摘要：针对近年来山东科技大学环境工程模拟与仿真教学中存在的部分课程内容与工程实践之间脱节，学生过于注重完成任务而不深入理解其中的科学原理，缺乏对学生综合能力、实际应用能力和对环境工程实践理解能力的评估等问题，提出一系列改革措施：鼓励学生参与真实工程工艺项目展示，并分享在实地考察和实习中的收获和体会，根据学生反馈建议并结合最新的工程研究成果和技术发展，调整教学方法和教学内容。通过考试测验、课程作业和项目报告的方式评估学习成效等，以此来探讨环境工程模拟与仿真教学的改革实践与成效。
关键词：环境工程模拟与仿真,仿真教学,教学成效
仿真教学是近年来兴起的一种新的教学方法，是指教师引导学生使用模拟真实场景的技术手段，在虚拟环境中进行实践或体验，以达到教学目的。这种教学方法可以通过多种方式实现，包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、计算机模拟等。环境工程模拟与仿真指利用计算机模拟和仿真技术，对环境工程领域的各种场景进行模拟，以评估、分析和解决环境问题。在环境工程模拟与仿真实验中，可使用计算机模型和软件工具，模拟复杂的环境系统，包括大气、水域、土壤等，以及其中发生的物质传输、化学反应、能量转移等过程[1]。这种仿真实验能够在虚拟环境中进行，可以节省成本、减少实地试验所带来的风险，同时也能更加方便地对不同情景下的环境工程问题进行探索和解决。
一、环境工程模拟与仿真教学的意义与作用
相对于传统教学，环境工程模拟与仿真实验给教育带来了多方面的好处。一是增强理解和记忆。通过仿真实验，学生可以直观地观察环境工程理论在实际中的应用。这有助于加深学生对抽象概念的理解并提高其记忆效果。二是提升操作能力。仿真实验允许学生在虚拟环境中进行操作。这样可提升学生解决实际问题的能力，弥补传统教学中学生实践经验的不足。三是确保安全性。在仿真环境中，学生可以安全地进行各种实验，尤其是生活中难以开展的存在危险性的实验。利用仿真模拟的方式，学生可以安全地完成相关的实验过程。四是节约成本和资源。相比于现实中大型的环境工程实验，仿真实验通常成本较低，不需要大量物理材料和设备，为开展大型实验提供了一种理想的途径。五是培养创新思维。仿真实验为学生提供了一个灵活的环境。学生可以尝试各种不同的实验方法和解决方案，有助于培养其创新思维和解决问题的能力。六是即时反馈和评估。仿真软件通常能提供即时反馈，可以使学生立即了解自己的操作是否正确，便于及时发现知识盲点，有助于提高学习效率。环境工程仿真实验为学生提供了一个安全、创新的学习环境，有助于他们更好地为未来的职业生涯作准备[2]。
环境工程模拟与仿真实验在学生能力培养方面有诸多优势。一是培养操作技能。仿真实验为学生提供了实际操作和应用环境工程知识的机会。学生能够模拟真实情境，操作、调整相关参数，并学习环境工程的基本操作和工具使用。二是提高学生解决问题的能力。通过仿真实验，学生可以通过试错来改进解决方案，从而提高解决问题的能力。三是培养学生团队合作与沟通能力。在仿真实验中，学生往往需要与同学一起合作，共同解决问题。这有助于培养他们的团队合作、沟通交流和协作能力。四是培养全局观念。仿真实验不仅包括单一的环境工程问题，还涉及系统性的环境工程问题。学生需要从全局出发，综合考虑多个因素，循序渐进地解决复杂的问题。五是培养批判性思维和决策能力。通过参与环境工程仿真实验，学生能够评估不同的环境方案，并据此作出决策。这有助于培养学生的批判性思维和决策能力。六是提高新技术适应能力。学生在参与仿真实验过程中，通过了解和熟悉各种与环境工程相关的新技术，可增强适应新技术的能力。
二、环境工程模拟与仿真课程教学案例
在教学中，教师针对课程设置选择了涉及大气、水、固体废弃物等模块，共32个题目进行仿真实验。以水处理仿真实训AAO（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺仿真软件为例，该软件配套的操作手册首先对工艺流程作出简介。AAO工艺是在厌氧—好氧除磷工艺的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮、除磷的功能。
相关操作手册罗列了AAO工艺的优缺点、工艺简介、工艺水质参数等内容。软件中最核心的部分是仿真的相关界面，它们是该工艺学习的关键所在。AAO工艺总貌图可以清楚地展示工业流程，便于学生建立直接的工艺印象。这对教科书的知识是很好的补充。仿真界面的设计直观清晰，便于学生轻松理解工业流程的各个环节。在仿真界面中，学生可以调整各种参数，比如温度、压力、流量等，然后观察这些参数变化对整个工艺流程的影响。例如，在AAO工艺中，温度和压力常常是影响反应速率和产品纯度的重要因素，通过在仿真界面中调整这些参数，学生可以直观地看到变化趋势，从而更好地理解水处理过程。此外，仿真界面还可以模拟各种异常情况，如设备故障、原料质量变化等，帮助学生了解在实际生产中会遇到的问题并据此作出应对。总之，通过仿真界面，学生不仅可以直观地了解工业流程，建立直接的工艺印象，还能通过虚拟实践，探索各种情况下的工艺操作和应对方法，从而更好地掌握相关知识[3]。这样的学习工具不仅是课堂知识的延伸，还能够提升学生的实践能力和解决问题的能力。
三、环境工程模拟与仿真课程教学中存在的问题及应对措施
（一）环境工程模拟与仿真课程教学中存在的问题
环境工程模拟与仿真的教学目标是将理论知识与实际应用相结合，培养学生的创新能力和问题解决能力。然而，在实际教学过程中存在课程内容过于理论化、学生对案例认知不足以及教学评估方式单一等问题。
一是部分课程内容过于理论化，缺乏真实的工程案例，与工程实践之间存在脱节。这使得学生难以将实验中学到的知识与实际环境工程场景相联系，从而影响他们实践能力的提升[4]。
二是学生缺乏对实际案例的认知。部分学生将仿真实验视为单纯的游戏，只注重完成任务而不深入理解其中的科学原理和工程知识。这种做法会影响他们对实际工程问题的理解能力和应用能力。
三是教学评估方式相对单一。目前的教学评估方式主要侧重于任务完成的情况，而缺乏对学生综合能力、实际应用能力和环境工程实践理解能力的评估。这会导致教师难以全面了解学生在仿真实验中的知识掌握情况，从而难以准确反映和判断他们的学习成果和实际水平。
（二）应对措施
为了解决上述问题并提升教师教学质量，本文提出一系列改革措施。
首先，教师应结合生产实习等教学环节，通过实地考察或与企业合作的形式，鼓励学生参与真实的工程工艺项目，如污水处理、城市规划、可再生能源等项目[5]。在实地考察中，学生将有机会与工程师和项目团队交流，了解他们的工作职责和工作流程。这种亲身体验将有助于学生将理论知识与实际应用相结合，深化对环境工程工艺的理解[6]。与企业合作可以为学生提供实习机会，让他们在真实的工作环境中应用所学知识。在实习过程中，学生将有机会接触专业工程软件、现代工程设备以及高水平团队。通过与行业合作伙伴建立联系，学生可以了解工艺的实施过程、存在的问题以及解决问题的方法。这不仅有助于提升他们的技能水平，还能够培养他们的团队合作能力和解决问题的能力[7]。在课程结束时，教师可组织学生进行项目展示，鼓励他们分享在实地考察和实习中的收获和体会，展示他们对工程的理解和应用能力，从而为未来的职业发展打下坚实的基础。
其次，教师每学期应至少举行一次学生座谈会，收集学生对课程的意见与建议。座谈会应设立专门的沟通交流环节，让学生有充分的机会表达他们对仿真实验的看法和建议[8]。根据学生的反馈，教师应及时调整教学方法和课程内容，包括对仿真实验设计的改进、增加实际工程项目相关案例、调整课程的重难点等，确保课程内容与学生的实际需求和应用紧密结合，以提升学习的效果和实用性。同时，教师应结合最新的工程研究成果和技术发展进行教学，确保学生将前沿的工程知识和方法应用到实践中。这样的教学方式既能提高学生的理论水平，又能培养他们的操作能力和创新意识，为未来工程实践打下坚实的基础[9]。
最后，教师可通过考试测验、课程作业和项目报告等多种方式评估学习成效，全面了解学生学习情况和能力水平。这种多元化的评估方式不仅能帮助教师更准确地评价学生的知识掌握程度，也能激发学生的学习兴趣和动力。教师可基于评估结果和学生反馈，不断优化课程结构和教学方法，确保其与环境工程领域的最新发展同步，以满足学生的学习需求。
通过这些具体措施的实施，可显著提升环境工程模拟与仿真课程的教学质量。学生能更好地掌握实际操作技能，为日后职业生涯发展打下坚实的基础。同时，教师也将在不断改进的过程中提升教学水平和专业能力，促进教学与科研的融合，为学生提供更优质的教育服务[10]。
综上所述，环境工程模拟与仿真实验作为近年来迅速发展的新型教学形式，具有重要的教育意义和广泛的应用价值。随着社会对环境工程人才的需求不断增加，对其能力和素质的要求也在持续提高。在此背景下，环境工程教育的教学方法和内容亟须改革和优化，以更好地满足社会发展的需求。传统教学方法主要以理论讲授为主，实践环节相对较少。这种模式虽然能为学生提供系统的理论框架，但在培养学生解决实际问题和创新思维能力方面存在不足。此外，学生往往缺乏将理论知识应用于复杂现实情境中的能力，难以适应快速变化的行业需求。因此，当下教师应充分利用现代信息技术，如虚拟仿真技术和智能教学工具，将理论与实践紧密结合，打造“理论学习+仿真实验+实践操作”的新型教学模式。这种模式不仅能增强课程的实践性和趣味性，还能有效激发学生的学习兴趣和探索精神。通过这种方法，学生不仅能更直观地理解和掌握环境工程中的关键概念和技术，还能在虚拟环境中进行模拟操作，以此积累实践经验。基于虚拟仿真技术，学生可以不断地进行实验操作和假设验证，从而提高其动手能力和分析问题的能力，使其在未来职业生涯中更具竞争力。随着未来科技的进步和教育理念的不断更新，这些技术手段将进一步完善，能为学生提供更为丰富和逼真的学习场景，助力环境工程教育的发展。总之，通过持续优化教学方法和课程内容，环境工程模拟与仿真课程不仅能够更有效地培养具备理论和实践能力的复合型人才，为解决当今社会和环境的挑战作出积极贡献，还有助于推动环境工程教育的进步，引领未来教育的发展趋势，为社会的可持续发展提供源源不断的动力。
参考文献：
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[9]周雪飞,余仕哲,张亚雷.“环境工程模拟仿真”课程的思想政治教学改革探索[J].教育教学论坛,2022(51):5-8.
[10]徐玉萍,邓芳,包静玥,等.虚拟仿真助力下污水处理工艺实验教学方案设计与实践[J].高教学刊,2022(34):121-124.
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