基于CAI的電廠水處理教學(xué)改革研究

王偉卓 李煥冬

摘要：電廠水處理是東北電力大學(xué)給水排水工程專業(yè)的特色專業(yè)課之一，是學(xué)生日后工作的優(yōu)勢(shì)科目，和學(xué)生對(duì)電廠水處理的理解和學(xué)習(xí)著重要的作用。由于水工藝的特殊性和復(fù)雜性，單純通過講授難以滿足教學(xué)要求;受高校自身?xiàng)l件的限制，難以開展深入的課程實(shí)踐活動(dòng)，所以急需開展課程的改革以適應(yīng)新時(shí)期教學(xué)要求，本研究以計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)為基礎(chǔ)思路，探討了結(jié)合計(jì)算機(jī)的電廠水處理的先進(jìn)課程改革方法并提出建議。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);電廠水處理;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0070-02

由于新時(shí)期教育改革的不斷深化，高校教學(xué)尤其是專業(yè)課教學(xué)出現(xiàn)了很多新問題，一方面系統(tǒng)化的教學(xué)體系要求教師能在很少的課時(shí)內(nèi)完成對(duì)一門課的講授;另一方面，由于新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，使得教材難以跟上發(fā)展現(xiàn)狀，教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。CAI是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction）的簡(jiǎn)稱，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的一個(gè)主要方面，目前它正逐步形成為一門現(xiàn)代教育技術(shù)的新學(xué)科，并正向信息化的方向發(fā)展，是各國計(jì)算機(jī)應(yīng)用和教育技術(shù)研究的重要課題。電廠水處理作為電力大學(xué)的優(yōu)勢(shì)科目，在教學(xué)改革中也遇到了相應(yīng)的問題，找到一種方法能夠妥善解決教育與實(shí)踐之間的矛盾成為急需解決的問題。

一、介紹

CAI的發(fā)展經(jīng)歷了由硬件發(fā)展到軟件發(fā)展的過程，最初的計(jì)算機(jī)教學(xué)主要是利用計(jì)算機(jī)作為傳統(tǒng)教具的替代，比如作為運(yùn)算工具出現(xiàn)，此時(shí)的計(jì)算機(jī)教學(xué)多數(shù)停留在對(duì)硬件系統(tǒng)的開發(fā)上。而后，由于計(jì)算機(jī)硬件已經(jīng)達(dá)到了教學(xué)所需要的“飽和”狀態(tài)而不需要進(jìn)一步開發(fā)，隨著計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展，越來越多的教學(xué)軟件被提到了比較重要的研究方向上，很多高校開發(fā)出基于VB、C＼C++等高級(jí)語言的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等教學(xué)軟件[4]。這些教學(xué)軟件極大的提高了教學(xué)效率，使原本在課堂上無法完成或者沒有時(shí)間的完成的推導(dǎo)運(yùn)算成為了可能。但是，大量的研究表明，單純利用一種媒體是難以實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)手段的有效提升的，而且目前也找不到一種可以全方位體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的教學(xué)媒體，所以基于計(jì)算機(jī)的多媒體教學(xué)成為了目前研究的熱點(diǎn)[1]。隨著計(jì)算機(jī)程序開發(fā)的不斷深入、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的完善，目前計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)已經(jīng)不再局限于運(yùn)算結(jié)果、實(shí)物圖片演示而是拓展到教學(xué)的多個(gè)方面，如師生互動(dòng)、仿真體驗(yàn)等。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這種互動(dòng)克服了時(shí)間和空間的距離，能夠適應(yīng)多種教學(xué)目的的教學(xué)手段，在教學(xué)中將越來越起到關(guān)鍵的作用。

二、目前電廠水處理教學(xué)存在的主要問題

1.教學(xué)內(nèi)容落后

由于目前傳統(tǒng)教材的更新速度受到再版時(shí)間的制約，很難將新工藝和新規(guī)范與時(shí)代同步，甚至出現(xiàn)很多早已被淘汰的工藝還在教材中當(dāng)作先進(jìn)方法[2]。而且，教材的改版受到多方面的限制很難做到大篇幅、全方位的重新編制。目前，很多教師為了解決這個(gè)問題，采用自己補(bǔ)充課外資料的辦法，但是這種補(bǔ)充受困于教師水平和教學(xué)態(tài)度的影響。由于各高校師資水平發(fā)展不同，這種差異造成了很難使不同學(xué)校的知識(shí)擴(kuò)展達(dá)到相近水平，加上學(xué)校硬件、生源等諸多因素，使得不同學(xué)校的同一專業(yè)畢業(yè)生對(duì)同一門課程的理解有著很大的差異。

2.教學(xué)方式落后

作為專業(yè)課教師，大多數(shù)教師都無法做到專業(yè)以外的知識(shí)熟練應(yīng)用，很多計(jì)算機(jī)仿真、模擬功能單單依靠授課的專業(yè)教師是無法開發(fā)利用的，所以雖然跨入了計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，但是專業(yè)課的教學(xué)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有利用先進(jìn)的技術(shù)，還是停留在講授為主、課后習(xí)題為次的狀態(tài)，對(duì)于先進(jìn)的教學(xué)方式使用不熟練，甚至完全不使用。學(xué)生作為接受新事物較快的群體，在進(jìn)入高等教育前早已習(xí)慣計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)帶來的便利，很難接受這種與時(shí)代脫節(jié)的模式，舊有的教學(xué)模式很難吸引他們的注意力、喚起學(xué)習(xí)熱情，所以這種教學(xué)效果很不理想。

3.教學(xué)計(jì)劃落后

作為我校特色課程之一，電廠水處理曾經(jīng)分配了較大的學(xué)時(shí)，由于教學(xué)總學(xué)時(shí)的調(diào)整，該課的學(xué)時(shí)不免受到影響，而這門課程需要大量的水處理相關(guān)知識(shí)做基礎(chǔ)，是多種水處理工藝的綜合體現(xiàn)，而且很多工藝與其他課程交叉，所以按照目前的學(xué)時(shí)安排很難深入講解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)。與其他水處理課程相比較，電廠水處理試驗(yàn)要求精度高，需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，無法開展簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)課來增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐認(rèn)識(shí)，而受到費(fèi)用、學(xué)生安全等實(shí)際問題的制約不容易開展電廠實(shí)習(xí)活動(dòng)。

三、CAI的優(yōu)越性

1.CAI直觀性強(qiáng)，信息容量大

目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)得到飛速發(fā)展，不但硬件遠(yuǎn)超過教學(xué)使用要求的水平，各類教學(xué)軟件也越來越適合教學(xué)應(yīng)用。由于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以結(jié)合多種媒體，并將各種媒體的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，所以多種新型的教學(xué)手段被廣泛的使用[3]。通過計(jì)算機(jī)，我們可以展示辨率高的圖片甚至是FLASH動(dòng)畫等教材中無法體現(xiàn)的部分，表現(xiàn)出各處理單元間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，所以能夠讓學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)電廠水處理的工藝流程。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中，我們可以將一些實(shí)驗(yàn)室無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)，比如吸附樹脂的再生過程等，通過計(jì)算機(jī)可以將水處理單元中水質(zhì)的變化展現(xiàn)出來。

2.CAI讓即時(shí)可變與長(zhǎng)久保存同時(shí)存在具有可能

傳統(tǒng)教材的知識(shí)信息一旦落后，只能等待再版時(shí)補(bǔ)充新內(nèi)容，由于受到多種原因的限制，即使再版也可能無法將所有新內(nèi)容完全補(bǔ)充。但是計(jì)算機(jī)可以將數(shù)據(jù)庫開放并結(jié)合在線更新，實(shí)現(xiàn)將新的知識(shí)單元及時(shí)補(bǔ)充。同時(shí)，計(jì)算機(jī)可以將大量的教學(xué)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存，并且通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析調(diào)整教學(xué)安排和教學(xué)重點(diǎn)，可以做到在不拋棄傳統(tǒng)工藝知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)不斷更新。目前的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，海量的教學(xué)內(nèi)容都可以非常方便快捷的保存;計(jì)算機(jī)軟件的在線更新也十分便利，通過下載數(shù)據(jù)包，不但可以更新數(shù)據(jù)庫而且可以更新軟件功能。

3.CAI具有較強(qiáng)的互動(dòng)性

在教學(xué)過程中，學(xué)生往往會(huì)提出各種問題，傳統(tǒng)教學(xué)方式就是針對(duì)問題進(jìn)行講解，而受到教師水平和學(xué)生理解能力的限制，這種方式效果往往不好。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)性，并通過更加直觀便捷的方式給予輔導(dǎo)。此外，高等教育除了課堂外還有大量的學(xué)生自主完成的學(xué)習(xí)部分，通過設(shè)置學(xué)生自主學(xué)習(xí)模塊，可以讓學(xué)生在課外得到充分的計(jì)算機(jī)輔導(dǎo)教學(xué)，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)師生教學(xué)的實(shí)時(shí)互動(dòng)，不但在課堂上可以提出問題，在課外遇到問題也同樣可以提出問題。

四、CAI在電廠水處理教學(xué)的應(yīng)用

電廠水處理作為一種特殊的水處理工藝，除了基礎(chǔ)課中學(xué)習(xí)的一般水處理技術(shù)外，還需要掌握相當(dāng)部分的特殊反應(yīng)流程。在授課過程中，教師需要將邏輯關(guān)系理順，尤其是要將各水處理單元（陰床、陽床等）的先后順序及原理表述清楚，所以應(yīng)該通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)條理清晰、邏輯關(guān)系明確的體系，使教學(xué)過程得以順利實(shí)施。

根據(jù)課程的需要，我們將計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)分為四個(gè)功能模塊，分別為反應(yīng)機(jī)理模塊、反應(yīng)單元模塊、規(guī)范模塊和師生互動(dòng)模塊。其中，反應(yīng)機(jī)理模塊是主要介紹各個(gè)反應(yīng)單元的凈水機(jī)理，而反應(yīng)單元模塊則是按實(shí)際處理工藝的流程將各個(gè)反應(yīng)單元分別介紹，在工藝模塊與反應(yīng)單元模塊間設(shè)置鏈接，使反應(yīng)原理與反應(yīng)單元對(duì)應(yīng)起來，通過點(diǎn)擊可以使學(xué)生清晰的將電廠水處理的工藝流程直觀的體現(xiàn)，并將工藝的機(jī)理以生動(dòng)的形式展現(xiàn)。規(guī)范模塊分為規(guī)范條文和條文說明兩個(gè)部分，將電廠水處理相關(guān)規(guī)范文件列入數(shù)據(jù)庫，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)各條文與條文說明的對(duì)應(yīng)鏈接，這種設(shè)計(jì)可以在教師授課以及學(xué)生課后學(xué)習(xí)的過程中有效的提高授課以及學(xué)習(xí)效率，并使知識(shí)更加系統(tǒng)化。師生互動(dòng)模塊可以使用賬號(hào)登陸，師生享有不同的權(quán)限，教師通過系統(tǒng)進(jìn)行備課、教學(xué)內(nèi)容更新、在線答疑等工作，學(xué)生登陸系統(tǒng)進(jìn)行課后學(xué)習(xí)。這種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)不單單作為課堂上多媒體展示的工具，而且兼具了教學(xué)輔導(dǎo)、課后答疑、師生互動(dòng)以及最為重要的知識(shí)更新的功能，其系統(tǒng)框架如圖1：

五、CAI的發(fā)展方向與前景

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的人機(jī)交互性和模擬仿真能力已經(jīng)隨著科技發(fā)展得到前所未有的進(jìn)步和利用，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在未來將會(huì)得到更大幅度提高，是未來教育發(fā)展的趨勢(shì)。電廠水處理所具有的水處理工藝的特殊性和復(fù)雜性，使得開發(fā)一種更直觀、邏輯性更強(qiáng)的教學(xué)手段成為必須解決的問題，而計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)恰好填補(bǔ)了這一空白。采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，能夠有效的緩解目前電廠水處理教學(xué)學(xué)時(shí)縮短與新知識(shí)不斷增多的矛盾，并且在一定程度上可以通過計(jì)算機(jī)的仿真性和互動(dòng)性模擬部分試驗(yàn)并替代部分實(shí)習(xí)內(nèi)容。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）