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從水產養殖工程技術發展淺談《水產養殖工程學》教學
隨著全球范圍內水資源的緊缺和環境保護意識的增強,水產養殖的發展將受到越來越多的剛性約束,水產養殖活動也將逐步地從開放水域向離岸陸地發展,以便于實現養殖污染的末端治理(FAO,2010)。
世界對水產品消費需求的增長和水產養殖可利用資源的萎縮,促使水產養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化的環境中,逐步地實現生產過程的精準化和信息化。
此外,越來越惡化的水環境污染使水產養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封閉式養殖的迫切性增強。可以預見,未來對水產養殖業發展的挑戰是: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,同時對環境的損害最小。
工程技術是連接科學發現、技術發明和產業發展之間的橋梁,是實現經濟發展和社會文明進步的強大杠桿(劉鷹,2010)。水產養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殖的交叉學科。主要研究水產養殖設施、設備的建造、研制、開發及其有關生產工藝、營運模式和管理方法的實施和應用。現代科學技術已進人“多學科、多專業、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、跨行業”的強強聯合和優勢互補。
因此,堅持科學目標下的水產養殖工程技術創新,對促進水產養殖業的健康可持續發展具有重要的戰略意義。中國是世界水產養殖第一大國,水產養殖年產量占世界水產養殖總產量的2/3,從業人員總數占世界從業人數的1/3。
一直以來我國水產養殖產業準入門坎較低,從業者文化水平普遍不高。隨著水產養殖的集約化、工程化、精準化和信息化的發展,迫切需要高端的技術人才以提升整個產業的技術水平。因此,水產養殖本科教學對水產養殖專業人才培養具有重要的意義。
《水產養殖工程》是水產養殖本科教學學科體系中重要的專業課程。本文從培養滿足未來水產養殖產業發展需求的人才的角度, 對水產養殖本科專業教學體系中《水產養殖工程》課程的建設相關內容進行了探討,希望能夠為我國水產養殖學科體系的完善和專業人才的培養提供思路和措施。
1 水產養殖工程學研究最新進展水產養殖工程學的主要研究內容包括:重點研究養殖經濟水生生物的適宜生態環境,量化和評價水生生物生長的適宜的環境參數,為工程設計提供依據;著重研究健康養殖和增養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)。隨著水產養殖產業集約化和工程化發展,水產養殖工程學的內涵逐漸豐富,研究重點也從傳統的池塘養殖等模式轉移到封閉式循環水養殖模式。
與傳統研究內容相比,在下述內容方面有了新的進展。
1.1 養殖用水處理技術得到快速的發展
水環境的惡化和水資源的緊缺,迫使水產養殖活動必須逐漸實現養殖過程的清潔生產,養殖用水重復利用是關鍵技術環節。養殖用水水質要求、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,在應用于養殖用水處理時必須進行較大調整。
針對水產養殖產業特點,研究、設計和開發滿足養殖對象生長、生理需求以及有明顯經濟效益的水環境控制技術是水產養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“工廠化養殖海水凈化和高效循環利用關鍵技術”以來,在中等生產規模以上,初步實現了海水循環養殖,減少了傳統養殖污染大量排放的問題,為改變我國海水養殖方式提供了技術支撐。
“十五”期間,上海海洋大學在“淡水魚類循環水工廠化養殖關鍵技術研究與示范”方面取得突破,每立方水體養殖產量達到58kg以上,養殖水體重復利用率達到97%,已在全國10余個水產龍頭企業推廣應用5萬平方米;“十一五”期間,中國科學院海洋研究所承擔了“工廠化海水養殖成套設備與無公害養殖技術”研究及示范,該課題重點突破工廠化養殖的核心技術,創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和生產示范基地,為我國水產養殖業的健康可持續發展提供關鍵技術保障。
中國水產科學研究院漁業機械研究所承擔的“工廠化養殖優化設計及關鍵水但是,我國水產養殖水循環利用的總體技術水平仍然有待提高,主要表現在:我國80%以上的設施化海水養殖還在采用“大進大出”的用水方式,既不利于水環境保護,也造成水資源浪費嚴重,使養殖環節的不可控因素和養殖風險增加;固體顆粒物、硝酸鹽等處理環節的缺失影響了整個水處理系統效率等。
1.2今后必須解決的問題包括:
(1)進一步水產養殖水處理技術水平,顯著提高養殖系統的水體循環利用率,降低水處理成本和能耗。(2)實現養殖過程中主要污染物的資源化處理,提高經濟效益和環境效益;
(3)完善配套性技術環節,實現穩定、高效的設備運行。 越來越多的水產養殖活動從露天轉移到室內,必須構建節能、保溫、堅固的水產養殖車間廠房以滿足水產養殖生產的需要。車間的溫控系統、光照設計、物流系統等環節與水產養殖生產過程的安全、高效進行密切相關。關于這一方面的研究是水產養殖工程學的重要內容。
1.3 養殖生產過程的監控程度加強
隨著養殖密度的增加,養殖風險也相應增加,對生產過程的監控也變得尤為重要。水質在線監測、養殖對象活動的在線監測等技術正逐漸發展并推廣,水產養殖活動向精細化和精準化發展,為水產養殖工程學的發展補充了新的研究內容,也提出了新的挑戰。
1.4 養殖生產工藝的調整
1 隨著水產養殖集約化的發展,養殖密度明顯增加。針對高密度養殖條件下主要經濟魚蝦的生理生態的研究已經得到關注,已經取得的研究成果對確定養殖過程中養殖對象的適宜環境條件,比如不同種類、不同規格的適宜放養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,根據養殖車間的設施狀況,確定最佳養殖工藝,是水產養殖工程學的重要研究內容。
2 水產專業本科教學課程體系中《水產養殖工程》課程的設置現狀我國《水產養殖工程》課程的開設始于20世紀50年代,亦即從有淡水漁業專業開始,歷來為水產養殖專業的重要專業基礎課。在教學上,水產養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殖本科專業開設《水產養殖工程》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,《水產養殖工程》課程并沒有得到普遍的重視。部分高校水產養殖專業未開設水產養殖工程學。在開設《水產養殖工程》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。根據水產養殖產業和水產養殖工程技術體系的發展,進行《水產養殖工程》教材建設的必要性非常迫切。
3 《水產養殖工程》課程教學目的和定位《水產養殖課程》是為應對我國水產養殖在21世紀所面臨的機遇和挑戰,配合我國漁業發展戰略,提高水產養殖專業大學生專業技能和專業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殖工程學的技術內容,認識水產養殖工程學在水產養殖學科體系中的重要地位,掌握水產養殖工程學的核心技術要點和主要養殖模式的工程學技術體系,具備基本的設計、規劃、計算能力,培養學生的專業素質和專業思想,為水產養殖生產和研究做人才儲備。理論上,《水產養殖課程》應作為水產養殖專業必修課程,在本科大三上學期或大二下學期開設。
4 《水產養殖工程》課程教學內容的選擇與設計水產養殖集約化程度的增加和養殖模式的多元化發展,為《水產養殖工程》教學內容的選擇提出了挑戰,授課的內容需要及時進行更新以便能夠培養專業所需的人才。綜合考慮水產養殖的發展和水產養殖工程學的技術研究現狀,主要授課內容應包括:養殖工程所需的信息采集和計算;養殖場的規劃設計;適于魚類生長和能夠快速排除殘餌和糞便的養殖水槽和魚池設計;養殖水體的高效循環利用和供排水設計;無明顯應激的魚類分級技術以及活魚運輸技術;養殖過程的控制和監測;典型養殖模式(封閉式水循環養殖系統、人工繁育、網箱養殖等)的工程要點等。
5 《水產養殖工程》課程教學實踐環節的構建和重要意義實踐教學是培養具有創新能力和綜合素質的復合型工程人才的關鍵環節,是自然科學和工程技術科學的理論與現代生產實踐相結合的教育(薄曉璐,2006)。高等教育培養的本科專業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,而能力訓練是實踐教學的重點與難點。
《水產養殖工程》課程既是一門專業基礎課,又是一門專業課,直接服務于水產養殖生產和研究。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殖本科專業人才培養的需要,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。實踐環節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工具的使用,水處理系統的管理以及養殖車間的維護。驗證型實踐部分包括養殖槽的設計、養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水養殖系統的規劃和設計和生態網箱的設計等。
6 結語水產養殖的集約化、設施化、精準化、信息化推動了水產養殖工程學快速、全面的發展。《水產養殖工程》課程對水產養殖本科專業人才的培養具有重要意義。應根據水產養殖工程學研究現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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