劉崢 尹上梓 梁艷 馬大朝

摘 要：《水污染控制工程》是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是介紹利用各種物理、化學(xué)和生物的方法控制和消除水體污染。在教學(xué)過程中，如何將課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，對學(xué)生更好地貫徹理論并聯(lián)系實(shí)踐，有著重要的作用。本研究通過構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的《水污染控制工程》實(shí)踐教學(xué)體系，在《水污染控制工程》這門環(huán)境工程專業(yè)必修課的理論教學(xué)過程中設(shè)置不同種類廢水處理實(shí)踐單元操作環(huán)節(jié)，結(jié)合案例教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生在水處理過程的實(shí)際操作能力、應(yīng)變能力，以及提高分析和解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：虛實(shí)結(jié)合；實(shí)踐教學(xué)；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）21-0095-03

Abstract： Water Pollution Control Engineering is a foundation course for environmental engineering majors. It uses a variety of physical， chemical and biological methods to control and eliminate water pollution. In the teaching process， how to combine classroom teaching with practice plays an important role for students to better grasp theory and integrate theory with practice. Combined with case teaching， this study constructs the practical teaching system of water pollution control integrated virtuality and reality and arranges various practical operation steps in theoretical teaching of Water Pollution Control Engineering， so as to enhance students' practical operation ability， ready adaptability and ability to analyze and solve problems.

Keywords： combination of virtuality and reality； practical teaching； curriculum design

《水污染控制工程》是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程的理論知識，可以牢固掌握污水處理物理方法、化學(xué)方法和生物方法的基本原理，以及了解污水處理廠的系統(tǒng)布置、流程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等方面的知識，為將來從事污水處理工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理和科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而長期以來，由于高校發(fā)展速度過快，教學(xué)評價(jià)體系和制度上的偏差與誤導(dǎo)，大多數(shù)高校對環(huán)境工程專業(yè)課教學(xué)工作仍采用與理論相配套的教學(xué)模式，出現(xiàn)了“重原理、輕技術(shù)，重課堂、輕實(shí)踐的現(xiàn)象”的現(xiàn)象[1]，導(dǎo)致專業(yè)課程的教學(xué)方法傳統(tǒng)落后，教學(xué)案例陳舊。以高教出版社的《水污染控制工程》（第四版）為例，該教材的案例盡管在污水治理原理介紹上非常完整，但實(shí)際上，污水處理工程案例多為十幾年前應(yīng)用，無法有效的反映當(dāng)前水污染控制行業(yè)的現(xiàn)狀。但是目前在廣西大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)中，該課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上大多注重基礎(chǔ)理論的傳授，教學(xué)形式上仍然以教師權(quán)威主導(dǎo)為主，課堂實(shí)踐教學(xué)手段單一，缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性、多功能的可真正動(dòng)手操作的課堂實(shí)踐單元，對學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)僅限于一兩次課程實(shí)驗(yàn)甚至沒有，這種被動(dòng)式的教學(xué)模式，導(dǎo)致了學(xué)生無法進(jìn)一步理解和掌握專業(yè)理論知識，嚴(yán)重影響了大學(xué)生在實(shí)踐應(yīng)用上的批判力和創(chuàng)造力，也就不利于學(xué)生綜合分析和解決實(shí)際工程問題的能力得培養(yǎng)[2]。而進(jìn)一步來說，為提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，就需要加強(qiáng)校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)。一方面來說，這是為學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)當(dāng)中提供良好的設(shè)備條件，使學(xué)生可以深入感受到生產(chǎn)一線的真實(shí)情況，更真切的認(rèn)識到所學(xué)專業(yè)知識在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，為未來的就業(yè)創(chuàng)造良好的條件；另一方面，實(shí)踐教學(xué)也可以不斷推進(jìn)我校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，按照我國現(xiàn)行環(huán)保監(jiān)測和設(shè)計(jì)技術(shù)的要求，對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代，力爭使學(xué)生在學(xué)校內(nèi)就可以掌握到當(dāng)前社會(huì)需要的監(jiān)測和設(shè)計(jì)技術(shù)，配合仿真實(shí)驗(yàn)室，使之與實(shí)際生產(chǎn)一線的需求接軌，使學(xué)生能夠?qū)W到真正有用的實(shí)用技能。

為培養(yǎng)學(xué)生從千變?nèi)f化的實(shí)際問題中抓住事物本質(zhì)的能力和掌握解決問題的思路與方法，使該專業(yè)的學(xué)生在教學(xué)中及時(shí)了解當(dāng)前水污染處理行業(yè)現(xiàn)狀，本課程根據(jù)廣西區(qū)域廢水的種類和特點(diǎn)，收集近幾年來的廢水處理案例，結(jié)合理論內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行講解；并計(jì)劃在《水污染控制工程》這門環(huán)境工程專業(yè)必修課的教學(xué)過程中設(shè)置不同種類廢水處理實(shí)踐單元操作環(huán)節(jié)，通過多種教學(xué)手段將課堂理論教學(xué)和實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生在水處理過程實(shí)際操作能力，從而提高環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)現(xiàn)場分析和應(yīng)用能力。

一、虛實(shí)一體模式在《水污染控制工程》的建立

由于《水污染控制工程》課程涉及了物理化學(xué)、力學(xué)、化工原理、微生物學(xué)等諸多學(xué)科的理論知識，在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，既有深刻的理論分析，又有諸多實(shí)踐性環(huán)節(jié)；既有水處理工藝原理、精確的數(shù)學(xué)模型，又有繁瑣的設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選型。所以，如何將《水污染控制工程》的課程理論與實(shí)踐相融合，達(dá)到好的教學(xué)效果，對于學(xué)生充分理解和掌握專業(yè)理論知識起到了極其重要的作用[3]。按照“虛實(shí)結(jié)合、互為補(bǔ)充、綜合運(yùn)用、注重創(chuàng)新”的教學(xué)理念，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，該體系包含“虛”、“實(shí)”兩部分內(nèi)容，如圖1所示：

（一）“虛”教學(xué)環(huán)節(jié)的構(gòu)建

“虛”指虛擬，模擬。通過設(shè)置不同種類廢水處理實(shí)踐模型單元，設(shè)置不同種類廢水處理的實(shí)操環(huán)節(jié)，并開展設(shè)計(jì)性實(shí)操。借鑒MOOC或SPOC模式，開課前布置學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)置明確的實(shí)操目標(biāo)，方法，內(nèi)容，要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件操作，通過分段測試并參與課堂現(xiàn)場實(shí)操，從而解決“教”與“學(xué)”脫鉤的矛盾。同時(shí)，根據(jù)廣西區(qū)域廢水的種類和特點(diǎn)，對水污染治理行業(yè)中的典型案例、典型問題進(jìn)行收集和篩選，建立線上立體化教學(xué)案例資源庫，包括文字、圖片、圖紙、工藝視頻等，對書本中各具體知識點(diǎn)進(jìn)行全面介紹和展示。

（二） “實(shí)”教學(xué)環(huán)節(jié)的構(gòu)建

“實(shí)”指在課程教學(xué)中引入實(shí)踐操作環(huán)節(jié)。基于學(xué)生“虛”的學(xué)習(xí)，依托廣西大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心平臺，利用現(xiàn)有的化學(xué)混凝實(shí)驗(yàn)單元，沉淀實(shí)驗(yàn)單元，過濾實(shí)驗(yàn)單元，膜反應(yīng)實(shí)驗(yàn)單元等多個(gè)單個(gè)實(shí)驗(yàn)單元要求學(xué)生進(jìn)行課堂演示。根據(jù)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度和實(shí)操演示的熟練程度，進(jìn)一步考慮在實(shí)操單元的設(shè)計(jì)中增加難度，增加開放式和研究型的教學(xué)實(shí)踐操作單元。實(shí)踐系統(tǒng)由原來的獨(dú)立單元改為接近實(shí)際的復(fù)合單元，增添水解酸化槽、接觸氧化槽等有機(jī)廢水生物凈化等相關(guān)的構(gòu)筑物內(nèi)容。在教學(xué)實(shí)踐和課程設(shè)計(jì)中強(qiáng)化學(xué)生自主設(shè)計(jì)和操作的內(nèi)容，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。

（三）虛實(shí)兩教學(xué)環(huán)節(jié)一體構(gòu)建的意義

1. 配合《水污染控制工程》這門專業(yè)必修課程教學(xué)的開展，發(fā)揮污水處理單元實(shí)踐操作其在整個(gè)教學(xué)過程中的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過程中獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和最終解決問題的能力。并結(jié)合區(qū)域生態(tài)環(huán)境和社會(huì)實(shí)際存在的環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)用性和創(chuàng)新性的培養(yǎng)目標(biāo)，為將來的就業(yè)打下基礎(chǔ)。

2. 依托該課程教學(xué)改革，為環(huán)境工程其他核心實(shí)踐課程提供虛實(shí)一體化的實(shí)踐教學(xué)模式與范式的推廣。通過該項(xiàng)目的實(shí)施，對于環(huán)境工程其他核心實(shí)踐課程教學(xué)改革具有重要的理論和方法論意義。

二、虛實(shí)一體模式在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用及面臨的問題

（一）實(shí)踐教學(xué)在《水污染控制工程》課程教學(xué)中的應(yīng)用

1. 根據(jù)廣西區(qū)域廢水的種類和特點(diǎn)，計(jì)劃在《水污染控制工程》這門環(huán)境工程專業(yè)必修課的教學(xué)過程中設(shè)置不同種類廢水處理實(shí)踐單元操作環(huán)節(jié)，結(jié)合案例教學(xué)模式，將課堂理論教學(xué)和實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生在水處理過程中的實(shí)際操作能力，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。

2. 針對廣西地區(qū)水污染治理行業(yè)的特點(diǎn)，設(shè)置不同的污水處理單元，對水處理中的典型案例、典型問題集進(jìn)行收集篩選，建立線上立體化教學(xué)案例資源庫。使學(xué)生充分利用課余時(shí)間進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，觀看動(dòng)畫和視頻案例，完成在線作業(yè)。以達(dá)到課內(nèi)學(xué)習(xí)、理解理論知識，課外鞏固理論知識并聯(lián)系實(shí)際污水處理案例的目的。

3. 借助我專業(yè)購置的水處理仿真軟件訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)生物處理法（包括活性污泥工藝，氧化溝工藝，SBR工藝，A2O工藝，UASB工藝），物理化學(xué)處理法（包括混凝沉淀工藝，萃取工藝，反滲透工藝，電滲析工藝）仿真操作系統(tǒng)，模擬相關(guān)廢水工藝處理流程，使學(xué)生掌握水處理理論基礎(chǔ)知識，考察對工藝流程的熟悉和掌握情況。

4. 在課程教學(xué)中引入模型實(shí)操環(huán)節(jié)，利用我校環(huán)境系現(xiàn)有的水處理教學(xué)模型，如加壓溶氣氣浮處理工藝模型，A2O工藝處理模型，SBR工藝處理模型，生物接觸氧化法處理模型，酸性廢水過濾中和軟化處理模型，混凝沉淀處理模型，膜分離過濾處理模型等一系列教學(xué)模型，加深學(xué)生對各種處理工藝的認(rèn)識，和在實(shí)際處理過程中對污染物作用效果的理解，這為更直觀的了解處理構(gòu)筑物與設(shè)備的構(gòu)造及運(yùn)行原理，并為可能發(fā)生的運(yùn)行維護(hù)問題提供借鑒。

5. 通過認(rèn)識實(shí)習(xí)指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)。我校認(rèn)識實(shí)習(xí)是在大二下學(xué)期進(jìn)行，通過對不同處理工藝的城市污水處理廠的認(rèn)識參觀，學(xué)生了解到現(xiàn)代污水處理設(shè)施，以及適用于不同類型城市生活污水的處理工藝流程。這為學(xué)生接下來的《水污染控制工程》的課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，為《水污染控制工程》的課程設(shè)計(jì)提供一個(gè)更為直觀的認(rèn)識。而課程設(shè)計(jì)是在完成課程學(xué)習(xí)后所進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師可根據(jù)認(rèn)識實(shí)習(xí)的過程，設(shè)計(jì)不同的課程設(shè)計(jì)題目，明確設(shè)計(jì)要求和部分設(shè)計(jì)參數(shù)，并幫助學(xué)生解決在設(shè)計(jì)中遇到的問題。這項(xiàng)任務(wù)可以讓學(xué)生分成不同的課程設(shè)計(jì)小組，探討并進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后讓學(xué)生進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)，分享設(shè)計(jì)成果以及提出新思路、新見解，讓師生一同探討解決。這不僅有利于學(xué)生學(xué)以致用，完成課程設(shè)計(jì)，也有利于開發(fā)新思維，提出新觀點(diǎn)，達(dá)到進(jìn)一步的學(xué)習(xí)目的[4]。

（二）實(shí)踐教學(xué)過程中所面臨的問題

1. 學(xué)生通過實(shí)踐單元操作環(huán)節(jié)，不僅可進(jìn)一步掌握污水處理的基本方法和工藝，還可以通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、歸納，來驗(yàn)證已有的概念和理論[4]。但是遺憾的是，由于課程結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我校的《水污染控制工程》總課時(shí)從原有的54學(xué)時(shí)調(diào)整為48學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)數(shù)進(jìn)一步被壓縮，使得實(shí)際操作環(huán)節(jié)多以演示為主，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐的學(xué)時(shí)不夠，因此培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的作用有限。在這一方面，由于時(shí)間的關(guān)系，使得我們距離原本的目標(biāo)還是有一定的差距，這還需要我們進(jìn)一步的探討課程的布置和設(shè)計(jì)。

2. 環(huán)境工程水污染課程設(shè)計(jì)是學(xué)生綜合運(yùn)用理論課程的基本知識，獨(dú)立思考解決實(shí)際問題的一次鍛煉[5]。但是，就目前來說，《水污染控制工程》的課程設(shè)計(jì)僅為2學(xué)分，課程的學(xué)時(shí)數(shù)偏少。此外，由于該環(huán)節(jié)采取分組進(jìn)行設(shè)計(jì)和作業(yè)提交，使得有些同學(xué)消極怠工，沒有參與設(shè)計(jì)過程，在組內(nèi)完全依靠其他同學(xué)的設(shè)計(jì)來完成任務(wù)，致使不能保證所有的學(xué)生參與設(shè)計(jì)鍛煉，使得考核過程容易出現(xiàn)不公平的現(xiàn)象[6]。

3. 實(shí)驗(yàn)室配套實(shí)操環(huán)節(jié)的教學(xué)儀器有限。實(shí)際操作環(huán)節(jié)主要圍繞實(shí)驗(yàn)室已有且能用的試驗(yàn)教學(xué)儀器來開展，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受到很大的限制，并且許多實(shí)驗(yàn)的開展受限。同時(shí)實(shí)際操作環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備套數(shù)偏少，部分模型裝置如微生物接觸氧化、沉淀池等僅為一套，僅能讓學(xué)生從理論上了解處理流程或是簡單模型介紹，無法在有限的時(shí)間內(nèi)讓全部的學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作演練，這樣不僅使教師的教學(xué)比較被動(dòng)，而且學(xué)生自己實(shí)際動(dòng)手操作能力也受到限制。

三、結(jié)束語

本研究通過進(jìn)一步修改《水污染控制工程》課程結(jié)構(gòu)，引入廢水處理實(shí)踐教學(xué)模型單元的實(shí)踐操作演示環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生在《水污染控制工程》課程學(xué)習(xí)中關(guān)于各類水污染處理方法的認(rèn)識程度，同時(shí)建立《水污染控制工程實(shí)踐案例》資源庫，實(shí)現(xiàn)該課程的實(shí)踐教學(xué)模式，從而構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的《水污染控制工程》實(shí)踐教學(xué)體系。在教學(xué)過程中，利用多種實(shí)踐操作環(huán)節(jié)的鍛煉、課程案例的設(shè)計(jì)等教學(xué)手段將課堂理論教學(xué)和實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生真正的學(xué)以致用，使學(xué)生在各類廢水處理系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)營過程中獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和最終解決問題的能力得到進(jìn)一步培養(yǎng)和提高。

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