水污染控制工程實踐教學改革與創新能力培養

王淑勤，馮亞娜

摘要：經過不斷探索和長期的教學改革和實踐，形成了水污染控制工程與理論教學緊密相關的，由課內實驗、課程設計、綜合實驗、創新實驗組成的較為完善的實踐教學體系。介紹了各類實踐環節的改革內容以及對學生創新能力培養的成效。

關鍵詞：水污染控制工程；實踐教學；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0055-02

水污染控制工程課程是環境工程專業核心課程之一，其內容包括“污水處理及回用技術”和“排水工程”兩部分，并設有相應的實驗課、課程設計以及環境工程專業的綜合實驗等實踐環節。實踐教學和理論課內容環環相扣，有助于學生們及時深入理解、消化吸收理論課的知識內容，迅速轉化為內在的實際技能，并增加學生們學習的興趣，具有其他教育活動所不可替代的功能。實踐教學還是培養工程類學生創新思維和增強工程意識的重要環節，學生在整個實踐過程中會逐步養成以研究的眼光去觀察事物和進行學習的習慣，在這些過程中學生逐漸形成創新意識和創新思維。實踐還是創新的源泉，實踐教學基地是創新的基地[1]。實踐能力的培養不能僅僅依靠社會實踐等校外活動環節，在校內、課堂、實驗室必須將實踐能力的培養貫穿于教學過程的始終[2]。

一、實驗教學體系的改革與創新能力培養

1.構建完善的實驗教學體系。經過長期的教學探索、改革與實踐，已形成了由課內實驗、課程設計、綜合實驗、創新實驗組成的較為完善的實踐教學體系。①驗證性實驗。通過驗證性實驗掌握水污染控制工程的基本操作技能：培養學生基本實驗理論、數據處理知識、實驗規范和實驗方法的能力，學會常規實驗儀器的使用。原來的觀摩實驗內容改為面對模型提問-研討-總結的教學方式。促使學生主動思考工程現場每個閥門、管路的具體設計功能，并將此實驗現場提問-研討-總結過程拍攝錄像，放在網絡教學平臺，供本專業和其他相關專業學生觀摩學習。②設計性實驗。明確實驗設計要求，規范實驗內容。要求學生自己查閱文獻資料，選擇實驗項目和實驗方法，自己制定實驗方案。為學生進實驗室提供寬松的條件，讓學生善于發現問題，做好現場指導。執行實驗方案的過程是鍛煉學生分析問題、綜合應用理論知識和能力的過程，鼓勵學生動手的同時還要動腦筋想辦法綜合應用理論知識指導實驗過程，學會及時調整實驗方案。③綜合性實驗。讓學生研討實際水質的監測和處理問題，進行現場采集樣品分析測試，對運行中出現的異常問題尋找解決方案，提高了分析問題、解決問題的能力，鍛煉和提高了動手能力。④創新性實驗。課題組注重研究如何以科研促教學，教學帶動科研的相互激勵機制，培養學生從事水污染控制工程學研究的興趣和技能。每年選拔優秀學生，參與教師自己的科研工作，盡早參與創新性實驗。有些學生的畢業設計（論文）題目是結合教師自己的科研項目而進行的創新性研究，并將實驗研究成果以論文形式發表。

2.實驗教學方法、教學手段的改革。為加強實踐教學，不僅購買教學光盤及視頻課件，還采用多媒體及現代化網絡教學手段進行仿真模擬實驗，擴充實踐教學內容；合理安排學生在校內實習基地觀摩并現場取樣分析測試，實驗教學效果明顯提高。課內實驗每班每批次10～12名同學，設計性實驗每人一個試驗臺，獨立完成實驗，其他實驗2名同學一組，老師現場考察每個同學的實驗操作。設計性實驗要求每名同學事先設計實驗方案，交任課教師批改修正后自己完成實驗過程。要求學生采用不同實驗方案，按照自己設計的實驗步驟處理污水達到水質清澈，鼓勵學生的創新性思維。每次實驗要求學生完全掌握了操作內容并且得出正確的結果后才能離開實驗室。實驗完成后分析處理實驗數據，得出結論，遞交實驗報告。綜合實驗是單獨開設的實驗課程也是綜合實踐教學環節，其目的是使學生通過專業課的學習，能夠提出問題，自己制定研究方案，進行方案實施、數據處理及分析、總結、撰寫實驗報告，受到基礎研究、應用基礎研究以及實際工程技術方面的科學思維和科學實驗訓練，在工程實踐能力和創新能力等方面得到進一步的鍛煉與提高。①實踐教學基地的建設。為了提高綜合實驗的效果，建立了校外、校內綜合實驗教學基地─保定市污水處理廠和華北電力大學中水站。在校外實習基地，學生只能參觀污水處理設備以及運行維護情況；在校內中水站，學生不僅可以參觀實際水處理系統的運行工況，還可以采集樣品進行現場分析測試，對運行中出現的異常問題尋找解決方案。通過兩周32學時的綜合實驗鍛煉，學生對現場實際問題進行多指標的檢測分析和治理研究，加強了對水處理設備實際問題的認識，學會了利用原有的理論知識分析解決污水處理中遇到的運行問題，鍛煉和提高了工程意識。②開發仿真模擬案例。課題組開展模擬實際操作，虛擬現實技術研究，采用計算機仿真系統作為現場實踐的重要補充，彌補校外實踐時，學生通常只能看，不能動手的缺陷。以VB 6.0為主要設計工具，開發的仿真界面包括：中水站流程圖，中水站設計和運行原理圖，各個界面能夠互相轉換，軟件可以實現啟停操作、參數的實時顯示、出水水質在線監測模擬。最終的仿真軟件以可安裝的應用軟件形式出現，可以完全脫離開發環境，在Windows操作系統下獨立運行，界面友好，方便使用，既能用于模擬實驗，又能進行仿真運行培訓。

二、課程設計的教學改革與創新能力培養

課程設計是一個不可或缺的專業實踐教學環節，它不僅可以補充和深化教學內容，而且是引導學生理論聯系實際、培養學生的“工程”思想，提高學生的綜合素質的途徑[3]。

1.課程設計分組進行。我們在課程設計的教學組織中，充分注意到要發揮課程設計對理論教學的補充作用，做到二者相互銜接、緊密配合；同時，注意發揮課程設計在培養學生素質與創新能力方面的重要作用。因此，在課程設計題目的選擇上，指導教師盡可能從近年參與或有關設計部門的實際工程中篩選出題目。為使同班同學拿到的課程設計題目的難度要求相適應，我們僅對設計內容做了適當的簡化，使題目的總體難度相近；但在內容與設計路線上有較大的差異，做到分組設計。學生可在教師的指導下根據自己對某一廢水處理工藝的興趣，自主選擇題目，從而充分發揮學生的主動性和能動性，激發學生的創新精神。課程設計成果包括兩個方面，一是計算說明書，二是一定數量的圖紙。圖紙是一門工程語言，識圖能力和繪圖能力是對環境工程師最基本的要求。

2.利用VB開發工程設計案例。教材對于成熟技術的設計計算公式講解較多，學生容易學；但是對于某些新技術的講解很少，學生不知道如何進行設計計算，課題組采用Windows XP為開發平臺，以VB6.0為設計語言工具編制了設計計算軟件，對生活污水使用膜生物反應器進行污水生物處理部分進行計算，通過給定的參數，軟件自行運算出厭氧池容積、A/O池容積、膜池的尺寸等參數，便于學生自主學習。

三、實踐教學考核體系的改革

課程設計與課程教學分開計算成績，課程設計的成績組成中不僅包括設計成果——設計簡圖和設計說明，還包括總體設計過程、設計計算結果與分析和答辯效果。為了避免一考定成績的局限性，實驗課成績占課程總成績的20%。實驗成績評定中，實驗操作考核占50%，實驗預習報告或者實驗設計報告占10%，實驗數據處理和實驗現象分析以及思考題的回答狀況等占40%。這種綜合評價體系可以全面系統的評價學生的學習能力，有助于學生動手能力的提高和綜合能力的培養。

總之，幾年來的實踐證明，實踐教學體系的改革有效地提高了教學質量，通過計算機仿真模擬技術、現場取樣分析測試、實驗操作視頻等提高實踐教學效果，有助于學生樹立工程意識；開發了課程設計仿真計算軟件供學生參考，提高學生的理解能力；為學生綜合素質、創新能力的發展奠定了堅實的基礎。

感謝河北省教改項目13301009，華北電力大學教改項目13051001對本課題的資助。

參考文獻：

[1]王業社，王放銀，秦波蓮.加強實踐教學基地建設，培養創新型人才[J].中國電力教育，2009，（8）：134-136.

[2]胡建華.大學教學改革與創新型人才培養[J].中國高等教育，2009，（9）：43-44.

[3]何德文，柴立元，彭兵，王云燕.特色環境工程專業創新人才培養模式的探索與實踐[J].高等教育研究學報，2007，30（1）：47-49.