“水處理實驗技術”課程的教學模式探討

王祝來

摘 要：“水處理實驗技術”是給水排水工程專業(yè)必修課之一，也是水處理教學的重要組成部分。提高本課程的教學水平是給水排水專業(yè)老師所面臨的重要任務之一。該文在前人對本課程教學改革的基礎上，從教學內(nèi)容、教學組織與安排以及教學效果三個方面進行了詳細地探討，總結了一些教學方法，學生在學習本門課程的同時，不僅使學生理論與實踐、綜合素質(zhì)得到了提高，也為學生以后就業(yè)和升學打下了堅實的基礎。

關鍵詞：水處理實驗 教學模式 教學效果

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-02

“水處理實驗技術”是給水排水工程專業(yè)必修課之一，也是水處理教學的重要組成部分。通過本門課程的學習可以加深學生對水處理技術基本原理的理解，培養(yǎng)學生設計和組織水處理實驗方案以及分析實驗數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的初步能力，使學生掌握水處理實驗的一般技能與實驗儀器、設備的基本操作，為學生以后參加水處理工作打下良好的基礎。

對于“水處理實驗技術”課程的教學模式前人探討得不是很多。張可方[1]提出使學生在學習基本實驗技術的同時，了解及掌握目前國內(nèi)外最先進的水處理技術，以開闊學生的視野和思路；張建昆[2]等人從加強相關課程的學習、學生實驗工作、增開綜合性設計性實驗和培養(yǎng)實驗工作態(tài)度等方面，探討了提高“水處理實驗技術”課堂教學質(zhì)量的具體措施；汪愛河[3]等人系統(tǒng)闡述了水處理實驗技術課程教學改革的方向，并對該課程開展科學研究活動、加大開放性實驗的力度和改進考核方法等問題進行了探討；曹勇鋒[4]等人采取開設設計性實驗的教學嘗試，對設計性實驗的選題、開展、效果等方面的做法進行了探討。由此可見，前人對本門課程的教學方法的研究多從自己教學實踐中總結出來適合自己的教學改革方法，筆者從這幾年的本門課程教學中以及在前人的基礎上也總結了些經(jīng)驗，得到了一些體會。

1 教學內(nèi)容

1.1 實驗理論內(nèi)容

筆者所在學校采用的教材為吳俊奇、李燕城主編的“水處理實驗技術”[5]，實驗理論包括以下幾部分內(nèi)容。

1.1.1 實驗設計

①實驗設計基本概念。

②單因素優(yōu)化實驗技術：均分法與對分法，0.618法，分數(shù)法。

③多因素正交實驗設計：正交實驗設計，多指標的正交實驗及直觀分析。

1.1.2 實驗數(shù)據(jù)分析處理

①實驗誤差分析：測量值及誤差，直接測量值誤差分析，間接測量值誤差分析，測量儀器精度的選擇。

②實驗數(shù)據(jù)整理：有效數(shù)字及其運算，實驗數(shù)據(jù)整理，實驗數(shù)據(jù)中可疑數(shù)據(jù)的取舍，實驗數(shù)據(jù)整理計算舉例。

③數(shù)據(jù)處理：單因素方差分析，正交實驗方差分析，實驗成果的表格、圖形表示法，回歸分析。

本門課程選用的教材基本涵蓋了水處理實驗所要求的理論部分內(nèi)容，要求學生了解實驗設計與誤差分析中的一些基本概念，掌握單因素實驗方案設計、方差分析及離群數(shù)據(jù)處理，重點掌握多因素正交實驗設計步驟及其方差分析方法，簡單了解一元回歸分析方法。

1.2 實驗操作內(nèi)容

在參照其他高校與上述教材的基礎上，筆者對實驗內(nèi)容做了如下安排：基本水質(zhì)指標測定6項，包括BOD、COD、SS、氨氮、總氮和總磷；給水處理3項，包括過濾實驗、離子交換軟化實驗和混凝實驗；污水處理4項，包括曝氣充氧實驗、活性炭吸附實驗、污泥比阻實驗和生物濾池實驗；同時將混凝實驗、活性炭吸附實驗和污泥比阻實驗選做為設計性實驗。本門課程給水與污水處理實驗項目與其他高校相差無幾，但提出把BOD、COD、SS、氨氮、總氮和總磷作為基本水質(zhì)指標測定排在其他實驗內(nèi)容前面，目的是考慮學生在水分析化學課程中并沒有設計到或者說不是十分熟悉這方面的內(nèi)容，為后續(xù)的給水和污水實驗水質(zhì)分析做好理論和實踐上準備；同時安排6項水質(zhì)指標測定實驗也是考慮到學生可能會參與到老師的科研活動中，能很快投入進去，熟悉水質(zhì)指標測定流程，可以節(jié)省很多時間以便于留更多時間進行實驗方案的設計和實驗數(shù)據(jù)的分析，提高工作效率?？紤]到課堂教學時間的局限性，生物實驗只進行一項生物濾池實驗，生物實驗要求時間較長，實驗裝置要經(jīng)久耐用，但筆者所在專業(yè)實驗室多為模型裝置，運行時間稍長一點就會損壞，同時時間長也不符合學生作息特點，學生本身課程較多，不宜增加學生負擔。

2 教學組織與安排

本課程教學計劃課時為64學時，其中實驗理論12學時，實驗操作52學時，13個實驗項目，3次理論課，13次實驗課，共16次課。實驗理論教學方法采用課堂集中授課、理論與舉例相結合以及課后做習題進行鞏固的常規(guī)教學方式，使學生對實驗理論主要內(nèi)容即實驗方案的組織設計與數(shù)據(jù)處理理解深刻、記憶牢固，為后續(xù)實驗打下良好的基礎。實驗操作部分將每班分為4個小組，每小組7～8個人，選出一組長，在每次實驗之前對4個組長進行預先講解與培訓。目的是為了考慮水處理實驗操作復雜性以及實驗儀器操作熟練程度，以減輕教師在課堂上壓力。同時由于每次實驗課時的限制，選擇的實驗項目有的不能在實驗課時之內(nèi)完成，所以要求學生要利用課余時間完成余下實驗，做到課前取好水樣、課中實驗、課后繼續(xù)實驗直到完成實驗報告的固定模式。由于每次做同一個實驗的實驗場所、藥品和裝置有所限制，不能同時開設多組同一個實驗，所以按照每班分的組數(shù)開設與組數(shù)相同的實驗個數(shù)，即同時開設4組實驗，4組學生在4組實驗中循環(huán)交替進行實驗，直到完全循環(huán)交替完成再進行下一個4組實驗交替循環(huán)。由于實驗課時的限制，在每次實驗前要做好必要的實驗準備工作，除了提前在校內(nèi)紫湖溪取樣外，還需提前讓實驗員購買全實驗要用的藥品，同時讓學生提前配好藥品，調(diào)試好實驗儀器以及準備好實驗玻璃器皿等。

3 教學效果

3.1 理論與實踐相結合

實踐性教學環(huán)節(jié)實施得好壞必須建立在扎實的基本理論上，學生對“水處理實驗技術”實驗理論學習后，將對后續(xù)實驗成功與否起到舉足輕重的地位。從實驗前的實驗方案設計到實驗結束后的數(shù)據(jù)處理以及到最后出實驗報告，基本理論一直貫穿在整個實驗的過程當中?？梢哉f實驗理論一直指導著實驗課方向而實驗課內(nèi)容又在不斷驗證專業(yè)理論與發(fā)現(xiàn)新技術、新理論，促進了實驗課理論部分進一步發(fā)展。通過不斷的探索與學習使學生在理論與實踐兩個環(huán)節(jié)都得到全面的發(fā)展。筆者學校水處理實驗技術課程基本理論有3次課，共12課時，學生采取課前預習、課堂聽課學習和課后做習題等學習模式，讓學生對理論課主要內(nèi)容要做到心中有數(shù)，相當熟悉的程度，特別是實驗方案的設計和數(shù)據(jù)處理方式要重點掌握，這對學生自己做實驗和參與老師的科研項目都很有幫助。前期的這些理論內(nèi)容學習得好壞，直接關系到后續(xù)實驗操作內(nèi)容特別是設計性實驗的順利進行，而實驗結果好壞，反過來既可以驗證當初實驗方案設計、數(shù)據(jù)處理的正確性又可以驗證實驗原理的正確性，這也同時反映了理論指導實踐、實踐驗證理論的正確思想。

3.2 遵循循序漸進的教學規(guī)律

本門課程的實驗內(nèi)容安排由易到難、由簡單到復雜，從開始的基本水質(zhì)測定方法，到接下來稍為復雜一點的給水處理實驗，最后進行需要污泥培養(yǎng)接種、污水運行調(diào)試的生物處理實驗。筆者認為這種循序漸進的教學模式符合學生自身的特點，水處理實驗要綜合應用到以前幾門課程內(nèi)容，特別是剛開始的水質(zhì)分析與前期學習到的水分析化學知識結合得比較緊密，所以水質(zhì)分析項目測定可以起到一個承上啟下的作用。基本水質(zhì)測定熟悉以后對后續(xù)的給水和污水處理實驗是一個基本保障，使學生能全身心地投入到實驗方案設計和數(shù)據(jù)處理上來。循序漸進的實驗內(nèi)容安排，既符合現(xiàn)代一般教學規(guī)律，又增加了學生學習的積極主動性，使學生由最初對水處理實驗的模糊認識到最終自己能獨立設計實驗方案和獨立進行實驗，對促進課堂的教學效果起到了積極的作用。

3.3 重點帶出一片，提高課堂教學效果

水處理實驗大多不是演示性實驗，而是要求學生每個人自己動手操作?？紤]到實際實驗操作的復雜性，在每次實驗之前利用課余時間對4個小組長進行預先培訓，讓他們對下次課的內(nèi)容以及儀器使用方法熟悉一遍，然后各自帶領他們小組成員完成交給他們的任務。通過這樣的安排一方面可以減輕老師課堂上的壓力、提高實驗教學的效率，另一方面也可以建立起以小組長為核心的實驗小組，通過分工協(xié)作，使小組的每個成員都得到鍛煉，從而進一步提高課堂教學效果。水處理實驗需要操作環(huán)節(jié)、步驟比較多，要求小組成員分工協(xié)作、共同完成實驗任務，這就需要有一個負責人安排各個同學的工作，起到一個核心的作用。例如曝氣充氧實驗，需要做的工作有取樣、記錄時間、測溶解氧濃度、記錄數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理等，小組長就要合理安排各個同學負責各項分工，同時起到一個總體協(xié)調(diào)的作用，最后能順利完成本次實驗的任務。設立小組長并不是指導老師不指導本次實驗，在每組實驗開始前，指導老師都要詳細講解本次實驗內(nèi)容、操作步驟、注意事項等，實驗進行時，指導老師要監(jiān)督學生的實驗步驟，有錯誤地方立即指出，實驗最后指導老師還要審查實驗結果，對實驗異常的數(shù)據(jù)引導學生怎么分析問題所在。通過設立小組長作為負責人，確實能起到重點帶出一片，提高了課堂教學

效果。

3.4 開拓了知識面

在基本水質(zhì)指標測定時采用的標準方法是國家環(huán)保總局主編的《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版），該標準方法幾乎包括了所有關于水質(zhì)分析項目的內(nèi)容，使學生在學習了這些標準方法同時加深了對水處理的基本理論和基本概念的理解，拓寬了知識面。同時根據(jù)各個老師畢業(yè)高校的實驗室儀器狀況，結合本校的實際情況購買一些比較先進又實用的實驗儀器，學生在進行課堂實驗教學和參與各個老師科研項目時都能夠使用到，這就使得學生不僅接觸到本專業(yè)先進儀器，學習到了操作步驟，而且對本領域的前沿知識也有所了解，為他們以后工作打下良好的基礎。

筆者所在學校每年都有優(yōu)本生培養(yǎng)計劃，具體是每個老師都可以帶2-3名優(yōu)本生，讓優(yōu)本生參與到各個老師的科研項目中來，學生在學習了《水處理實驗技術》課程以后實驗操作能力得到了很大的提高，為優(yōu)本生參與科研項目提供了有力保障，同時也為優(yōu)本生拓寬了視野，增加了知

識面。

3.5 綜合能力得到提高

學生所做的實驗，要求學生全程參與，全程跟蹤，直到最終得出實驗結果。由于本門課程課時的限制與實驗條件的制約以及每小組至少要出一個實驗數(shù)據(jù)，所以要求學生充分利用課堂時間自己動手操作完成實驗，要能夠解釋并且解決在實驗中出現(xiàn)的各種各樣問題。另外在實驗過程中我們會用到以前專業(yè)基礎課方面的內(nèi)容，譬如水分析化學、給水工程、排水工程、微生物學等方面的內(nèi)容，這些都是對以前所學內(nèi)容的一次綜合性測驗，培養(yǎng)了學生的綜合專業(yè)技能以及初步的科研能力。

通過開設混凝、活性炭吸附和污泥比阻實驗為設計性實驗，要求學生具備自己獨立設計實驗方案、獨立進行實驗以及獨立分析和解決問題能力，學生要綜合運用到“水處理實驗技術”課程內(nèi)容和以及前面提到的專業(yè)基礎課內(nèi)容，對整個實驗要做到合理安排、操作正確和數(shù)據(jù)合理等要求，開設設計性實驗不僅使學生對以前所學專業(yè)知識有了綜合靈活應用，同時也使學生的團隊協(xié)作、溝通交流等綜合素質(zhì)得到了很大的提高，培養(yǎng)了實事求是的科研工作作風，為學生以后畢業(yè)工作和深造打下了堅實的

基礎。

“水處理實驗技術”課程是給水排水專業(yè)的必修課之一，是給水排水專業(yè)教學內(nèi)容的重要組成部分。該課程內(nèi)容包括實驗理論和實驗操作兩部分，實驗理論是進行實驗操作的前提保障，實驗操作同時反過來驗證實驗理論的正確性。在課堂教學過程中采取循序漸進的教學方法，能夠起到很好的教學效果。

通過設立小組長作為負責人，既減輕了指導老師的負擔，又有了重點帶出一片教學效果。學生在學完本課程以后參與到老師的科研項目中來，既鍛煉自己的綜合能力，又增加了知識面，拓寬了視野。

在學習本課程中要運用到與本專業(yè)相關的一些課程知識以及通過開設設計性實驗，使學生不僅對所學專業(yè)知識能綜合運用而且又使學生的團隊協(xié)作、溝通交流等綜合素質(zhì)得到了很大的提高?？傊?，“水處理實驗技術”課程教學模式的研究及探討，是給水排水專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，隨著教學改革的不斷深入，筆者相信會有更多更好的教學方法摸索出來，為培養(yǎng)新世紀高質(zhì)量的人才我們共同努力奮斗。

參考文獻

[1] 張可方.水處理實驗技術課程的教學改革與實踐[J].廣州大學學報，2003，2（6）：595-597.

[2] 張建昆，宿程遠，張林軍，等.對提高水處理實驗技術教學質(zhì)量的思考與實踐[J].科技信息，2008（34）：8.

[3] 汪愛河，張偉.水處理實驗技術課程教學改革探討[J].科技信息，2010（9）：175.

[4] 曹勇鋒，張可方.水處理實驗技術設計性實驗教學的探討[J].實驗科學與技術，2008，6（2）：122-129.

[5] 吳俊奇，李燕城.水處理實驗技術[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009，