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從水產養(yǎng)殖工程技術發(fā)展淺談《水產養(yǎng)殖工程學》教學
隨著全球范圍內水資源的緊缺和環(huán)境保護意識的增強,水產養(yǎng)殖的發(fā)展將受到越來越多的剛性約束,水產養(yǎng)殖活動也將逐步地從開放水域向離岸陸地發(fā)展,以便于實現(xiàn)養(yǎng)殖污染的末端治理(FAO,2010)。
世界對水產品消費需求的增長和水產養(yǎng)殖可利用資源的萎縮,促使水產養(yǎng)殖向高密度生產方式轉變,魚類的生長將更多地被放在工業(yè)化的環(huán)境中,逐步地實現(xiàn)生產過程的精準化和信息化。
此外,越來越惡化的水環(huán)境污染使水產養(yǎng)殖活動盡可能地擺脫生產過程中對水資源的絕對依賴而實現(xiàn)封閉式養(yǎng)殖的迫切性增強�？梢灶A見,未來對水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的挑戰(zhàn)是:通過技術的進步能夠在有限的空間內獲取更多、更安全的漁獲物,同時對環(huán)境的損害最小。
工程技術是連接科學發(fā)現(xiàn)、技術發(fā)明和產業(yè)發(fā)展之間的橋梁,是實現(xiàn)經濟發(fā)展和社會文明進步的強大杠桿(劉鷹,2010)。水產養(yǎng)殖工程學是把工程技術和水生生物學原理、方法相結合并應用于水產動植物養(yǎng)殖的交叉學科。主要研究水產養(yǎng)殖設施、設備的建造、研制、開發(fā)及其有關生產工藝、營運模式和管理方法的實施和應用。現(xiàn)代科學技術已進人“多學科、多專業(yè)、多領域”的相互交叉、匯聚、融合的新階段,形成了“跨部門、跨地區(qū)、跨行業(yè)”的強強聯(lián)合和優(yōu)勢互補。
因此,堅持科學目標下的水產養(yǎng)殖工程技術創(chuàng)新,對促進水產養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。中國是世界水產養(yǎng)殖第一大國,水產養(yǎng)殖年產量占世界水產養(yǎng)殖總產量的2/3,從業(yè)人員總數(shù)占世界從業(yè)人數(shù)的1/3。
一直以來我國水產養(yǎng)殖產業(yè)準入門坎較低,從業(yè)者文化水平普遍不高。隨著水產養(yǎng)殖的集約化、工程化、精準化和信息化的發(fā)展,迫切需要高端的技術人才以提升整個產業(yè)的技術水平。因此,水產養(yǎng)殖本科教學對水產養(yǎng)殖專業(yè)人才培養(yǎng)具有重要的意義。
《水產養(yǎng)殖工程》是水產養(yǎng)殖本科教學學科體系中重要的專業(yè)課程。本文從培養(yǎng)滿足未來水產養(yǎng)殖產業(yè)發(fā)展需求的人才的角度, 對水產養(yǎng)殖本科專業(yè)教學體系中《水產養(yǎng)殖工程》課程的建設相關內容進行了探討,希望能夠為我國水產養(yǎng)殖學科體系的完善和專業(yè)人才的培養(yǎng)提供思路和措施。
1 水產養(yǎng)殖工程學研究最新進展水產養(yǎng)殖工程學的主要研究內容包括:重點研究養(yǎng)殖經濟水生生物的適宜生態(tài)環(huán)境,量化和評價水生生物生長的適宜的環(huán)境參數(shù),為工程設計提供依據;著重研究健康養(yǎng)殖和增養(yǎng)殖的工程技術方法與措施,為安全高效的生產提供保障(黃朝禧)。隨著水產養(yǎng)殖產業(yè)集約化和工程化發(fā)展,水產養(yǎng)殖工程學的內涵逐漸豐富,研究重點也從傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖等模式轉移到封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖模式。
與傳統(tǒng)研究內容相比,在下述內容方面有了新的進展。
1.1 養(yǎng)殖用水處理技術得到快速的發(fā)展
水環(huán)境的惡化和水資源的緊缺,迫使水產養(yǎng)殖活動必須逐漸實現(xiàn)養(yǎng)殖過程的清潔生產,養(yǎng)殖用水重復利用是關鍵技術環(huán)節(jié)。養(yǎng)殖用水水質要求、水質變化特征和水體利用方式和城市生產生活污水有著本質的區(qū)別。在城市污水和飲用水處理中廣泛應用的生物、化學和物理方法,在應用于養(yǎng)殖用水處理時必須進行較大調整。
針對水產養(yǎng)殖產業(yè)特點,研究、設計和開發(fā)滿足養(yǎng)殖對象生長、生理需求以及有明顯經濟效益的水環(huán)境控制技術是水產養(yǎng)殖工程的一項重要研究內容。自“九五”期間,中國水產科學研究院黃海水產研究所承擔并完成“工廠化養(yǎng)殖海水凈化和高效循環(huán)利用關鍵技術”以來,在中等生產規(guī)模以上,初步實現(xiàn)了海水循環(huán)養(yǎng)殖,減少了傳統(tǒng)養(yǎng)殖污染大量排放的問題,為改變我國海水養(yǎng)殖方式提供了技術支撐。
“十五”期間,上海海洋大學在“淡水魚類循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖關鍵技術研究與示范”方面取得突破,每立方水體養(yǎng)殖產量達到58kg以上,養(yǎng)殖水體重復利用率達到97%,已在全國10余個水產龍頭企業(yè)推廣應用5萬平方米;“十一五”期間,中國科學院海洋研究所承擔了“工廠化海水養(yǎng)殖成套設備與無公害養(yǎng)殖技術”研究及示范,該課題重點突破工廠化養(yǎng)殖的核心技術,創(chuàng)制具有自主知識產權的海水工廠化設施與裝備,建立技術含量高、生產效益好的研究開發(fā)和生產示范基地,為我國水產養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供關鍵技術保障。
中國水產科學研究院漁業(yè)機械研究所承擔的“工廠化養(yǎng)殖優(yōu)化設計及關鍵水但是,我國水產養(yǎng)殖水循環(huán)利用的總體技術水平仍然有待提高,主要表現(xiàn)在:我國80%以上的設施化海水養(yǎng)殖還在采用“大進大出”的用水方式,既不利于水環(huán)境保護,也造成水資源浪費嚴重,使養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的不可控因素和養(yǎng)殖風險增加;固體顆粒物、硝酸鹽等處理環(huán)節(jié)的缺失影響了整個水處理系統(tǒng)效率等。
1.2今后必須解決的問題包括:
(1)進一步水產養(yǎng)殖水處理技術水平,顯著提高養(yǎng)殖系統(tǒng)的水體循環(huán)利用率,降低水處理成本和能耗。(2)實現(xiàn)養(yǎng)殖過程中主要污染物的資源化處理,提高經濟效益和環(huán)境效益;
(3)完善配套性技術環(huán)節(jié),實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的設備運行。 越來越多的水產養(yǎng)殖活動從露天轉移到室內,必須構建節(jié)能、保溫、堅固的水產養(yǎng)殖車間廠房以滿足水產養(yǎng)殖生產的需要。車間的溫控系統(tǒng)、光照設計、物流系統(tǒng)等環(huán)節(jié)與水產養(yǎng)殖生產過程的安全、高效進行密切相關。關于這一方面的研究是水產養(yǎng)殖工程學的重要內容。
1.3 養(yǎng)殖生產過程的監(jiān)控程度加強
隨著養(yǎng)殖密度的增加,養(yǎng)殖風險也相應增加,對生產過程的監(jiān)控也變得尤為重要。水質在線監(jiān)測、養(yǎng)殖對象活動的在線監(jiān)測等技術正逐漸發(fā)展并推廣,水產養(yǎng)殖活動向精細化和精準化發(fā)展,為水產養(yǎng)殖工程學的發(fā)展補充了新的研究內容,也提出了新的挑戰(zhàn)。
1.4 養(yǎng)殖生產工藝的調整
1 隨著水產養(yǎng)殖集約化的發(fā)展,養(yǎng)殖密度明顯增加。針對高密度養(yǎng)殖條件下主要經濟魚蝦的生理生態(tài)的研究已經得到關注,已經取得的研究成果對確定養(yǎng)殖過程中養(yǎng)殖對象的適宜環(huán)境條件,比如不同種類、不同規(guī)格的適宜放養(yǎng)密度及相應的溶解氧濃度,能夠忍受的氨氮、亞硝酸濃度等。在此基礎上,根據養(yǎng)殖車間的設施狀況,確定最佳養(yǎng)殖工藝,是水產養(yǎng)殖工程學的重要研究內容。
2 水產專業(yè)本科教學課程體系中《水產養(yǎng)殖工程》課程的設置現(xiàn)狀我國《水產養(yǎng)殖工程》課程的開設始于20世紀50年代,亦即從有淡水漁業(yè)專業(yè)開始,歷來為水產養(yǎng)殖專業(yè)的重要專業(yè)基礎課。在教學上,水產養(yǎng)殖工程學與其他課程交叉重疊內容少,獨立性很強,為其他任何課程所不能替代(黃朝禧等,2005)。目前我國高校水產養(yǎng)殖本科專業(yè)開設《水產養(yǎng)殖工程》課程的學校有:廣東海洋大學,上海海洋大學,中國海洋大學,西南大學,華南農業(yè)大學等。開設學期基本上是大三或是大四,教材多選用自編教材。除了廣東海洋大學,其他高校的課時數(shù)基本上在30～40之間。課程內容包括理論和實踐教學,實踐學時占總學時數(shù)的30%作用;課程性質有必修和選修兩種(表1)。對收集的資料進行分析表明,《水產養(yǎng)殖工程》課程并沒有得到普遍的重視。部分高校水產養(yǎng)殖專業(yè)未開設水產養(yǎng)殖工程學。在開設《水產養(yǎng)殖工程》課程的高校,大部分選用自編教材。黃朝禧教授主編的《水產養(yǎng)殖工程》是目前唯一的中文專著,內容側重于土木工程。根據水產養(yǎng)殖產業(yè)和水產養(yǎng)殖工程技術體系的發(fā)展,進行《水產養(yǎng)殖工程》教材建設的必要性非常迫切。
3 《水產養(yǎng)殖工程》課程教學目的和定位《水產養(yǎng)殖課程》是為應對我國水產養(yǎng)殖在21世紀所面臨的機遇和挑戰(zhàn),配合我國漁業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,提高水產養(yǎng)殖專業(yè)大學生專業(yè)技能和專業(yè)素質的一門重要課程。通過該課程的學習,要求學生能夠全面了解水產養(yǎng)殖工程學的技術內容,認識水產養(yǎng)殖工程學在水產養(yǎng)殖學科體系中的重要地位,掌握水產養(yǎng)殖工程學的核心技術要點和主要養(yǎng)殖模式的工程學技術體系,具備基本的設計、規(guī)劃、計算能力,培養(yǎng)學生的專業(yè)素質和專業(yè)思想,為水產養(yǎng)殖生產和研究做人才儲備。理論上,《水產養(yǎng)殖課程》應作為水產養(yǎng)殖專業(yè)必修課程,在本科大三上學期或大二下學期開設。
4 《水產養(yǎng)殖工程》課程教學內容的選擇與設計水產養(yǎng)殖集約化程度的增加和養(yǎng)殖模式的多元化發(fā)展,為《水產養(yǎng)殖工程》教學內容的選擇提出了挑戰(zhàn),授課的內容需要及時進行更新以便能夠培養(yǎng)專業(yè)所需的人才。綜合考慮水產養(yǎng)殖的發(fā)展和水產養(yǎng)殖工程學的技術研究現(xiàn)狀,主要授課內容應包括:養(yǎng)殖工程所需的信息采集和計算;養(yǎng)殖場的規(guī)劃設計;適于魚類生長和能夠快速排除殘餌和糞便的養(yǎng)殖水槽和魚池設計;養(yǎng)殖水體的高效循環(huán)利用和供排水設計;無明顯應激的魚類分級技術以及活魚運輸技術;養(yǎng)殖過程的控制和監(jiān)測;典型養(yǎng)殖模式(封閉式水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)、人工繁育、網箱養(yǎng)殖等)的工程要點等。
5 《水產養(yǎng)殖工程》課程教學實踐環(huán)節(jié)的構建和重要意義實踐教學是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和綜合素質的復合型工程人才的關鍵環(huán)節(jié),是自然科學和工程技術科學的理論與現(xiàn)代生產實踐相結合的教育(薄曉璐,2006)。高等教育培養(yǎng)的本科專業(yè)人才須具有工程意識和工程能力這兩個最基本的素質。學生在校學習期間,這兩個素質主要依賴實踐教學來實現(xiàn),而能力訓練是實踐教學的重點與難點。
《水產養(yǎng)殖工程》課程既是一門專業(yè)基礎課,又是一門專業(yè)課,直接服務于水產養(yǎng)殖生產和研究。本課程主要特點是實踐性很強,若單純靠課堂教學,學生很難掌握。如何使它適應水產養(yǎng)殖本科專業(yè)人才培養(yǎng)的需要,實踐性教學非常重要。通過實踐教學,理論與實踐結合,理解消化教學內容,提高學生學習積極性,增強學 習效果。實踐環(huán)節(jié)內容的選擇應緊緊圍繞教學目的,結合理論授課內容,即是對理論授課內容的鞏固,更重要的是對理論授課內容的拓展。(水產養(yǎng)殖工程)課程實踐教學部分按類別可分為操作型、驗證型和驗證型。操作型實踐主要包括常規(guī)工具的使用,水處理系統(tǒng)的管理以及養(yǎng)殖車間的維護。驗證型實踐部分包括養(yǎng)殖槽的設計、養(yǎng)殖場給排水管路設計、水處理反應器設計等部分。綜合性實踐部分包括循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的規(guī)劃和設計和生態(tài)網箱的設計等。
6 結語水產養(yǎng)殖的集約化、設施化、精準化、信息化推動了水產養(yǎng)殖工程學快速、全面的發(fā)展。《水產養(yǎng)殖工程》課程對水產養(yǎng)殖本科專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要意義。應根據水產養(yǎng)殖工程學研究現(xiàn)狀和進展選擇和配置授課內容,重視實踐教學。
參考文獻
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