环境科学系

特色与创新

虚拟仿真实验教学中心的主要特色
  中心在教务部、设备与实验室管理处和学院的的科学管理和领导下,在国家、省、部级主管部门的投入和支持下,多年来一直朝着国家级虚拟仿真实验教学示范中心的目标努力,已逐步建立成为一个特色鲜明的环境科学与工程本科实验教学基地。取得的主要成果有以下几方面:
  (1)实行校、院两级管理模式,具备科学的实验室管理体制,制订有系统的实验室管理规章制度和运行条例,实验教学资源在实验教学中心平台下统一管理,在实验教学中心统一管理的实施下,实验室资源最大程度的向本科学生开放,使资源得到了最大程度的利用。
  (2)秉承学校实验教学改革理念和思路,制定完善且科学的实验教学体系,具备有适合环境科学和环境工程专业本科培养的实验室,拥有独特的环境工程虚拟实践教学平台,形成了科学的实验教学方法和手段,在教材建设方面也取得了一些成果。
  (3)中心拥有一支高水平的实验教学队伍,由实验教师和技术人员组成。各实验课程负责人均具有博士学位或副高以上职称,实验指导教师均具有扎实的专业实验理论基础和丰富的实验技能,形成了一支以坚实的科研基础为依托、由热心实验课教学的教师组成高素质师资队伍。
  中心坚持加强“五基”教育,即加强对学生基础理论、基础知识、基本技能、基本思维和基本能力的培养,尤其是要进一步突出对学生创新思维和创新能力的培养;中心坚持实践“课内与课外结合、教学与科研结合”的创新型人才培养模式,实验教学内容和教学模式改革取得很大进展和成绩,尤其是开放式实验教学的开展,使科研全面渗入创新教育和人才培养,在依托学科建设培养学生的科学兴趣、促进学生参加研究与创新能力的提高方面取得了明显效果。
  中心在建设与发展、实验教学及实验室管理中,始终坚持 “以学生为本”和落实科学发展观,中心的主要特色有以下四个方面:
  (1)科学的实验教学体系 
  创建了“多学科、深层次、重实践、开放式”的创新实验教学体系,其教学理念先进、科学;实验课程体系结构合理,层次清晰,教学内容先进,与实践结合紧密,体现了学科特色,是推动素质教育、培养环境科学和环境工程创新人才的坚实基础。
  (2)多样化的人才培养机制 
  中心注重学生科研素质及创新能力的培养,通过多种方式鼓励学生在本科阶段段提升科研能力,利用申请到的教学基地建设等项目为那些有科研和创新精神的学生提前介入科研创造了良好的条件和机制。
  (3)独具特色的工程实践教学平台
  根据环境科学与工程专业特点,打造一系列创新工程类型实验项目,包括水污染控制与处理实验、大气污染控制与处理实验、生物(微生物)工程技术实验、固体废弃物污染处理实验等,为加强环境科学与工程专业本科生工程实践能力的培养,为造就卓越工程师计划的实施创造了全新的实验平台。
  (4)倡导全方位开放的实验教学理念 
  全面实施开放式实验教学。结合教师科研课题和学科发展前沿,开设了大量的“开放式、研究性”实验,其设计性、综合性、研究性、实用性等特色吸引了大批学生的积极参与,使学生受到了较全面的、严格的、系统的科研训练,促进了学生科研创新能力、独立工作能力、交流与合作能力的培养与提高。


虚拟仿真实验教学中心的主要创新

资源建设创新:
  由于虚拟教学资源所具有的逼真工厂实景资源、状态参数动态模拟功能、远程登录、即时获取教学资源信息、人机互动、角色分配、成绩评定以及软件内部所提供的丰富教学资源等,使得虚拟教学资源在人才培养的各个环节中发挥着难以替代的作用。
  1) 中心教学资源在理论教学的应用
  虚拟仿真教学资源软件功能的外延,影响与带动了教学方法与模式变革。中心宣扬“情境教学”、“理论与实践结合”的教学理念,鼓励教师将虚拟仿真软件所体现的教育思想、所提供的工程案例、所提供的逼真工作实景资源应用到课程教学中,把理论课程中抽象的概念、复杂的问题以直观的形式展现给学生,帮助学生理解工程、了解工厂实际,推进“课堂-仿真-工厂”的具有 “一体化”教学模式的改革与实践,形成独特的工程应用型人才培养的新模式。在这样的理念的引导下,水污染控制、大气污染控制、固废和环境物理性污染控制、环境监测、环境工程微生物学、环境化学实验、大气化学实验、环境生物技术实验、环境监测技术实验、室内空气污染实验等 10 门课程的授课过程中引入各类仿真教学资源,尤其是3D 仿真软件引入,仿佛“把工厂搬进教室”、 “把教室搬到工厂”。此外,软件中所提供的 FLASH 动画等丰富教学细节资源,也普遍被教师提取出来,应用到更多的课程教学中。
  2) 仿真教学资源在实验教学中的应用
  利用各类教学资源可开设 42 个实验项目。以网上 3D 虚拟实验室教学资源为例,该资源所使用的虚拟仿真资源与中心现有的40 余套实体装置互补结合。在环境工程实验真实操作前,要求学生先在网上 3D 虚拟实验室熟悉装置、认识流程及控制方案、在线预习、在线虚拟操作,在线形成预习成绩;再到实验室进行真实操作,学生实际操作的熟练程度与数据的准确率明显上升;最后,在相应的二维仿真软件上变换不同的参数,进行实验数据的优化。这样的实验教学安排,“反刍”式的知识点巩固,强化了实验教学的效果,实验的综合性、设计性明显提高,学生的学习兴趣、创新与设计能力明显提高。
  3)仿真教学资源在实习、毕业设计与创新活动中的应用
  中心虚拟实习项目的运行完全模拟正常工业污水处理厂生产运行秩序与状态,实习者行为须完全遵守正规企业员工安全岗位操作规范。由于全流程工艺仿真资源的数据基本上都来自于工厂实际运行数据,因而为毕业设计环节提供了极为丰富的教学资源。

管理制度创新:
  中心已构建了一套以提高学生实验能力、培养学生的创新精神和科研实践能力为目标的科学的环境科学与工程实验教学体系、创新人才培养模式和教学管理机制。
  1)将实验课从理论课的隶属地位中解放出来,按照实验研究自身的规律来组织教学。从人才培养体系整体出发,建立以能力培养为主线,分层次、立体化、相互衔接的科学系统的实验教学体系,与理论教学做到既能有机结合又相对独立。
  2)创建了“开放式、研究性”的实验教学新模式。本中心建立了四个不同层次的立体化实验教学平台:第一层次主要是基本技能训练平台,即涉及基本技能的基础性实验教学;第二层次是综合性实验教学平台,培养学生综合分析能力和实验设计能力;第三层次是创新实验项目,由学生自由申请和创新性强的研究性项目;第四层次是毕业论文相关的实验平台。
  3)建立了校、院级的学生科研基金及开放实验室基金,2012 年以来环境学院学生共申请国家级、省级及校级各类项目近 100 项 ;建立开放创新实验的指导教师制度,学生和导师组进行双向选择,建立实习基地,为培养社会急需的专业型人才提供条件;长期开放实验室,为学生参加各种竞赛、挑战杯等活动提供场地和设备。学生在各种活动中获奖近 10 项。
  4)实验教学人员结构合理、执行实验技术人员定岗定编;鼓励实验教师与技术人员在职攻读学位、外派培训、参加国内国际会议,并引进高水平的实验教学人才,不断改善实验教师队伍的结构。
  5)在管理体制上,实行中心主任负责制,统筹安排、调配、使用实验教学资源和相关教育资源,实现优质资源共享。建设一种人、物分治的管理体制。
  6)在建设模式上,本着整合、优化、面向多学科的原则,根据实验教学课程体系进行优化整合,合理配置仪器设备,使中心实验室在多功能、多学科发展方面得到不断完善;在运行机制上,主要是通过实验室信息平台实行“一站式”服务。