給排水科學與工程專業“水處理實驗技術”課程教學改革探析

崔佳麗　李紅艷　張峰　崔建國

摘 要：“水處理實驗技術”是給排水科學與工程專業培養學生掌握水處理技術基本原理、學會設計水處理實驗方案、提高分析與處理實驗數據基本能力的重要環節。文章針對該課程教學過程中存在的問題，提出教師可通過加強與其他課程的相互結合、更新教學內容、引入案例分析、應用專業軟件及融入實驗室開放項目等方式進行改革。

關鍵詞：給排水科學與工程專業；水處理實驗技術；教學改革

給排水科學與工程是一門實踐性、應用性很強的專業，近二三十年來，給水排水行業的現代化進程很快，大量新技術不斷涌現，科學內涵日益豐富。行業的主要矛盾轉變為水質水量并重和水質問題突出。行業內涵的豐富與深入，對具有專業知識的專門人才需求更加迫切。實驗教學有利于提升學生的動手能力＼實驗技能，是培養具有分析、解決復雜工程問題能力的高素質專業人才的重要途徑。“水處理實驗技術”是一門培養學生理解水處理技術基本原理、設計實驗方案、使用檢測設備以及分析處理數據等基本能力的專業課程。通過加強實驗教學的改革研究，對學生掌握基本實驗技能，深刻理解專業知識，提高學生的專業素質及培養創新人才等方面具有非常重要的意義。

一、教學中存在的問題

（一）缺乏與其他課程同步機制

受傳統教育理念的影響，實驗課程易被學生忽視，“水處理實驗技術”具有知識結構的綜合性、實驗分布的零散性、授課時段的特殊性及實驗系統的復雜性等特點。“水處理實驗技術”包括水處理實驗的基本原理，實驗方案的優化設計、實驗數據的測試與分析處理等，與水質工程（一）、水質工程（二）、水質工程學實驗、儀器分析等課程內容息息相關。在實際教學過程中，會涉及到許多專業知識，如曝氣充氧實驗、成層沉淀等，由于與水質工程學（一）（二）處于同一學期，學生往往還未完全掌握相關的專業知識而不易理解接受，因而影響教學效果。再者，本課程主要涉及理論知識，而實驗實施是在“水質工程學實驗”課程中實現，二者處于不同學期，學生在學習過程中容易忽略本課程所需內容，只是按部就班地進行實驗，不利于所學知識的應用及發揮學生的創新能力。

（二）課程內容相對固化

隨著我國經濟和科技的迅速發展，新的水處理技術不斷涌現。但多年來，“水處理實驗技術”的課程內容都是相對固定的，缺少與時俱進及前沿知識的滲透，難以滿足現代大學素質教育和創新型人才培養的要求，特別是在創新型、開放性實驗中，學生難以學以致用和發揮主觀能動性。另一方面，目前教材中的內容多以學生手工操作為主，隨著計算機技術的普及，舊的方式方法已經不能適應實驗技術快速發展的步伐，也不利于提高實驗效率，增加學生的興趣，特別是在方案設計、后續的實驗數據整理、圖表制作、實驗報告撰寫時存在效率低、不規范的問題。

二、課程教學改革與實踐

（一）與“水質工程學實驗”課程的有機結合

為了使教學內容更具有系統性、連續性、完整性，太原理工大學給排水科學與工程專業在課程設置上，將水質工程學（一）（二）等專業課程涉及的實驗內容整合為“水質工程學實驗”課程，“水處理實驗技術”是“水質工程學實驗”的基礎，為后者在實驗設計、數據分析與處理方面提供方法支撐，其相關知識需要在“水質工程學實驗”課程中實踐完成。學生在實際中按照給定的操作步驟就可完成實驗，往往忽視了“水處理實驗技術”所學知識的實際應用，極容易出現前學后忘現象。對此，在課程中增加契合“水質工程學實驗”內容的教學，如要求學生通過查閱文獻和專業知識，選擇不同的因素及水平， 以所學的多因素正交實驗法制定各自不同的混凝實驗方案，在“水質工程學實驗”中得以實施，并與相關教師商定，要求學生進一步分析與處理得到的實驗數據。這一過程鞏固了所學知識，充分發揮了他們的主觀能動性，培養了自主獨立思考、提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（二）教學內容與時俱進，融入儀器分析內容

在鞏固經典理論知識的基礎上，持續關注并吸收國內外水處理領域的新知識和新技術充實教學內容，與時俱進，使課程更系統全面，更具先進性和實用性。一方面，將水處理領域的新技術、新方法，如光催化氧化去除水中有機污染物、新材料在水處理中的應用等引入課程教學中；另一方面，水環境中的污染物種類更多，成分更復雜，有些污染物含量往往是痕量的，舊的方法已不能完全滿足測試的要求，更加快捷、準確、靈敏的色譜、光譜等現代檢測技術的應用越來越廣泛。太原理工大學給排水科學與工程專業在2016改進版教學計劃中，在原有的“水處理實驗技術”課程基礎上增加了儀器分析的內容，整合為“水處理實驗設計及儀器分析”課程，學生不但要掌握實驗方案設計與比選、數據整理與分析，還要進一步學會水質測試的新理論、新方法，使學生對于整個實驗過程的學習更為系統、全面。新的課程中，教師針對當下水質熱點問題，在教學中增加一定的實驗項目觀摩與操作，如離子色譜儀測定自來水中陰陽離子含量、原子吸收儀測定水中重金屬元素等，使教學內容與行業發展的進程相適應，為進一步培養學生的創新能力提供技術支撐。

（三）應用專業軟件，引入案例分析

隨著計算機技術的廣泛應用，舊的手工設計和計算顯得繁瑣復雜，在水處理實驗技術中引入更為先進、準確便捷的專業軟件勢在必行。水處理實驗涉及到方案設計、數據處理與分析，包括數據擬合、誤差分析、科學繪圖，對于多數本科生，尚未充分接受科研訓練，往往無從下手，事倍功半。在教學中，適當融入design expert、origin、spss等專業軟件有助于學生提出更多合理的實驗方案，實驗報告撰寫更加規范。教師可選取科研論文中的典型案例講述實驗過程，如以《響應面法優化MWCNTS-TiO2納米顆粒深度降解焦化廢水》為例，講述如何利用design-expert設計實驗方案、顯著性檢驗、分析影響因素的主次和交互影響、通過建立響應曲面模型對反應條件進行優化；利用origin進行圖形繪制、擬合多項式、方差分析；利用spss設計正交實驗方案和統計分析，學生通過學習專業軟件，拓展了知識領域，提高了學習興趣。

（四）與實驗室開放項目結合，培養學生創新能力

實驗室的開放已經成為目前我國高校實驗室建設和發展的核心內容，讓學生通過文獻調研來確定初步自己的實驗方案和進度計劃，有利于培養學生的創新能力，順應時代發展的要求。太原理工大學積極推進實驗室開放的改革和實踐探索，以教師的科研項目為基礎，擬定實驗題目，學生根據自己的學習情況和興趣愛好選擇并完成開放項目。2017-2018學年全校開展實驗室開放項目91項，本學院開出了“生物質炭活化過硫酸鹽處理難降解有機廢水研究”“基于紫外光激活雙氧水技術降解廢水中吡啶的研究”等11個項目。面對復雜的科研問題，普通的驗證性實驗已不能滿足科研的需要，學生須應用實驗技術的理論基礎和專業知識，自主設計實驗方案，共同討論，充分發揮他們的主體作用。

在教學中，鼓勵學生積極參與實驗室開放項目，以小組討論的形式將涉及的實驗技術問題融入到課堂中。如在“生物質炭活化過硫酸鹽處理難降解有機廢水研究”中，學生通過查閱文獻，結合專業知識，確定了影響降解效率的主要因素為熱解溫度、反應初始pH值、反應溫度及生物質投加量，并利用均分法進行單因素實驗，分別得到了最佳反應條件，降解效果良好。這一過程打破了學生被動學習的“填鴨式”模式，使水處理實驗技術的理論知識與科研實踐相結合，在科學研究中培養學生應用基礎知識與基本理論分析和解決實際問題的能力，提高創新意識與工程能力。

三、結語

“水處理實驗技術”課程的改革，應注重與其他課程之間的有機結合，充實教學內容，融入新手段、新技術，緊跟前沿知識，貼近實際，以學生為中心，提高他們的創新意識和應用能力。隨著教學改革的不斷深入，期待“水處理實驗技術”課程在培養適應現代社會發展要求的給排水科學與工程高級專業技術人才中發揮更大的作用。

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編輯∕楊波