的处理上。环境工程微生物综合训练的主要实验内容和所涉及的知识点见表1。改革后的综合训练使原来孤立、不连续的实验形成一个连续的整体。在微生物的菌种的培养和分离,纯种的计数和鉴定等方面强化了学生的实验技能。各种基本操作技能在微生物综合训练中多次操作,反复应用,能大大提高学生的微生物技能的综合应用能力。

    验证操作性实验相对较多,设计性、综合性实验相对较少是目前实验课程教学中的突出问题,这对培养实用型人才极为不利,也不利于调动学生的学习兴趣和积极性。我们将一些应用性、综合性和学生感兴趣的实验课题,作为选作实验,供感兴趣的学生通过查阅相关资料,综合运用不同实验技术,设计实验方案,通过教师指导和小组讨论确定方案并加以实施。实验后综合分析实验结果,撰写科创论文。比如,“微生物诱导腐蚀”的选作实验,主要是研究研究厌氧微生物对金属腐蚀过程,使同学们扩大对微生物环境作用的了解,增强学生的学习兴趣和实践动手能力。这样,既能提高学生对实验的兴趣,又能促使他们将所学的理论知识应用起来,从而加深对环境工程微生物课堂教学内容的理解。(如表1)

    2?重视视频实验教学的应用

    微生物个体微小,学生对它的感性认识不多,这使得许多有关微生物的概念变得抽象、难以理解。在实验教学中,有目的的引入了视频实验等多媒体教学的方法,可以增加实验教学的直观性和趣味性,并在一定程度上弥补实验教学经费紧张等问题。我们不仅制作了环境工程微生物的多媒体课件,而且采用视频教学短片,向学生展示基本的实验操作,以及相关实验技术的发展及其在生产或科研中的应用。这些改革以视频的形式向学生展示实验的基本过程,具有较强的直观性,通过屏幕清晰形象准确地展现每一个步骤,使学生掌握实验操作技能的关键所在加深了学生对使微生物的实验规程和操作技巧理解,如无菌操作技术、微生物的分离和培养技术、消毒灭菌技术、斜面、液体、平板接种培养方法等。采用多媒体进行实验教学,具有形象、生动、信息量大的优点,结合教师在实验过程中的讲授和示范,有利于学生在脑海里建立每一种实验操作的标准和规范。因此应该加强多媒体在环境微生物学实验教学中的应用。

    3?强调实验前的准备工作

    传统的实验课程教学方法是由实验教师帮助学生完成很大一部分准备工作,学生只是按教师的讲解和实验手册的步骤进行操作。我们在微生物综合训练中,改变实验课中讲解过多的现象,只是重点讲述实验成功的关键并事先提出思考题,让学生们带着问题去进行实验,让学生通过实验归纳出结论,从而理解和验证微生物学的基本原理。教师在实验中起指导作用,着重培养学生的动手能力。由于综合实验涉及的内容很多,所以我们要求学生先复习以前学过的知识并写出实验计划(包括实验目的、原理、仪器、材料、步骤),然后在课堂上对实验计划进行讨论,讨论后学生再进行修改,最后由教师审定。审定合格后,学生方可开始进行实验,这是可以提高学生的实验培训的主动性。实验从实验材料的准备到每一步实验都由学生自己动手,教师只起检查和辅导示范作用。让学生明白每个实验步骤操作的好坏对后续实验的进行有直接的影响,培养学生整体的实验观念和细心的操作习惯。由于是学生自己进行实验的准备工作,可以加深对实验的目的、原理、方法、步骤的了解,实验效果很好。

    4?改革实验课程的考核形式

    综合训练的考核是既是课程设置的要求,也是对学生实验技能学习的一种督促和检查。在微生物综合训练中,我们将学生4~5人分为一小组,同一组的每位学生既有分工又有合作,每位学生都独立进行无菌操作、接种培养等工作。在材料的准备和实验完成的整个过程中,任何一个步骤的失误都将直接影响最终结果,因此我们要求每位学生规范操作,仔细观察,及时记录,培养严谨的科学态度和独立操作能力,老师对每位学生的操作和实验结果都做出客观的评价。将综合训练考核分为预习、操作、实验报告三部分记分。在实验过程中,进行现场指导,当场考核,不仅要看实验报告,更要依据预习、现场实验操作和实验结果综合考核。在操作考核中既有单独的个人操作考核,也有分组的操作考核。实验报告要实事求是,严格杜绝相互抄袭现象。要求学生在实验报告中对实验过程和结果进行详细记录和分析,养成一个善于分析问题和总结问题的好习惯。实验报告中的分析与讨论是很重要的内容,我们鼓励学生在分析讨论中自由地写出自己对实验的理解,比如哪些操作步骤没有做好,或者在实验过程中容易出现什么问题,如何避免等,还可以提出对实验设计修改的建议。通过对实验问题和结果的分析、讨论,可加强学生对理论知识的理解,大大提高学生分析问题和解决问题的能力。

    通过这些改革措施,使学生能够认识到实验课的重要性,同时也提高了实验课的地位和学生的积极性,教学质量有较大的提高,为环境工程专业后续课程教学的展开和将来毕业论文的顺利完成打下基础。

    5?培养工程实践观念

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0223-02

为培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的跨世纪高级专门人才，一个最为核心的问题就是改革教学内容、整合课程体系、拓宽专业口径、提高创新能力。专业口径拓宽要落实到课程内容的改革上去，而专业拓宽则使课程体系和教学内容的改革具有新的动力和明确的方向。

周济部长在第二次全国普通高等学校本科教学工作会议上的讲话指出[1]，知识来源于实践，能力来自于实践，素质更需要在实践中养成，实验作为一项重要的实践教学环节对于培养学生实践能力和创新能力尤其重要。我国本科教育在世界上是先进的，但是也有严重的不足，最为突出的就是实践能力较差，因此必须加强实习、实验、社会实践等实践教学环节，要积极改革实验教学内容，改进实验教学方法。

在“加强基础，拓宽专业，提高学生综合素质”的思想指导下，我们对给水排水工程专业的专业实验课程在内容、结构体系、教学方法诸方面进行了改革尝试。

1.实验内容的重整融合。给水排水工程专业是一个实践性较强的专业，在专业的教学计划中，实验教学是其中一个重要的组成部分。而专业实验课程的教学水平将直接关系到整体教学质量。在专业教学计划中专业实验课程包括水分析化学实验、微生物学实验、水处理试验。这些实验课程分散在不同的学期来开设，但同时又互相关联。其中水分析化学实验和微生物学实验是水处理试验的分析方法和分析手段，所以学生在做水处理试验时又要重复前面的实验过程，占用了大量的课时，已不能适应高校改革压缩专业教学课时的需要，因此，我们考虑将原来几门实验课程的内容进行重整融合，删除一些重复性的内容，并将一些实验内容的性质由验证性提升到综合性。例如，在水分析化学实验中，按当前教材[2]所列的实验项目共包括22项实验项目。其中分析天平的称量实验、滴定分析基本操作、水中嗅阈值的测定、pH值的测定、目视比色法测色度共5项为常用的基本操作实验，其中水中碱度的测定，水中硬度的测定、余氯的测定、溶解氧的测定等共9项实验项目属于滴定实验，而水中浊度、铁、苯酚的测定等6项内容为分光光度法实验，另有2项色谱分析实验。不同类别中的各个实验虽然是针对水中某一种水质指标测定的详细实验过程，但同一类实验都有相同的特点。比如滴定实验，虽然实验项目上可能是分别属于四大滴定分析（酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定）中的一种，但滴定分析的实验操作、实验过程基本上都是一致的，都包括标准溶液的配制、指示剂的选择、溶液的滴加、滴定终点的判断等环节。因此完全可以从这9项中选择一项具有代表性的实验让学生来操作，而其他具体应用滴定分析方法分析水殊的某一种物质的实验项目则可以放在水处理实验中进行。根据以上分析我们不难看出，对于水分析化学实验、微生物学实验这类专业基础课的实验内容我们可以按分析方法的不同对实验项目进行分类，在每一类分析方法中选择有代表性的实验项目进行操作，其他对该分析方法的应用让学生作为课余的时间进行思考，在水处理试验的水质分析中来具体应用。目的在于让学生学会一种分析方法，既达到了系统地加强基础的作用，又可以减少重复的实验内容，精简实验课时，同时又要在水处理试验分析具体水质时由学生思考应用哪种分析方法分析水中的哪项指标，提高学生独立思考问题的能力和创新能力。

2.实验模块体系的构建。在对专业实验内容进行全面综合分析以后，确定了实验内容的相互关系，分析了哪一些内容属于基础，哪一些又属于平行内容，而哪一些内容又属于提高内容。在此基础上，我们构建了实验内容的体系，形成四大实验模块。第一实验模块为基本操作实验，主要包括玻璃仪器的洗涤、使用，常用简单分析仪器如pH计、显微镜、天平等的操作方法，水样的采集方法等;第二实验模块为验证性实验，主要包括各种化学和生物分析方法的典型应用;第三模块为综合性试验，主要包括水处理试验及水的物理化学和微生物学指标的分析，即各种分析方法的应用;第四个模块为应用性实验，这一模块要结合老师的科研，针对具体的科研项目，学生自主设计并完成实验。在前两个模块中学生属于简单劳动，在实验过程中主要是根据课本的实验步骤一步一步的来操作，不需要太多的思考。在这个阶段主要是让学生加深理解基本知识和基本概念，掌握基础知识;在第三个模块中，将水处理试验、水分析化学实验结合到一起，学生要分析的不再是含有单一的某一种待分析物质的水质，而是可能需要对多项水质指标进行分析。同时还要根据原水和出水的水质要求选择水处理方案，然后根据水处理方案选择水质指标和分析方法，从而判断各水处理方案的处理效果。这将具有很强的综合性，在实验过程中可以充分调动学生的思维，学生要积极地去思考，出现问题要积极地面对，想办法去解决。训练学生综合应用知识的能力，进一步提高发现与解决问题的能力;在第四个模块中，要求学生结合老师的科研项目设计并完成实验。在实验过程中由学生根据项目内容的要求提出实验方案，然后由老师确认实验方案可行后方能开展实验，在实验过程中出现问题需要和老师共同探讨，完成实验内容。这主要是为一些学有余力的同学准备的，注重发挥学生潜力，培养学生灵活应用知识和一定的科研能力，训练学生撰写论文的能力，强调培养创新意识和市场观念。在这四个模块中，知识的应用由浅到深，在前面两个模块中注重基础的夯实，使学生牢固掌握各种水质的分析方法，在后面两个模块中注重知识的运用，注重综合性和创新性;学生的思维也由简单的按指令动手操作到自己独立思考选择方法，再到最后自己要根据实验目的设计实验。这可以说是一个逐步递进的过程，符合我们的认知过程，易于接受。

3.实验课程的整合。给水排水工程专业的实验课程主要包括水分析化学实验、微生物学实验和水处理实验，为使其成为一个有机的整体，加强对学生综合能力和创新能力的培养，将其整合为一门水处理与水质分析实验有着重要的意义。目前，专业实验课分别属于四门不同的课程，分别安排在两个不同的学期，课程衔接较差。这样使学生在学习过程中不能很好地将课程有机联系到一起，给综合设计性实验的开展带来困难。甚至是学到后面的水处理实验时，前面水分析的方法已经忘得一干二净，必须再用大量时间来回顾前面的教学内容。另一方面实验课程由于不单独进行考核，成绩只记作其理论课成绩的20%左右，学生的积极性不高，实验效果较差。

同时在实验学时安排上不尽合理，学时量较大，这与专业指导委员会要求尽量减少专业课学时的精神是不吻合的。水分析化学安排理论教学44学时，实验16个学时，微生物学理论教学36学时，实验4个学时，实验学时比重较大。水处理试验18学时。在当前弹性学制的教学条件下，学生每做一个实验，分析一项水质指标，指导老师就需要根据检测项目的不同而配置或采集提供一份水样。在做每个实验时学生只对水样中的某种组份有一个感性认识，而对于整个水质状况不能做出评价，“只见树木，不见森林”，不利于培养学生的综合能力。在水处理实验中，一方面是掌握各种处理工艺的运行过程，另一方面就是分析处理效果，即通过分析原水水样和处理后水中各项指标来判断处理效果。在这个过程中，完全是采用水分析化学和微生物学中的方法对水质进行分析，是在重复进行一次水分析实验，从而造成一种教学上的浪费，因此，必须对专业实验课程内容进行整合。

首先，在内容上，这些课程是能够互相融合的。水分析化学和微生物学是给水排水工程专业主干专业基础课，通过课程的学习，学生能够系统地掌握水质分析的基本概念、基本理论和实验方法，了解水质分析技术在给水排水工程科研和设计中的应用，为本专业后续给水工程、排水工程的学习打下坚实的基础。水处理实验是运用水体净化方法对水进行处理，了解不同工艺的处理过程和效果，水分析化学和微生物学是水处理实验的基础，为分析水质提供方法和手段;水处理实验是水分析化学和微生物学的应用，二者是密不可分的，这必然要求对其进行整合。

其次，通过前面的分析，我们可以看出，通过将其实验内容整合成一门水处理与水质分析实验将有利于整个实验内容的融合与重新分类，划分出合理的实验模块，提高实验的层次感，提高学生的综合能力和创新能力，有利于学生的培养。

另外，专业实验课程的整合有利于老师安排教学工作，减少重复的教学过程，减少总教学课时，提高教学效果。

总之，通过整合使课程能够相互融合，课程衔接更好，教学过程更为合理，制定出更适合培养目标的教学计划，为培养理论知识扎实、实践能力强、创新意识强和能独立分析问题的给水排水工程专业人才奠定坚实的基础。通过整合，使水质分析方法能更好地为水处理服务，水分析化学和微生物学实验部分和水处理实验整合为一门实验课程单独考核，对学生牢固掌握基础理论知识，灵活运用理论知识到生产实践具有重要意义。本项改革体现了理论联系实际的精神，并能够强化学生的记忆，提高学生对专业课的学习兴趣，提高学生独立分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

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1 《环境生物学》课程现状分析

（1）课程现状：我校《环境生物学》总学时为48学时，其中理论32学时，实验16学时。由于课时限制，理论教学内容集中在微生物结构、营养、代谢等基础内容，而微生物生态与环境生态工程中微生物的作用等内容不能详细讲授，因此要使学生深刻理解本课程并熟练地用于实践，难度较大。

2 教改思路与目标

针对我校《环境生物学》课程中存在的问题，在现有理论和实验教学基础上，调整理论教学内容，拓宽学生视野，在理论和实验教学环节结束后增设一周的实验设计环节，以加深学生对理论知识的理解，并提高学生综合素质与科研创新精神及能力。

3 调整教学内容

在理论教学内容上，针对我校工科背景的特点，改变了以往的一本教材为主的固定教学内容，选取面向21世纪教材《环境工程微生物学》[2]为主讲教材，补充了水处理生物学[3]、环境生物学[4]等相关微生物学知识。限于学时限制，在讲授内容的组织上，既考虑到教学大纲必须完成的教学内容，讲授多数学生能够接受的基础知识，还深入讲解较有深度的内容，以满足报考研究生同学的求知欲。以此为契机，购买了一批如《微生物学》（第5版中文版，普雷斯科特著，沈萍等译）等一大批优秀的微生物学图书及电子资料，为拓宽同学们的微生物学基础理论知识打下良好的基础。

针对实验教学中存在的问题，环境生物学实验课程内容也做了相应调整使其内容更贴合我校同学的工科背景。实验课程安排在三年级的第一学期与理论课程同步完成，在完成验证性实验教学内容后，提供足够的学时让学生们自行思考，完成一次综合性实验，加深对理论课学习内容的理解和掌握。

4 增设《环境生物学》实验设计

实验设计是实验研究的重要环节，可架设起理论教学和实验教学之间的桥梁，使学生能更系统、深刻的理解课程内容。为此，理论和实验课程都完成以后，我们又专门抽出一周时间，让学生自主查阅资料、自行设计、动手完成一个设计性实验，并撰写提交实验设计说明书。学生们通过亲历实验，调动了参与实验的积极性，拓宽了知识面，提高了动手操作能力，观察分析问题和解决问题的能力，提高了实验课的教学质量。在撰写实验设计说明书的过程中，学生能运用课程的基本概念和原理，规范使用专业术语，为以后毕业论文的写作打下良好基础。

4.1 实验设计及预答辩

为了有充足的准备时间，上理论课的后期，即给学生发放《环境生物学实验设计指导书》，并提前分组，每组3～4人，遵照各组的兴趣，每组查阅选择合适的实验设计题目，并围绕自己的实验设计题目，独立动手完成预答辩课件。实验设计周的第一天为预答辩时间，每组围绕自己的实验设计题目讲述5～10 min，主要内容为实验设计的原理、内容、步骤及实验进行的可行性等，指导教师和学生同为评委，指出实验设计中存在的问题及解决方法，并为讲座同学打分，最后指导教师再总结。灵活的讲授形式，加深了学生对所学内容的印象，调动学生的积极主动性，让学生参与教学，发挥学生主体作用和教师的主导作用[5]。

4.2 实验实施

实验实施过程中，打破以往实验教师为学生准备好各种实验用品的格局。各组根据自己的实验设计内容需要，领取药品，仪器设备，并独立完成标准液配置，玻璃器皿清洗、灭菌、无菌操作、计数、结果记录等一系列实验过程。指导教师在此期间只是指正学生实验操作存在的问题，不参与任何实验准备及操作活动。实验结束后，各组进行实验设计的答辩，针对实验设计及操作中出现的问题进行总结与提高。

4.3 实验设计总结

实验设计结束时，每组提交实验设计说明书一份，实验设计说明书封面及格式由指导老师统一指定，并要求用黑或蓝黑墨水工整书写。

4.4 考核方式与评价方法

《环境生物学》和《环境生物学实验设计》分别独立进行考核。环境生物学总成绩为100分，考试成绩包括期末成绩（占总成绩的80%），实验课成绩（占总成绩的10%）和平时成绩（占总成绩的10%，包括出勤情况，学习态度，课堂纪律等），期末考试采取闭卷考试形式。

《环境生物学实验设计》成绩评定一般按五级分制评定。总成绩分三部分，设计成果占60%，实验动手操作占20%，平时检查及答辩占20%。

5 课程改革效果

本次实验设计在我校2009级环境工程专业，2010级、2011级环境科学专业连续实施了三年，经过上述实验教改措施的实施，有了显著成效。主要总结为以下三个方面：

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我国西部地区是经济欠发达、需要加强开发的地区，也是我国少数民族聚集的地区。民族院校是党和国家为解决我国国内民族问题而建立的综合性普通高等院校，经过几十年的实践和探索，民族院校已成为培养少数民族高素质人才、研究我国民族理论和民族政策、传承和弘扬各民族优秀文化的重要基地。西部民族院校迄今为止共有5所，与中东部地区民族院校相比，基础办学条件落后，实验室建设滞后，极大地影响了教学过程和培养目标的实现。以贵州民族大学为例，如何在国家新一轮西部大开发、贵州省工业强省战略的指导下积极调整学科专业，适应地方经济发展转变和产业结构转型，改进人才培养模式，增强学生实践能力、创造能力和就业、创业能力，成为新形势下课程教学改革的新要求。[1]

环境微生物学是环境科学、环境科学与工程专业的重要专业基础课，该课程知识点多且繁杂，涉及多学科交叉，内容极为抽象，学生对其缺乏感性认识，理解难度加大。在课程教学中我们尝试了一些改革，着力激发学生本课程的学习兴趣，加强专业实践能力，本文就此谈几点体会，与同行探讨。

一、创新思路，优化教学内容。

教学改革的重点之一是教学内容的改革。环境微生物学主要以微生物学学科理论与技术为基础，重点研究污染环境中的微生物，整个教学课程原理多、概念多、实践性强，涉及有机化学、生物化学、遗传学、生态学、水污染控制、大气污染控制、固废处理处置、污染物环境中的降解等方面的原理和机理，内容极为抽象，而西部地区学生知识基础相对东西部地区学生薄弱，加之教学实验条件有限，学生到污水处理厂、垃圾填埋场、环保机构及与微生物相关的企业、工厂实习、参观的机会少，学生对本课程缺乏感性认识，理解难度大，上课时往往听得清但易混淆，记不牢。因此，必须根据本课程特点、人才培养目标和区域特点改革课程内容，确保教学效果，达到预期教学目的。

为增强课程的知识性和趣味性，提升学生学习兴趣，有必要在教材内容的基础上适当地增加一些本课程相关的前沿知识和技术方法，适时调整实验教学模式， 增列最新的、有价值的课外读物（教材、各种专业网站的研究报告和综述等），突出专业基础课的特点，逐步提高教学效果。例如，课间通过多媒体播放Discovery探索频道―搜索微生物世界、自然科学十大发现第九名―微生物等视频短片，在课间休息中了解微生物世界;通过嗜酸菌“吃矿石、吐黄金”将废矿、贫矿变废为宝的的微生物冶金技术引出古细菌的讲述;通过展示辽宁大连的“荧光海”图片引出藻类的讲述;通过介绍脱水污泥生物产电的最新研究成果引入微生物与废物资源化的讲解;结合民族地区的特色和优势资源，向学生介绍微生物在民族药学和民族医药资源研究中的巨大作用，课余时间集中参观民族药学实验室，鼓励学生课后与药学专业学生相互交流;介绍一些与环境保护与治理、微生物相关的网站，利用学校图书馆网络资源，知道学生上网查询相关资料，扩大知识面和信息量。

二、科学设计，改革教学方法

1.上好第一课，帮助学生理清课程思路

绪论课是每一门学科的第一课，是学生对一门新课程的第一印象，绪论课的成功与否直接影响到学生在今后学习中对该课程是否产生兴趣，影响到学生对该课程的掌握程度。我们通过“3W”（what，why，how）中的what帮助学生明确微生物学和环境微生物学的相互关系、学科性质、研究对象、研究目的，引入学科定义并形成定义模式，应用于其他学科的学科定义;通过why的问法明确学科的学习、研究价值，帮助学生形成正确的教育观念，掌握规律，构建专业素养;通过how的提问在第一课时引导学生思考如何学好本门课程，自己有哪些方面的想法，有何预期，在学期课程结束时再引导学生反思是否达到了自己的预期目标，并向教授反馈自己的意见及想法，培养能独立思考的专业人才。[2]

2. 采用启发式教学，激发学生学习兴趣

启发式教学可以强化学生对所学知识的记忆，使学生处于主动学习的过程。例如，在讲述核酸是遗传物质基础时介绍1928年Griffith的肺炎球菌转化试验， 启发学生思考小鼠注射活R菌或死S菌存活、注射活S菌死亡、注射活R菌和热死S菌死亡心血中可分离出活S菌的原因;再介绍1944年Avery等的转化试验，启发学生思考并回答为何活R菌加S菌DNA或加S菌DNA及S菌DNA以外的酶长出S菌，而加S菌DNA和S菌DNA酶长出R菌，引导学生逐步得出DNA是遗传物质的基础。

3. 采用直观式教学，增强学生对课程的理解

现代教育技术的可以将文字、网络图片、视频等直接展示给学生，具有直观性，方便学生理解抽象复杂、枯燥乏味的理论知识。例如，通过多媒体教学将网络下载的污水处理厂3D模型视频展示给学生，让学生观看其整个工艺流程和配置，将已有的水处理知识与环境微生物学中的活性污泥法、生物膜法、生物去氮去磷等知识点结合起来，系统性地回顾和学习;又如，利用动画展示微生物对营养物质吸收的四种方式，简要明了地理解单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位之间的联系和区别;再如，利用动态图片展示DNA与RNA的碱基互补配对、信使RNA在细胞中的合成及蛋白质的合成过程，使学生看一次就能理解该内容。

4. 采用辅助式教学，提升学生获取专业信息的能力

现代社会是信息化社会，贵州新兴的大数据产业也为我们提供了新的教学教育视角，指导学生课后利用校内数字资源平台查询国内专业动态和相关资料，扩大知识面，收集有用信息，思考在前人的研究基础和学院现有条件下我们还可以做的或者创新的东西，提高专业素养;推荐学生利用Endnote文献管理软件、SPSS统计软件、MATLAB软件等科学合理地管理文献、分析处理数据，培养专业文献查阅和数据处理能力;利用QQ群共享专业资料、专业网站链接、环保活动信息等，指导学生共同学习和相互讨论等。

三、更新理念，加强专业实践能力培养

1.调动学习积极性，提高学生动手能力

实验课程是培养学生动手能力、理论联系实际的重要课程。部分高校在环境微生物学的实验教学中采用PBL教学法[1] [2]，我们根据实际情况，除基础实验外增设了课外自发实验、综合实验和创新实验。

1.1基础实验。按照实验大纲，学生在实验课上完成显微镜的操作、微生物的染色观察、培养基的配置和灭菌、无菌操作、空气中的微生物检测等基础性实验。

1.2自发实验。教师向学生发放“家用双歧杆菌菌粉”、“乳酸杆菌菌粉”等微生物制剂，引导学生课后进行自制酸奶和保存菌种等自发实验，提升学习积极性和动手能力。

1.3综合实验。利用与环保公司的培养协议、学院“喀斯特湿地生态监测实验室平台”等资源，发展学生参与生态环境治理中的实际课题。例如应用污染环境中的生态修复知识参与污染土壤中微生物碳源源利用实验，通过微生物对一些典型碳源（如糖类、氨基酸、羧酸类等）的不同利用模式来表征基质利用的动力学特征[3]和微生物群落差异[4] 等，使学生能将课本知识与实际应用统一起来，达到能力提高与素质培养相统一、内容构建模块化、产学研相结合的高素质人才的培养目标。

1.4创新性实验。依托学生本科毕业论文和校级科研课题，由学生根据自身兴趣与要求提出实验方案，学院老师指导完成，学生可以自主完成项目设计、项目申请、实验过程及数据分析，提升文献搜集和整理、分析问题、解决问题的能力和专业论文撰写能力。

2. 改革实验教学内容，提高专业实践能力

传统的实验教学基本依靠实验指导书籍，由教师制定实验大纲并讲解，学生按部就班地操作，课后撰写实验报告。在我们的教学过程中发现学生有主动、深入研究实验结果的需求，我们认为，作为高校的一门重要的专业基础课，环境微生物学要适应地方经济发展转变和产业结构转型，改进人才培养模式，注重增强学生实践能力、创造能力和就业、创业能力。以贵州民族大学为例，“十二五”期间学校依托中央财政专项资金、中央及省级财政资金为“贵州少数民族医药资源开发与利用重点实验室”（国家民委在建重点实验室，2011年）新购梯度PCR仪、DGGE变性梯度凝胶电泳、荧光倒置显微镜、全自动分析荧光化学发光凝胶成像系统等仪器设备，这些分子生物学设备可应用于环境微生物监测;因此，在讲解微生物监测技术的新发展时，我们可直接给学生展示这部分设备和研究成果，并系统讲解PCR-DGGE技术的原理和操作步骤、16S rRNA的特点等，鼓励学生参与到教师的科研课题尤其是校地、校企联合项目中去，在实际问题中锻炼专业实践能力。

结语

随着气候和环境问题的进一步凸显，环境保护和可持续发展成为全世界关注的热点和焦点。国家的西部大开发、区域的经济发展都离不开环境开发利用和保护，培养环境科学与工程专业人才可向民族地区环保产业的研究与开发输送新鲜血液。在今后的教学中，我们将继续学习、探索并不断总结经验，为培养民族地区高素质环境专业人才而努力。

参考文献

[1]曹媛媛， 等. PBL教学法在微生物学教学中的应用[J]. 生物学杂志， 2013.

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（一）实验课内容陈旧重复

实验教学是培养学生实践能力的重要环节。生物技术是21世纪发展最快的学科，生物技术的研究内容、方法及设备日新月异。为了适应生物技术的发展，实验教学要不断地革新。而我校由于师资力量条件的限制，仪器设备年更新率不足5%，致使有些课程的实验内容无法更新。比如，发酵工程及设备的实验有3个：豆酱的生产、酸奶的发酵和固定化酵母细胞及酒精的生产，实验内容仍旧停留在20年前的水平。而发酵工程及设备、酶工程两门课程均有固定化细胞的实验内容，基因工程、分子生物学也存在实验内容重复的问题。实验课内容的陈旧及重复，使培养的学生不能适应社会的发展，竞争力不强。

（二）课程实习实施效果良莠不齐

生物技术专业的课程实习主要涉及三门课，一是生物学基础，在帽儿山进行为期1周的标本采集及鉴定实习，该课程的实习由学生直接参与，加之有丰富经验的老教师带队，历年实施效果较好，得到学生欢迎。另两门是发酵工程及设备、生物工程下游技术专业课，也均有1周的课程实习，但该两门课程的实习均是采用参观实习的形式，由于该部分的实习均是参观发酵车间，噪音大，学生听不清楚，学生在实习过程中走马观花，预计的实习时间很难达到，存在着实习实际学时达不到理论学时及实习效果差的问题。另外，发酵车间均大同小异，选择参观好几个发酵工厂，学习效果差异不大，学生通过实习学到的知识量少。

（三）毕业论文研究不能有效提高学生的动手和创新能力

学生是在指导教师的指导下进行毕业论文的设计、实施和撰写，毕业论文的完成可以培养学生的创新能力和实践能力。但目前存在着老师指导学生数量过多的现象，有的老师会指导10名左右本科生；同时需要老师填写及督促、检查学生完成的表格有选题执行情况统计表、指导教师情况统计表、教师工作总结、毕业论文执行情况检查表、中期检查表、工作进度表、教师指导记录表、工作日志、学生工作总结和优秀论文推荐表等，这些均加重了老师的工作量，使老师平均指导每个学生的精力减少，不可避免地造成学生毕业论文完成质量不高的问题。

（四）毕业实习实施困难

教学计划中安排学生在第八学期的1至15周进行毕业实习，是将四年所学的理论和实践相结合的重要阶段，可促进学生基本理论、基本知识、基本技能的融会贯通，提高学生运用知识解决问题的能力。而目前就业的严峻形势、学校对就业率的要求使学生不能安心去实习，因为利用实习阶段去找工作的学生较多，而学院为了完成就业的任务，也放松了对毕业实习的管理。另外，长期的教学实践表明，由于学生的动手能力差，学生进入实习单位后不能很快适应角色，用人单位也不愿意接收实践能力不强的学生。

二、工程中心建设的实践条件

寒区农业废弃物资源化综合利用工程技术研发中心依托单位为黑龙江八一农垦大学，共建单位为哈尔滨世宏环保工程有限公司。中心目前拥有包括35L-500L-1000L发酵系统、厌氧操作台、大型高速离心机、凝胶成像系统、高分辨率显微镜、蛋白质纯化系统、高效液相色谱等仪器设备100多台套，价值500多万元。中心学术带头人王伟东教授目前为国家“十一五”科技支撑计划项目首席专家、黑龙江省“十一五”重大科技攻关项目首席专家、黑龙江省普通高校新世纪优秀人才、黑龙江省杰出青年基金获得者。研究团队多年来在木质纤维素的微生物分解与转化、畜禽粪便和秸秆资源化处理生产生物有机肥、沼气发酵技术与工程和秸秆微生物发酵生产饲料技术等方面取得了众多的研究成果。共建企业哈尔滨世宏环保工程有限公司是一家环保工程设计及施工、农林废弃物及污水处理的生物技术与生物质能源工程公司。公司涉及农业废弃物处理、环境污染（水、气、固体废弃物）防治厌氧处理工程、大型沼气发电工程、发酵料液制肥工程、环保设备集成、环保产品、环境工程等诸多方面。公司自成立以来，完成了鸡西市梨树区碱厂村、阿城滨圣养殖基地、通河龙口等多处大型沼气工程。公司通过多起大型沼气工程的建设，具备了丰富的建设经验，能够承担大型沼气工程的建设与机械设备的开发、安装、调试等工作。公司不仅致力于沼气工程的建设工作，还致力于先进技术的开发与利用，开展畜禽粪便堆肥化、生物质能源工艺技术及相关工程设备研发、技术熟化、成果转化、技术服务等。

三、依托工程中心的实践教学改革措施

（一）优化实验课设置，整合实验内容

针对实验教学过程中存在的问题，参考国内高校生物技术专业课程实验的设置进行实验项目的整合，把重复的内容进行了归类，开设新的实验项目。每门课程的实验内容、方法及目的均由授课教师进行开会论证，参与者为生物技术专业所有的授课教师及学院主管领导，特别邀请共建企业技术人员进行指导，对实验课的开设实行严格的论证，并对有些课程的实验进行了整合，形成一门课程：生物技术综合大实验课程，总学时为40学时，在第六学期开课；教学内容主要是融会贯通生物与分子生物学、微生物学、发酵培养的实验技能，综合考虑学校的教学条件及今后进入企业进行实习的要求开展实验；教学方式采用学生自行查阅资料、设计方案，由指导老师对实验方案修正后实施。

（二）调整专业课程实习为生产实习

鉴于专业课程实习与毕业实习存在的诸多问题，对生物技术的教学计划进行修订，保留了生物基础课程实习，取消了专业课程实习，在第五学期的开学之初增加4周的生产实习，主要是进入发酵企业进行顶岗实习。为了让学生能在实习单位尽快适应生产单位的条件，充分利用工程中心拥有的发酵设备条件，在工程中心进行1周的操作训练后分散进入实习单位，如大庆志飞生物化工有限公司、肇东日成酶制剂厂、大庆华理能源生物技术有限公司等10多个企业，采用学校教师与企业技术人员共同指导负责制对学生的实习进行指导和管理。

（三）建设“多师结构”的实践教师教学团队

在培养理论与实践兼备教师方面，我院进行了有益的探索。[5]为了进一步提高教师和学生的实践能力，本科毕业论文的指导教师打破完全由教师承担的制度，采用企业技术人员和教师共同指导方式。一方面减轻老师的工作量，另一方面研究的课题在一定程度上也解决了企业的一些问题，同时学生的综合能力也得到了提高。

（四）鼓励学生依据工程中心的条件申请创新训练项目

为推进创新创业人才培养模式改革，强化学生创新创业能力训练，进一步提升大学生的创新能力和创业能力，培养适应创新型国家发展战略需要的高水平创新人才，我省及学校从2012年起设立创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目。获批省级项目，学校支持8000元/项；获批校级项目，学校支持5000元/项。鼓励学生利用工程中心的条件进行创新训练项目申请，申请成功后，工程中心将依据项目的内容提供实验条件。

四、人才培养效果实验

课程整合后，改变了以往以小的实验为主，实验内容简单，仅仅为理论中某一知识点验证的弊端，将有相关的知识内容有机地结合在一起，对学生系统掌握理论知识起到了很好的诠释作用。生产实习的安排在解决了专业课程实习仅是参观而得不到实际锻炼的问题的同时，还为更好地开展毕业实习奠定了基础，在此过程中工程中心起到了良好的衔接作用。“多师结构”的实践教师教学团队使学生的毕业论文质量得到了进一步提高，解决实际问题的选题内容比例增加。2009级毕业生选题中，针对实际问题的选题占32.4%，虽然比例还不是很高，但比2008级毕业生增加了近10%。2009级毕生中有15人参加到创新研究项目中，有5人次获得优秀毕业论文，投稿论文3篇。

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中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0235-02

工程硕士专业学位自1997年首次设立以来发展迅速[1]，在2011年，教育部提出了“服务国家特殊需求人才培养项目”，着重培养工程硕士专业人才。上海第二工业大学在2011年获批“服务国家特殊需求人才培养项目”，开展环境工程（电子废弃物资源化方向）硕士学位专业研究生的培养[2]。学校自2012年首次招收环境工程领域工程硕士，截至目前共招收143名学生，其中已有60名学生毕业。

环境工程微生物学作为一门以微生物技术处理环境问题的课程，以其技术的广泛性被纳入到环境工程领域工程硕士培养中。本文根据3年多来给工程硕士讲授环境工程微生物学这门课程的经历，以上海第二工业大学环境工程领域工程硕士培养为例，谈谈研究生课程环境工程微生物学教学案例库建设设计思路及其体会。

一、教学案例库的概述及类型

教学案例库是指教师为了更好的指导学生、实施案例教学而建立的用于存放所有案例的一个集合，其案例的来源及形式可以是多样的。对于本文提到的环境工程微生物学教学案例，可以选择微生物技术在土壤、水体环境中的应用。通过这些不同案例的分析，可以加深学生对基础知识的理解和提高运用知识解决实际问题的能力，还可以激发学生的学习热情，提高教学效率。

基于上海第二工业大学环境工程领域（电子废弃物资源化）工程硕士的培养目标，环境工程微生物学教学案例类型分为两类：一类是以研究生开展研究所需的思路模式，即选择已解决某一具体问题，从研究工作角度来说该项目已经完成；另一类是面向实际工程研发过程解析类的案例，选择采用本课程相关学科方向的技术，解决某个具体的工程问题，能说清楚从实验室基础研究到实际工程应用的全过程。

二、教学案例库中的实际案例

（一）微生物与电子废弃物方向

上海第二工业大学开展的环境工程硕士学位专业研究生培养的方向，本就是电子废弃物资源化方向，在微生物应用于电子废弃物中金属资源化方向有着较为深入的研究，其与广东惠州某公司合作开发的项目“微生物法回收废线路板中有价金属成套工艺与装备”已经完成半工业化试验。该项目可以很好的展示微生物技术从最初的实验室内菌种筛选、菌种驯化、浸出条件优化、工艺控制参数、进一步放大试验、工业化运行等阶段，因此将它纳入到环境工程微生物学教学案例库可以使得今后教师在该方向上的教学更加形象，并让学生了解微生物技术研发与应用相结合时如何走完一个从实验室内研究到工业应用的全过程。

（二）微生物与土壤污染方向

土壤中重金属和有机物污染越来越受到人们的关注，微生物技术以其广泛的适用性、经济性被应用于污染土壤的修复中，不管是重金属污染还是有机物污染，理论上总能找到一种或一类微生物迁移、转化或降解土壤中的这类污染。将这类微生物与土壤污染方向纳入到环境工程微生物学教学案例库中，可以形象地说明微生物是如何在实际工程应用中进行土壤污染治理的。此外，由于在电子废弃物拆解地会产生场地土壤污染，因此这也是上海第二工业大学“服务国家特殊需求人才培养项目”环境工程领域工程硕士研究生培养中必须要关注的内容。

（三）微生物与污水处理方向

与土壤污染一样，在电子废弃物拆解产地也会造成水体污染。以重金属铊为例，铊元素对人体的最小致死量为12mg/kg[3]，因此污水中必须控制铊的含量，地方标准中含铊废水处理后铊浓度需低于5μg/L，对于类似超低痕量级的铊来说，很难利用纯粹的化学或物理法将污水中铊的含量降低至标准以内。实验室研究表明，利用微生物的代谢产物和配合一定量的化学试剂可以达到上述要求，将微生物与污水治理方向纳入到环境工程微生物学教学案例库中，对于该领域工程硕士的培养同样重要，它可以使学生在课堂上就能清晰了解到相关微生物技术在电子废弃物领域的全方位应用概况。

（四）微生物与现代生物技术方向

现代生物技术的发展使得人们可以随心所欲的改造微生物，以达到为人们服务的目的。在以电子废弃物资源化为主要方向的环境工程微生物学教学过程中，将微生物与现代生物技术方向纳入到环境工程微生物学教学案例库中，可以使学生及时掌握最新生物技术前沿及科学合理的研究方法。

三、教学案例库评估及运行效果

环境工程微生物学案例库是由学校和企业双方共同完成的，这可以充分利用学校的科研优势及企业的工业运行经验与实际工程，可以真正做到理论与实际相结合。教学案例库的评估是以先对研究生进行一段时间的案例教学，后以研究生的相关反馈意见，最后以学校和企业相关负责人依据研究生的反馈意见进行评估，标准是通过该系列功能完备的案例，让研究生在开展相关类型研发工作时从思路和模式上获得研究型与工程应用型两方面的启发，便于后续开展研究工作时少走弯路。目前，环境工程微生物学教学案例库教学获得了研究生的认可。在实际授课过程中，不仅可以激发研究生的学习热情，而且能提高教师的教学效率。

四、结论

环境工程微生物学教学案例库由研究生开展研究所需的思路模式类、面向实际工程研发过程解析类两种类型案例组成，具体包括微生物与电子废弃物方向、微生物与土壤污染方向、微生物与污水处理方向、微生物与现代生物技术方向。最终评估是由学校、企业、全体工程硕士研究生共同参与。该类型的教学案例库既可以激发研究生的学习热情，又可以提高教师的教学效率。

参考文献：

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2、将生物学科教学与低碳生活相关知识相融合的改进方法

2.1将低碳生活理念与生物教学内容有机结合

从生物学科的教材内容上看,教材原有的各类动物、植物的知识已经涵盖了一部分低碳生活的要素,教师应该根据现有的教学内容进行改进,适当突出含有低碳生活知识的部分、紧跟新闻时事,根据学生的兴趣使生物教学更加系统化与层次化。例如在生物与环境章节融入环境对生物物种生长发育及分布的影响、生态环境危机及低碳发展的相关理论,在现代生物技术等题教学中组织学生到污水处理厂进行参观,在直观见证现代污水生物处理技术应用的同时培养其节能节水的低碳行为。此外,在教学实践中,组织学生搜集低碳素材,设计低碳生活闷卷并在校园一定区域内进行问卷调查社会实践。同时,制作低碳牛活宣课件进行校吲内低碳宣教。这些低碳教程的合理渗透取得了较好的效果。

2.2让生物学科的理论知识运用到实践中

生物学科的教学目标是让学生了解相关知识,并且能够在实际生活中运用这些知识解决困难,为今后更深一层的学习打下良好的基础。面对我国当前经济发展的态势重视环保工作也非常重要,因此让学生领会多姿多彩的生物界的同时还要了解很多环境保护的知识,这些理论知识可以帮助他们了解自然,热爱自然。而且还要让他们理解低碳生活,低碳经济。了解人类的索取会给自己和其他生物带来什么样的后果。生物世界是很奇妙的,生物种类繁多,包括植物、动物、微生物。这些知识在教材中都有详细的讲解。生物和他们所拥有的基因已及与它们生存的环境形成了现在这个高耗能经济,这种经济发展造成无序的抛弃、污染、垃圾、核废料正成为地球生态向前延续的巨大障碍。在理论知识的讲解中多与实践相联系,可以组织学生认识常见的动植物,试着给它们分类,了解它们的习性,收集标本都可以让学生学会如何和身边的生物相处,让他们学会尊重生命。保护地球。

2.3利用多媒体的现代化技术平台提高教学水平

在信息技术飞速发展的时代中,将计算机多媒体平台作为生物知识的教学平台可以大大提高教学效率,提升学生的学习兴趣。多媒体平台拥有的动画、声音、图片等媒介能让生物学知识呈现出更生动立体的面貌。这些媒介都有助于让生物知识在学生脑海中留下更深刻的形象,有助于提升学生的学习主动性。教师在生物学课件的制作中,应该充分考虑到这些因素,将大纲上的知识难点深入浅出地通过多媒体教学平台传授给学生,这种教学方式比传统挂图、板书等教育手段减少了众多弊端。如基础理论的很多微观知识点晦涩难解,因此这部分知识尤其注重动画、声像、影视等多媒体技术及资源的利用。实践证明,通过动画显示显微镜下的中期细胞中的全套染色体的多媒体教学方式可以取得较好效果。实践证明,利用多媒体技术和声像教学法不仅可以让学生快捷,轻易地掌握理论知识,还恰好切合了低碳环保的教学理念,有效降低教学资源的浪费。

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【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）23-0071-02

随着生态环境污染的加剧，环境污染治理的难度也在加大，目前各高校环境专业对人才的培养提出了更高的要求，学生应进一步加深理论知识、加强实验技能的训练，以培养环境污染治理的专业人才。水污染控制工程是环境工程本科专业一门重要的专业主干课之一，具有极强的工程应用性。积极主动地探索水污染控制工程实验教学，能够使学生们更系统地了解和掌握各种水污染控制技术的原理及其应用，有助于培养学生运用所学理论知识解决废水处理工程问题的基本技能，增强学生的工程实践能力，对于培养水污染控制专业人才具有极为重要的意义。

一 水污染控制工程实验教学中存在的问题

1.实验设计不合理

水污染控制工程是一门多学科交叉的课程，涉及化学、微生物、材料学等学科的相关理论及方法。该课程实验教学的基本任务是对学生进行科学方法和实验技能的训练和培养，使学生能够系统地掌握各种水污染控制技术的原理及其应用方法。目前，所开展的实验多为简单的验证性实验，创新性不强；实验所涉及的知识面窄，没有覆盖微生物、材料等与水污染控制相关的领域。

2.实验教学程序化

水污染控制工程实验教学中，主要由教师提前安排好仪器设备与药品，开展实验前任课教师认真讲解具体的实验方案、注意事项，学生再依据实验指导书中的实验方案和实验步骤逐项开展实验。实验教学过程中基本以教师指导为主，学生通过参考实验指导书来完成实验，没有充分发挥学生的主观能动性，难以达到提高学生的设计能力和动手能力的教学目标。

3.实验条件不完善

专门用于本科生实验教学的场地、仪器、设备有限，教师及研究生从事科学研究的实验室为了方便管理对本科生不开放。教学实验只能安排4～5人一组共同开展实验，导致学生难以在实验过程中独立思考、独立操作，很难保证每个学生的参与度。

针对水污染控制工程实验教学中存在的问题，开展教学改革和创新，以培养适应社会需要的高素质工程技术人才具有重要的意义。本文在实验教学实践的基础上，结合实验教学研究成果，对实验教学方法的改进进行了一些探索与尝试。

二 立足实验教学，培养水污染控制工程专业人才

1.注重设计性实验教学

设计性实验教学由学生查阅文献自主设计，通过与教师开展讨论由教师引导学生精选实验方案，指导其实验操作，帮助其解决在实验中可能碰到的各类问题，并且开展对实验结果的分析与讨论。基于本校环境工程专业特色，结合任课教师正在开展的科研课题，鼓励学生参与其中阶段性实验的设计与实施。学生可以自由组合，多人共同动手来查阅文献、设计方案与研究问题，以求实现最佳实验成效，增强学生的专业能力。例如，针对重金属废水处理的研究方向，在掌握了化学沉淀法、吸附法处理重金属废水基本原理的前提下，开展文献调研，针对水质特征，选择合适的处理方案。这样使学生能够更好地理解化学沉淀法应用于高浓度重金属废水处理的优劣，以及吸附法适用于低浓度重金属废水处理的原因。为了更好地了解条件因素在实验中的影响，要考察pH值、反应时间、温度、沉淀剂/吸附剂投加量等因素对重金属废水处理效果的影响，得到最佳的工艺条件，为实际应用提供技术参数。设计性实验教学能够充分调动学生的主观能动性，更好地培养学生解决实际问题的能力。学生在实验之后撰写报告时可采取论文的形式进行成绩考核，从而帮助其掌握文献检索方法、数据分析方法以及科技论文撰写的方法，为其今后投入科研工作奠定良好的基础。

2.完善综合性实验教学

学生只有具备综合的能力才能满足解决现实环境问题的要求。综合性实验是培养学生综合能力的重要环节。水污染控制工程综合性实验教学将水污染控制涉及的化学、微生物、材料学理论知识融会贯通至一个大实验中，具备了理论知识及实验技能上的综合性。例如，针对水质十分复杂的垃圾渗滤液设计综合性实验，首先开展废水的可生化性测定，再运用生化性能比较好的渗滤液开展活性污泥培养实验及曝气池中活性污泥性质的测定实验，之后，将曝气池中的混合液用竖流式沉淀法进行泥水分离，出水经过混凝之后用于开展吸附实验，吸附实验的出水可用于反渗透实验中。通过链式废水处理综合实验，原本臭不可闻的渗滤液变得清澈透明，使学生对水处理有了直观认识的同时，也系统全面地掌握了水污染控制的理论知识并加深了理解，这样可以提升学生综合分析的能力以及比较能力。

3.尝试开放性实验教学

开放性实验教学在实施过程中，要以学生为主体，由学生自行选择实验，自行确定仪器设备、药品试剂、实验方案、实验步骤并开展数据处理与结论分析。在实验过程中，教师只负责提供资料、协调设备、解答疑问。例如，结合本校环境工程专业特色以及研究前沿，开放研究生实验室，设置“过硫酸盐光化学氧化处理含砷废水”开放性实验，采用SO4-为主要活性物种降解污染物的新型高级氧化技术，利用其氧化废水中的砷并实现深度净化具有一定的优势。实验中，学生利用活性金属氧化物作为原料，对其进行化学改性，从而制备活性较高的催化剂。通过研究改性条件对催化氧化处理的影响，得到最佳的制备条件；并且研究催化剂用于含砷废水光化学氧化处理中的影响因素。当学生在个人的努力下，把亲自制备出来的催化剂用于含砷废水氧化处理之后，发现这样做的效果十分显著，从而产生强烈的自豪感，这样能够调动其学习本专业的主动性。开放性实验教学手段不仅能够调动广大学生的学习热情，使学生增进对理论知识的深入理解，而且还能提升其实验能力，提高其解决实际问题的能力。

4.建设演示性实验教学平台

中南大学环境工程专业在校园内新建污水处理站60m2，用于实验室废水的处理，同时可用于水污染控制工程课程的演示性实验教学，使学生全面了解水处理单元的工艺运行条件、技术经济指标等，从而强化对学生实验操作技能、工程实践能力的培养。污水处理主要采用中南大学环境所自主研发的生物制剂，通过配合、水解、絮凝分离等关键步骤，实现污水的深度净化。另外，还拥有多套水污染控制成套设备，如重金属废水生物制剂深度处理与资源化成套设备、有色冶炼水污染物高效处理回收实验系统（具备高效处理含汞污酸及回用等特殊功能）等。在课程主讲教授或相关负责教师的讲解、带领参观或自由参观下，学生对本专业知识的学习有了更感性的认识，激发了学生的主动学习与创新实践学习的兴趣。

三 水污染控制工程实验教学改革中应注意的问题

第一，在开展设计性实验教学时，应提前给学生启发式的辅导，通过讲解实验的基本原理及领域内的前沿研究，引导学生自己查阅相关文献；在充分调研文献并进行总结的基础上，制订初步的实验方案；经过与指导老师进一步讨论确定具体的实验方案及操作步骤，以便更好地完成实验。

第二，在选定综合性实验时，应该注重并强调各实验之间的互通性以及学生实验技巧培养的连续性。把多门环境工程专业课程，如水污染控制工程、环境工程原理、环境监测、环境微生物学的基本原理及实验操作技能有机地结合在一起，使学生的专业技能和实践能力得到全面的综合训练，为培养面向实际一线工作岗位的实用型人才奠定较好的基础。

第三，开放性实验教学的实施过程中，应根据学生的兴趣结合本专业的特色及研究前沿设置多个实验，供学生选择，切实调动起学生对开展实验的兴趣及主动性，鼓励学生勤于动脑并勇于动手，独立地完成各项实验；逐步开放一部分研究生实验室用于本科生实验。

第四，实验教学的考核，应注重从文献调研、实验设计、实验操作、数据处理、问题分析、撰写论文的全过程考核，采用研究论文的形式撰写实验报告更能体现学生的综合能力。

总的来说，通过实施水污染控制工程实验教学改革，提升了大学生综合运用理论知识来分析与解决具体问题的能力；锻炼了大学生们的实际动手能力，为培养面向实际一线工作岗位的实用型人才奠定了较好的基础；培养了大学生们的创新能力，切实调动其学习的主动性；对于培养水污染控制工程专业人才具有很好的支持与推进作用。

参考文献

[1]王伟祖、郑旭明.建立综合设计实验平台培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2004（8）：74～75、94

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T016 高校化学工程学报

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N033 光学精密工程

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中图分类号：TE08文献标识码： A

2012年中国559城市生活污水处理厂的平均功耗为0.290kW？h/m3，明显高于美国和欧洲各国对于污水处理厂的能源消耗。在中国，电力供应目前处于相当困难的境地，使得我国面临着没有足够能源供应的尴尬处境，对于优化能源战略而言，其旨在减少能源消耗是目前污水处理实现可持续发展的必由之路。

1、全流程节能优化技术的开发背景

污水处理厂自动控制系统的建立和实施，可以大大降低污水处理的能源消耗，实现污水处理过程中物耗水平控制在一定参数之内，以改善水质。在其他国家，尤其是在北欧、日本、美国、英国等一些经济实力和科技发展水平比较高的国家，在20世纪70年代和80年代就已经开始研究废水的生物处理过程，从而建立模型与控制理论进行进一步的研究，污水处理自动控制系统的发展经历了近半个世纪。在中国，即使污水处理厂有一个相对完整的硬件设备，它也不能充分发挥硬件的作用，大部分的自动控制系统，是建立在“远程监控和操作系统”之中，缺乏有效的智能控制算法来控制人工干预，从而造成污水处理厂的管理水平和业务水平降低。

这种现象产生的主要原因，是因为我国的污水处理和自动控制系统缺乏核心技术，中国污水处理厂的智能控制系统，尤其是那些基于本地化的控制思想，使得在污水处理的整个过程缺乏合适的智能控制软件技术。全流程节能技术是基于这种原因而开始研究、开发、推广和应用的，全流程节能技术将会使城市污水处理厂实现更加稳定、效果更加好、能耗更加低、运行费用更加少的目标，也将促进和刺激污水处理行业中与全自动智能控制相关的硬件和软件等行业的发展。如果在全国范围内推广，每年可为国家节省上亿度的污水处理功耗。

2、全流程节能降耗优化运行途径

2.1总体节能优化运行途径

对于污水处理厂的全流程节能优化技术的实现途径而言，它的总体思路是建立在污水处理过程中各项资源和能量的合理配置上。通过污水处理厂的能量平衡分析，使得污水处理所消耗的能源能够通过过程控制在各个环节中不断减少，使得废水处理装置中处理污水的内能能够实现结合能量物质的目的，从而在污水流量变化特征的条件下，对污水内能的流向进行合理配置，以达到减少有机污染物在处理单元中使用作为电子受体的用氧量。城市污水处理厂优化运行节能的战略总体指导思想是：坚持以污水处理全流程节能优化为主要目标，以保证水的质量为前提条件，实现全局能源消耗的最优，适应当地共同控制的原则，从而以全厂区节能控制为主要手段，以多参数智能控制为基础，形成完整的城市污水处理全流程节能优化节能技术。

2.2提升单元节能优化技术

污水提升装置主要是考虑到污水提升泵的优化性能问题，从而节省电能。提升泵的节能优化能力，应首先从科学的设计角度来选择正确的泵，使泵的工作在高效段也能够形成有效的手段，合理利用地形，减少污水提升高度，以减少水泵的轴功率，这些都是节能优化的有效措施。

相比与普通卧式离心泵而言，液下泵、潜水排污泵等安装形式更加简单，它们没有吸入管等辅助启动设备，但是其直接间接能源消耗要低得多；WG/WGF型污水泵比PW型污水泵在相同条件下的效率更高。对于污水处理厂中已经运行的污水处理泵而言，应定期进行维护，从而减少因为摩擦而产生的损坏和能源消耗，从而降低功耗。对于现阶段我国污水处理厂是否需要安置变频器，我们应该辩证的去看到这个问题：如果水波动及后续生物处理单元或系统的耐水量冲击负荷能力较差，就需要安置变频器；如果进水流量波动的昼夜变化相对稳定，那么就应该按照耐水量冲击负荷能力进行考虑，不一定非要设置变频器，这是因为本身变频器运行也需要消耗电能，其大约消耗的电能在3%至5%，如果变频空间有限的话，是无法实现能源节约优化的目标的。

2.3污泥处理单元的节能优化运行方式

由于我国在污泥实现资源循环利用上也存在着很多问题，很多系统的污水处理厂对于污泥实现训练在利用的系统已经不能再进行正常运作了。因此，污泥处理单元主要还是以实现能源消耗为目标，以资源循环利用为辅助。节能措施主要包括：提高脱水机的进泥含固率，从而降低脱水机的的工作时间，提高工作效率，以减少药物剂量的投入量。虽然带式压滤机的运行功率显着低于离心脱水机，但在污水处理厂中，由于带式浓缩脱水一体机是在环境非常恶劣的实际情况下，对其进行维护工作存在着困难，所以很多大型污水处理厂仍然更倾向于选择离心脱水机。目前，新的污水处理厂基本配置了自动加药系统，根据进泥量的变化实时用药量的控制。虽然也有一些污水处理厂在进行各种药物组合投入，以减少药物剂量的研究，但由于这些改进方法需要添加不同的药品配药和给药系统，将增加设备投资，使加药系统更加复杂，因此，在实际工程中很少会应用。

2.4关于沉砂池与初沉池的设置

沉砂池、初沉池等预处理单元能耗在污水处理全流程节能优化中占有的比例是非常小的，但这些预处理设施运转正常与否会直接影响到后续的生物处理单元的处理性能。到了20世纪，由于增加脱氮除磷的要求，使得越来越多的人关心到初沉池能够减少有机负荷的问题上，所以可能会造成后续脱氮除磷生化单元对于碳源的激烈竞争，因此在随后的发展中，逐渐将初沉池的设计淘汰了。

但是，我国仍然有一部分专家呼吁恢复初沉池，以减轻高含量的无机成分，而造成的随后水生物处理单元不良影响。是否设置初沉池，需要根据当地的污水收集系统和水质特点等因素进行综合考虑。

3.实例分析

成都市新建的3个污水处理厂近期投入使用，自此，成都市污水处理率由36％跃至82％，污水处理规模由40万吨／日提高到90万吨／日。这个比率超过了国家目前对西部地区污水处理率50％的要求。

参考文献：

[1] Effects of long-term soil amendment with sewage sludges on soil humic acid thermal and molecular properties. Chemosphere . 2008

[2] Jung Min Park,Sang Bo Lee etal.Behavior of PAHs from sewage sludge incinerators in Korea. Waste Management . 2009

[3] 张儿,马晓军.纺丝工艺对木质活性炭纤维亚甲基蓝吸附性能的影响[A]. 2013中国食品包装学术会议论文摘要集[C]. 2013