《工業水處理》課程教學改革探索

楊厚云 李衛華

摘 要：工業水處理這門課是安徽建筑大學市政工程系給排水專業重要的專業課之一，也是實踐性很強的一門課程。文章對目前工業水處理課程教學中存在的問題進行總結，并針對這些問題進行教學改革，嘗試運用虛擬仿真技術、課堂教學以及實踐等相結合的方法，以充分發揮各種教學方法的優勢，調動學生學習的積極性和創造性，促進工業水處理這門課的教學效果顯著提高，進而培養出符合國家需求的專業技術人才。

關鍵詞：工業水處理；教學改革；虛擬仿真

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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

隨著工業的迅猛發展，我國水污染的形勢也變得越來越嚴峻，這同時也會嚴重制約了工業的發展。因此，除了如何滿足企業對生產用水的需求之外，如何有效地控制每年由企業產生的工業廢水對環境的污染也是急需解決的問題[1]。《工業水處理》就是一門研究工業廢水處理方法的課程，也是給排水專業的核心課程之一。通過該課程的學習，學生們要了解工業廢水的來源和性質、各類廢水的水質等內容，掌握各類廢水處理技術及主要的處理工藝，并且能夠根據實際處理對象的特性提出相應的、可行的水處理方案，以及要具有運行設計、施工調試、維護管理等方面的能力。但傳統的說課模式和教學方法已經滿足不了國家和企業對這方面人才的需求，這就需要優化相應課程的教學體系，更新課程教學內容，改革教學方法，才能做到與時俱進，培養出國家和企業真正急需的人才。

近年來，除了已經成熟的多媒體和視頻教學方法以外，計算機虛擬仿真技術在高校教學領域越來越受到學校的重視。這項技術是20世紀末才興起的一門新型的綜合性信息技術，它涵蓋了多媒體技術、傳感器技術、圖像處理和人工智能等多個計算機技術，對現實世界進行全面仿真，構建一個形象的、交互的虛擬環境，使用戶獲得身臨其境的感覺和體會[2]。這種新型技術與有關專業的課程教學相結合，特別是實踐性強的專業來說，可以極大地滿足對學習媒體的自然交互性和情景化的要求，也為教學改革提供了新的手段。

二、課程性質和特點

《工業水處理》課程主要介紹各種工業水處理方法和常用工業水處理技術，通過此課程的學習，使學生們全面地、系統地了解多種典型工業廢水的來源和水質特征，掌握工業廢水的處理方法和工藝流程，了解工業水處理領域的最新發展。由于本課程涉及到化學、生物學和環境工程等多學科的專業知識，所以，其具有如下特點：

（一）綜合性強

因為課程涉及到多學科的專業知識，除了需要掌握市政工程的一些主要專業課內容外，還需要掌握化學、生物和環境等學科的專業課程，比如：《生物化學》、《水處理生物學》和《水質工程學》等，否則無法理解各種廢水處理工藝及適用條件。因此，工業水處理課程具有很強的綜合性，對基礎知識要求較高同時具有較強的應用性。學習這門課程之前，需要學習市政工程的專業基礎課和其他相關學科的專業課程，一般這門課安排在大學四年級開設。

（二）實踐性強

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

（三）范圍廣更新迅速

《工業水處理》課程針對的是工業廢水，但是不同的工業所產生的工業廢水性質極為復雜，所含污染物的種類和含量也不盡相同，導致對應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和工藝范圍廣。隨著現在國家對環境管理的力度加大和對產業結構的優化升級，使得工業產業不斷向節能、減排和環保等方向延伸[3]，這就對水處理技術提出了更高的要求，水處理工藝也在不斷地發展與優化，那么相應的課程教學內容應隨之更新，與時俱進。

三、課程現狀

（一）教學內容滯后于現階段技術的發展

急速發展的科學技術水平不斷為工業水處理輸送了眾多新理論、新技術和新方法。而現有教材大多是水處理領域中的經典教學參考書，比如趙慶良、李偉光主編的《特種廢水處理技術》（第二版，哈爾濱工業大學出版社，2008年）等。這些參考書大多是年代久遠，雖然對水處理的基本理論和基礎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，使得現有教材不能滿足新形勢下工業水處理技術的發展需求。因此，教材的內容明顯滯后于技術的發展，如何能做到與時俱進，是教學工作所面臨的新挑戰。

（二）教學方法和教學手段落后

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

（三）教學實踐環節作用不突出

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

四、課程改革的探索

《工業水處理》課程以提高學生的理論知識水平、培養學生基本技能和創新能力為目標，這就需要在教學改革過程中將理論課、實驗課和實踐課融為一體，構建多元化教學體系，探索出一條培養創新應用型人才的特色教學之路。

（一）多媒體教學、視頻與傳統教學相結合

《工業水處理》課程會涉及到很多工藝流程圖、設備示意圖等，而傳統的教學卻無法生動、靈活地呈現這些重要的信息。但多媒體教學可以使教學圖、文、聲并茂，通過精心制作課程PPT，以動畫和視頻為學生演示處理工藝過程，結合著必要的圖片和文字說明，既增強教學的直觀性、生動性，又激發學生的學習興趣，比如在講解水處理單元中的某構筑物結構和工作原理時，可先利用多媒體教學的圖片形式展示實際構筑物，再進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廢水處理現場圖像、視頻材料；而對于重要的公式推導及重難點知識，應借以傳統教學中的課程板書進行講解，可給予學生充分地學習、理解和消化的時間。這些方法的有機結合，優勢互補，能夠獲得最大的教學效果，最終使學生更容易理解并掌握工業水處理設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計打下良好的基礎。

（二）教學與網絡課堂相結合

將多媒體教學、視頻和傳統教學方式結合，形成多元化教學體系后，使知識點多的《工業水處理》課程的講授具有鮮明的生動性、靈活性和較強的立體感。除了課堂學習之外，為了使學生能夠在課外進行自主學習，可以構建網上平臺，將教學大綱、實習指導、參考資料、教學錄像和有關視頻等內容上傳至平臺，向學生開放，通過這種網絡化的教學方式，引導學生利用課余時間和網上資源，學會網絡查詢，培養自學能力。另外，通過構建網絡交流平臺，增加師生之間的知識交流；師生也可在平臺上進行解惑答疑，使得學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，提高教學效率。另外，教師在解惑答疑的過程中要調動學生的積極性，引導學生從所學的基礎理論知識中歸納、找出問題的答案，這樣就會使學生從被動接受知識到主動參與和獲取知識，進一步激發學生的學習興趣和提高解決實際問題的能力。

（三）教學與虛擬仿真相結合

《工業水處理》課程內容多，更新快，單單靠課堂教學和工程實踐難以讓學生完全掌握和理解所學知識。而虛擬仿真是對真實的模擬，通過仿真軟件，可以實現一個復雜過程的模擬[5]。仿真技術可以將實際水處理設備工藝生產過程中的物理和化學變化進行模擬運算，動態顯示一些主要工藝指標（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。這樣就可以將企業的工業水處理現場“搬”到課堂上，極大地豐富《工業水處理》課程的教學模式和學習方式，為創新傳統教學方式提供了平臺和拓展空間的同時，讓學生可以深入了解水處理工藝的設備操作，影響因素及如何影響，進而促進學生自主學習的效果，提高學生的學習興趣和效率，也解決了以往實習過程中出于安全考慮而學生無法實際操作，導致學生實習過程“走馬觀花”的現象，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格柵間、沉砂池、沉淀池、濾池、消毒池等設備進行故障排除和日常管理進行模擬。另外，教師可以通過加強平臺建設，將最新的水處理工藝加入到虛擬仿真系統中，并定期更新與維護，為學生自主學習創造良好條件，也解決了現有教材不能滿足新形勢下工業水處理技術的發展需求。

（四）理論教學和工程實踐相結合

《工業水處理》課程是一門應用性較強、很多內容都源于實踐的學科課程。教學過程中要注意理論聯系實際，要將實踐環節教學與課程理論教學放在同等重要的地位，使學生的思想與實際、理論與實踐、自身與社會結合起來，將所學知識融會貫通，以過硬的技術適應社會需求的多樣性和多變性。工程實踐主要讓學生參觀廢水處理廠的運行情況，實地熟悉各工業水處理的常規處理工藝流程；能夠實地認識到各種處理構筑物及基本構造；對各種處理構筑物的基本運行指標有一個初步的了解。通過選擇和科學組織教學實踐（如開展課外實踐活動，建立專業實習基地，加緊校企聯合、合作開發與研究等），結合工程實例和實際工程設計等手段加強學生實踐能力的鍛煉。從實踐中去發現、解決問題，全方位提升學生的綜合素質。例如，對生物濾池的講解時，可以結合本地某工業廢水處理廠實際采用的曝氣生物濾池來講解其構造、設計及運行，并可以讓同學們思考其在傳統生物濾池的基礎上所做的改進以及改進后所取得的效果等。

（五）實驗室與實踐基地的構建

為使學生可以更好的開展實訓教學，學校或學院需要有完善的實訓設備和足夠的場地，同時為了充分發揮實訓與課堂教學并行的教學模式，必須要保證實驗室能夠全面開放，以及積極鼓勵學生們申報相關創新課題，讓更多學生參與進來。雖然這樣會對學校或者學院教學管理和資金等帶來巨大挑戰，但可以讓學生從中享受實驗帶來的樂趣，提高了學生的動手能力和專業實踐能力。除此之外，學校或者學院可以與其他單位（供水集團、污水處理廠等）共同建立實習基地，并聘請企業高級工程師對學生進行操作指導，將實訓切實地從學校延伸到企業中；甚至學校可以與有意向的企業進行創新校企合作，即實習基地、就業基地和社會實踐基地“三合一”合作模式。通過建立這種長期、穩定的合作辦學關系，既加強了學校與地方、學校與企業的合作，也為學生成長成才提供更可靠、堅實的平臺。

五、結束語

對于《工業水處理》課程的教學改革，傳統教學、實踐教學和虛擬仿真技術等多種教學方式的應用，可望克服傳統教學的局限性，增加知識傳遞量，顯著提高教學效果。多元化教學方式既對教師提出了更高的要求，也使學生對工業水處理產生興趣，給學生創造了更大的主動性與靈活性，進而調動學生自主學習的積極性和創造性，提高學生綜合運用所學知識獨立解決問題的能力和素質。多元化教學體系的建立，能更全面、科學地評價學生的綜合素質，培養出符合國家需求的高素質人才。

參考文獻：

[1]何蓮，喬慶云.《工業給水與廢水處理》研究性教學改革探索[J]. 廣東化工，2016，43（18）：180.

[2]易建坤，朱建生，王曙光，等.基于模擬仿真技術的彈藥工程與爆炸技術專業教學訓練模式改革的探索與實踐[J].高教學刊，2016，9：157-160.

[3]姬燕培.水處理技術課程建設與改革探討[J].河南機電高等專科學校學報，2018，26（1）：78-80.

[4]曾玉彬，周柏青，劉廣容.“水處理理論與技術”課程課堂教學改革與探索[J].教育教學論壇，2016，43：92-93.

[5]鄧曼適.《給排水處理仿真教學軟件》的開發與應用[J].價值工程，2010，20：191-193.