构建虚实一体的《水污染控制工程》教学模式

刘峥 尹上梓 梁艳 马大朝

摘 要：《水污染控制工程》是环境工程专业的专业基础课，该课程是介绍利用各种物理、化学和生物的方法控制和消除水体污染。在教学过程中，如何将課堂教学与实践教学有机结合，对学生更好地贯彻理论并联系实践，有着重要的作用。本研究通过构建虚实结合的《水污染控制工程》实践教学体系，在《水污染控制工程》这门环境工程专业必修课的理论教学过程中设置不同种类废水处理实践单元操作环节，结合案例教学模式，加强学生在水处理过程的实际操作能力、应变能力，以及提高分析和解决实际问题的能力。

关键词：虚实结合；实践教学；课程设计

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）21-0095-03

Abstract： Water Pollution Control Engineering is a foundation course for environmental engineering majors. It uses a variety of physical， chemical and biological methods to control and eliminate water pollution. In the teaching process， how to combine classroom teaching with practice plays an important role for students to better grasp theory and integrate theory with practice. Combined with case teaching， this study constructs the practical teaching system of water pollution control integrated virtuality and reality and arranges various practical operation steps in theoretical teaching of Water Pollution Control Engineering， so as to enhance students' practical operation ability， ready adaptability and ability to analyze and solve problems.

Keywords： combination of virtuality and reality； practical teaching； curriculum design

《水污染控制工程》是环境工程专业的专业基础课，学生通过学习该课程的理论知识，可以牢固掌握污水处理物理方法、化学方法和生物方法的基本原理，以及了解污水处理厂的系统布置、流程设计和运行管理等方面的知识，为将来从事污水处理工程设计、运行、管理和科学研究工作打下坚实的基础。然而长期以来，由于高校发展速度过快，教学评价体系和制度上的偏差与误导，大多数高校对环境工程专业课教学工作仍采用与理论相配套的教学模式，出现了“重原理、轻技术，重课堂、轻实践的现象”的现象[1]，导致专业课程的教学方法传统落后，教学案例陈旧。以高教出版社的《水污染控制工程》（第四版）为例，该教材的案例尽管在污水治理原理介绍上非常完整，但实际上，污水处理工程案例多为十几年前应用，无法有效的反映当前水污染控制行业的现状。但是目前在广西大学环境工程专业中，该课程的教学内容设计上大多注重基础理论的传授，教学形式上仍然以教师权威主导为主，课堂实践教学手段单一，缺乏综合性、设计性、多功能的可真正动手操作的课堂实践单元，对学生实践应用能力的培养仅限于一两次课程实验甚至没有，这种被动式的教学模式，导致了学生无法进一步理解和掌握专业理论知识，严重影响了大学生在实践应用上的批判力和创造力，也就不利于学生综合分析和解决实际工程问题的能力得培养[2]。而进一步来说，为提高学生的工程实践能力，就需要加强校内外实践教学体系的建设。一方面来说，这是为学生在生产实习当中提供良好的设备条件，使学生可以深入感受到生产一线的真实情况，更真切的认识到所学专业知识在实际生产中的应用，为未来的就业创造良好的条件；另一方面，实践教学也可以不断推进我校专业实验室的建设，按照我国现行环保监测和设计技术的要求，对实验室现有的仪器设备进行更新换代，力争使学生在学校内就可以掌握到当前社会需要的监测和设计技术，配合仿真实验室，使之与实际生产一线的需求接轨，使学生能够学到真正有用的实用技能。

为培养学生从千变万化的实际问题中抓住事物本质的能力和掌握解决问题的思路与方法，使该专业的学生在教学中及时了解当前水污染处理行业现状，本课程根据广西区域废水的种类和特点，收集近几年来的废水处理案例，结合理论内容对学生进行讲解；并计划在《水污染控制工程》这门环境工程专业必修课的教学过程中设置不同种类废水处理实践单元操作环节，通过多种教学手段将课堂理论教学和实践操作有机结合，加强学生在水处理过程实际操作能力，从而提高环境工程专业学生的专业现场分析和应用能力。

一、虚实一体模式在《水污染控制工程》的建立

由于《水污染控制工程》课程涉及了物理化学、力学、化工原理、微生物学等诸多学科的理论知识，在课堂教学环节，既有深刻的理论分析，又有诸多实践性环节；既有水处理工艺原理、精确的数学模型，又有繁琐的设计计算、设备选型。所以，如何将《水污染控制工程》的课程理论与实践相融合，达到好的教学效果，对于学生充分理解和掌握专业理论知识起到了极其重要的作用[3]。按照“虚实结合、互为补充、综合运用、注重创新”的教学理念，构建虚实结合的实践教学体系，该体系包含“虚”、“实”两部分内容，如图1所示：

（一）“虚”教学环节的构建

“虚”指虚拟，模拟。通过设置不同种类废水处理实践模型单元，设置不同种类废水处理的实操环节，并开展设计性实操。借鉴MOOC或SPOC模式，开课前布置学习任务，设置明确的实操目标，方法，内容，要求学生通过网络自主学习结合计算机软件操作，通过分段测试并参与课堂现场实操，从而解决“教”与“学”脱钩的矛盾。同时，根据广西区域废水的种类和特点，对水污染治理行业中的典型案例、典型问题进行收集和筛选，建立线上立体化教学案例资源库，包括文字、图片、图纸、工艺视频等，对书本中各具体知识点进行全面介绍和展示。

（二） “实”教学环节的构建

“实”指在课程教学中引入实践操作环节。基于学生“虚”的学习，依托广西大学环境科学与工程实验中心平台，利用现有的化学混凝实验单元，沉淀实验单元，过滤实验单元，膜反应实验单元等多个单个实验单元要求学生进行课堂演示。根据学生对基础知识的掌握程度和实操演示的熟练程度，进一步考虑在实操单元的设计中增加难度，增加开放式和研究型的教学实践操作单元。实践系统由原来的独立单元改为接近实际的复合单元，增添水解酸化槽、接触氧化槽等有机废水生物净化等相关的构筑物内容。在教学实践和课程设计中强化学生自主设计和操作的内容，以更好地培养学生的创新性。

（三）虚实两教学环节一体构建的意义

1. 配合《水污染控制工程》这门专业必修课程教学的开展，发挥污水处理单元实践操作其在整个教學过程中的重要作用，培养学生在实践教学过程中独立发现问题、分析问题和最终解决问题的能力。并结合区域生态环境和社会实际存在的环境问题，实现环境工程专业实用性和创新性的培养目标，为将来的就业打下基础。

2. 依托该课程教学改革，为环境工程其他核心实践课程提供虚实一体化的实践教学模式与范式的推广。通过该项目的实施，对于环境工程其他核心实践课程教学改革具有重要的理论和方法论意义。

二、虚实一体模式在实践教学中的应用及面临的问题

（一）实践教学在《水污染控制工程》课程教学中的应用

1. 根据广西区域废水的种类和特点，计划在《水污染控制工程》这门环境工程专业必修课的教学过程中设置不同种类废水处理实践单元操作环节，结合案例教学模式，将课堂理论教学和实践操作有机结合，加强学生在水处理过程中的实际操作能力，提高分析和解决实际问题的能力。

2. 针对广西地区水污染治理行业的特点，设置不同的污水处理单元，对水处理中的典型案例、典型问题集进行收集筛选，建立线上立体化教学案例资源库。使学生充分利用课余时间进行在线学习，观看动画和视频案例，完成在线作业。以达到课内学习、理解理论知识，课外巩固理论知识并联系实际污水处理案例的目的。

3. 借助我专业购置的水处理仿真软件训练，指导学生设计生物处理法（包括活性污泥工艺，氧化沟工艺，SBR工艺，A2O工艺，UASB工艺），物理化学处理法（包括混凝沉淀工艺，萃取工艺，反渗透工艺，电渗析工艺）仿真操作系统，模拟相关废水工艺处理流程，使学生掌握水处理理论基础知识，考察对工艺流程的熟悉和掌握情况。

4. 在课程教学中引入模型实操环节，利用我校环境系现有的水处理教学模型，如加压溶气气浮处理工艺模型，A2O工艺处理模型，SBR工艺处理模型，生物接触氧化法处理模型，酸性废水过滤中和软化处理模型，混凝沉淀处理模型，膜分离过滤处理模型等一系列教学模型，加深学生对各种处理工艺的认识，和在实际处理过程中对污染物作用效果的理解，这为更直观的了解处理构筑物与设备的构造及运行原理，并为可能发生的运行维护问题提供借鉴。

5. 通过认识实习指导课程设计。我校认识实习是在大二下学期进行，通过对不同处理工艺的城市污水处理厂的认识参观，学生了解到现代污水处理设施，以及适用于不同类型城市生活污水的处理工艺流程。这为学生接下来的《水污染控制工程》的课程学习打下基础，为《水污染控制工程》的课程设计提供一个更为直观的认识。而课程设计是在完成课程学习后所进行的一个重要的实践环节，教师可根据认识实习的过程，设计不同的课程设计题目，明确设计要求和部分设计参数，并帮助学生解决在设计中遇到的问题。这项任务可以让学生分成不同的课程设计小组，探讨并进行设计，最后让学生进行总结汇报，分享设计成果以及提出新思路、新见解，让师生一同探讨解决。这不仅有利于学生学以致用，完成课程设计，也有利于开发新思维，提出新观点，达到进一步的学习目的[4]。

（二）实践教学过程中所面临的问题

1. 学生通过实践单元操作环节，不仅可进一步掌握污水处理的基本方法和工艺，还可以通过对实验数据的分析、归纳，来验证已有的概念和理论[4]。但是遗憾的是，由于课程结构的调整，我校的《水污染控制工程》总课时从原有的54学时调整为48学时，学时数进一步被压缩，使得实际操作环节多以演示为主，学生实际动手实践的学时不够，因此培养学生解决实际问题能力的作用有限。在这一方面，由于时间的关系，使得我们距离原本的目标还是有一定的差距，这还需要我们进一步的探讨课程的布置和设计。

2. 环境工程水污染课程设计是学生综合运用理论课程的基本知识，独立思考解决实际问题的一次锻炼[5]。但是，就目前来说，《水污染控制工程》的课程设计仅为2学分，课程的学时数偏少。此外，由于该环节采取分组进行设计和作业提交，使得有些同学消极怠工，没有参与设计过程，在组内完全依靠其他同学的设计来完成任务，致使不能保证所有的学生参与设计锻炼，使得考核过程容易出现不公平的现象[6]。

3. 实验室配套实操环节的教学仪器有限。实际操作环节主要围绕实验室已有且能用的试验教学仪器来开展，实验内容受到很大的限制，并且许多实验的开展受限。同时实际操作环节的实验设备套数偏少，部分模型装置如微生物接触氧化、沉淀池等仅为一套，仅能让学生从理论上了解处理流程或是简单模型介绍，无法在有限的时间内让全部的学生进行实际操作演练，这样不仅使教师的教学比较被动，而且学生自己实际动手操作能力也受到限制。

三、结束语

本研究通过进一步修改《水污染控制工程》课程结构，引入废水处理实践教学模型单元的实践操作演示环节，强化学生在《水污染控制工程》课程学习中关于各类水污染处理方法的认识程度，同时建立《水污染控制工程实践案例》资源库，实现该课程的实践教学模式，从而构建虚实结合的《水污染控制工程》实践教学体系。在教学过程中，利用多种实践操作环节的锻炼、课程案例的设计等教学手段将课堂理论教学和实践操作有机结合，让学生真正的学以致用，使学生在各类废水处理系统现场运营过程中独立发现问题、分析问题和最终解决问题的能力得到进一步培养和提高。

参考文献：

[1]王少刚，刘仁培，封小松.开发综合性实验培养创新能力[J].实验室研究与探索，2009，28（9）：117-120.

[2]李静，陈建军.浅谈《水污染控制工程》实验教学的改革与实践[J].教育教学论坛，2013，17：55-56.

[3]艾尼瓦尔·买买提，周集体.水污染控制工程实践教学中的问题及改革对策[J].高教学刊，2017，3：106-107.

[4]谭雪梅，龙良俊，王小平，等.水污染控制工程实验教学改革与实践探讨[J].广州化工，2018，46（1）：170-171+20.

[5]郭昌梓，孙根行.《水污染控制工程实验》教学改革的探讨[J].实验科学与技术，2008，6（2）：98-100.

[6]王晓霞.水污染控制工程课程设计指导方法改进探讨[J].化工高等教育，2011，6：38-41.

[7]王昌稳，卫静，等.《水污染控制工程》课程设计考核方式改革研究[J].高教学刊，2018，1：113-115.