給排水科學(xué)與工程專業(yè)“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程教學(xué)改革探析

崔佳麗　李紅艷　張峰　崔建國

摘 要：“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”是給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生掌握水處理技術(shù)基本原理、學(xué)會設(shè)計(jì)水處理實(shí)驗(yàn)方案、提高分析與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本能力的重要環(huán)節(jié)。文章針對該課程教學(xué)過程中存在的問題，提出教師可通過加強(qiáng)與其他課程的相互結(jié)合、更新教學(xué)內(nèi)容、引入案例分析、應(yīng)用專業(yè)軟件及融入實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目等方式進(jìn)行改革。

關(guān)鍵詞：給排水科學(xué)與工程專業(yè)；水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)；教學(xué)改革

給排水科學(xué)與工程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，近二三十年來，給水排水行業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程很快，大量新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，科學(xué)內(nèi)涵日益豐富。行業(yè)的主要矛盾轉(zhuǎn)變?yōu)樗|(zhì)水量并重和水質(zhì)問題突出。行業(yè)內(nèi)涵的豐富與深入，對具有專業(yè)知識的專門人才需求更加迫切。實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于提升學(xué)生的動手能力＼實(shí)驗(yàn)技能，是培養(yǎng)具有分析、解決復(fù)雜工程問題能力的高素質(zhì)專業(yè)人才的重要途徑?！八幚韺?shí)驗(yàn)技術(shù)”是一門培養(yǎng)學(xué)生理解水處理技術(shù)基本原理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、使用檢測設(shè)備以及分析處理數(shù)據(jù)等基本能力的專業(yè)課程。通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革研究，對學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，深刻理解專業(yè)知識，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)及培養(yǎng)創(chuàng)新人才等方面具有非常重要的意義。

一、教學(xué)中存在的問題

（一）缺乏與其他課程同步機(jī)制

受傳統(tǒng)教育理念的影響，實(shí)驗(yàn)課程易被學(xué)生忽視，“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”具有知識結(jié)構(gòu)的綜合性、實(shí)驗(yàn)分布的零散性、授課時段的特殊性及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性等特點(diǎn)。“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”包括水處理實(shí)驗(yàn)的基本原理，實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測試與分析處理等，與水質(zhì)工程（一）、水質(zhì)工程（二）、水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析等課程內(nèi)容息息相關(guān)。在實(shí)際教學(xué)過程中，會涉及到許多專業(yè)知識，如曝氣充氧實(shí)驗(yàn)、成層沉淀等，由于與水質(zhì)工程學(xué)（一）（二）處于同一學(xué)期，學(xué)生往往還未完全掌握相關(guān)的專業(yè)知識而不易理解接受，因而影響教學(xué)效果。再者，本課程主要涉及理論知識，而實(shí)驗(yàn)實(shí)施是在“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中實(shí)現(xiàn)，二者處于不同學(xué)期，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易忽略本課程所需內(nèi)容，只是按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不利于所學(xué)知識的應(yīng)用及發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）課程內(nèi)容相對固化

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展，新的水處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)。但多年來，“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”的課程內(nèi)容都是相對固定的，缺少與時俱進(jìn)及前沿知識的滲透，難以滿足現(xiàn)代大學(xué)素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，特別是在創(chuàng)新型、開放性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生難以學(xué)以致用和發(fā)揮主觀能動性。另一方面，目前教材中的內(nèi)容多以學(xué)生手工操作為主，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，舊的方式方法已經(jīng)不能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)快速發(fā)展的步伐，也不利于提高實(shí)驗(yàn)效率，增加學(xué)生的興趣，特別是在方案設(shè)計(jì)、后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、圖表制作、實(shí)驗(yàn)報告撰寫時存在效率低、不規(guī)范的問題。

二、課程教學(xué)改革與實(shí)踐

（一）與“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的有機(jī)結(jié)合

為了使教學(xué)內(nèi)容更具有系統(tǒng)性、連續(xù)性、完整性，太原理工大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)在課程設(shè)置上，將水質(zhì)工程學(xué)（一）（二）等專業(yè)課程涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合為“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程，“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”是“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)，為后者在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與處理方面提供方法支撐，其相關(guān)知識需要在“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中實(shí)踐完成。學(xué)生在實(shí)際中按照給定的操作步驟就可完成實(shí)驗(yàn)，往往忽視了“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”所學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用，極容易出現(xiàn)前學(xué)后忘現(xiàn)象。對此，在課程中增加契合“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容的教學(xué)，如要求學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)和專業(yè)知識，選擇不同的因素及水平， 以所學(xué)的多因素正交實(shí)驗(yàn)法制定各自不同的混凝實(shí)驗(yàn)方案，在“水質(zhì)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)”中得以實(shí)施，并與相關(guān)教師商定，要求學(xué)生進(jìn)一步分析與處理得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這一過程鞏固了所學(xué)知識，充分發(fā)揮了他們的主觀能動性，培養(yǎng)了自主獨(dú)立思考、提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)，融入儀器分析內(nèi)容

在鞏固經(jīng)典理論知識的基礎(chǔ)上，持續(xù)關(guān)注并吸收國內(nèi)外水處理領(lǐng)域的新知識和新技術(shù)充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，與時俱進(jìn)，使課程更系統(tǒng)全面，更具先進(jìn)性和實(shí)用性。一方面，將水處理領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法，如光催化氧化去除水中有機(jī)污染物、新材料在水處理中的應(yīng)用等引入課程教學(xué)中；另一方面，水環(huán)境中的污染物種類更多，成分更復(fù)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(zhǔn)確、靈敏的色譜、光譜等現(xiàn)代檢測技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。太原理工大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)在2016改進(jìn)版教學(xué)計(jì)劃中，在原有的“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程基礎(chǔ)上增加了儀器分析的內(nèi)容，整合為“水處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及儀器分析”課程，學(xué)生不但要掌握實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與比選、數(shù)據(jù)整理與分析，還要進(jìn)一步學(xué)會水質(zhì)測試的新理論、新方法，使學(xué)生對于整個實(shí)驗(yàn)過程的學(xué)習(xí)更為系統(tǒng)、全面。新的課程中，教師針對當(dāng)下水質(zhì)熱點(diǎn)問題，在教學(xué)中增加一定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展的進(jìn)程相適應(yīng)，為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供技術(shù)支撐。

（三）應(yīng)用專業(yè)軟件，引入案例分析

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，舊的手工設(shè)計(jì)和計(jì)算顯得繁瑣復(fù)雜，在水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)中引入更為先進(jìn)、準(zhǔn)確便捷的專業(yè)軟件勢在必行。水處理實(shí)驗(yàn)涉及到方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與分析，包括數(shù)據(jù)擬合、誤差分析、科學(xué)繪圖，對于多數(shù)本科生，尚未充分接受科研訓(xùn)練，往往無從下手，事倍功半。在教學(xué)中，適當(dāng)融入design expert、origin、spss等專業(yè)軟件有助于學(xué)生提出更多合理的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)報告撰寫更加規(guī)范。教師可選取科研論文中的典型案例講述實(shí)驗(yàn)過程，如以《響應(yīng)面法優(yōu)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、顯著性檢驗(yàn)、分析影響因素的主次和交互影響、通過建立響應(yīng)曲面模型對反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化；利用origin進(jìn)行圖形繪制、擬合多項(xiàng)式、方差分析；利用spss設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)方案和統(tǒng)計(jì)分析，學(xué)生通過學(xué)習(xí)專業(yè)軟件，拓展了知識領(lǐng)域，提高了學(xué)習(xí)興趣。

（四）與實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)室的開放已經(jīng)成為目前我國高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和發(fā)展的核心內(nèi)容，讓學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研來確定初步自己的實(shí)驗(yàn)方案和進(jìn)度計(jì)劃，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，順應(yīng)時代發(fā)展的要求。太原理工大學(xué)積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開放的改革和實(shí)踐探索，以教師的科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，擬定實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況和興趣愛好選擇并完成開放項(xiàng)目。2017-2018學(xué)年全校開展實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目91項(xiàng)，本學(xué)院開出了“生物質(zhì)炭活化過硫酸鹽處理難降解有機(jī)廢水研究”“基于紫外光激活雙氧水技術(shù)降解廢水中吡啶的研究”等11個項(xiàng)目。面對復(fù)雜的科研問題，普通的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)已不能滿足科研的需要，學(xué)生須應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)的理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，共同討論，充分發(fā)揮他們的主體作用。

在教學(xué)中，鼓勵學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目，以小組討論的形式將涉及的實(shí)驗(yàn)技術(shù)問題融入到課堂中。如在“生物質(zhì)炭活化過硫酸鹽處理難降解有機(jī)廢水研究”中，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，結(jié)合專業(yè)知識，確定了影響降解效率的主要因素為熱解溫度、反應(yīng)初始pH值、反應(yīng)溫度及生物質(zhì)投加量，并利用均分法進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，分別得到了最佳反應(yīng)條件，降解效果良好。這一過程打破了學(xué)生被動學(xué)習(xí)的“填鴨式”模式，使水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的理論知識與科研實(shí)踐相結(jié)合，在科學(xué)研究中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識與基本理論分析和解決實(shí)際問題的能力，提高創(chuàng)新意識與工程能力。

三、結(jié)語

“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程的改革，應(yīng)注重與其他課程之間的有機(jī)結(jié)合，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，融入新手段、新技術(shù)，緊跟前沿知識，貼近實(shí)際，以學(xué)生為中心，提高他們的創(chuàng)新意識和應(yīng)用能力。隨著教學(xué)改革的不斷深入，期待“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程在培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展要求的給排水科學(xué)與工程高級專業(yè)技術(shù)人才中發(fā)揮更大的作用。

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編輯∕楊波