疫情下“水質工程學”課程教學改革實踐＊

何亞麗，李 爽，吳俊峰

（河南城建學院市政與環境工程學院，河南 平頂山 467000）

1 仿真企業“停課不停教、停課不停學”的支持

2020年春季受新冠疫情影響，全國眾多高校學生無法進行線下實習，為保證教學進度順利進行，許多高校開展校企合作，使用易思在線平臺、慕課，通過線上授課、仿真操作以及學習討論的混合式教學模式，完成了在線實習任務并取得了良好的實習效果，得到了老師和學生的高度認可。

虛擬仿真利用“行業+教育教學+信息化+服務”優勢，主動承擔起特殊時期“停課不停教、停課不停學”的在線服務任務。全國眾多高校建設了虛擬仿真實驗教學項目，保障特殊時期在線學習、實驗教學、實習實訓的教學進度。

2 高校在實踐教學中面臨的問題

除了疫情期間實驗、實習地點受限等原因以外，隨著給排水工藝的迅速發展，各種新型工藝層出不窮，通過現場學習的方式已經不能滿足學生學習的要求。在有限的時間內完成實習，對于剛接觸專業的學生比較困難。如SBR工藝、UASB和短程硝化等一些專業名詞，只能單純了解一些基本概念原理，很難掌握構筑物的內部詳細構造[1]。同時，因為課時和實習受限，難以做到真正掌握設備工藝，最終造成“看得摸不得、見得識不得、識得用不得”。

3 虛擬仿真模擬系統的具體案例

現以廢水處理工藝的模擬仿真練習為例，詳細介紹軟件知識課堂、設備拆解、認識實習、仿真操作4個模塊具體應用。

3.1 利用知識課堂掌握基本概念和原理

知識課堂分專業手冊、工藝搭接、工藝分類3部分。模塊涵蓋給排水科學與工程專業的國家標準、工藝設計案例和專業基礎知識測試。處理級別選定后，將選定的圖元拖拽到搭接區域，先進行工藝設計，設計中可根據具體情況刪除任一圖元，并拖拽新的圖元替補。例如一級處理工藝流程：粗格柵，細格柵，沉砂池和初次沉淀池等，設計完成后，點擊提交，對設計的工藝進行評定。通過反復練習，學生可以掌握正確的工藝處理流程，并對各個流程有著深刻的理解。

3.2 利用設備拆解掌握每個設備的構造和用途

設備拆裝模塊對工藝中的重點學設備進行詳細學習。學習內容包括設備說明、結構說明、運行效果、設備拆解和設備拆裝等。可以360°和自由控制遠近，查看設備和設備構件的組成。拆裝設備共有4個：旋流沉砂池、初沉池、UASB和SBR。鼠標滾輪自由切換設備，選定設備后，點擊“確認選擇”進入該設備的拆裝界面。通過點擊按鈕體驗不同拆裝功能，按住鼠標右鍵360°查看設備結構，亦可通過滾輪調整畫面遠近。拆解和安裝過程有高亮提示，借助提示進行一系列操作。以旋流沉砂池設備為例，將其分為傳動裝置、傳動軸、葉輪、吸砂頭、氣沖管氣提管等局部構造，并對每一個構造進行詳細介紹，傳統的實習大多數都是觀看正在運行的設備，看不到內部構造[2]。知識課堂如圖1所示。設備拆解如圖2所示。

圖1 知識課堂

圖2 設備拆解

3.3 利用認識實習了解工藝流程和全貌

廠區巡演講解通過蝴蝶引導，漫游講解廠區布局，通過巡演講解對水廠和工藝有一個系統的認識。在漫游過程中，可隨時根據需要退出漫游。學員通過NPC老師引導，通過操作鍵盤WADS在廠區中移動，用鼠標拖拽安全標識，對廠區中危險源進行識別，并回答涉及危險源的相關問題。

工藝認識主要包括工藝流程認識和工藝主要設備運行效果展示兩部分：①工藝流程認識。點擊側邊欄，選擇任一工藝，了解該工藝和其在整個流程中的作用。②工藝設備認識。點擊相應的設備，包括設備功能結構和其在整個工藝中的作用。

3.4 利用仿真操作學習系統調試和典型事故處理

在學習了前3個模塊的前提下進行仿真操作，主要包括處理系統聯動調試、SBR池排水排泥操作、UASB啟動異常、溶解氧不合格等常見的系統調試和典型事故處理。

在模擬仿真系統啟動項目后，實時數據庫可實時模擬顯示工藝流程中各項指標的數據變化，同時得到與真實水廠實時監控室監控數據一致的水質實時監測數據。數據變化直接反應模擬仿真操作的結果，能夠真實、直觀地表現工藝操作方法對水質變化的影響，同時可分成若干學習小組，分派不同學習任務，對不同的問題設計不同的方案，提高學生的團隊合作能力及判斷能力[3]。

3.5 智能評分系統

模擬仿真軟件配有“教師站”評分系統，教師可通過聯網操作，利用計算機聯網功能展示每一個流程正確的模擬操作，同時可對學生的操作監測，準確及時地提出指導意見，并給出相應的成績。“教師站”評分系統還提供練習、培訓、考核等模式，授課老師可以通過組卷（理論加仿真操作）、設置隨機事故擾動等試題，對學生的學習效果進行檢驗。認識實習如圖3所示。仿真操作如圖4所示。

圖3 認識實習

圖4 仿真操作

4 結語

本次通過仿真模擬技術不僅解決了疫情期間教學任務受限的問題，還為今后的實驗、實習提供了新的教學思路和學習方法。利用模擬仿真技術組織實踐教學，充分發揮該技術的直觀教學優勢，使學生能夠將書面的知識體系轉化為實際的應用和操作認識。通過虛擬仿真軟件，培養了學生自主學習的能力，能夠重復多次練習，積累豐富的實踐經驗[4]，為將來從事工程設計、科研及運行管理等工作奠定必要的理論和應用基礎，保質保量地完成疫情期間的教學任務[5]。