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摘要：环境类学科是一门综合性较强、跨学科范围广的工程学科，环境工程专业实验工艺设计复杂、占地面积大、部分工艺运行风险高，在传统的实验安排中无法适应。通过虚拟仿真新实验的建设，加深学生对知识点的直观感受，并且降低实验成本、解决环境工程专业实验大型实验设备占地大，参数多变，运行和维护成本高周期长等问题。
关键词：虚拟仿真；环境工程；专业实验
本文引用格式：沈元等.虚拟仿真实验在环境工程专业实验教学中的创新与改革[J].教育现代化，2019，6（37）：
7-9.
Innovation and Reform of Virtual Simulation Experiment in Experimental Teaching of Environmental Engineering Specialty
SHEN Yuan1,JIN Qiong2,LI Yan1
(1.Zhejiang University of Technology,College of Environment,Hangzhou,Zhejiang,China;2.Hangzhou Jiuhuan Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang,China)
Abstract:Environmental science is an engineering discipline with strong comprehensiveness and wide interdisciplinary scope.The experimental process design of comprehensive environmental experiments is complex,covers a large area,and some processes run at high risk,which can not be adapted to the traditional experimental arrangement.Through the construction of new virtual simulation experiment,students intuitive perception of knowledge points can be deepened,and the cost of experiment can be reduced.The problems of large-scale experimental equipment occupying large space,variable parameters,high running and maintenance costs and long cycle can be solved.
Key words:virtual simulation;environmental engineering;comprehensive Experiments
环境工程是一门综合性较强、跨学科范围广的工程学科，以研究环境污染治理技术为核心，它具有专业知识点高度综合，学科门类复杂多样、实践性和综合性强等特点[1,2]。环境工程作为探索解决环境问题的主要学科，其实验环节的教学是该学科的重要内容之一。
环境工程专业实验教学是培养学生动手能力、创新能力和工程实践能力的一个重要组成部分，在人才培养过程中占有重要地位[3]。环境类学科专业实验由于工艺设计复杂且成本高、占地面积大、运行维护成本高周期长等特点，因此在传统的教学活动中难以直观体现。实验过程中又有多因素影响，学生难以在较短的时间内做好单因素变化的现象分析，此外，某些实验往往伴随高污染、高能耗、高风险等问题[4]，传统实验教学过程活动的开展有一定的难度。通过环境工程虚拟仿真实验的建设，加强实验方法的应用，加强实验效果，加深学生对知识点的直观感受，并且降低实验成本、解决环境工程专业实验大型实验设备占地大，参数多变，运行和维护成本高和周期长等问题。同时，在“互联网+”背景下，虚拟仿真实验能让学生学习更自由灵活，符合学生个性化的学习需求，可以自由安排学习时间和学习进度，根据需求改变不同的实验参数和工艺类型，从而促进学生更高效地学习。因此，虚拟仿真实验在环境工程实验教学中有着促进作用。
一环境工程专业实验教学现状
环境工程作为一个新兴的交叉学科，其专业领域涉及大气污染控制工程、水污染控制工程、固体废物处理与处置、物理性污染控制工程等若干专业领域。特别是废气治理实验，污水处理实验等综合性的环境工程专业实验，具有占地面积大，实验运行维护成本高、实验周期长等特点。因此，要全方位的开设环境工程专业实验难度较大。
目前，我校环境工程专业开设环境专业实验和环境基础实验，共38个实验。其中，环境专业实验涵盖了废水处理实验、大气污染控制实验、固体废弃物处理实验、物理性污染控制实验。不同的实验项目具有不同的特点，如废水处理实验中，本学科开展的主要为生化处理实验，由于生化处理工艺种类较多，工艺复杂，占地大，实验耗时长，实验室地方有限，学生无法每个工艺都亲手操作。在大气污染控制实验中，目前开放的是有机废气吸附实验、大气颗粒物处理实验（布袋除尘、文丘里湿式除尘实验）。近年来，各种污染防治技术又一直在更新发展，但是环境实验设备占地面积大、价格昂贵，想一直跟着更新发展的步伐不断的改进实验设备存在着一定的难度，因此，考虑增加虚拟仿真实验来解决这一难题。
二虚拟仿真实验在环境工程专业实验教学中的改革目标和思路
虚拟仿真实验教学是教育信息化建设的重要途径，是实验教学改革和创新的具体体现[5-6]。教育部于2013年启动了国家虚拟仿真实验教学中心的审批建设工作。教育部在2017年印发了《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，计划到2020年遴选出1000项示范性虚拟仿真实验教学项目[7]，说明虚拟仿真实验教学在接下来很长的一段时间内是传统教学活动与新颖的教学方法的一个连接和导向。
结合我校环境工程专业实验教学所存在的问题以及国家对虚拟仿真教学技术的大力支持和开发，我校环境工程专业实验教学改革发展可以通过以下几个方面来进行：①进一步完善和优化环境工程专业实验、环境基础实验的教学大纲和课程体系；③探索虚拟仿真实验与环境工程专业实验教学的契合点，增加高污染、高风险、高成本的环境工程专业实验的虚拟仿真教学技术，提高教学质量，改革教学方法。
三 环境工程虚拟仿真实验的应用
教育部在加强实验教学的基础上，进一步提出要建设国家虚拟仿真实验教学中心这一思路[8]。目前，虚拟仿真实验在环境工程专业实验教学中的应用报道屈指可数[9-12]。比较集中在某些简单的水处理实验[13-14]和废气处理实验[15-16]。清华大学环境实验与实践教学中心率先开展了虚拟仿真实验教学平台的建设，并在人才培养、资源节约和整合利用等方面取得了一定的成效。
（一）建设思路
建立虚拟仿真实验教学管理平台，针对不同的学生群体，开放线上学习环境，使项目具有普适性。
（二）虚拟仿真程度与实验设备紧密结合
环境学科的迅猛发展，一些传统的污染防治措施和环境监测仪器设备都在不断地更新，新仪器、新设备不断涌现。虚拟仿真实验教学可以贯穿在多元化教学环节的全过程，在课程实验的基础上，对实验原理进行验证，直观的完成实验任务，并组织出一些综合性实验。
（三）工艺复杂型的虚拟仿真实验的建设
环境工程专业实验中水处理工艺种类多，发展也相对成熟，但是学生实验只能选择其中的一种工艺来进行实际操作，因此，水处理工艺的另外工艺不能深入的学习和实际操作，虚拟仿真实验可以将混凝沉淀实验、气浮实验、好氧生化实验等合并成一套污水处理设备，因此配套开发一个虚拟仿真软件，行程一套完整的水处理工艺。一方面可以让学生系统的学习整个污水处理过程的工艺过程和构筑物构造，另一方面也可以在此基础上增加课程设计内容，模拟各种不同工况下的工艺废水来选择不同的处理工艺处理废水，最终达到排放标准外排，同时，也可以进行工艺比选，对各个污水处理工艺有更深入的了解。
（四）占地大耗时长的虚拟仿真实验的建设
如今实验室中做废气处理主要有颗粒物除尘设备和有机废气活性炭吸附装置，但是由于场地有限，实验室的设备做的规模较小，与实际工厂中使用的设备还是有一定的差距，因此，可以配套开发一套虚拟仿真软件，配合各种废气处理工艺，在改变不同的废气进风口的各项参数，来获得不同工况下的处理效率，进行工艺比选。
（五）高风险高污染型的虚拟仿真实验的建设
传统的生活垃圾填埋场已经满足不了日益增多的生活垃圾产量，当下考虑较多的工艺都为焚烧处理，但是由于焚烧炉造价高，工艺复杂，风险较高安全系数低，一般在实验室中没有涉及垃圾焚烧专业实验，因此，可以通过开发虚拟仿真实验教学软件弥补这个遗憾，提供学生学习焚烧炉的构造，垃圾焚烧的过程等等的理论学习，也可以较直观地看到该工艺过程的操作过程，另外，也可以通过改变不同的工艺参数，来观察焚烧后是否能达标排放。
四结语
环境工程虚拟仿真实验是环境工程专业实验知识体系融入到当下信息技术中去的高科技产物，是传统环境工程专业实验教学方法的改革和创新的一个体现，是提升实验教学效果的一项重要途径。虚拟仿真实验平台的建设，打破了原始实验装置占地面积大费用高、实验过程耗时长、风险高污染大等的限制，对促进环境学科培养新型人才有着促进作用。今后，虚拟仿真环境工程专业实验将在未来发挥更大的作用，形成对“互联网+教育”的有力支撑[17]。与此同时，传统实验教学方法也不能忽视，要结合虚拟仿真实验教学方法来进一步综合运用各种传统的实验教学形式，利用虚实结合、以虚补实的方式，在环境工程复合型人才培养过程中发挥更大的作用。
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