實踐能力遞進式培養:水質工程學課程實驗教學改革

張 萍，李艷紅，曾鴻鵠

(桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西桂林541004)

隨著我國經濟建設的持續發展和人類對環境的重視，社會對給排水專業、環境工程專業人才的需求日益旺盛。當今社會需求的人才，不僅要有扎實的理論知識，而且更要有強大的實踐能力以及高綜合素質。實驗教學是培養學生實踐能力與綜合素質的重要途徑。水污染的治理研究領域非常寬廣，并且不斷有新理論、新技術及新工藝出現，這就要求實驗教學不斷更新內容、改變方法。

我校以往的水處理實驗教學分為給水處理工程、廢水處理工程、工業廢水處理工程、工業給水處理工程，每門課程有2-3個實驗課，依附于理論課，這樣的弊端是實驗課在課程中占的比例很小，學生不重視實驗課，認為只要理論課學好了，學分依然能拿到，有些學生甚至不上實驗課，理論課考試通過了，學分也就拿到了。鑒于以上原因，我校將給水排水專業中上述幾門水處理方面的課程合成一門水質工程學，實驗課獨立為一門《水質工程學實驗》，總學時48，學分為2.5，由實驗室專職教師承擔。這樣避免了學生不重視實驗課，特別是水處理綜合實驗，實驗室教師可全程輔導學生。

一 改革實驗教學內容與結構

《水質工程學實驗》在給水排水工程專業中占有較重的位置，合并前的幾門實驗課學時數和內容都很少，不能完全體現現代化水污染控制理論與技術的具體應用，所以，增加綜合性的實踐環節，是專業課實驗教學改革的重要方向。

1.調整實驗教學內容

48學時的《水質工程學實驗課》，分為實驗理論基礎6學時、驗證性實驗2項、綜合實驗9項，水處理綜合設計性實驗1項。將過去的有關給水處理、污水處理、工業給水處理、工業廢水處理、水處理生物技術、環境生物技術等課程中的實驗內容重新調整。增加許多新的內容，并根據處理方法的不同分為物化處理和生物處理兩大類別［1］。

2.《水質工程學實驗》的實驗項目設計

實驗項目的設置中，綜合性、設計性實驗占總實驗課時的75%。實驗分為驗證型實驗、設計型和綜合型實驗，這些實驗項目中有水處理中主要指標的分析測試項目，設置此類項目是因為給排水專業未設置相關的專業基礎課的實驗;有傳統給水、污水處理工藝的實驗，設置此類項目可以加深學生對給水和污水處理技術方面基本原理的理解，培養學生水的基本技能;還有反映國內外水處理技術方面的新技術、新工藝的實驗，此類實驗的設置可以讓學生了解國內外水處理技術的發展方向和流行趨勢。主要實驗項目包括:污水的可生化性能測定實驗、評價活性污泥性能測定實驗、混凝實驗、成層沉淀實驗、過濾實驗、水的軟化實驗、活性炭吸附實驗、曝氣設備充氧實驗、酸性廢水中和吹脫實驗、電解法處理電鍍廢水及水處理綜合實驗等。水質工程學實驗改革的重點就是開設了水處理綜合實驗。通過這些實驗項目，使學生的動手能力增強，對書本知識的理解更加深入。

二 改革實驗教學方法

教學方法的改革遵循取其精華，去其糟粕的原則。針對不同實驗項目的特點，采取不同的教學方法。

傳統的專業課實驗主要采用以“教”為中心的教學方法，即課前指導教師將所有的實驗用品準備好。上課時教師首先講解具體的實驗操作，然后學生按照實驗指導書要求進行實驗。對于評價活性污泥性能測定實驗、污水的可生化性能測定實驗、混凝實驗、成層沉淀實驗、過濾實驗、離子交換實驗、成層沉淀、活性炭吸附實驗、曝氣設備充氧等驗證性實驗，依然采用傳統的教學方法。這種傳統的教學方法可以培養學生的基本實驗技能。

水處理綜合實驗則采用以“學”為中心的教學模式。

以“學”為中心的教學方法，教師指導、輔導學生的學習和實踐，在教學過程中注重啟發、討論和探索，強調以學生為中心，學生不是被動接受知識，而是主動建構實驗。在教師指導下，學生自行選題、查詢資料、設計實驗方案、準備實驗并獨立完成實驗。實驗過程中，學生主動探索知識，發現問題，自己分析和解決問題，教師僅做適當的引導和指導。經過一次全面綜合實驗過程，學生的實驗技能、綜合能力得到了鍛煉和提高［3-5］。

經過教學改革后，把傳統教學方法與創新的教學方法有機地結合起來，有助于培養學生的積極性，養成獨立思考和嚴謹的科學精神，提高學生的綜合能力，是驗證性、演示性實驗的重大改革和發展。

三 水處理綜合實驗的平臺建設［6］

1.水處理實驗裝置建設，包括污水處理、給水處理實驗裝置。實驗室購置了混凝攪拌機、吸附柱、調節池、電解池、離子交換實驗裝置、SBR池、生物轉盤、曝氣生物濾池等水處理新工藝的實驗裝置。

2.水質分析測試儀器購置。購置了BOD快速測定儀、COD測定儀、COD速測儀、NH4-N測定儀、DO測定儀、恒溫振蕩器、電子分析天平、在線檢測ORP/DO/pH儀等，大大改善了實驗條件。

水處理綜合創新實驗平臺建設以后，給《水質工程學實驗》課程中開設水處理綜合實驗提供了必要條件。

四 水處理綜合實驗教學實踐探索

為了使水處理綜合創新實驗平臺得到充分利用，結合實驗基礎理論教學的同時，在實驗平臺上進行多媒體教學和現場教學結合，詳細介紹每一種實驗裝置的工作原理、構造、功能以及可能開展的設計性實驗，將先進的計算機應用技術與實驗教學有機地結合起來。

水處理綜合實驗可分為物化處理和生物處理兩個實驗方向。

物化處理實驗，學生通過水的物化處理工藝設計，將混凝攪拌機、電解裝置及離子交換等實驗裝置根據進水水質和出水水質要求進行優化組合，調試運行，記錄實驗數據，分析處理效率，得出處理方法是否可行的結論。水的生物處理實驗，學生通過組合實驗裝置設計實驗方案，培養活性污泥，確定SVI、MLSS、DO、HRT等運行參數，分析進出水水質，確定各污染物(COD、BOD、TN、TP、SS等)的去除效率，對活性污泥法、曝氣生物濾池法、生物轉盤等處理廢水有了實質性的了解，提高了他們分析問題解決問題的能力。

實驗以5～8人為一個小組設計實驗方案，要求每個小組的實驗方案都不相同;確定實驗方案并經過指導教師修改同意以后，就可以實施實驗方案。具體實驗方案有:糖蜜酒精廢水好氧-厭氧生物處理;糖蜜酒精廢水物化處理;中藥廢水生物處理實驗;中藥廢水物化處理實驗;米粉廢水生物處理實驗;米粉廢水物化處理實驗;電鍍廢水物化處理實驗等。

學生們在實驗中，本著科學嚴謹的態度，充分發揮自己的主觀能動性。從實驗用水的選擇和采集、實驗方法的制定、實驗藥品的配制、實驗設備的使用，整個實驗過程都全部獨立完成，教師起指導作用并提供實驗所需儀器和藥品。實驗完成后，學生運用所學的數理統計等數學知識結合一些新的計算機軟件模式進行實驗數據的處理，提交了高質量的實驗報告。

近4年來，在給排水本科水質工程學實驗教學中開設水處理綜合實驗，取得了較好的教學效果。

2005級、2006級給水排水專業學生的綜合性實驗的內容為糖蜜酒精廢水生物處理實驗、中藥廢水生物-化學處理。通過實驗，學生對工業廢水處理工藝中常用的好氧-厭氧處理工藝有了比較全面的了解，并將生物處理后未達標的廢水進一步進行混凝物化處理，將生物處理和物化處理結合起來，增強了學生的創新思維和實際動手能力。加深了對所學混凝、沉淀理論等內容的理解。

2007級給水排水專業學生的綜合設計性實驗結合桂林的實際需要，學生選題增加了米粉廢水的生物處理實驗。不同的小組利用曝氣生物濾池、生物轉盤兩種方法分別進行了處理，并做了對比，不僅得出了比較系統科學的結論，也充分調動了學生的學習主動性及既能科學嚴謹又能靈活處理問題的能力。

五 實驗教學改革效果

1.提高了學生分析問題和解決問題的能力

傳統實驗項目的設置鍛煉了學生的基本實驗技能。在此基礎上進行的水處理綜合實驗，涉及的知識面廣，需要查閱大量的書籍和文獻，開闊了視野，才能選題、設計實驗方案、選擇實驗設備、確定檢測方法，同時也培養了學生探索、學習的能力、創新的能力。在實驗方案實施過程中，，需要學生自己動手獨立操作實驗設備、解決實驗中出現的問題，這就提高了學生分析問題、解決問題的能力［7］。

2.增強了同學之間協同合作的意識

一個實驗只靠一個人是完不成的，特別是水處理綜合實驗，從選題到實驗的實施，都需實驗小組所有成員的參與。這就提高了學生團結合作，協同作戰的意識。

3.促進了科研課題與實驗教學的有機結合

實驗教學內容緊密結合專業發展的方向和動態，并與最新的技術成果相結合。引入能夠反映科研成果的實驗技術和實驗方法。給排水教研室和實驗室的師資隊伍具有較強的從事科研工作的能力。承擔國家級、省部級及橫向科研項目。根據科研工作積累的經驗。有計劃地設計與研制一些新的教學實驗設備并對原有的實驗設備進行了改進。滿足實驗教學發展的需要，如自行設計的水的軟化實驗裝置等。

在開設實驗的時候，結合研究課題開展設計性實驗。如各年級開展的糖蜜酒精廢水的生物處理及化學處理，結合了教育部科技重點項目“糖業含硫高濃度有機廢水厭氧處理工藝研究〔教技司02119〕”及省部級廣西科學研究與技術開發計劃項目《糖蜜有機廢液資源化應用研究》(桂科攻0592003-3)，米粉廢水的處理結合了橫向項目《桂林某米粉廠廢水處理》，2008級給排水專業的學生就結合橫向項目《荔浦某電鍍廠廢水處理》開展了電鍍廢水物化處理綜合實驗，學生根據廢水性質，設計了電解-混凝的處理方案，取得了良好的效果。

4.促進了教師業務水平的提高

實驗課涉及的知識面廣，在實驗教學改革嘗試中，許多實驗的內容是比較前沿的技術和方向。因此，要求教師不但要有本學科扎實的理論基礎，還要有較高的實驗技能，同時還要不斷加強業務學習，更新知識，才能夠勝任實驗教學［8］。

六 結語

根據社會對人才的需要，現在各高校的實驗課程都在進行教學內容、教學方法改革，努力提高學生的動手能力、自學能力和創新能力。水質工程學實驗在培養學生給水處理和排水處理方面的實驗能力起著重要的作用。我們在水質工程學實驗教學方面不斷探索新的方法，取得了良好的教學效果。

［1］劉麗琳，孫久厚.建立公共實驗平臺，培養研究生創新能力［J］.學位與研究生教育，2002(S):56-58.

［2］崔玉芹，毛晉昌.用新思路建設和管理實驗室［J］.實驗技術與管理，2005，22(3):12-14.

［3］劉 莉，張 銳.加強醫學院校實驗室建設和管理的思考［J］.中國醫學裝備，2005，2(3):27-29.

［4］陳則王，王友仁.改革實驗教學，培養工科研究生工程實踐和創新能力［J］.電氣電子教學學報，2003，25(6):109-111.

［5］曾 薇.改革水質工程學實驗教學，培養工程應用型人才［J］.實驗技術與管理，2010，27(7):127-129.

［6］陸謝娟.水處理綜合創新實驗平臺的建設及實踐［J］.實驗室研究與探索，2007(5):123-126.

［7］王淑瑩.水質工程實驗技術［M］.哈爾濱:黑龍江教育出版社，2000.

［8］封 娜，李亞靜.水質工程學綜合設計性實驗教學的探討［J］，創新科技導報，2011(20):145-147.