虚拟仿真技术在环境工程学理论及实验教学中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 虚拟仿真技术在环境工程学理论及 实验教学中的应用 【摘 要】环境工程学是环境科 学专业的主干课程，具有实践性、综合 性、多学科性等特征。针对环境工程学 理论及实验教学的特点和存在的问题， 本文在深入分析虚拟仿真教学特点的基 础上，探讨在环境工程学理论及实验教 学中引入虚拟仿真技术教学的可行性和 必要性。 中国论文网 /8/view-12936606.htm 【关键词】仿真技术；环境工程 学；实验实训；教学 环境工程学是面向环境科学专业 高年级本科生开设的专业课，是一门以 数学、物理、化学、生化、微生物、化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 工原理等各种专业知识综合应用为主要 特色的课程，是理论与实践相结合的一 门重要的专业课程。该课程对于培养学 生掌握各类污染物的处理工艺流程，基 本的原理，主要设备的结构、性能以及 主要设备的设计计算，起到了积极的不 可替代的重要作用。课程内容诸如：废 水好氧活性污泥的基本工艺；废水生物 脱氮除磷工艺；选择性还原法净化 NOx 工艺流程；平流式沉砂池工作机理；冲 击式惯性除尘器工作机理；静电除尘器 去除颗粒污染物等难以用宏观实体模型 进行科学而又生动的描述，学生在学习 该部分内容时，会觉得枯燥乏味、难于 理解，从而影响教学效果。为了解决这 个问题，将虚拟仿真技术应用于环境工 程学理论及实验教学是极其必要的。 1 环境工程学的特点及传统教学 中存在的问题 随着环境控制技术迅速发展，污 染控制工程理论和实践的知识量也越来 越多，知识点的更新速度也越来越快。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 我国各理工科院校的环境科学专业基本 都开设有环境工程学课程，但纵观课程 的教学现状，存在诸多不尽如人意的地 方。 1.1 教学内容多且广泛 环境工程学包含废水污染控制、 大气污染控制、固体废物处理以及噪声 控制等，内容多而杂，容易造成学生对 知识的掌握广而不深，学而不精。对应 的专业教材知识更新慢；理论课程课时 过多，实践课程课时少，专业技能训练 难以保证1。 1.2 实习实训教学效果差 环境工程课程实习实训都是集中 将学生带到某个与专业相关的单位比如 污水处理厂，学生只能参观某些处理单 元，不得随便操作任何设备、仪器，对 于如何控制管理水处理工艺的运行、如 何解决运行问题等，仍然得不到学习和 锻炼。实习实训教学现场通常比较嘈杂， 学生对参观的内容往往是“走马观花” ， 不能达到实习实训的目的。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 1.3 实验项目偏少且单一 环境工程实验作为环境工程学理 论课程的后续实验课程，该课程不仅能 加深、巩固学生对环境工程基本理论的 理解，同时还可增强分析问题和进行科 学实验的独立工作能力；有利于掌握有 关环境工程实验研究方法和实验技巧， 培养整理、分析数据能力，提高环境工 艺、工程方面的科研思维能力和创新意 识。但是目前环境工程实验教学仅限于 几个固定实验，比如：活性污泥实验、 大气除尘演示实验、氧传递系数测定实 验等，实验项目偏少。教学方式大多是 在教师讲解之后，学生“ 依样画葫芦 ”进 行实验，学生对实验目的和步骤理解得 不够透彻，在整个实验过程中处于一种 被动的地位。另外，学生对实验设备缺 乏感性认识，即使把实验指导书中对设 备的基本构造、使用方法和注意事项看 了多遍，仍不得要领，甚至不能正确地 操作设备。另外，某些实验项目受到设 备数量、品种、成本等方面的限制而无 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 法开展。 2 虚拟仿真技术在环境工程学理 论及实验教学中的应用 虚拟仿真教学是指利用实物和计 算机软件共同模拟出真实的情境，让学 生在模拟的情境下进行探究和学习。随 着科学技术的迅猛发展，虚拟仿真技术 越来越广泛地被应用于各领域的专业教 学，如自动化2、水电机组监测与故障 诊断等3。虚拟仿真教学可以根据教学 的实际需要和效果，对教学内容进行动 态的组织和修改，具有很强的针对性和 互动性，能够充分发挥学生的主动思维 4。 2.1 虚拟仿真技术水污染控制的 运用 虚拟仿真技术教学可以提升学生 对城市生活废水、工业废水处理系统的 认识，提高教学效果。在仿真系统中， 学生按照时间操作规程的要求对各个工 艺参数进行调整，最终确定处理后的废 水与污泥能否与实际设计的标准要求相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 符5。学生可根据提示熟悉虚拟水厂构 筑物分布和水厂概况，查看主要动力设 备的知识点，了解水厂主要动设备能耗 和药剂成本，了解污水处理厂的相关工 作规定和安全章程等。比如：虚拟仿真 水厂包含巡检项目和事故预案工况等， 分别是正常工况巡检、出水总氮超标、 出水总磷超标、出水 COD 超标、反应 池曝气量调节、初沉池排泥撇渣、内回 流的调节、SVI 调节，从而掌握污水处 理厂常见事故的应急处理预案和解决措 施。 2.2 虚拟仿真技术在大气污染控 制的运用 环境工程学的大气污染物控制教 学部分，通过动态数学模型实时模拟真 实验现象和过程，让学生在计算机 上模拟真实现场操作6。如在大气扩散 教学中，使用仿真演示大气扩散从零维 到三维，从瞬时到连续等多种点、线、 面模式，使抽象的知识具体化。又如在 碱液吸收二氧化硫的仿真实训中，根据 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 系统的运行状况，选择不同的填料、进 气速度、吸收液流量等条件进行操作， 系统自动记录实验数据，并计算实验结 果。该过程可以进行重