疫情下“水質(zhì)工程學(xué)”課程教學(xué)改革實(shí)踐＊

何亞麗，李 爽，吳俊峰

（河南城建學(xué)院市政與環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467000）

1 仿真企業(yè)“停課不停教、停課不停學(xué)”的支持

2020年春季受新冠疫情影響，全國眾多高校學(xué)生無法進(jìn)行線下實(shí)習(xí)，為保證教學(xué)進(jìn)度順利進(jìn)行，許多高校開展校企合作，使用易思在線平臺(tái)、慕課，通過線上授課、仿真操作以及學(xué)習(xí)討論的混合式教學(xué)模式，完成了在線實(shí)習(xí)任務(wù)并取得了良好的實(shí)習(xí)效果，得到了老師和學(xué)生的高度認(rèn)可。

虛擬仿真利用“行業(yè)+教育教學(xué)+信息化+服務(wù)”優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)承擔(dān)起特殊時(shí)期“停課不停教、停課不停學(xué)”的在線服務(wù)任務(wù)。全國眾多高校建設(shè)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，保障特殊時(shí)期在線學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)進(jìn)度。

2 高校在實(shí)踐教學(xué)中面臨的問題

除了疫情期間實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)地點(diǎn)受限等原因以外，隨著給排水工藝的迅速發(fā)展，各種新型工藝層出不窮，通過現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)的方式已經(jīng)不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的要求。在有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)習(xí)，對(duì)于剛接觸專業(yè)的學(xué)生比較困難。如SBR工藝、UASB和短程硝化等一些專業(yè)名詞，只能單純了解一些基本概念原理，很難掌握構(gòu)筑物的內(nèi)部詳細(xì)構(gòu)造[1]。同時(shí)，因?yàn)檎n時(shí)和實(shí)習(xí)受限，難以做到真正掌握設(shè)備工藝，最終造成“看得摸不得、見得識(shí)不得、識(shí)得用不得”。

3 虛擬仿真模擬系統(tǒng)的具體案例

現(xiàn)以廢水處理工藝的模擬仿真練習(xí)為例，詳細(xì)介紹軟件知識(shí)課堂、設(shè)備拆解、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、仿真操作4個(gè)模塊具體應(yīng)用。

3.1 利用知識(shí)課堂掌握基本概念和原理

知識(shí)課堂分專業(yè)手冊(cè)、工藝搭接、工藝分類3部分。模塊涵蓋給排水科學(xué)與工程專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)、工藝設(shè)計(jì)案例和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試。處理級(jí)別選定后，將選定的圖元拖拽到搭接區(qū)域，先進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中可根據(jù)具體情況刪除任一圖元，并拖拽新的圖元替補(bǔ)。例如一級(jí)處理工藝流程：粗格柵，細(xì)格柵，沉砂池和初次沉淀池等，設(shè)計(jì)完成后，點(diǎn)擊提交，對(duì)設(shè)計(jì)的工藝進(jìn)行評(píng)定。通過反復(fù)練習(xí)，學(xué)生可以掌握正確的工藝處理流程，并對(duì)各個(gè)流程有著深刻的理解。

3.2 利用設(shè)備拆解掌握每個(gè)設(shè)備的構(gòu)造和用途

設(shè)備拆裝模塊對(duì)工藝中的重點(diǎn)學(xué)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)內(nèi)容包括設(shè)備說明、結(jié)構(gòu)說明、運(yùn)行效果、設(shè)備拆解和設(shè)備拆裝等。可以360°和自由控制遠(yuǎn)近，查看設(shè)備和設(shè)備構(gòu)件的組成。拆裝設(shè)備共有4個(gè)：旋流沉砂池、初沉池、UASB和SBR。鼠標(biāo)滾輪自由切換設(shè)備，選定設(shè)備后，點(diǎn)擊“確認(rèn)選擇”進(jìn)入該設(shè)備的拆裝界面。通過點(diǎn)擊按鈕體驗(yàn)不同拆裝功能，按住鼠標(biāo)右鍵360°查看設(shè)備結(jié)構(gòu)，亦可通過滾輪調(diào)整畫面遠(yuǎn)近。拆解和安裝過程有高亮提示，借助提示進(jìn)行一系列操作。以旋流沉砂池設(shè)備為例，將其分為傳動(dòng)裝置、傳動(dòng)軸、葉輪、吸砂頭、氣沖管氣提管等局部構(gòu)造，并對(duì)每一個(gè)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)介紹，傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)大多數(shù)都是觀看正在運(yùn)行的設(shè)備，看不到內(nèi)部構(gòu)造[2]。知識(shí)課堂如圖1所示。設(shè)備拆解如圖2所示。

圖1 知識(shí)課堂

圖2 設(shè)備拆解

3.3 利用認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)了解工藝流程和全貌

廠區(qū)巡演講解通過蝴蝶引導(dǎo)，漫游講解廠區(qū)布局，通過巡演講解對(duì)水廠和工藝有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。在漫游過程中，可隨時(shí)根據(jù)需要退出漫游。學(xué)員通過NPC老師引導(dǎo)，通過操作鍵盤WADS在廠區(qū)中移動(dòng)，用鼠標(biāo)拖拽安全標(biāo)識(shí)，對(duì)廠區(qū)中危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，并回答涉及危險(xiǎn)源的相關(guān)問題。

工藝認(rèn)識(shí)主要包括工藝流程認(rèn)識(shí)和工藝主要設(shè)備運(yùn)行效果展示兩部分：①工藝流程認(rèn)識(shí)。點(diǎn)擊側(cè)邊欄，選擇任一工藝，了解該工藝和其在整個(gè)流程中的作用。②工藝設(shè)備認(rèn)識(shí)。點(diǎn)擊相應(yīng)的設(shè)備，包括設(shè)備功能結(jié)構(gòu)和其在整個(gè)工藝中的作用。

3.4 利用仿真操作學(xué)習(xí)系統(tǒng)調(diào)試和典型事故處理

在學(xué)習(xí)了前3個(gè)模塊的前提下進(jìn)行仿真操作，主要包括處理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試、SBR池排水排泥操作、UASB啟動(dòng)異常、溶解氧不合格等常見的系統(tǒng)調(diào)試和典型事故處理。

在模擬仿真系統(tǒng)啟動(dòng)項(xiàng)目后，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫可實(shí)時(shí)模擬顯示工藝流程中各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)變化，同時(shí)得到與真實(shí)水廠實(shí)時(shí)監(jiān)控室監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一致的水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)變化直接反應(yīng)模擬仿真操作的結(jié)果，能夠真實(shí)、直觀地表現(xiàn)工藝操作方法對(duì)水質(zhì)變化的影響，同時(shí)可分成若干學(xué)習(xí)小組，分派不同學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)不同的問題設(shè)計(jì)不同的方案，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力及判斷能力[3]。

3.5 智能評(píng)分系統(tǒng)

模擬仿真軟件配有“教師站”評(píng)分系統(tǒng)，教師可通過聯(lián)網(wǎng)操作，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能展示每一個(gè)流程正確的模擬操作，同時(shí)可對(duì)學(xué)生的操作監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確及時(shí)地提出指導(dǎo)意見，并給出相應(yīng)的成績?！敖處熣尽痹u(píng)分系統(tǒng)還提供練習(xí)、培訓(xùn)、考核等模式，授課老師可以通過組卷（理論加仿真操作）、設(shè)置隨機(jī)事故擾動(dòng)等試題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)如圖3所示。仿真操作如圖4所示。

圖3 認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)

圖4 仿真操作

4 結(jié)語

本次通過仿真模擬技術(shù)不僅解決了疫情期間教學(xué)任務(wù)受限的問題，還為今后的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)提供了新的教學(xué)思路和學(xué)習(xí)方法。利用模擬仿真技術(shù)組織實(shí)踐教學(xué)，充分發(fā)揮該技術(shù)的直觀教學(xué)優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生能夠?qū)娴闹R(shí)體系轉(zhuǎn)化為實(shí)際的應(yīng)用和操作認(rèn)識(shí)。通過虛擬仿真軟件，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，能夠重復(fù)多次練習(xí)，積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4]，為將來從事工程設(shè)計(jì)、科研及運(yùn)行管理等工作奠定必要的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)，保質(zhì)保量地完成疫情期間的教學(xué)任務(wù)[5]。