構建虛實一體的《水污染控制工程》教學模式

劉崢 尹上梓 梁艷 馬大朝

摘 要：《水污染控制工程》是環境工程專業的專業基礎課，該課程是介紹利用各種物理、化學和生物的方法控制和消除水體污染。在教學過程中，如何將課堂教學與實踐教學有機結合，對學生更好地貫徹理論并聯系實踐，有著重要的作用。本研究通過構建虛實結合的《水污染控制工程》實踐教學體系，在《水污染控制工程》這門環境工程專業必修課的理論教學過程中設置不同種類廢水處理實踐單元操作環節，結合案例教學模式，加強學生在水處理過程的實際操作能力、應變能力，以及提高分析和解決實際問題的能力。

關鍵詞：虛實結合；實踐教學；課程設計

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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》是環境工程專業的專業基礎課，學生通過學習該課程的理論知識，可以牢固掌握污水處理物理方法、化學方法和生物方法的基本原理，以及了解污水處理廠的系統布置、流程設計和運行管理等方面的知識，為將來從事污水處理工程設計、運行、管理和科學研究工作打下堅實的基礎。然而長期以來，由于高校發展速度過快，教學評價體系和制度上的偏差與誤導，大多數高校對環境工程專業課教學工作仍采用與理論相配套的教學模式，出現了“重原理、輕技術，重課堂、輕實踐的現象”的現象[1]，導致專業課程的教學方法傳統落后，教學案例陳舊。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，但實際上，污水處理工程案例多為十幾年前應用，無法有效的反映當前水污染控制行業的現狀。但是目前在廣西大學環境工程專業中，該課程的教學內容設計上大多注重基礎理論的傳授，教學形式上仍然以教師權威主導為主，課堂實踐教學手段單一，缺乏綜合性、設計性、多功能的可真正動手操作的課堂實踐單元，對學生實踐應用能力的培養僅限于一兩次課程實驗甚至沒有，這種被動式的教學模式，導致了學生無法進一步理解和掌握專業理論知識，嚴重影響了大學生在實踐應用上的批判力和創造力，也就不利于學生綜合分析和解決實際工程問題的能力得培養[2]。而進一步來說，為提高學生的工程實踐能力，就需要加強校內外實踐教學體系的建設。一方面來說，這是為學生在生產實習當中提供良好的設備條件，使學生可以深入感受到生產一線的真實情況，更真切的認識到所學專業知識在實際生產中的應用，為未來的就業創造良好的條件；另一方面，實踐教學也可以不斷推進我校專業實驗室的建設，按照我國現行環保監測和設計技術的要求，對實驗室現有的儀器設備進行更新換代，力爭使學生在學校內就可以掌握到當前社會需要的監測和設計技術，配合仿真實驗室，使之與實際生產一線的需求接軌，使學生能夠學到真正有用的實用技能。

為培養學生從千變萬化的實際問題中抓住事物本質的能力和掌握解決問題的思路與方法，使該專業的學生在教學中及時了解當前水污染處理行業現狀，本課程根據廣西區域廢水的種類和特點，收集近幾年來的廢水處理案例，結合理論內容對學生進行講解；并計劃在《水污染控制工程》這門環境工程專業必修課的教學過程中設置不同種類廢水處理實踐單元操作環節，通過多種教學手段將課堂理論教學和實踐操作有機結合，加強學生在水處理過程實際操作能力，從而提高環境工程專業學生的專業現場分析和應用能力。

一、虛實一體模式在《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、力學、化工原理、微生物學等諸多學科的理論知識，在課堂教學環節，既有深刻的理論分析，又有諸多實踐性環節；既有水處理工藝原理、精確的數學模型，又有繁瑣的設計計算、設備選型。所以，如何將《水污染控制工程》的課程理論與實踐相融合，達到好的教學效果，對于學生充分理解和掌握專業理論知識起到了極其重要的作用[3]。按照“虛實結合、互為補充、綜合運用、注重創新”的教學理念，構建虛實結合的實踐教學體系，該體系包含“虛”、“實”兩部分內容，如圖1所示：

（一）“虛”教學環節的構建

“虛”指虛擬，模擬。通過設置不同種類廢水處理實踐模型單元，設置不同種類廢水處理的實操環節，并開展設計性實操。借鑒MOOC或SPOC模式，開課前布置學習任務，設置明確的實操目標，方法，內容，要求學生通過網絡自主學習結合計算機軟件操作，通過分段測試并參與課堂現場實操，從而解決“教”與“學”脫鉤的矛盾。同時，根據廣西區域廢水的種類和特點，對水污染治理行業中的典型案例、典型問題進行收集和篩選，建立線上立體化教學案例資源庫，包括文字、圖片、圖紙、工藝視頻等，對書本中各具體知識點進行全面介紹和展示。

（二） “實”教學環節的構建

“實”指在課程教學中引入實踐操作環節。基于學生“虛”的學習，依托廣西大學環境科學與工程實驗中心平臺，利用現有的化學混凝實驗單元，沉淀實驗單元，過濾實驗單元，膜反應實驗單元等多個單個實驗單元要求學生進行課堂演示。根據學生對基礎知識的掌握程度和實操演示的熟練程度，進一步考慮在實操單元的設計中增加難度，增加開放式和研究型的教學實踐操作單元。實踐系統由原來的獨立單元改為接近實際的復合單元，增添水解酸化槽、接觸氧化槽等有機廢水生物凈化等相關的構筑物內容。在教學實踐和課程設計中強化學生自主設計和操作的內容，以更好地培養學生的創新性。

（三）虛實兩教學環節一體構建的意義

1. 配合《水污染控制工程》這門專業必修課程教學的開展，發揮污水處理單元實踐操作其在整個教學過程中的重要作用，培養學生在實踐教學過程中獨立發現問題、分析問題和最終解決問題的能力。并結合區域生態環境和社會實際存在的環境問題，實現環境工程專業實用性和創新性的培養目標，為將來的就業打下基礎。

2. 依托該課程教學改革，為環境工程其他核心實踐課程提供虛實一體化的實踐教學模式與范式的推廣。通過該項目的實施，對于環境工程其他核心實踐課程教學改革具有重要的理論和方法論意義。

二、虛實一體模式在實踐教學中的應用及面臨的問題

（一）實踐教學在《水污染控制工程》課程教學中的應用

1. 根據廣西區域廢水的種類和特點，計劃在《水污染控制工程》這門環境工程專業必修課的教學過程中設置不同種類廢水處理實踐單元操作環節，結合案例教學模式，將課堂理論教學和實踐操作有機結合，加強學生在水處理過程中的實際操作能力，提高分析和解決實際問題的能力。

2. 針對廣西地區水污染治理行業的特點，設置不同的污水處理單元，對水處理中的典型案例、典型問題集進行收集篩選，建立線上立體化教學案例資源庫。使學生充分利用課余時間進行在線學習，觀看動畫和視頻案例，完成在線作業。以達到課內學習、理解理論知識，課外鞏固理論知識并聯系實際污水處理案例的目的。

3. 借助我專業購置的水處理仿真軟件訓練，指導學生設計生物處理法（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，模擬相關廢水工藝處理流程，使學生掌握水處理理論基礎知識，考察對工藝流程的熟悉和掌握情況。

4. 在課程教學中引入模型實操環節，利用我校環境系現有的水處理教學模型，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模型，加深學生對各種處理工藝的認識，和在實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筑物與設備的構造及運行原理，并為可能發生的運行維護問題提供借鑒。

5. 通過認識實習指導課程設計。我校認識實習是在大二下學期進行，通過對不同處理工藝的城市污水處理廠的認識參觀，學生了解到現代污水處理設施，以及適用于不同類型城市生活污水的處理工藝流程。這為學生接下來的《水污染控制工程》的課程學習打下基礎，為《水污染控制工程》的課程設計提供一個更為直觀的認識。而課程設計是在完成課程學習后所進行的一個重要的實踐環節，教師可根據認識實習的過程，設計不同的課程設計題目，明確設計要求和部分設計參數，并幫助學生解決在設計中遇到的問題。這項任務可以讓學生分成不同的課程設計小組，探討并進行設計，最后讓學生進行總結匯報，分享設計成果以及提出新思路、新見解，讓師生一同探討解決。這不僅有利于學生學以致用，完成課程設計，也有利于開發新思維，提出新觀點，達到進一步的學習目的[4]。

（二）實踐教學過程中所面臨的問題

1. 學生通過實踐單元操作環節，不僅可進一步掌握污水處理的基本方法和工藝，還可以通過對實驗數據的分析、歸納，來驗證已有的概念和理論[4]。但是遺憾的是，由于課程結構的調整，我校的《水污染控制工程》總課時從原有的54學時調整為48學時，學時數進一步被壓縮，使得實際操作環節多以演示為主，學生實際動手實踐的學時不夠，因此培養學生解決實際問題能力的作用有限。在這一方面，由于時間的關系，使得我們距離原本的目標還是有一定的差距，這還需要我們進一步的探討課程的布置和設計。

2. 環境工程水污染課程設計是學生綜合運用理論課程的基本知識，獨立思考解決實際問題的一次鍛煉[5]。但是，就目前來說，《水污染控制工程》的課程設計僅為2學分，課程的學時數偏少。此外，由于該環節采取分組進行設計和作業提交，使得有些同學消極怠工，沒有參與設計過程，在組內完全依靠其他同學的設計來完成任務，致使不能保證所有的學生參與設計鍛煉，使得考核過程容易出現不公平的現象[6]。

3. 實驗室配套實操環節的教學儀器有限。實際操作環節主要圍繞實驗室已有且能用的試驗教學儀器來開展，實驗內容受到很大的限制，并且許多實驗的開展受限。同時實際操作環節的實驗設備套數偏少，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，無法在有限的時間內讓全部的學生進行實際操作演練，這樣不僅使教師的教學比較被動，而且學生自己實際動手操作能力也受到限制。

三、結束語

本研究通過進一步修改《水污染控制工程》課程結構，引入廢水處理實踐教學模型單元的實踐操作演示環節，強化學生在《水污染控制工程》課程學習中關于各類水污染處理方法的認識程度，同時建立《水污染控制工程實踐案例》資源庫，實現該課程的實踐教學模式，從而構建虛實結合的《水污染控制工程》實踐教學體系。在教學過程中，利用多種實踐操作環節的鍛煉、課程案例的設計等教學手段將課堂理論教學和實踐操作有機結合，讓學生真正的學以致用，使學生在各類廢水處理系統現場運營過程中獨立發現問題、分析問題和最終解決問題的能力得到進一步培養和提高。

參考文獻：

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