基于CAI的電廠水處理教學改革研究

王偉卓 李煥冬

摘要：電廠水處理是東北電力大學給水排水工程專業的特色專業課之一，是學生日后工作的優勢科目，和學生對電廠水處理的理解和學習著重要的作用。由于水工藝的特殊性和復雜性，單純通過講授難以滿足教學要求;受高校自身條件的限制，難以開展深入的課程實踐活動，所以急需開展課程的改革以適應新時期教學要求，本研究以計算機輔助教學為基礎思路，探討了結合計算機的電廠水處理的先進課程改革方法并提出建議。

關鍵詞：計算機輔助教學;電廠水處理;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0070-02

由于新時期教育改革的不斷深化，高校教學尤其是專業課教學出現了很多新問題，一方面系統化的教學體系要求教師能在很少的課時內完成對一門課的講授;另一方面，由于新技術、新工藝的出現，使得教材難以跟上發展現狀，教學與實踐脫節現象經常出現。CAI是計算機輔助教學（Computer Aided Instruction）的簡稱，是計算機應用于教育領域的一個主要方面，目前它正逐步形成為一門現代教育技術的新學科，并正向信息化的方向發展，是各國計算機應用和教育技術研究的重要課題。電廠水處理作為電力大學的優勢科目，在教學改革中也遇到了相應的問題，找到一種方法能夠妥善解決教育與實踐之間的矛盾成為急需解決的問題。

一、介紹

CAI的發展經歷了由硬件發展到軟件發展的過程，最初的計算機教學主要是利用計算機作為傳統教具的替代，比如作為運算工具出現，此時的計算機教學多數停留在對硬件系統的開發上。而后，由于計算機硬件已經達到了教學所需要的“飽和”狀態而不需要進一步開發，隨著計算機語言的發展，越來越多的教學軟件被提到了比較重要的研究方向上，很多高校開發出基于VB、C＼C++等高級語言的實驗數據處理系統等教學軟件[4]。這些教學軟件極大的提高了教學效率，使原本在課堂上無法完成或者沒有時間的完成的推導運算成為了可能。但是，大量的研究表明，單純利用一種媒體是難以實現對教學手段的有效提升的，而且目前也找不到一種可以全方位體現優勢的教學媒體，所以基于計算機的多媒體教學成為了目前研究的熱點[1]。隨著計算機程序開發的不斷深入、計算機仿真技術的完善，目前計算機輔助教學已經不再局限于運算結果、實物圖片演示而是拓展到教學的多個方面，如師生互動、仿真體驗等。隨著互聯網的發展，這種互動克服了時間和空間的距離，能夠適應多種教學目的的教學手段，在教學中將越來越起到關鍵的作用。

二、目前電廠水處理教學存在的主要問題

1.教學內容落后

由于目前傳統教材的更新速度受到再版時間的制約，很難將新工藝和新規范與時代同步，甚至出現很多早已被淘汰的工藝還在教材中當作先進方法[2]。而且，教材的改版受到多方面的限制很難做到大篇幅、全方位的重新編制。目前，很多教師為了解決這個問題，采用自己補充課外資料的辦法，但是這種補充受困于教師水平和教學態度的影響。由于各高校師資水平發展不同，這種差異造成了很難使不同學校的知識擴展達到相近水平，加上學校硬件、生源等諸多因素，使得不同學校的同一專業畢業生對同一門課程的理解有著很大的差異。

2.教學方式落后

作為專業課教師，大多數教師都無法做到專業以外的知識熟練應用，很多計算機仿真、模擬功能單單依靠授課的專業教師是無法開發利用的，所以雖然跨入了計算機為主導的網絡時代，但是專業課的教學卻遠遠沒有利用先進的技術，還是停留在講授為主、課后習題為次的狀態，對于先進的教學方式使用不熟練，甚至完全不使用。學生作為接受新事物較快的群體，在進入高等教育前早已習慣計算機和網絡帶來的便利，很難接受這種與時代脫節的模式，舊有的教學模式很難吸引他們的注意力、喚起學習熱情，所以這種教學效果很不理想。

3.教學計劃落后

作為我校特色課程之一，電廠水處理曾經分配了較大的學時，由于教學總學時的調整，該課的學時不免受到影響，而這門課程需要大量的水處理相關知識做基礎，是多種水處理工藝的綜合體現，而且很多工藝與其他課程交叉，所以按照目前的學時安排很難深入講解每個知識點。與其他水處理課程相比較，電廠水處理試驗要求精度高，需要的實驗設備昂貴，無法開展簡單的實驗課來增強學生的實踐認識，而受到費用、學生安全等實際問題的制約不容易開展電廠實習活動。

三、CAI的優越性

1.CAI直觀性強，信息容量大

目前的計算機技術已經得到飛速發展，不但硬件遠超過教學使用要求的水平，各類教學軟件也越來越適合教學應用。由于計算機輔助教學可以結合多種媒體，并將各種媒體的優勢充分發揮出來，所以多種新型的教學手段被廣泛的使用[3]。通過計算機，我們可以展示辨率高的圖片甚至是FLASH動畫等教材中無法體現的部分，表現出各處理單元間的動態聯系，所以能夠讓學生更加直觀的認識電廠水處理的工藝流程。在計算機仿真技術中，我們可以將一些實驗室無法進行的實驗讓學生體驗，比如吸附樹脂的再生過程等，通過計算機可以將水處理單元中水質的變化展現出來。

2.CAI讓即時可變與長久保存同時存在具有可能

傳統教材的知識信息一旦落后，只能等待再版時補充新內容，由于受到多種原因的限制，即使再版也可能無法將所有新內容完全補充。但是計算機可以將數據庫開放并結合在線更新，實現將新的知識單元及時補充。同時，計算機可以將大量的教學數據長期保存，并且通過對數據的分析調整教學安排和教學重點，可以做到在不拋棄傳統工藝知識點的同時不斷更新。目前的計算機存儲技術已經十分成熟，海量的教學內容都可以非常方便快捷的保存;計算機軟件的在線更新也十分便利，通過下載數據包，不但可以更新數據庫而且可以更新軟件功能。

3.CAI具有較強的互動性

在教學過程中，學生往往會提出各種問題，傳統教學方式就是針對問題進行講解，而受到教師水平和學生理解能力的限制，這種方式效果往往不好。計算機輔助教學可以增強師生之間的互動性，并通過更加直觀便捷的方式給予輔導。此外，高等教育除了課堂外還有大量的學生自主完成的學習部分，通過設置學生自主學習模塊，可以讓學生在課外得到充分的計算機輔導教學，同時通過計算機的網絡優勢可以實現師生教學的實時互動，不但在課堂上可以提出問題，在課外遇到問題也同樣可以提出問題。

四、CAI在電廠水處理教學的應用

電廠水處理作為一種特殊的水處理工藝，除了基礎課中學習的一般水處理技術外，還需要掌握相當部分的特殊反應流程。在授課過程中，教師需要將邏輯關系理順，尤其是要將各水處理單元（陰床、陽床等）的先后順序及原理表述清楚，所以應該通過計算機設計一個條理清晰、邏輯關系明確的體系，使教學過程得以順利實施。

根據課程的需要，我們將計算機輔助教學系統分為四個功能模塊，分別為反應機理模塊、反應單元模塊、規范模塊和師生互動模塊。其中，反應機理模塊是主要介紹各個反應單元的凈水機理，而反應單元模塊則是按實際處理工藝的流程將各個反應單元分別介紹，在工藝模塊與反應單元模塊間設置鏈接，使反應原理與反應單元對應起來，通過點擊可以使學生清晰的將電廠水處理的工藝流程直觀的體現，并將工藝的機理以生動的形式展現。規范模塊分為規范條文和條文說明兩個部分，將電廠水處理相關規范文件列入數據庫，并同時實現各條文與條文說明的對應鏈接，這種設計可以在教師授課以及學生課后學習的過程中有效的提高授課以及學習效率，并使知識更加系統化。師生互動模塊可以使用賬號登陸，師生享有不同的權限，教師通過系統進行備課、教學內容更新、在線答疑等工作，學生登陸系統進行課后學習。這種計算機輔助教學系統不單單作為課堂上多媒體展示的工具，而且兼具了教學輔導、課后答疑、師生互動以及最為重要的知識更新的功能，其系統框架如圖1：

五、CAI的發展方向與前景

計算機輔助教學的人機交互性和模擬仿真能力已經隨著科技發展得到前所未有的進步和利用，隨著計算機技術和網絡技術的發展在未來將會得到更大幅度提高，是未來教育發展的趨勢。電廠水處理所具有的水處理工藝的特殊性和復雜性，使得開發一種更直觀、邏輯性更強的教學手段成為必須解決的問題，而計算機輔助教學恰好填補了這一空白。采用計算機輔助教學，能夠有效的緩解目前電廠水處理教學學時縮短與新知識不斷增多的矛盾，并且在一定程度上可以通過計算機的仿真性和互動性模擬部分試驗并替代部分實習內容。

參考文獻：

[1]劉艷.《現代教育媒體的使用》CAI課件設計研究[D].武漢：華中師范大學，2002.

[2]李勇帆.多媒體CAI課件設計制作[M].國防科技大學出版社，2002：32.

[3]黃成群.《電廠化學》專業改革探索[J].重慶電力高等專科學校學報，2005，10（4）：44-49.

[4]Lynne Grewe.Effective Computer Vision Instruetion Through Experimental Learning Experiences[J].International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence.2001，15（5）：810.

（責任編輯：劉翠枝）