随着科学技术发展和生产力的提高，化石燃料的过度开采使用，人类社会对生态环境的污染日趋严重，环境保护事业逐渐成为国家和社会的关注重点，环境治理需求不断上升，环保产业也得到了迅速发展。据研究分析，环境保护行业的发展，除了制定法规、强化管理外，还需依赖于先进的科学技术和优良的专业装备。作为环境专业（环境科学与工程、环保设备等）的一门核心课程，《环保设备原理与设计》详细阐述了目前国内外各种主要环境污染末端治理设备的原理和设计问题，来加深学生对各种环境污染治理问题的认识与理解，满足目前对环境污染治理工程实际对较高层次从业人才的需要。该课程主要讲授的内容包括水处理设备原理与设计、大气污染控制技术与设备和环境污染控制通用配套设备等方面。通过该课程的讲授，将有助于环境专业相关学生能够理解学习工艺与设备之间的辩证关系、促进理论与实践的有机结合、学习掌握国内外先进的环保设备有关技术、培养起科学的工程概念和理论创新意识［1］。
一、《环保设备原理与设计》课程教学现状及问题
从环境科学与工程领域所涉及的培养体系来看，对环保设备专门人才的培养仍处于发展的起步阶段，并存在一系列的问题。例如，学生对于课程学习过分停留在书本知识的掌握，许多环境专业学生到毕业甚至没有接触过环保设备的实体；学生学习积极性不足，不清楚环保设备相关的具体前沿科技和应用场景，认为所学知识在将来的就业上无用武之地；高校教师对学生的专业引导不足，而将更多的精力投入到学术论文的发表和科研项目的申请上。如何通过有效的教学方法改革解决上述问题，是《环保设备原理与设计》这门课程发展亟待解决的一大关键问题。因此，本文将以扬州大学环境科学与工程专业学生为研究对象，设计构思一种教学、实践、科研一体化的教学模式，以期提出一种合理可行的方法解决高等院校在《环保设备原理与设计》课程中的相关问题，有望帮助学生将所学的课堂知识进一步巩固、促进理论学习与实际应用的结合，并培养和锻炼继续从事科研工作的素养与基础［2］。
（一）理论教学方面
《环保设备原理与设计》课程共有32学时，理论内容主要有处理设备原理与设计、大气污染控制技术与设备、环境污染控制通用及配套设备四大部分。其中大部分时间用于环保设备原理的讲解，学生对于工艺原理和基本结构等知识了解较深。但在固定的学时下，学生很难仅从书本上就学习到设备的操作和运行方法。以本课程中重要的知识点离心泵为例，大多数学生能简单说出其工作原理和操作过程中的注意事项，但是却连动手操作甚至认识各类设备的能力都没有。学生“被动式”“填鸭式”地接受课堂上的知识，这也进一步减弱了学生对于学习本课程的兴趣。随着国内外的环保体系的发展与进步以及对外交往的日益增强，环保设备也在不断升级，陈旧的教材也难以满足教学内容与时俱进的需要，相关教学内容往往只能靠课程组教师及时更新，存在一定的局限性，亟待开展有效的方法进行补充和完善。
（二）实践教学方面
《环保设备原理与设计》课程的实践部分目前主要是关注在课程中的设计环节，让学生掌握环保设备中一些典型构筑物的设计步骤和基本原则等。该课程教学中主要存在以下问题：
1．设计过程中往往是在教师提供了具体参数的基础上完成，使得学生的自主设计能力被削弱。同时，学生对于构筑物参数的了解浮于表面，“只知其然，不知其所以然”。学生们无法因地制宜，根据场地的变化对构筑物进行调整。
2．设计过程中对学生们构筑物的图纸要求仅仅停留在手绘的二维平面图上，缺少对于例如AutoCAD之类新型绘图软件的操作和培训要求。
3．设计环节中，学生们更加注重计算环节，缺少对于参数的理解，导致学生难以理解设计的本质原理。如何使繁琐计算之外的知识单元被学生们长期保留，是我们应该思考的问题。目前，实践教学的具体内容仅仅关注于设计层面仍然存在很大的局限性，学生的课程设计本质上还是停留在书面工作，而缺乏对实际设备和相关工作环境的了解。
（三）科学研究方面
尽管《环保设备原理与设计》课程是一个偏重于工程方面的课程，但是课程中涉及许多重要的基本原理。例如，在基于芬顿法发展的环保设备中，相关设备均是建立在芬顿法相关的基本科学原理基础上的，设备的更新、维护、升级更是依赖于对基础理论的理解。然而，单一的课本教学过于抽象，学生对设备的相关设计原理和参数设置缺乏个人理解。这方面能力的提升，需要学生建立一定的科研思维和掌握一定的科研方法，相关基本科研素质的培养在课程教学中也占据了重要地位。同时，毕业升学后继续攻读硕士学位也已成了大量环境科学与工程专业毕业生的首选，本科阶段对相关科研能力的培养可以为后续发展打下良好的基础。课程学习中相关科研能力和思维锻炼的不足，使得相关专业对知识的掌握仍然存在一些局限性，导致学生不能够敏锐地发现问题也难以找出解决问题的办法，导致现在的学生普遍存在“提不出问题也没有问题”现象。这反映了他们科研思维的缺失，也不利于后续的个人发展。通过本科阶段课程学习过程中的强化学生基本科研素养，可能是解决这方面问题的有效途径。
二、《环保设备原理与设计》课程中教学、实践、科研一体化教学的思路
（一）理论教学建设
理论教学是高等教学教育的基础，是实现教学内容和知识传播的最主要途径，理论教学是影响整体教学质量的关键。本文中所提出的教学建设主要针对两方面展开，分别是使用教材建设和软件操作培训。
1．使用教材建设
目前《环保设备原理与设计》使用的教材是高等普通教育“十一五”部级规划教材，侧重讲述一些典型污水处理设备的设计和原理，但是教材存在关联性较弱、实际操作方面内容缺乏等问题。为了弥补这方面的短板，本文考虑在原有教材的基础上，进一步选择优质的辅助性教材对相关缺乏的内容进行补强，帮助学生更好地学习和理解相关原理和设计方法，并且能够与时俱进学习到近年来最新技术进展。教材类的选择主要包括中石化出版社出版的《环保设备原理与设计》（用于强化相关机械设计专业知识和补充最新技术进展）、中国建筑工业出版社出版的《水处理技术设备手册》（用于学生查询了解具体设备的细化操作方法和原理）等。在保持原教材思路的基础上，在辅助性教材中选择具有补充性、时代性和具有更细化讲解的知识内容，对课程教学内容进行优化，有望强化理论教学质量［3］。
2．软件操作培训
通过软件设计环保设备的任务布置强化学生设计水平和软件操作能力。指导老师选择几种简单典型的环保设备，将学生分组形成若干个团队，指导学生对环保设备进行三维绘图设计，并有针对性地提出一些改进方案，要求学生根据方案调整相关设备结构，并通过相关软件绘图及说明书附注的方式让学生们在课堂上学习的知识能够学有所用，与现实接轨，满足企业对人才的需要。同时，增加三维绘图要求，让学生们加强对三维绘图软件如CAD等的了解，也进一步加深学生们对于环保设备的了解。
（二）理论实践建设
实践教学是在理论教学建设基础上的重要教学内容，可以促进学生将所学习的理论知识有效转化为实践能力，是《环保设备原理与设计》课程教学的一个重要环节。为了强化实践教学效果，本文主要提出补充加强重要的实践环节，包括课程设计和环保设备公司实习等。
1．环保设备公司实习
通过生产实习环境强化学生对环保设备的具体了解。教授该课程的老师可前往江苏省宜兴市环保设备产业园进行调研与合作，发现与课本中内容相关性较高的具体环保设备和场地，并与厂家协商带领学生到场进行为期2～3天的实地实习。在实习过程中，主要任务可以分为以下几个方面：（1）跟随工厂员工进行一线生产操作，做到每个学生能够上手操作一次环保设备，将抽象的书本知识与实体设备相关联；（2）理解环保设备运行操作过程中每一个步骤环节的原理，尝试发现目前产业化环保设备与理论教学上的差异，并大胆提出一些改进方法；（3）将实习期间关于企业生产、设备运行、污染物处理、过程环节管理等方面的学习所得和认为存在的问题形成纸质版的实习报告，成为课程考核成绩的一部分。
2．课程设计
在充分的理论学习和环保公司实习基础上，进一步强化学生对相关知识投入到实际应用的能力。通过开设课程设计的方式，锻炼学生在简单的环保设备设计、参数计算和绘图方面的能力。主要任务可以归纳为下：针对一个小型污水处理厂为例，教师提供一个简单的环保设备初步方案，学生需要在此基础上对设备的部件进行合理的构建组装，计算具体反应器尺寸，设计配电、供料和进出水渠道等，绘制出相关设备的三视图，并附注形成相关的说明书，完成相关设计。对于进一步的培养，可以在课程设计环节不提供具体参数，转而提供具体的实际工程案例，让学生们能因地制宜，根据不同的现实案例对于构筑物进行调整，锻炼他们将理论设计与现实因素灵活结合的能力。
（三）科研培训建设
对于在《环保设备原理与设计》课程中加入科研培养建设环节，主要是基于两点考虑。第一，环保设备的设计运行的基础是建立在基础科学理论上的，科研思维的培养对于有效发展学生辩证思维模式，开拓视野和思路；第二，环境专业相关本科生毕业后继续攻读硕士学位已经成为许多学生的首选，因此在本科期间就结合课程开展相关科研培养，有利于为学生提前打好一定基础。本课程的科研培养建设主要分为前沿文献调研和基础实验操作培养两个部分［2］。
1．前沿文献调研能力培养
在本课程教学的过程中，一方面，课本知识的内容存在一定滞后性；另一方面，学生在学习过程中也存在自主调研科研文献能力培养的需要。因此，教师需要教授学生相关文献调研的能力，系统介绍文献调研渠道，如中文数据库的中国知网、万方数据库，英文数据的WebOfScience、谷歌学术等，促进学生掌握如何根据自己的需求查阅相关领域的文献。在教授相关方法的基础上，布置一些有关关键词和环保设备，要求学生能够对开创性的经典文献和最新的前沿文献进行调研、归纳和分享。相关教学的完成将有助于锻炼学生调研前沿知识、归纳整理素材、形成知识网络的能力。
2．基础实验操作能力培养
以基于芬顿法的水污染处理环保设备为例，介绍环保设备运行背后的基本科学原理及设备参数条件设置背后的优化思路。在指导老师或学院相关实验室构建小试体系，以FeSO4为芬顿试剂、染液和抗生素为目标污染物，通过烧杯实验模拟环保设备运行中的降解和检测分析过程。培养学生基本的实验操作能力，锻炼学生对常规实验室检测器材的使用能力。针对复杂的水体环境，指导学生对芬顿反应过程中的实验参数进行优化的尝试，具体参数可包括：投料量、初始pH酸碱度、杂质离子影响、污染物浓度等。布置学生相关任务，实现学生能够独立完成小试的烧杯实验的全过程，从而强化对书本知识理论的理解，规范科研实验过程中的基本操作，拓展对相关领域研究方面的视野，提高设计研发和条件优化能力。
三、结论
在本科生的培养过程中，《环保设备原理与设计》尤为重要。然而，当前阶段该课程的相关教学成果仍然难以满足实际发展需要。通过对课程建设模式的探索，本文提出一种教学、实践和科研一体化的课程模式改革思路，对未来的教学设计和实践提出了一些改革规划和展望，以期通过该模式的运行，取得教学成果的进步，有望促进学生对理论知识的理解、实践能力的提升及科研素养的培育。同时，本文提出的课程改革思路有望对类似课程的改革提供一定的思路和参考。
参考文献
［1］金建祥，丁成，肖波．“卓越”背景下环保设备工程专业人才培养模式探索［J］．长春理工大学学报：高教版，2013（4）：214-215．
［2］刘崇宇，李义兵．科研及教学一体化培养模式研究［J］．广东化工，2018，45（10）：253．
［3］解清杰，吴向阳，赵如金，等．关于环保设备工程专业课程设置及教材建设的思考［J］．中国电力教育，2013（34）：103-104．
作者:宜坚坚 单位:扬州大学环境科学与工程学院
