《工業(yè)水處理》課程教學(xué)改革探索

楊厚云 李衛(wèi)華

摘 要：工業(yè)水處理這門課是安徽建筑大學(xué)市政工程系給排水專業(yè)重要的專業(yè)課之一，也是實踐性很強的一門課程。文章對目前工業(yè)水處理課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行總結(jié)，并針對這些問題進(jìn)行教學(xué)改革，嘗試運用虛擬仿真技術(shù)、課堂教學(xué)以及實踐等相結(jié)合的方法，以充分發(fā)揮各種教學(xué)方法的優(yōu)勢，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，促進(jìn)工業(yè)水處理這門課的教學(xué)效果顯著提高，進(jìn)而培養(yǎng)出符合國家需求的專業(yè)技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：工業(yè)水處理；教學(xué)改革；虛擬仿真

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）04-0132-03

Abstract： Industrial wastewater treatment is one of the important professional courses for the major of water supply and drainage in the department of municipal engineering， Anhui University of Architecture. This paper summarized the current problems of the teaching of industrial wastewater treatment， carried on the teaching reform to solve these problems， and tried to use the combined methods of the virtual simulation technology， classroom teaching and practice. The aims of this study were to give full play to the advantages of various teaching methods， arouse the enthusiasm and creativity of students， significantly promote the teaching effect of this course， and then develop professional and technical personnel in line with the state requirements.

Keywords： industrial wastewater treatment； teaching reform； simulation

一、概述

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國水污染的形勢也變得越來越嚴(yán)峻，這同時也會嚴(yán)重制約了工業(yè)的發(fā)展。因此，除了如何滿足企業(yè)對生產(chǎn)用水的需求之外，如何有效地控制每年由企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水對環(huán)境的污染也是急需解決的問題[1]?！豆I(yè)水處理》就是一門研究工業(yè)廢水處理方法的課程，也是給排水專業(yè)的核心課程之一。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生們要了解工業(yè)廢水的來源和性質(zhì)、各類廢水的水質(zhì)等內(nèi)容，掌握各類廢水處理技術(shù)及主要的處理工藝，并且能夠根據(jù)實際處理對象的特性提出相應(yīng)的、可行的水處理方案，以及要具有運行設(shè)計、施工調(diào)試、維護(hù)管理等方面的能力。但傳統(tǒng)的說課模式和教學(xué)方法已經(jīng)滿足不了國家和企業(yè)對這方面人才的需求，這就需要優(yōu)化相應(yīng)課程的教學(xué)體系，更新課程教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，才能做到與時俱進(jìn)，培養(yǎng)出國家和企業(yè)真正急需的人才。

近年來，除了已經(jīng)成熟的多媒體和視頻教學(xué)方法以外，計算機虛擬仿真技術(shù)在高校教學(xué)領(lǐng)域越來越受到學(xué)校的重視。這項技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門新型的綜合性信息技術(shù)，它涵蓋了多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像處理和人工智能等多個計算機技術(shù)，對現(xiàn)實世界進(jìn)行全面仿真，構(gòu)建一個形象的、交互的虛擬環(huán)境，使用戶獲得身臨其境的感覺和體會[2]。這種新型技術(shù)與有關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)相結(jié)合，特別是實踐性強的專業(yè)來說，可以極大地滿足對學(xué)習(xí)媒體的自然交互性和情景化的要求，也為教學(xué)改革提供了新的手段。

二、課程性質(zhì)和特點

《工業(yè)水處理》課程主要介紹各種工業(yè)水處理方法和常用工業(yè)水處理技術(shù)，通過此課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生們?nèi)娴?、系統(tǒng)地了解多種典型工業(yè)廢水的來源和水質(zhì)特征，掌握工業(yè)廢水的處理方法和工藝流程，了解工業(yè)水處理領(lǐng)域的最新發(fā)展。由于本課程涉及到化學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境工程等多學(xué)科的專業(yè)知識，所以，其具有如下特點：

（一）綜合性強

因為課程涉及到多學(xué)科的專業(yè)知識，除了需要掌握市政工程的一些主要專業(yè)課內(nèi)容外，還需要掌握化學(xué)、生物和環(huán)境等學(xué)科的專業(yè)課程，比如：《生物化學(xué)》、《水處理生物學(xué)》和《水質(zhì)工程學(xué)》等，否則無法理解各種廢水處理工藝及適用條件。因此，工業(yè)水處理課程具有很強的綜合性，對基礎(chǔ)知識要求較高同時具有較強的應(yīng)用性。學(xué)習(xí)這門課程之前，需要學(xué)習(xí)市政工程的專業(yè)基礎(chǔ)課和其他相關(guān)學(xué)科的專業(yè)課程，一般這門課安排在大學(xué)四年級開設(shè)。

（二）實踐性強

《工業(yè)水處理》課程是各種工業(yè)廢水處理工藝的總結(jié)和綜合，它源于實際，又要應(yīng)用于實際。課程的主要內(nèi)容都是針對實際工業(yè)廢水水質(zhì)和處理工藝的具體方案，除了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識理解能力之外，更重要的是讓學(xué)生掌握靈活運用所學(xué)知識的能力，使學(xué)生具有解決實際水處理過程中一般技術(shù)問題的能力。所以，此課程具有實踐性強的突出特點。

（三）范圍廣更新迅速

《工業(yè)水處理》課程針對的是工業(yè)廢水，但是不同的工業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)廢水性質(zhì)極為復(fù)雜，所含污染物的種類和含量也不盡相同，導(dǎo)致對應(yīng)的處理方法基本上涵蓋了所有的水處理方法。所以本課程涉及的處理技術(shù)和工藝范圍廣。隨著現(xiàn)在國家對環(huán)境管理的力度加大和對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，使得工業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷向節(jié)能、減排和環(huán)保等方向延伸[3]，這就對水處理技術(shù)提出了更高的要求，水處理工藝也在不斷地發(fā)展與優(yōu)化，那么相應(yīng)的課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)隨之更新，與時俱進(jìn)。

三、課程現(xiàn)狀

（一）教學(xué)內(nèi)容滯后于現(xiàn)階段技術(shù)的發(fā)展

急速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)水平不斷為工業(yè)水處理輸送了眾多新理論、新技術(shù)和新方法。而現(xiàn)有教材大多是水處理領(lǐng)域中的經(jīng)典教學(xué)參考書，比如趙慶良、李偉光主編的《特種廢水處理技術(shù)》（第二版，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008年）等。這些參考書大多是年代久遠(yuǎn)，雖然對水處理的基本理論和基礎(chǔ)知識有很好的闡述和詮釋，但未能將一些新理論、新工藝和新方法及時加以選編，使得現(xiàn)有教材不能滿足新形勢下工業(yè)水處理技術(shù)的發(fā)展需求。因此，教材的內(nèi)容明顯滯后于技術(shù)的發(fā)展，如何能做到與時俱進(jìn)，是教學(xué)工作所面臨的新挑戰(zhàn)。

（二）教學(xué)方法和教學(xué)手段落后

《工業(yè)水處理》課程的教學(xué)方法主要還是依靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即側(cè)重于教師的“教”，而對學(xué)生的“學(xué)”和“用”并沒有給予重視，尤其是當(dāng)教學(xué)內(nèi)容多時，易出現(xiàn)“填鴨式”教學(xué)。并且單一地通過傳統(tǒng)的課程講解及板書的教學(xué)方式所獲得的信息很抽象，學(xué)生難以理解，這容易導(dǎo)致課堂氣氛沉悶、互動缺乏，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。另外，課程的教學(xué)手段通常以課堂教學(xué)為主，實習(xí)也局限于在課堂教學(xué)后安排一場“走馬觀花式”參觀污水處理廠的活動。學(xué)生很難理解工作原理和設(shè)備運行情況，學(xué)生的創(chuàng)造力和積極性難以被激發(fā)出來，導(dǎo)致教學(xué)效果缺失，學(xué)生似懂非懂，一知半解[4]。

（三）教學(xué)實踐環(huán)節(jié)作用不突出

目前《工業(yè)水處理》課程的實踐環(huán)節(jié)主要通過實習(xí)來實現(xiàn)，但實習(xí)往往會存在以下幾種情況：一是學(xué)生人數(shù)較多。由于實習(xí)經(jīng)費和實習(xí)基地的相對缺乏，難以保證學(xué)生們都在實習(xí)過程中有所收獲；二是實習(xí)場地的安全隱患比較多。當(dāng)實習(xí)的學(xué)生較多時，實習(xí)單位和老師都不太愿意讓學(xué)生在實習(xí)場地過多地停留，這就導(dǎo)致實習(xí)變成“走馬觀花”或者流于形式；三是現(xiàn)場講解和示范操作難實現(xiàn)。實習(xí)單位的技術(shù)人員不可能在學(xué)生實習(xí)期間全部離崗給學(xué)生講解及示范操作，即使有的場地安排部分技術(shù)人員講解，由于工作和時間關(guān)系，難以給學(xué)生做詳細(xì)地介紹以及示范操作。

四、課程改革的探索

《工業(yè)水處理》課程以提高學(xué)生的理論知識水平、培養(yǎng)學(xué)生基本技能和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，這就需要在教學(xué)改革過程中將理論課、實驗課和實踐課融為一體，構(gòu)建多元化教學(xué)體系，探索出一條培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的特色教學(xué)之路。

（一）多媒體教學(xué)、視頻與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

《工業(yè)水處理》課程會涉及到很多工藝流程圖、設(shè)備示意圖等，而傳統(tǒng)的教學(xué)卻無法生動、靈活地呈現(xiàn)這些重要的信息。但多媒體教學(xué)可以使教學(xué)圖、文、聲并茂，通過精心制作課程PPT，以動畫和視頻為學(xué)生演示處理工藝過程，結(jié)合著必要的圖片和文字說明，既增強教學(xué)的直觀性、生動性，又激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，比如在講解水處理單元中的某構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)和工作原理時，可先利用多媒體教學(xué)的圖片形式展示實際構(gòu)筑物，再進(jìn)一步以動畫或者視頻的形式演示其工作原理。因此，在備課過程中，需要通過各種途徑收集大量的各典型工業(yè)廢水處理現(xiàn)場圖像、視頻材料；而對于重要的公式推導(dǎo)及重難點知識，應(yīng)借以傳統(tǒng)教學(xué)中的課程板書進(jìn)行講解，可給予學(xué)生充分地學(xué)習(xí)、理解和消化的時間。這些方法的有機結(jié)合，優(yōu)勢互補，能夠獲得最大的教學(xué)效果，最終使學(xué)生更容易理解并掌握工業(yè)水處理設(shè)備和工藝等的工作原理，為今后在工作中能夠合理選擇和設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)課堂相結(jié)合

將多媒體教學(xué)、視頻和傳統(tǒng)教學(xué)方式結(jié)合，形成多元化教學(xué)體系后，使知識點多的《工業(yè)水處理》課程的講授具有鮮明的生動性、靈活性和較強的立體感。除了課堂學(xué)習(xí)之外，為了使學(xué)生能夠在課外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，可以構(gòu)建網(wǎng)上平臺，將教學(xué)大綱、實習(xí)指導(dǎo)、參考資料、教學(xué)錄像和有關(guān)視頻等內(nèi)容上傳至平臺，向?qū)W生開放，通過這種網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生利用課余時間和網(wǎng)上資源，學(xué)會網(wǎng)絡(luò)查詢，培養(yǎng)自學(xué)能力。另外，通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)交流平臺，增加師生之間的知識交流；師生也可在平臺上進(jìn)行解惑答疑，使得學(xué)生可以從信息共享中收益，有效地解決了教師多次回答同一問題的困擾，提高教學(xué)效率。另外，教師在解惑答疑的過程中要調(diào)動學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生從所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識中歸納、找出問題的答案，這樣就會使學(xué)生從被動接受知識到主動參與和獲取知識，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高解決實際問題的能力。

（三）教學(xué)與虛擬仿真相結(jié)合

《工業(yè)水處理》課程內(nèi)容多，更新快，單單靠課堂教學(xué)和工程實踐難以讓學(xué)生完全掌握和理解所學(xué)知識。而虛擬仿真是對真實的模擬，通過仿真軟件，可以實現(xiàn)一個復(fù)雜過程的模擬[5]。仿真技術(shù)可以將實際水處理設(shè)備工藝生產(chǎn)過程中的物理和化學(xué)變化進(jìn)行模擬運算，動態(tài)顯示一些主要工藝指標(biāo)（不同濾料、混凝劑、活性炭對污水濁度以及重金屬離子的去除效率等）的變化過程。這樣就可以將企業(yè)的工業(yè)水處理現(xiàn)場“搬”到課堂上，極大地豐富《工業(yè)水處理》課程的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式，為創(chuàng)新傳統(tǒng)教學(xué)方式提供了平臺和拓展空間的同時，讓學(xué)生可以深入了解水處理工藝的設(shè)備操作，影響因素及如何影響，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，也解決了以往實習(xí)過程中出于安全考慮而學(xué)生無法實際操作，導(dǎo)致學(xué)生實習(xí)過程“走馬觀花”的現(xiàn)象，如運用仿真軟件以水處理廠A2O工藝為原型，對A2O工藝的正常操作以及工藝中常見的粗細(xì)格柵間、沉砂池、沉淀池、濾池、消毒池等設(shè)備進(jìn)行故障排除和日常管理進(jìn)行模擬。另外，教師可以通過加強平臺建設(shè)，將最新的水處理工藝加入到虛擬仿真系統(tǒng)中，并定期更新與維護(hù)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造良好條件，也解決了現(xiàn)有教材不能滿足新形勢下工業(yè)水處理技術(shù)的發(fā)展需求。

（四）理論教學(xué)和工程實踐相結(jié)合

《工業(yè)水處理》課程是一門應(yīng)用性較強、很多內(nèi)容都源于實踐的學(xué)科課程。教學(xué)過程中要注意理論聯(lián)系實際，要將實踐環(huán)節(jié)教學(xué)與課程理論教學(xué)放在同等重要的地位，使學(xué)生的思想與實際、理論與實踐、自身與社會結(jié)合起來，將所學(xué)知識融會貫通，以過硬的技術(shù)適應(yīng)社會需求的多樣性和多變性。工程實踐主要讓學(xué)生參觀廢水處理廠的運行情況，實地熟悉各工業(yè)水處理的常規(guī)處理工藝流程；能夠?qū)嵉卣J(rèn)識到各種處理構(gòu)筑物及基本構(gòu)造；對各種處理構(gòu)筑物的基本運行指標(biāo)有一個初步的了解。通過選擇和科學(xué)組織教學(xué)實踐（如開展課外實踐活動，建立專業(yè)實習(xí)基地，加緊校企聯(lián)合、合作開發(fā)與研究等），結(jié)合工程實例和實際工程設(shè)計等手段加強學(xué)生實踐能力的鍛煉。從實踐中去發(fā)現(xiàn)、解決問題，全方位提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。例如，對生物濾池的講解時，可以結(jié)合本地某工業(yè)廢水處理廠實際采用的曝氣生物濾池來講解其構(gòu)造、設(shè)計及運行，并可以讓同學(xué)們思考其在傳統(tǒng)生物濾池的基礎(chǔ)上所做的改進(jìn)以及改進(jìn)后所取得的效果等。

（五）實驗室與實踐基地的構(gòu)建

為使學(xué)生可以更好的開展實訓(xùn)教學(xué)，學(xué)?；?qū)W院需要有完善的實訓(xùn)設(shè)備和足夠的場地，同時為了充分發(fā)揮實訓(xùn)與課堂教學(xué)并行的教學(xué)模式，必須要保證實驗室能夠全面開放，以及積極鼓勵學(xué)生們申報相關(guān)創(chuàng)新課題，讓更多學(xué)生參與進(jìn)來。雖然這樣會對學(xué)?；蛘邔W(xué)院教學(xué)管理和資金等帶來巨大挑戰(zhàn)，但可以讓學(xué)生從中享受實驗帶來的樂趣，提高了學(xué)生的動手能力和專業(yè)實踐能力。除此之外，學(xué)?；蛘邔W(xué)院可以與其他單位（供水集團(tuán)、污水處理廠等）共同建立實習(xí)基地，并聘請企業(yè)高級工程師對學(xué)生進(jìn)行操作指導(dǎo)，將實訓(xùn)切實地從學(xué)校延伸到企業(yè)中；甚至學(xué)?？梢耘c有意向的企業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新校企合作，即實習(xí)基地、就業(yè)基地和社會實踐基地“三合一”合作模式。通過建立這種長期、穩(wěn)定的合作辦學(xué)關(guān)系，既加強了學(xué)校與地方、學(xué)校與企業(yè)的合作，也為學(xué)生成長成才提供更可靠、堅實的平臺。

五、結(jié)束語

對于《工業(yè)水處理》課程的教學(xué)改革，傳統(tǒng)教學(xué)、實踐教學(xué)和虛擬仿真技術(shù)等多種教學(xué)方式的應(yīng)用，可望克服傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，增加知識傳遞量，顯著提高教學(xué)效果。多元化教學(xué)方式既對教師提出了更高的要求，也使學(xué)生對工業(yè)水處理產(chǎn)生興趣，給學(xué)生創(chuàng)造了更大的主動性與靈活性，進(jìn)而調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立解決問題的能力和素質(zhì)。多元化教學(xué)體系的建立，能更全面、科學(xué)地評價學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)出符合國家需求的高素質(zhì)人才。

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