手機教學軟件在水處理工程試驗課程中的探索與應用

孫玉偉，祁 昕，楊春維，湯 茜，段小月 (吉林師范大學環境科學與工程學院，吉林四平136000)

水處理工程實驗是環境工程專業的必修課和環境工程專業水處理教學的主要內容之一，許多水處理方法處理設備的設計參數和操作運行方式的確定都需要通過實驗解決。環境工程等相關專業在人才培養方面要求學生在牢固掌握理論知識的基礎上，著重提高自身的實踐能力和創新能力，要求培養的學生具有直面復雜問題，提出有創造性又具有可行性的指導思想和解決方法的能力，實驗教學對達到這一要求有著不可替代的重要作用［1－3］。

從全國開設環境工程專業的院校來看，不論是學時安排還是實驗項目數量，涉及水處理實驗的部分比重最大。目前社會對水處理專業人才的需求相當大，能夠開展工程設計、實驗研究和科研探索的工程技術人才具有更大的競爭優勢［4］。

隨著社會的發展與工業水平的進步，本科畢業生所具備的素質需求也在不斷發展與進化，并隨著工業化和信息化水平的進步而不斷提升，這就需要本科教育模式和方法通過不斷地實踐逐步改進，以適應社會需求，培養出符合社會需求的人才。

1 水處理工程實驗課程存在的問題

1.1 教學與實驗脫節 扎實的理論基礎是順利開展水處理工程實驗教學的前提。然而，目前理論教學與水處理實驗教學相對分離的二元化局面仍然存在，導致理論與實踐脫節，教學效果大打折扣。特別是在開設水處理課程的前期，更不能讓二者在時間上脫節，要及時通過實驗使學生掌握水質的分析和相關儀器使用方法，以及污水樣水質指標測試等實驗項目［5］。

1.2 實驗項目安排不合理 由于學時和實驗設備有限，實驗項目開設不全面，實驗安排僅能做最基本的認知性和驗證性實驗，綜合性、創造性實驗很難實施［6］。在教學過程中，由于教師教學方法缺乏互動性，學生按部就班，動手能力和創新能力得不到充分發揮。另一方面，由于部分實驗裝置設施陳舊、實驗操作不當等客觀原因，實驗得到的數據往往與課堂上所講授的理論知識不一致。由于缺乏興趣和參與度，實驗中出現的異常數據往往直接被棄之不用，學生沒有從實驗中分析數據產生的根本原因，所以實驗達不到預想的效果，而是僅作為理論驗證的輔助手段，學生對理論知識的進一步認知就非常有限。

1.3 實驗裝置和設備陳舊 當前，水處理工藝和設備發展迅速。而高校的實驗課程大多還是傳統的水處理工藝和分析方法，與實際應用的技術脫節。另外，由于專業建設經費不足，許多高校實驗室精密的分析儀器數量較少，在本科教學階段可以用到的更加有限。所以，為了滿足本科生教學實驗的需要，保證學生對先進分析儀器功能的進一步了解，實驗教學只能將學生分組。教師教授該類實驗所用的時間通常是普通實驗的2～3倍，浪費了大量的時間。與此同時，由于分組教學，一組同學共用一組數據，使得部分學生在實驗過程中參與度不高，數據分析和實驗報告抄襲現象嚴重，達不到預期教學效果。

2 圍繞手機應用軟件形式構建新型教學模式

目前我國高校相關專業的培養方案與培養方向因為學科特點和教學資源的制約而相對穩定，導致了目前高校培養與社會需求相脫節、高校畢業生創新能力不足等問題。因此，通過專業方向社會需求系統調研，應用現有的教學資源，探索新型教育模式，成為目前解決高校與社會需求相脫節問題的重要方法之一。結合目前手機軟件的廣泛應用和學生的學習興趣，將水處理工程試驗的設計理念和參數以及所要達到的教學效果等因素載入“綠色大陸”環境教育軟件中，提出一種新型的教學模式。以手機軟件輔助實驗教學，解決了教學條件、教學經費對實驗內容在時間與空間上的束縛，在手機軟件中實踐實驗方案和運行參數，學生可以反復操作，大膽嘗試、為學生對污水生物處理理論的理解和在實踐中的有效應用提供了很大的幫助，是對真實實驗教學的有益補充。

2.1 水處理實驗手機軟件框架構建 “綠色大陸”教育軟件以提升學生創新設計實驗能力為目的和前提，以角色扮演的游戲形式將環境專業知識生動的展現給使用者，通過角色養成與冒險解決設定環境問題，獲得經驗實現角色升級，獲得道具提升角色能力，獲得虛擬金幣購買和升級道具。在實際的課堂上將學生自主設計的實驗進行可行性分析，并且予以實際操作。在實踐中通過反饋控制手段，對所設計的實驗方案進行適當修正。在“實踐、認識、再實踐”的過程中，最大限度地提升學生的學習興趣和實驗設計能力以及創新能力，進一步提升吉林師范大學校環境工程專業學生的從業技能和基本素養，對提高就業率和專業社會口碑起到積極的作用。將這種寓教于樂的教學方式應用到學科建設中，為其應用于其他專業提供經驗指導與借鑒。

同時，試圖通過對該軟件在水處理工程實驗課程的初步應用，發現問題、解決問題、總結經驗，最終將“綠色大陸”環境教育軟件應用到環境科學與工程專業本科教學的所有課程，為解決該校乃至更廣范圍內其他高校目前面臨的教育資源有限、本科生創新能力差、就業難等問題提供指導與借鑒。

2.2 “綠色大陸”軟件搭載實驗內容的確立 伴隨著工業進步，新的水環境污染問題不斷被發現，工業和生活用水要求不斷提高，化工技術和材料科學的發展也為水質處理和水污染控制提供了新的技術段，水處理技術相關課程內容不斷有所更新［7］。目前水處理工程實驗題目主要集中在一些基礎性原理驗證方面，沒有涵蓋一些在實際工程中已得到一定應用的新技術、新工藝以及新的實驗檢測手段，導致實驗內容與社會實際需求脫軌。

通過往屆畢業生信息反饋、實習基地單位調研、見習基地問卷調查、專業相關企事業單位考察等手段，獲得較大基數的調研數據，通過樣本調查獲得較真實可信的水處理專業需求基本信息。通過對調研樣本進行系統分析，凝練出該專業目前所需的水處理工程方面的工程素質與基本能力3～5項，作為“綠色大陸”軟件搭載實驗的核心內容。

2.3 “綠色大陸”軟件設計 以凝練出的工程素質與基本能力為核心內容，對軟件系統進行概要設計，即系統設計。主要包括系統的基本處理流程、系統的組織結構、模塊劃分、功能分配等，為軟件的詳細設計提供基礎。軟件包含“綠色大陸冒險”、“環境知識堂”、“在線互動”、“環境知識大比拼”等基本模塊，通過“在線互動”進行積分排名、與教師交流互動，通過“環境知識大比拼”進行角色間PK。通過參與游戲達到對環境專業知識的學習、復習、鞏固的目的，同時通過在游戲中解決設定的實際環境問題，還可以提升學生的綜合素質，強化其解決實際問題的能力，對其水污染控制工程設計能力的培養具有極大地促進和輔助作用。

例如，在活性污泥法處理廢水的實驗中，學生可以在“綠色大陸冒險”模塊設置不同的實驗參數，從活性污泥馴化開始，最后得出污泥的各項指標以及處理污水效果。同時，可以通過“在線互動”板塊與其他學生討論實驗方案和數據分析。與傳統的實驗方法相比，通過“綠色大陸”軟件，可以節省大量的污泥馴化時間，學生可以大膽嘗試，得出最優實驗方案，并且在實踐操作過程中驗證實驗效果。

2.4 構建軟件反饋控制與管理模式系統 在“綠色大陸”軟件應用的過程中，對其實際運行過程的經驗和問題進行總結和分析，構建出適合該教學軟件長期發展的反饋控制與管理模式系統。在實踐中通過反饋控制手段，對所設計的實驗方案進行適當修正。

3 結語

以常規實驗教學項目為基礎，以其他多種實驗教學形式為輔助，必將對學生實踐能力和創新能力的培養起到重要作用［7］。隨著手機軟件廣泛的應用，以手機為教學途徑，通過“綠色大陸”軟件，將水處理工程試驗課程和相關的環境專業知識融入游戲的形式中，真正做到寓教于樂，提高學生的參與激情和學習積極性。通過參與游戲達到對環境專業知識的學習、復習、鞏固的目的，同時通過在游戲中解決設定的實際環境問題，還可以提升學生的綜合素質，強化其解決實際問題的能力，對其水污染控制工程設計能力的培養具有極大地促進和輔助作用。軟件可以在主流手機和便攜式平板電腦設備上安裝運行，擴大了軟件的傳播速度和使用范圍，有利于推廣和后期維護運營。

手機軟件設計以及模擬實驗中教師和學生的前期工作可以在手機上完成，這既為教學管理提供了便利，也為高效利用手機網絡開展實驗教學管理提出了新的課題，如何建設開放的實驗教學管理系統以適應多種實驗教學形式有待于在實踐中摸索和檢驗。

［1］張可方.水處理實驗技術課程的教學改革與實踐［J］.廣州大學學報(自然科學版)，2003(6):596－597.

［2］趙曉波，孫文田，劉淵泓.水處理實驗教學改革［J］.實驗技術與管理，2009，26(3):196 －198.

［3］魯逸人，季民，劉憲華.環境學科工程教育改革實踐與研究［J］.高校實驗室工作研究，2011(1):12－13.

［4］張發根，王筱虹，李笛，等.自主型水處理實驗項目的設置與教學實踐［J］.廣東化工，2009，36(8):269 －287.

［5］趙曉波，孫文田，劉淵泓，等.水處理實驗教學改革［J］.實驗技術與管理，2009，26(3):196 －198.

［6］曾令初，孫連鵬，張再利.環境工程專業實驗教學改革的探索［J］.實驗室研究與探索，2008，27(3):89 －92.

［7］盛力，劉濤，沈洪，等.以能力培養為核心的水處理實驗教學體系建設［J］.實驗室研究與探索，2012，31(10):115 －118.