水污染控制工程实践教学改革与创新能力培养

王淑勤，冯亚娜

摘要：经过不断探索和长期的教学改革和实践，形成了水污染控制工程与理论教学紧密相关的，由课内实验、课程设计、综合实验、创新实验组成的较为完善的实践教学体系。介绍了各类实践环节的改革内容以及对学生创新能力培养的成效。

关键词：水污染控制工程；实践教学；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0055-02

水污染控制工程课程是环境工程专业核心课程之一，其内容包括“污水处理及回用技术”和“排水工程”两部分，并设有相应的实验课、课程设计以及环境工程专业的综合实验等实践环节。实践教学和理论课内容环环相扣，有助于学生们及时深入理解、消化吸收理论课的知识内容，迅速转化为内在的实际技能，并增加学生们学习的兴趣，具有其他教育活动所不可替代的功能。实践教学还是培养工程类学生创新思维和增强工程意识的重要环节，学生在整个实践过程中会逐步养成以研究的眼光去观察事物和进行学习的习惯，在这些过程中学生逐渐形成创新意识和创新思维。实践还是创新的源泉，实践教学基地是创新的基地[1]。实践能力的培养不能仅仅依靠社会实践等校外活动环节，在校内、课堂、实验室必须将实践能力的培养贯穿于教学过程的始终[2]。

一、实验教学体系的改革与创新能力培养

1.构建完善的实验教学体系。经过长期的教学探索、改革与实践，已形成了由课内实验、课程设计、综合实验、创新实验组成的较为完善的实践教学体系。①验证性实验。通过验证性实验掌握水污染控制工程的基本操作技能：培养学生基本实验理论、数据处理知识、实验规范和实验方法的能力，学会常规实验仪器的使用。原来的观摩实验内容改为面对模型提问-研讨-总结的教学方式。促使学生主动思考工程现场每个阀门、管路的具体设计功能，并将此实验现场提问-研讨-总结过程拍摄录像，放在网络教学平台，供本专业和其他相关专业学生观摩学习。②设计性实验。明确实验设计要求，规范实验内容。要求学生自己查阅文献资料，选择实验项目和实验方法，自己制定实验方案。为学生进实验室提供宽松的条件，让学生善于发现问题，做好现场指导。执行实验方案的过程是锻炼学生分析问题、综合应用理论知识和能力的过程，鼓励学生动手的同时还要动脑筋想办法综合应用理论知识指导实验过程，学会及时调整实验方案。③综合性实验。让学生研讨实际水质的监测和处理问题，进行现场采集样品分析测试，对运行中出现的异常问题寻找解决方案，提高了分析问题、解决问题的能力，锻炼和提高了动手能力。④创新性实验。课题组注重研究如何以科研促教学，教学带动科研的相互激励机制，培养学生从事水污染控制工程学研究的兴趣和技能。每年选拔优秀学生，参与教师自己的科研工作，尽早参与创新性实验。有些学生的毕业设计（论文）题目是结合教师自己的科研项目而进行的创新性研究，并将实验研究成果以论文形式发表。

2.实验教学方法、教学手段的改革。为加强实践教学，不仅购买教学光盘及视频课件，还采用多媒体及现代化网络教学手段进行仿真模拟实验，扩充实践教学内容；合理安排学生在校内实习基地观摩并现场取样分析测试，实验教学效果明显提高。课内实验每班每批次10～12名同学，设计性实验每人一个试验台，独立完成实验，其他实验2名同学一组，老师现场考察每个同学的实验操作。设计性实验要求每名同学事先设计实验方案，交任课教师批改修正后自己完成实验过程。要求学生采用不同实验方案，按照自己设计的实验步骤处理污水达到水质清澈，鼓励学生的创新性思维。每次实验要求学生完全掌握了操作内容并且得出正确的结果后才能离开实验室。实验完成后分析处理实验数据，得出结论，递交实验报告。综合实验是单独开设的实验课程也是综合实践教学环节，其目的是使学生通过专业课的学习，能够提出问题，自己制定研究方案，进行方案实施、数据处理及分析、总结、撰写实验报告，受到基础研究、应用基础研究以及实际工程技术方面的科学思维和科学实验训练，在工程实践能力和创新能力等方面得到进一步的锻炼与提高。①实践教学基地的建设。为了提高综合实验的效果，建立了校外、校内综合实验教学基地─保定市污水处理厂和华北电力大学中水站。在校外实习基地，学生只能参观污水处理设备以及运行维护情况；在校内中水站，学生不仅可以参观实际水处理系统的运行工况，还可以采集样品进行现场分析测试，对运行中出现的异常问题寻找解决方案。通过两周32学时的综合实验锻炼，学生对现场实际问题进行多指标的检测分析和治理研究，加强了对水处理设备实际问题的认识，学会了利用原有的理论知识分析解决污水处理中遇到的运行问题，锻炼和提高了工程意识。②开发仿真模拟案例。课题组开展模拟实际操作，虚拟现实技术研究，采用计算机仿真系统作为现场实践的重要补充，弥补校外实践时，学生通常只能看，不能动手的缺陷。以VB 6.0为主要设计工具，开发的仿真界面包括：中水站流程图，中水站设计和运行原理图，各个界面能够互相转换，软件可以实现启停操作、参数的实时显示、出水水质在线监测模拟。最终的仿真软件以可安装的应用软件形式出现，可以完全脱离开发环境，在Windows操作系统下独立运行，界面友好，方便使用，既能用于模拟实验，又能进行仿真运行培训。

二、课程设计的教学改革与创新能力培养

课程设计是一个不可或缺的专业实践教学环节，它不仅可以补充和深化教学内容，而且是引导学生理论联系实际、培养学生的“工程”思想，提高学生的综合素质的途径[3]。

1.课程设计分组进行。我们在课程设计的教学组织中，充分注意到要发挥课程设计对理论教学的补充作用，做到二者相互衔接、紧密配合；同时，注意发挥课程设计在培养学生素质与创新能力方面的重要作用。因此，在课程设计题目的选择上，指导教师尽可能从近年参与或有关设计部门的实际工程中筛选出题目。为使同班同学拿到的课程设计题目的难度要求相适应，我们仅对设计内容做了适当的简化，使题目的总体难度相近；但在内容与设计路线上有较大的差异，做到分组设计。学生可在教师的指导下根据自己对某一废水处理工艺的兴趣，自主选择题目，从而充分发挥学生的主动性和能动性，激发学生的创新精神。课程设计成果包括两个方面，一是计算说明书，二是一定数量的图纸。图纸是一门工程语言，识图能力和绘图能力是对环境工程师最基本的要求。

2.利用VB开发工程设计案例。教材对于成熟技术的设计计算公式讲解较多，学生容易学；但是对于某些新技术的讲解很少，学生不知道如何进行设计计算，课题组采用Windows XP为开发平台，以VB6.0为设计语言工具编制了设计计算软件，对生活污水使用膜生物反应器进行污水生物处理部分进行计算，通过给定的参数，软件自行运算出厌氧池容积、A/O池容积、膜池的尺寸等参数，便于学生自主学习。

三、实践教学考核体系的改革

课程设计与课程教学分开计算成绩，课程设计的成绩组成中不仅包括设计成果——设计简图和设计说明，还包括总体设计过程、设计计算结果与分析和答辩效果。为了避免一考定成绩的局限性，实验课成绩占课程总成绩的20%。实验成绩评定中，实验操作考核占50%，实验预习报告或者实验设计报告占10%，实验数据处理和实验现象分析以及思考题的回答状况等占40%。这种综合评价体系可以全面系统的评价学生的学习能力，有助于学生动手能力的提高和综合能力的培养。

总之，几年来的实践证明，实践教学体系的改革有效地提高了教学质量，通过计算机仿真模拟技术、现场取样分析测试、实验操作视频等提高实践教学效果，有助于学生树立工程意识；开发了课程设计仿真计算软件供学生参考，提高学生的理解能力；为学生综合素质、创新能力的发展奠定了坚实的基础。

感谢河北省教改项目13301009，华北电力大学教改项目13051001对本课题的资助。

参考文献：

[1]王业社，王放银，秦波莲.加强实践教学基地建设，培养创新型人才[J].中国电力教育，2009，（8）：134-136.

[2]胡建华.大学教学改革与创新型人才培养[J].中国高等教育，2009，（9）：43-44.

[3]何德文，柴立元，彭兵，王云燕.特色环境工程专业创新人才培养模式的探索与实践[J].高等教育研究学报，2007，30（1）：47-49.