實踐能力遞進式培養(yǎng):水質(zhì)工程學(xué)課程實驗教學(xué)改革

張 萍，李艷紅，曾鴻鵠

(桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林541004)

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的持續(xù)發(fā)展和人類對環(huán)境的重視，社會對給排水專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)人才的需求日益旺盛。當今社會需求的人才，不僅要有扎實的理論知識，而且更要有強大的實踐能力以及高綜合素質(zhì)。實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與綜合素質(zhì)的重要途徑。水污染的治理研究領(lǐng)域非常寬廣，并且不斷有新理論、新技術(shù)及新工藝出現(xiàn)，這就要求實驗教學(xué)不斷更新內(nèi)容、改變方法。

我校以往的水處理實驗教學(xué)分為給水處理工程、廢水處理工程、工業(yè)廢水處理工程、工業(yè)給水處理工程，每門課程有2-3個實驗課，依附于理論課，這樣的弊端是實驗課在課程中占的比例很小，學(xué)生不重視實驗課，認為只要理論課學(xué)好了，學(xué)分依然能拿到，有些學(xué)生甚至不上實驗課，理論課考試通過了，學(xué)分也就拿到了。鑒于以上原因，我校將給水排水專業(yè)中上述幾門水處理方面的課程合成一門水質(zhì)工程學(xué)，實驗課獨立為一門《水質(zhì)工程學(xué)實驗》，總學(xué)時48，學(xué)分為2.5，由實驗室專職教師承擔(dān)。這樣避免了學(xué)生不重視實驗課，特別是水處理綜合實驗，實驗室教師可全程輔導(dǎo)學(xué)生。

一 改革實驗教學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

《水質(zhì)工程學(xué)實驗》在給水排水工程專業(yè)中占有較重的位置，合并前的幾門實驗課學(xué)時數(shù)和內(nèi)容都很少，不能完全體現(xiàn)現(xiàn)代化水污染控制理論與技術(shù)的具體應(yīng)用，所以，增加綜合性的實踐環(huán)節(jié)，是專業(yè)課實驗教學(xué)改革的重要方向。

1.調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容

48學(xué)時的《水質(zhì)工程學(xué)實驗課》，分為實驗理論基礎(chǔ)6學(xué)時、驗證性實驗2項、綜合實驗9項，水處理綜合設(shè)計性實驗1項。將過去的有關(guān)給水處理、污水處理、工業(yè)給水處理、工業(yè)廢水處理、水處理生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)等課程中的實驗內(nèi)容重新調(diào)整。增加許多新的內(nèi)容，并根據(jù)處理方法的不同分為物化處理和生物處理兩大類別［1］。

2.《水質(zhì)工程學(xué)實驗》的實驗項目設(shè)計

實驗項目的設(shè)置中，綜合性、設(shè)計性實驗占總實驗課時的75%。實驗分為驗證型實驗、設(shè)計型和綜合型實驗，這些實驗項目中有水處理中主要指標的分析測試項目，設(shè)置此類項目是因為給排水專業(yè)未設(shè)置相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗;有傳統(tǒng)給水、污水處理工藝的實驗，設(shè)置此類項目可以加深學(xué)生對給水和污水處理技術(shù)方面基本原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生水的基本技能;還有反映國內(nèi)外水處理技術(shù)方面的新技術(shù)、新工藝的實驗，此類實驗的設(shè)置可以讓學(xué)生了解國內(nèi)外水處理技術(shù)的發(fā)展方向和流行趨勢。主要實驗項目包括:污水的可生化性能測定實驗、評價活性污泥性能測定實驗、混凝實驗、成層沉淀實驗、過濾實驗、水的軟化實驗、活性炭吸附實驗、曝氣設(shè)備充氧實驗、酸性廢水中和吹脫實驗、電解法處理電鍍廢水及水處理綜合實驗等。水質(zhì)工程學(xué)實驗改革的重點就是開設(shè)了水處理綜合實驗。通過這些實驗項目，使學(xué)生的動手能力增強，對書本知識的理解更加深入。

二 改革實驗教學(xué)方法

教學(xué)方法的改革遵循取其精華，去其糟粕的原則。針對不同實驗項目的特點，采取不同的教學(xué)方法。

傳統(tǒng)的專業(yè)課實驗主要采用以“教”為中心的教學(xué)方法，即課前指導(dǎo)教師將所有的實驗用品準備好。上課時教師首先講解具體的實驗操作，然后學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書要求進行實驗。對于評價活性污泥性能測定實驗、污水的可生化性能測定實驗、混凝實驗、成層沉淀實驗、過濾實驗、離子交換實驗、成層沉淀、活性炭吸附實驗、曝氣設(shè)備充氧等驗證性實驗，依然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能。

水處理綜合實驗則采用以“學(xué)”為中心的教學(xué)模式。

以“學(xué)”為中心的教學(xué)方法，教師指導(dǎo)、輔導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐，在教學(xué)過程中注重啟發(fā)、討論和探索，強調(diào)以學(xué)生為中心，學(xué)生不是被動接受知識，而是主動建構(gòu)實驗。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自行選題、查詢資料、設(shè)計實驗方案、準備實驗并獨立完成實驗。實驗過程中，學(xué)生主動探索知識，發(fā)現(xiàn)問題，自己分析和解決問題，教師僅做適當?shù)囊龑?dǎo)和指導(dǎo)。經(jīng)過一次全面綜合實驗過程，學(xué)生的實驗技能、綜合能力得到了鍛煉和提高［3-5］。

經(jīng)過教學(xué)改革后，把傳統(tǒng)教學(xué)方法與創(chuàng)新的教學(xué)方法有機地結(jié)合起來，有助于培養(yǎng)學(xué)生的積極性，養(yǎng)成獨立思考和嚴謹?shù)目茖W(xué)精神，提高學(xué)生的綜合能力，是驗證性、演示性實驗的重大改革和發(fā)展。

三 水處理綜合實驗的平臺建設(shè)［6］

1.水處理實驗裝置建設(shè)，包括污水處理、給水處理實驗裝置。實驗室購置了混凝攪拌機、吸附柱、調(diào)節(jié)池、電解池、離子交換實驗裝置、SBR池、生物轉(zhuǎn)盤、曝氣生物濾池等水處理新工藝的實驗裝置。

2.水質(zhì)分析測試儀器購置。購置了BOD快速測定儀、COD測定儀、COD速測儀、NH4-N測定儀、DO測定儀、恒溫振蕩器、電子分析天平、在線檢測ORP/DO/pH儀等，大大改善了實驗條件。

水處理綜合創(chuàng)新實驗平臺建設(shè)以后，給《水質(zhì)工程學(xué)實驗》課程中開設(shè)水處理綜合實驗提供了必要條件。

四 水處理綜合實驗教學(xué)實踐探索

為了使水處理綜合創(chuàng)新實驗平臺得到充分利用，結(jié)合實驗基礎(chǔ)理論教學(xué)的同時，在實驗平臺上進行多媒體教學(xué)和現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合，詳細介紹每一種實驗裝置的工作原理、構(gòu)造、功能以及可能開展的設(shè)計性實驗，將先進的計算機應(yīng)用技術(shù)與實驗教學(xué)有機地結(jié)合起來。

水處理綜合實驗可分為物化處理和生物處理兩個實驗方向。

物化處理實驗，學(xué)生通過水的物化處理工藝設(shè)計，將混凝攪拌機、電解裝置及離子交換等實驗裝置根據(jù)進水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求進行優(yōu)化組合，調(diào)試運行，記錄實驗數(shù)據(jù)，分析處理效率，得出處理方法是否可行的結(jié)論。水的生物處理實驗，學(xué)生通過組合實驗裝置設(shè)計實驗方案，培養(yǎng)活性污泥，確定SVI、MLSS、DO、HRT等運行參數(shù)，分析進出水水質(zhì)，確定各污染物(COD、BOD、TN、TP、SS等)的去除效率，對活性污泥法、曝氣生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤等處理廢水有了實質(zhì)性的了解，提高了他們分析問題解決問題的能力。

實驗以5～8人為一個小組設(shè)計實驗方案，要求每個小組的實驗方案都不相同;確定實驗方案并經(jīng)過指導(dǎo)教師修改同意以后，就可以實施實驗方案。具體實驗方案有:糖蜜酒精廢水好氧-厭氧生物處理;糖蜜酒精廢水物化處理;中藥廢水生物處理實驗;中藥廢水物化處理實驗;米粉廢水生物處理實驗;米粉廢水物化處理實驗;電鍍廢水物化處理實驗等。

學(xué)生們在實驗中，本著科學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度，充分發(fā)揮自己的主觀能動性。從實驗用水的選擇和采集、實驗方法的制定、實驗藥品的配制、實驗設(shè)備的使用，整個實驗過程都全部獨立完成，教師起指導(dǎo)作用并提供實驗所需儀器和藥品。實驗完成后，學(xué)生運用所學(xué)的數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)知識結(jié)合一些新的計算機軟件模式進行實驗數(shù)據(jù)的處理，提交了高質(zhì)量的實驗報告。

近4年來，在給排水本科水質(zhì)工程學(xué)實驗教學(xué)中開設(shè)水處理綜合實驗，取得了較好的教學(xué)效果。

2005級、2006級給水排水專業(yè)學(xué)生的綜合性實驗的內(nèi)容為糖蜜酒精廢水生物處理實驗、中藥廢水生物-化學(xué)處理。通過實驗，學(xué)生對工業(yè)廢水處理工藝中常用的好氧-厭氧處理工藝有了比較全面的了解，并將生物處理后未達標的廢水進一步進行混凝物化處理，將生物處理和物化處理結(jié)合起來，增強了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實際動手能力。加深了對所學(xué)混凝、沉淀理論等內(nèi)容的理解。

2007級給水排水專業(yè)學(xué)生的綜合設(shè)計性實驗結(jié)合桂林的實際需要，學(xué)生選題增加了米粉廢水的生物處理實驗。不同的小組利用曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤兩種方法分別進行了處理，并做了對比，不僅得出了比較系統(tǒng)科學(xué)的結(jié)論，也充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及既能科學(xué)嚴謹又能靈活處理問題的能力。

五 實驗教學(xué)改革效果

1.提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力

傳統(tǒng)實驗項目的設(shè)置鍛煉了學(xué)生的基本實驗技能。在此基礎(chǔ)上進行的水處理綜合實驗，涉及的知識面廣，需要查閱大量的書籍和文獻，開闊了視野，才能選題、設(shè)計實驗方案、選擇實驗設(shè)備、確定檢測方法，同時也培養(yǎng)了學(xué)生探索、學(xué)習(xí)的能力、創(chuàng)新的能力。在實驗方案實施過程中，，需要學(xué)生自己動手獨立操作實驗設(shè)備、解決實驗中出現(xiàn)的問題，這就提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力［7］。

2.增強了同學(xué)之間協(xié)同合作的意識

一個實驗只靠一個人是完不成的，特別是水處理綜合實驗，從選題到實驗的實施，都需實驗小組所有成員的參與。這就提高了學(xué)生團結(jié)合作，協(xié)同作戰(zhàn)的意識。

3.促進了科研課題與實驗教學(xué)的有機結(jié)合

實驗教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合專業(yè)發(fā)展的方向和動態(tài)，并與最新的技術(shù)成果相結(jié)合。引入能夠反映科研成果的實驗技術(shù)和實驗方法。給排水教研室和實驗室的師資隊伍具有較強的從事科研工作的能力。承擔(dān)國家級、省部級及橫向科研項目。根據(jù)科研工作積累的經(jīng)驗。有計劃地設(shè)計與研制一些新的教學(xué)實驗設(shè)備并對原有的實驗設(shè)備進行了改進。滿足實驗教學(xué)發(fā)展的需要，如自行設(shè)計的水的軟化實驗裝置等。

在開設(shè)實驗的時候，結(jié)合研究課題開展設(shè)計性實驗。如各年級開展的糖蜜酒精廢水的生物處理及化學(xué)處理，結(jié)合了教育部科技重點項目“糖業(yè)含硫高濃度有機廢水厭氧處理工藝研究〔教技司02119〕”及省部級廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目《糖蜜有機廢液資源化應(yīng)用研究》(桂科攻0592003-3)，米粉廢水的處理結(jié)合了橫向項目《桂林某米粉廠廢水處理》，2008級給排水專業(yè)的學(xué)生就結(jié)合橫向項目《荔浦某電鍍廠廢水處理》開展了電鍍廢水物化處理綜合實驗，學(xué)生根據(jù)廢水性質(zhì)，設(shè)計了電解-混凝的處理方案，取得了良好的效果。

4.促進了教師業(yè)務(wù)水平的提高

實驗課涉及的知識面廣，在實驗教學(xué)改革嘗試中，許多實驗的內(nèi)容是比較前沿的技術(shù)和方向。因此，要求教師不但要有本學(xué)科扎實的理論基礎(chǔ)，還要有較高的實驗技能，同時還要不斷加強業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，更新知識，才能夠勝任實驗教學(xué)［8］。

六 結(jié)語

根據(jù)社會對人才的需要，現(xiàn)在各高校的實驗課程都在進行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革，努力提高學(xué)生的動手能力、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。水質(zhì)工程學(xué)實驗在培養(yǎng)學(xué)生給水處理和排水處理方面的實驗?zāi)芰ζ鹬匾淖饔?。我們在水質(zhì)工程學(xué)實驗教學(xué)方面不斷探索新的方法，取得了良好的教學(xué)效果。

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