現代信息技術的水污染控制工程實驗課程體系的構建

范長征 晏銘 張薇 賴萃

摘要：現代信息技術的發展推動了高等教育的變革，也給高等教育的實驗教學帶來了前所未有的機遇和挑戰。本文介紹了將現代信息技術融入到水污染控制工程實驗教學中所進行的教學改革和實踐，構建了“四個模塊”水污染控制工程實驗教學體系，并借助校園網絡構建了水污染控制工程在線虛擬實驗平臺，兩個實驗平臺的應用可大大提高實驗效率，有效解決實驗教學內容拓展更新與恒定教學時數的矛盾。

關鍵詞：水污染控制工程實驗;現代信息技術;虛擬實驗室;實驗教學體系

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0242-02

水污染控制工程是環境類專業的核心專業課程之一。隨著環境工程的飛速發展，許多新的水處理技術與成果滲透到水污染控制工程課程中來，這就要求我們即在不超出學校規定實驗總學時的前提下滿足不斷拓展的實驗教學內容的需要。湖南大學環境科學與工程實驗教學中心依托國家級實驗教學示范中心的建設，將現代信息技術融入到水污染控制工程實驗教學中，構建基于校園網環境下的水污染控制工程實驗教學體系并對其進行實施。

一、水污染控制工程實驗教學內容與體系的設計和構建

模塊一為基礎的驗證性實驗，包括水處理過程中的一些重要處理單元及指標的檢測，要求學生學習基本的測試方法、正確記錄實驗數據并對其進行分析處理、準確描述實驗結果的并規范撰寫實驗報告。模塊二是綜合性實驗，該模塊實驗內容的特點是將水污染控制工程課程中緊密相連的多個知識點進行有機統一，體現水處理工藝的系統性，通過這類實驗鍛煉學生在動態、連續的實驗中的綜合操作技能，使學生在實驗過程中對水處理體系的知識加以綜合理解，掌握水處理的方法。模塊三是設計性實驗，利用與公司合作開發的“水處理綜合實訓平臺”處理各種工業廢水。由老師帶領學生去采廢水樣品，然后學生根據所采廢水的特征設計實驗方案，在“水污染控制工程虛擬實驗平臺”上進行模擬找出最佳實驗方案，最后進入實驗室開展實驗。模塊四是科技創新實驗，由相關教師根據自己的科研課題或者科研課題中的一部分進行設計，轉變為實驗教學的一部分，讓有興趣的學生可以參與到科研課題中來，這樣不僅可以更加有效地培養學生的科研素養，而且也有利于教師科研課題的完成。

二、校園網環境下水污染控制工程虛擬實驗室的構建及作用

實驗中心與相關軟件公司合作開發“水污染控制工程實驗課程”在線平臺控制軟件，并應用信息技術和現代教育技術對實驗教學體系中各模塊教學內容整合成能夠在校園網絡環境條件下獨立運行的在線學習平臺——水污染控制工程虛擬實驗平臺。具體做法是：第一步，制作構建虛擬實驗平臺的各種文檔、視頻、課件、仿真軟件等材料，包括：將實驗課程體系的教學計劃、實施方案和考核方式做成文檔;將“水污染控制工程實驗教學體系”模塊一和模塊二中涉及儀器設備的使用或檢測某種指標的，將相關設備的構造、工作原理、實驗所需試劑耗材、實驗操作流程、注意事項等制作成視頻、課件、動畫資料;對于模塊二和模塊三中涉及各種水處理工藝單元的，則采用視頻、動畫、仿真軟件等進行直觀演示，如使用各種污水處理廠的運行錄像、各種水處理工藝單元的圖片及工藝設備的運行動畫、水處理仿真軟件等;最后將各實驗內容按知識點制作成考核題目，并形成相應的考核題庫。第二步，將控制軟件和這些“視頻、動畫、課件、仿真軟件、考核題庫”資料進行整合，整合過程中遵從認知規律，將各個模塊內容合理整合成能夠在校園網絡環境條件下獨立運行的在線學習平臺——水污染控制工程在線“教”與“學”虛擬實驗平臺。

虛擬平臺的構建可以產生如下作用：學生在開始水污染控制工程實驗前即可對實驗教學體系的教學計劃、實施方案和考核方式有整體性了解;學生在進入實驗室開展實驗被要求先在虛擬實驗平臺學習實驗相關資料或對自己設計的實驗方案進行模擬，待通過相應實驗考核或得到最佳實驗方案后方可進入實驗室進行實驗。

三、“新”實驗教學體系的應用與實施

“新”實驗教學體系包括在虛擬實驗平臺和教學實驗室兩個平臺進行的實驗教學內容。實驗教學實施步驟如下：對于模塊一和模塊二的實驗，首先，學生在虛擬實驗平臺完成相關實驗資料的學習，完成相應的實驗在線考核，考核通過后方可預約實驗室的實驗;對于模塊三實驗的實施見“一、水污染控制工程實驗教學內容與體系的設計和構建”中;模塊四的實驗內容在虛擬實驗平臺中沒有具體體現，由教師根據課程進度和試劑和設備條件，提出實驗要求，學生自主選擇實驗內容，或結合相關教師的科研課題及學校“挑戰杯”的競賽要求，讓學生針對某一課題展開研究。由學生自主查閱文獻并設計技術路線和實驗方案，然后在兩個實驗平臺實施實驗方案，由相關老師對該課題提供指導，根據研究結果完成課程論文的撰寫。

四、結語

水污染控制工程實驗是一門實踐性非常強的專業實驗課程。近幾年，許多先進的水處理技術和方法相繼出現在水污染控制工程課程內容中，而實驗教學體系中卻沒有體現，為了使我們的實驗教學能跟上理論教學的步伐，提高學生的實踐能力和創新能力，本實驗教學中心對水污染控制工程的實驗教學體系進行全面改革，構建“四個模塊”的實驗教學體系，并借助校園網絡構建水污染控制工程在線“教”與“學”虛擬實驗平臺，將部分教學內容轉至虛擬實驗平臺上，這樣既可緩解實驗教學內容拓展更新與恒定教學時數的矛盾，又有利于開放式實驗教學方式的建立。“新”實驗教學體系的實施能夠明顯提高實驗教學效果，促進學生實踐能力和創新能力的提高。

參考文獻：

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