開放式水污染控制工程課堂教學

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1引言

《水污染控制工程》為環境工程專業的主干課程，其涉及的基礎知識繁雜，同時工程應用性極強．該課程重點探討如何運用各種物理、化學和生物的方法控制和消除水污染，強調控制污染的各種技術手段，實踐技能要求高．在整個教學過程中，如何將課堂教學與實驗教學有機地結合在一起，更好地貫徹理論與實踐相結合的宗旨，提高學生分析問題、解決實際問題的能力，促進環境工程創新人才的培養，是目前環境工程專業教學急需解決的問題，也是當前國內外大多數高校進行教學改革的主要方向［1，2］．然而，現今普遍采用的教學方式主要存在以下問題：課堂教學與實驗教學聯系不緊密，實驗教學內容缺乏系統性和解決實際問題能力的培養，實驗教學內容與學科前沿結合不緊密等問題．因此，在水污染控制工程教學中采用將課堂教學與實驗教學相結合，并將水污染控制工程領域的前沿內容充實進來的手段，不僅可以達到在教學過程中激發學生的學習熱情和學習效率的目的，還培養了學生的批判性思維和嚴謹、實事求是的研究習慣，鍛煉了學生解決實際問題的能力，達到課堂教學、實驗教學以及學科前沿領域探討三者相互協調，實現教學效果最大化．

2教學內容改革

為了更好地將水污染控制工程的理論教學和實驗教學相結合，將課堂教學與實驗教學在教學內容上彼此滲透，并將水污染控制工程領域的前沿研究內容充實進來，使學生能夠及時了解學科發展動態和趨勢，掌握新技術和新方法．具體體現在以下幾個方面．

1）課堂教學與實驗教學相結合．根據水污染控制工程課堂教學內容將實驗內容分為與之相對應的5個模塊，具體包括污水的物理處理實驗、污水的化學處理實驗、污水的物理化學處理實驗、污水的生物處理實驗和污泥的處理與處置實驗．

2）教學內容及時更新．進入21世紀后，人們對環境的探索和認識不斷向新的深度和廣度延伸和拓展，水污染控制工程領域的研究也取得了顯著成績．水污染控制工程的研究內容、研究方法和研究手段也在不斷地發生改變，教學內容也應及時進行更新和變化，將該領域的前沿內容充實到實驗教學內容中去，使學生能夠及時了解環境工程學科發展動態和趨勢，掌握新技術和新方法．比如富營養化水體和受污染的地下水的修復技術屬于水污染控制的前沿領域，本著面向應用的目的，將富營養化水體的修復技術和受污染的地下水的修復技術實驗引入到課程中，如“沉水植物菹草對富營養化水體的修復實驗”、“浮水植物浮萍對富營養化水體的修復實驗”和“可反應滲透墻對受污染的地下水的修復實驗”．實驗內容選擇以地方企業的生產污水（如印染廢水、遮陽材料廢水）做為混凝、氣浮等基礎單元實驗用水水源，在鞏固學生基本理論知識的同時，為解決地方水環境污染問題出謀劃策，培養其為地方經濟服務的意識．除完成必需的實驗過程，還要求學生了解實驗中運用的各種處理單元的技術經濟指標、工藝運行控制條件等內容，強化學生的實驗操作技能、工程實踐能力等方面的培養．

3）增加設計性實驗．現行通用的實驗教材中所涉及的實驗項目，多側重于理論的驗證性實驗，綜合性、設計性、研究性的實驗較少，這極大地限制了學生獨立思考能力和創新能力的培養．因此，在選用傳統實驗教材的同時，大量補充了綜合性、設計性實驗（如光電催化降解有機物實驗、UV／H2O2聯合處理染料廢水實驗、活性污泥性質測定和氧化溝實驗等）的講義材料．學生根據教師提供的原水（人工配水、工業廢水或生活污水）和實驗處理單元，通過查閱資料提出完整的處理方案、工藝流程，對工藝的運行控制參數進行合理設定，并制定對工藝運行效果的監測方案．方案中學生必須明確所采用工藝、主要去除對象和性能評價指標．例如在污水生物處理實驗中，學生要獨立完成空氣量、回流比、泥齡等工藝主要控制參數的設定，制定實驗步驟和監測指標；在完成活性污泥的馴化后進行活性污泥形態和生物相的觀察，并對工藝運行參數如污泥濃度以及污泥沉降性能進行測定；最后根據所提出的組合工藝實驗運行中的監測數據進行工藝評價與分析．該實驗內容的設計較全面地涵蓋了水污染控制工程、環境監測、環境微生物學等相關課程的核心內容，克服了驗證型實驗對原理或某一操作技術的單一訓練缺陷，把環境工程專業多門課程的基本理論、操作技能、工藝設計和運行管理等內容有機地結合在一起，使學生的專業技能和工藝實踐能力能得到全面的綜合訓練提升．

3教學方法改革

教學過程中把教學重點和難點以問題提問的形式引出，讓學生分組討論或協作學習，鼓勵師生互動交流，培養學生主動學習，激活學生思維．如在水體自凈一節中，結合氣、液界面大氣復氧與微生物呼吸、有機污染物降解好氧過程中氧的供需平衡關系進行提問、分析、討論，引導出水體自凈速度慢除了受水體中微生物數量或濃度的影響外，還受水體大氣復氧、氧的供給、傳質的影響．因此，為加快污水處理或凈化速度，降低污水處理構筑物規模，減少建設投資，污水生物處理必須接種微生物或回流污泥，進行人工強制曝氣．通過問題引出、師生共同討論、老師的啟迪和總結，促進學生歸納、利用所學知識分析、解決問題，從而激活學生思維，并把水污染控制與工程有機結合起來，為后面污水生物處理的污泥回流、曝氣充氧設備與充氧能力的教學打下了良好的基礎．在污水處理工藝流程選擇與設計教學中，采用資料分析、案例講解、觀看DV教學錄像及構筑物和機械設備圖片，把工程計算、圖紙、構筑物、設備有機結合起來，引導學生合理選擇工藝流程和工藝參數、認真進行設計計算，按照規范、標準繪制圖紙等等，同時給學生灌輸行業標準規范、工藝技術實用性以及技術經濟性等工程理念，提升學生工程設計能力．為促進理論與實踐相結合，在教學過程中把科研成果引入教學中，同時布置大作業，并在教學過程后期參觀城市污水處理廠和工業廢水處理站，改變了傳統的教師課堂講學模式，實行講授—參觀—實踐這一師生共同參與的教學模式，使學生通過同步大作業計算，思考、消化所學的理論知識，深入生產第一線了解水處理構筑物、設備、圖紙、工藝流程、工藝技術參數以及運行管理和技術積極性等，真正理解“工程”的深刻涵義，激勵學生重視并積極參與學習的全過程，把能力培養、知識學習和素質教育融為一體，從而明顯提高學生的學習積極性，培養了學生的工程實踐能力．開展開放性實驗教學．環境工程專業設在化學化工學院內，學院的化學、化工和材料專業基礎雄厚，具備很多與這三個專業相關的大型科研儀器．在指導學生完成驗證性實驗和綜合性實驗后探索開放性實驗，如在學生已做過活性碳吸附實驗的基礎上開設“改性活性碳對染料廢水中有機物的吸附處理研究”開放性實驗．讓學生通過化學的方法對活性碳進行改性，探討改性條件對材料吸附處理效果的影響，讓學生找出最佳的制備條件；將制備出的改性活性碳進行表征，測定改性前后活性碳的吸附性能；學生在選題并查閱相關文獻的基礎上擬定改性活性碳制備的方案及處理廢水方案；在方案確定后，學生自己準備藥品、自己學會實驗儀器的使用，自己安排時間進行實驗，指導教師只在適當的時候到實驗室解答學生的問題．這樣，可以彌補學生實驗時間有限而無法深入探討的不足，也在一定程度上提高了實驗室的利用率，有利于學生綜合能力的提高．

4考核方法改革

嚴格的考核是正確引導、激勵學生學習積極性，監督、檢查學生學習效果，提高實驗教學質量的有效手段．傳統的實驗考核成績只是根據平時實驗報告成績和期末考試成績來評定，這樣不能全面反映學生的學習態度、實驗能力以及創新能力．現在將實驗考核成績分為平時成績、設計實驗和期末考核三部分．平時成績包括出勤情況、實驗操作、實驗報告，占總成績的40％：出勤情況（占10％）主要檢查學生實驗課是否遲到、早退；實驗操作（占15％）包括學生的動手能力、儀器使用等；實驗報告（占15％）包括實驗結果的真實性、合理性、可靠性，以及實驗結果分析的合理性、科學性、全面性，是學生綜合素質的具體體現．設計實驗占30％，由老師根據水污染控制工程大綱的核心內容給出設計性實驗題目，學生獨立完成資料收集、設計、準備和實驗的全過程．期末考核占30％，包括理論考核（占15％）和實驗技能考核（占15％）．這種綜合考核形式的考核重心向實驗操作能力和結果分析能力傾斜，避免了教學質量監控體系中摻入太多的人為因素和隨意性，促使學生積極參與實驗操作和結果分析，最終達到提高教學質量的目的．

5結語

為了提高水污染控制工程課堂教學與實驗教學的整體效果，提高教學質量，培養創新型、應用型人才，該課程有必要進行改革．通過建立開放式課堂教學與實驗教學一體化平臺，激發了學生的學習積極性，培養了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力．教學改革是一項長期的系統工程，需要在教學內容、教學模式和學生考核等方面進行不斷地探索，才能逐步擺脫落后、僵化的教學體系，形成科學、合理、有效的教學新模式，以促進我國高等學校教學水平的提高。

作者：王愛麗 張存蘭 劉歆瑜 王芳 單位：德州學院