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国家级:市政环境工程虚拟仿真实验教学中心
发布人:叶楠  发布时间:2017-04-01   浏览次数:13

      哈尔滨工业大学的市政环境相关专业依托于4个国家重点学科以及1个国家重点培育学科构成的学科群,拥有1个国家重点实验室(城市水资源与水环境国家重点实验室)和1个国家工程中心(城市水资源开发利用(北方)国家工程研究中心),1个国家级创新研究群体(城市水质转化规律与保障技术)组成的高水平、高层次的学科平台。学校拥有一支实力雄厚、治学严谨的师资队伍。现有教职人员153人,包括中国工程院院士3人,长江学者4名,国家杰出青年科学基金获得者4名,国家千人计划1名,教授46人,副教授51人,教授、副教授占教师总数65% ,博士生导师46名,45岁以下青年教师博士化率达100%。

       伴随着国家节能减排战略的推进,市政环境的这四个本科专业在国内高校中广泛开设(建能专业开设数为230,给排水专业开设数为155,环境类专业开设数为299),每年的本科毕业生数以万计。哈尔滨工业大学分别是上述专业的国家专业指导委员会的主任或副主任单位,在国内本科教育居于领先地位。上述专业的基础实验或专业实验课在传统上以现实情景下,学生进行实验装置设备操作或教师演示为主。需要指出的是,这种传统实验教学方法在环境工程、环境科学、给水排水工程及建筑环境与能源应用工程等本科专业的实验教学实践过程中出现诸多问题,最主要是时空尺度差异极大带来的实验困难问题。1)在宏观气象尺度方面,环境类专业课程往往面向整个流域或城市群,空间尺度大约在几百~几千公里,时间跨度在几年~几十年,影响因素极端复杂,且往往伴随高污染,传统化学、生物实验成本过高,消耗极大,且难以把握现象全貌;2)在城市中尺度方面,建能与给排水专业的主干课都要涉及复杂庞大的城市市政管网系统,这些系统空间尺度大约在几百米~几千千米,普遍深埋于地下,拓扑结构复杂,缺乏可视性,传统地理信息系统采用静态管理,使用平面图加剖面图的方法表示城市给排水管网拓扑结构,数据更新能力差,结果抽象,难以理解。输送介质往往伴随高温高压,压力高,环境恶劣,系统不可及且过程不可逆,利用实际工程表现故障工况下的管网、水力热力工况难度很大,小型缩尺演示类实验根本无法全面反映上述现象;3)在工艺微尺度方面,给排水、环境类专业涉及的城市水处理系统工艺日趋复杂,水处理工艺系统设计运行管理和优化改造过程在教学中难以直观体现,学生在生产实践过程中难以了解其内部构造原理。上述问题目前已严重影响到本科实验教学效果。

       随着学科专业知识与信息技术深度融合,虚拟仿真教学中心的建设很好地解决上述相关专业实验教学中存在的诸多问题:通过虚拟仿真教学中心先进的实验设备,教师可以在教学中直观生动地展示给排水、供热、城市燃气等大型复杂管网输配系统信息、仿真正常运行与故障工况下的管网系统水力与热力特性;三维可视化显示复杂的市政、能源设备内部构造及工艺流程,实时演示大尺度空间内部地-空-气污染传输和环境状态演变,为学生更深入地理解相关课程内容提供了十分重要的教学辅助手段。虚拟仿真教学中心的建设从根本上改变本科实践教学依附于理论教学的传统观念,形成理论教学与实验教学统筹协调的理念和氛围,将先进的教育理念和教学指导思想贯彻到相关本科实验教学工作中,实现理论教学与实践教学一体化,多层次、多模块、相互衔接的科学的实验教学体系。在实验内容、实验方法、实验设备和实验技术等方面紧密跟踪学科发展,不断提高和完善,对提高学生素质,促进学习能力、实践能力和创新能力有着至关重要的作用。

       综上,哈尔滨工业大学拥有的四个市政环境本科专业,针对目前国家发展最为关注的环保节能主题,契合国家中长期发展战略,同时哈尔滨工业大学对上述专业自身的发展具有重要的引领作用。由于专业内容涉及到宏观空间尺度环境影响因素多、城市市政系统复杂且深埋地下、工艺微观结构不易体现等特点,与传统的课堂教学及实验教学手段相比,虚拟仿真具有教学方面独特的优势,同时也是相关学科发展不可替代的技术手段。进一步加强市政环境虚拟仿真教学实验中心的建设,对于探索开创市政环境相关专业本科教学新模式、加深学生的课程理解、提升教学质量具有重要意义。


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