開放式水污染控制工程課堂教學(xué)
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1引言
《水污染控制工程》為環(huán)境工程專業(yè)的主干課程，其涉及的基礎(chǔ)知識繁雜，同時工程應(yīng)用性極強(qiáng)．該課程重點(diǎn)探討如何運(yùn)用各種物理、化學(xué)和生物的方法控制和消除水污染，強(qiáng)調(diào)控制污染的各種技術(shù)手段，實(shí)踐技能要求高．在整個教學(xué)過程中，如何將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，更好地貫徹理論與實(shí)踐相結(jié)合的宗旨，提高學(xué)生分析問題、解決實(shí)際問題的能力，促進(jìn)環(huán)境工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，是目前環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)急需解決的問題，也是當(dāng)前國內(nèi)外大多數(shù)高校進(jìn)行教學(xué)改革的主要方向［1，2］．然而，現(xiàn)今普遍采用的教學(xué)方式主要存在以下問題：課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)聯(lián)系不緊密，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿結(jié)合不緊密等問題．因此，在水污染控制工程教學(xué)中采用將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，并將水污染控制工程領(lǐng)域的前沿內(nèi)容充實(shí)進(jìn)來的手段，不僅可以達(dá)到在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率的目的，還培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的研究習(xí)慣，鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及學(xué)科前沿領(lǐng)域探討三者相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果最大化．
2教學(xué)內(nèi)容改革
為了更好地將水污染控制工程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上彼此滲透，并將水污染控制工程領(lǐng)域的前沿研究內(nèi)容充實(shí)進(jìn)來，使學(xué)生能夠及時了解學(xué)科發(fā)展動態(tài)和趨勢，掌握新技術(shù)和新方法．具體體現(xiàn)在以下幾個方面．
1）課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合．根據(jù)水污染控制工程課堂教學(xué)內(nèi)容將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為與之相對應(yīng)的5個模塊，具體包括污水的物理處理實(shí)驗(yàn)、污水的化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)、污水的物理化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)、污水的生物處理實(shí)驗(yàn)和污泥的處理與處置實(shí)驗(yàn)．
2）教學(xué)內(nèi)容及時更新．進(jìn)入21世紀(jì)后，人們對環(huán)境的探索和認(rèn)識不斷向新的深度和廣度延伸和拓展，水污染控制工程領(lǐng)域的研究也取得了顯著成績．水污染控制工程的研究內(nèi)容、研究方法和研究手段也在不斷地發(fā)生改變，教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)及時進(jìn)行更新和變化，將該領(lǐng)域的前沿內(nèi)容充實(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中去，使學(xué)生能夠及時了解環(huán)境工程學(xué)科發(fā)展動態(tài)和趨勢，掌握新技術(shù)和新方法．比如富營養(yǎng)化水體和受污染的地下水的修復(fù)技術(shù)屬于水污染控制的前沿領(lǐng)域，本著面向應(yīng)用的目的，將富營養(yǎng)化水體的修復(fù)技術(shù)和受污染的地下水的修復(fù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)引入到課程中，如“沉水植物菹草對富營養(yǎng)化水體的修復(fù)實(shí)驗(yàn)”、“浮水植物浮萍對富營養(yǎng)化水體的修復(fù)實(shí)驗(yàn)”和“可反應(yīng)滲透墻對受污染的地下水的修復(fù)實(shí)驗(yàn)”．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇以地方企業(yè)的生產(chǎn)污水（如印染廢水、遮陽材料廢水）做為混凝、氣浮等基礎(chǔ)單元實(shí)驗(yàn)用水水源，在鞏固學(xué)生基本理論知識的同時，為解決地方水環(huán)境污染問題出謀劃策，培養(yǎng)其為地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)的意識．除完成必需的實(shí)驗(yàn)過程，還要求學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的各種處理單元的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、工藝運(yùn)行控制條件等內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、工程實(shí)踐能力等方面的培養(yǎng)．
3）增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)．現(xiàn)行通用的實(shí)驗(yàn)教材中所涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，多側(cè)重于理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性的實(shí)驗(yàn)較少，這極大地限制了學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．因此，在選用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材的同時，大量補(bǔ)充了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（如光電催化降解有機(jī)物實(shí)驗(yàn)、UV／H2O2聯(lián)合處理染料廢水實(shí)驗(yàn)、活性污泥性質(zhì)測定和氧化溝實(shí)驗(yàn)等）的講義材料．學(xué)生根據(jù)教師提供的原水（人工配水、工業(yè)廢水或生活污水）和實(shí)驗(yàn)處理單元，通過查閱資料提出完整的處理方案、工藝流程，對工藝的運(yùn)行控制參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定，并制定對工藝運(yùn)行效果的監(jiān)測方案．方案中學(xué)生必須明確所采用工藝、主要去除對象和性能評價指標(biāo)．例如在污水生物處理實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生要獨(dú)立完成空氣量、回流比、泥齡等工藝主要控制參數(shù)的設(shè)定，制定實(shí)驗(yàn)步驟和監(jiān)測指標(biāo)；在完成活性污泥的馴化后進(jìn)行活性污泥形態(tài)和生物相的觀察，并對工藝運(yùn)行參數(shù)如污泥濃度以及污泥沉降性能進(jìn)行測定；最后根據(jù)所提出的組合工藝實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝評價與分析．該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)較全面地涵蓋了水污染控制工程、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境微生物學(xué)等相關(guān)課程的核心內(nèi)容，克服了驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)對原理或某一操作技術(shù)的單一訓(xùn)練缺陷，把環(huán)境工程專業(yè)多門課程的基本理論、操作技能、工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生的專業(yè)技能和工藝實(shí)踐能力能得到全面的綜合訓(xùn)練提升．
3教學(xué)方法改革
教學(xué)過程中把教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)以問題提問的形式引出，讓學(xué)生分組討論或協(xié)作學(xué)習(xí)，鼓勵師生互動交流，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激活學(xué)生思維．如在水體自凈一節(jié)中，結(jié)合氣、液界面大氣復(fù)氧與微生物呼吸、有機(jī)污染物降解好氧過程中氧的供需平衡關(guān)系進(jìn)行提問、分析、討論，引導(dǎo)出水體自凈速度慢除了受水體中微生物數(shù)量或濃度的影響外，還受水體大氣復(fù)氧、氧的供給、傳質(zhì)的影響．因此，為加快污水處理或凈化速度，降低污水處理構(gòu)筑物規(guī)模，減少建設(shè)投資，污水生物處理必須接種微生物或回流污泥，進(jìn)行人工強(qiáng)制曝氣．通過問題引出、師生共同討論、老師的啟迪和總結(jié)，促進(jìn)學(xué)生歸納、利用所學(xué)知識分析、解決問題，從而激活學(xué)生思維，并把水污染控制與工程有機(jī)結(jié)合起來，為后面污水生物處理的污泥回流、曝氣充氧設(shè)備與充氧能力的教學(xué)打下了良好的基礎(chǔ)．在污水處理工藝流程選擇與設(shè)計(jì)教學(xué)中，采用資料分析、案例講解、觀看DV教學(xué)錄像及構(gòu)筑物和機(jī)械設(shè)備圖片，把工程計(jì)算、圖紙、構(gòu)筑物、設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生合理選擇工藝流程和工藝參數(shù)、認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按照規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)繪制圖紙等等，同時給學(xué)生灌輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工藝技術(shù)實(shí)用性以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等工程理念，提升學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力．為促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，在教學(xué)過程中把科研成果引入教學(xué)中，同時布置大作業(yè)，并在教學(xué)過程后期參觀城市污水處理廠和工業(yè)廢水處理站，改變了傳統(tǒng)的教師課堂講學(xué)模式，實(shí)行講授—參觀—實(shí)踐這一師生共同參與的教學(xué)模式，使學(xué)生通過同步大作業(yè)計(jì)算，思考、消化所學(xué)的理論知識，深入生產(chǎn)第一線了解水處理構(gòu)筑物、設(shè)備、圖紙、工藝流程、工藝技術(shù)參數(shù)以及運(yùn)行管理和技術(shù)積極性等，真正理解“工程”的深刻涵義，激勵學(xué)生重視并積極參與學(xué)習(xí)的全過程，把能力培養(yǎng)、知識學(xué)習(xí)和素質(zhì)教育融為一體，從而明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力．開展開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)．環(huán)境工程專業(yè)設(shè)在化學(xué)化工學(xué)院內(nèi)，學(xué)院的化學(xué)、化工和材料專業(yè)基礎(chǔ)雄厚，具備很多與這三個專業(yè)相關(guān)的大型科研儀器．在指導(dǎo)學(xué)生完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)后探索開放性實(shí)驗(yàn)，如在學(xué)生已做過活性碳吸附實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開設(shè)“改性活性碳對染料廢水中有機(jī)物的吸附處理研究”開放性實(shí)驗(yàn)．讓學(xué)生通過化學(xué)的方法對活性碳進(jìn)行改性，探討改性條件對材料吸附處理效果的影響，讓學(xué)生找出最佳的制備條件；將制備出的改性活性碳進(jìn)行表征，測定改性前后活性碳的吸附性能；學(xué)生在選題并查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上擬定改性活性碳制備的方案及處理廢水方案；在方案確定后，學(xué)生自己準(zhǔn)備藥品、自己學(xué)會實(shí)驗(yàn)儀器的使用，自己安排時間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)教師只在適當(dāng)?shù)臅r候到實(shí)驗(yàn)室解答學(xué)生的問題．這樣，可以彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時間有限而無法深入探討的不足，也在一定程度上提高了實(shí)驗(yàn)室的利用率，有利于學(xué)生綜合能力的提高．
4考核方法改革
嚴(yán)格的考核是正確引導(dǎo)、激勵學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，監(jiān)督、檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效手段．傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核成績只是根據(jù)平時實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績和期末考試成績來評定，這樣不能全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约皠?chuàng)新能力．現(xiàn)在將實(shí)驗(yàn)考核成績分為平時成績、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和期末考核三部分．平時成績包括出勤情況、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，占總成績的40％：出勤情況（占10％）主要檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)課是否遲到、早退；實(shí)驗(yàn)操作（占15％）包括學(xué)生的動手能力、儀器使用等；實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占15％）包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、合理性、可靠性，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的合理性、科學(xué)性、全面性，是學(xué)生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)占30％，由老師根據(jù)水污染控制工程大綱的核心內(nèi)容給出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生獨(dú)立完成資料收集、設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)的全過程．期末考核占30％，包括理論考核（占15％）和實(shí)驗(yàn)技能考核（占15％）．這種綜合考核形式的考核重心向?qū)嶒?yàn)操作能力和結(jié)果分析能力傾斜，避免了教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系中摻入太多的人為因素和隨意性，促使學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果分析，最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的．
5結(jié)語
為了提高水污染控制工程課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體效果，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才，該課程有必要進(jìn)行改革．通過建立開放式課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化平臺，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力．教學(xué)改革是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程，需要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和學(xué)生考核等方面進(jìn)行不斷地探索，才能逐步擺脫落后、僵化的教學(xué)體系，形成科學(xué)、合理、有效的教學(xué)新模式，以促進(jìn)我國高等學(xué)校教學(xué)水平的提高。
作者：王愛麗 張存蘭 劉歆瑜 王芳 單位：德州學(xué)院