基于《水污染控制工程》课程教学与实践相结合的探索
2020-03-07许晖
许 晖
(江苏大学环境与安全工程学院,江苏 镇江 212013)
作为环境工程专业的一门核心课程,《水污染控制工程》详细阐述了水污染控制技术的基本概念、理论与方法、水污染控制设备的设计和计算[1]。该课程主要内容包括污水的来源、性质、国家标准、对人类生产生活的后续影响与危害、预防措施和策略;本课程的主要内容包括废水的来源、性质、对人类生产、生活活动的影响和危害,防治水污染的方针、策略及技术;全面系统地介绍了水污染控制各项技术的定义、原理、过程动力学及影响因数;生物处理过程的数学模型;处理工艺流程、工艺参数、设备和装置;国内外研究和发展的新成果和趋势;工程设计程序,内容及方法;工艺调试和运行控制方法;并列举了一些设计、应用实例。通过对具体城镇污水处理案例分析,使学生掌握污水处理的基本原理及工艺。通过对国际标准的学习,学生得以了解污水水质指标及排放标准,为后续处理工艺流程、设备选取及设计计算提供基础。本课程教学内容丰富,理论与实践同等重要。因此,如何协调老师教学与学生的收获知识的关系,培养学生的学习以及认知能力,是该课程在教学中面临的巨大挑战。
1 现状与存在问题
《水污染控制工程》这门课程在人才培养中占据十分重要的地位,课程体系具有逻辑性强、条理性多、知识点多以及连贯性强等特点,各知识点紧密联系,相互交叉且相对独立[3]。现有课程体系包括理论讲授(48学时)、课程实验(16学时)、课程设计(2周)以及工程实践(2周)四部分组成。其中理论讲授包括物理控制法、化学控制法、物化控制法和生化控制法。其中物理控制法包括:沉淀法、均化法、拦截法、过滤法、离心分离法等;化学控制法包括:混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法以及电化学法等;物化控制法包括:吸附法、离子交换法、气浮法、蒸发与结晶、萃取法、膜分离法、磁分离法、吹膜法等;生化控制法:好氧生化法以及厌氧生化法。主要讲述各种物化处理单元以及各种生物处理单元。然而,在传统讲授过程中,存在讲授模式单一等问题。即授课多采用老旧模式,学生学习兴趣不高。在培养学生独立思考、发现问题和解决问题的能力方面有所欠缺。学生对知识的吸收较低,并且会降低学生学习的积极性和主动性。课程实验主要包括:废水混凝沉淀实验、气浮实验、膜分离试验、废水生化实验、自由沉降试验等。课程设计主要是:通过完成上述课程,针对某一实验要求完成所需工艺选择设计以及工程制图。工程实践包括:认识实习和生产实习。
该课程教学中存在以下问题:(1)课堂教学过多依赖多媒体。授课多采用PPT和老师讲述为主,很少有板书的现象,这样会使师生间缺乏互动,降低学生学习兴趣,影响老师教学质量;(2)授课老师缺乏实践经验。大量刚从高校毕业的年轻老师讲授本课程,尽管其科研能力出众,但是实际操作能力欠缺,导致教出来的学生难以适应现实社会需求;(3)实习形式化且单一。该课程因其学时短、实习机会少且不稳定,这很大程度上使学生自主设计能力得到了削弱;四,大班级教课,实验走过场。
2 改革目标及探索
《水污染控制工程》作为环境工程专业的一门必修课,全面系统地介绍了水污染控制的基本概念、理论和方法,是环境工程专业课程体系的核心组成。该课程的主要改革目标分为三部分:专业知识、专业技能和专业素质。
专业知识目标:了解我国水污染现状,了解污水处理系统的功能及组成,熟悉各组成部分的特点与功能。理解污水处理系统重要概念,了解污水处理系统的原理,掌握主要处理系统的特点,了解污水中杂质种类与性质,了解水污染与自净以及污水排放标准;掌握污水的物理、化学处理理论基础,了解沉淀的基础理论。熟悉格栅、沉砂池、沉淀池、隔油池以及气浮池的特点及设计方法,了解中和法、化学混凝法、化学沉淀法、氧化和还原法、吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法以及超临界处理等水处理的基本原理及主要工艺、相关设备及其在水处理中的应用;掌握污水的生物处理方法,了解好氧与厌氧生物处理的理论基础,掌握活性污泥法、生物膜法、稳定塘及土地处理法原理、特点,掌握上述污水处理系统的代表性工艺,掌握氧化沟、SBR、AB法处理系统的工作原理及特征,了解并掌握A/O、A2/O工艺等的新发展以及工艺特征,掌握各种污水处理工艺的运行及脱氮除磷原理,了解其工艺设计与运行管理;了解污泥的处理、处置与利用的一般方法及工艺流程,掌握污泥浓缩、调理、稳定、干化等各污泥处理的特点及主要设备的设计与计算;了解污水处理厂设计原则、步骤以及工艺流程的选择,熟悉平面布置与高程设计的方法,了解污水处理厂技术经济分析内容以及污水处理厂运行和控制。
专业技能目标:运用物理、化学等污水处理知识,能够结合污水的特点选取合适的处理工艺,并进行主要构筑物的设计计算;运用污水的生物处理知识,能够合理选择好氧、厌氧、活性污染法、生物膜法、稳定塘、土地处理等污水处理技术,进而确定其具体的处理工艺,并对该工艺进行设计计算;运用所学的污泥处理知识,能够根据污泥特点合适选择处理工艺,并对所选取的工艺进行主要构筑物或设备的设计计算;运用所学的污水处理厂设计相关知识,使学生能够掌握污水处理厂的设计思路、步骤、方法,能够进行污水处理厂的工艺选取、技术计算与工程制图等工作,培养学生的独立设计能力。
专业素质目标:具有基本的查阅国内外文献、数据库的能力;具备良好的水污染控制工程逻辑思维能力,能够对水污染问题进行分析并解决相关问题;具备基本的从事水污染控制相关科学研究的专业素质和技能。
改革目标如下:通过对本课程的学习,使学生掌握污水处理的基本原理及工艺;了解污水水质指标及排放标准,为后续处理工艺流程、设备选取及设计计算提供基础。为学生具有解决实际技术问题的能力。成为迎接未来挑战的新型水处理工程师与技术管理者提供基础[3]。
同时,课程目标以培养适应未来工程师培养计划及专业定位为导向,通过理论与设计结合,调整水污染控制工程实践课程教学模式,使该课程能更好地满足环境工程专业新的实践教学体系[4]。
3 改革思路、内容与实施方案
根据以上问题以及改革目标,提出以下改革思路及内容[5]。
(1)完善教学课程内容,理论与实际相结合。通过对工程实例的分析举例,加强学生对理论知识的理解以及理论联系实际的分析能力;(2)培养学生理论与实际相结合,提高学生创新能力。通过前期对理论知识以及案例实际的讲解,后期通过学生的现场实习,提出存在的问题,让学生通过查找资料进行分析并给出自己的解决方案;(3)加强教师板书和多媒体教学相结合。通过多媒体动画视频的播放,易于学生理解,增加学生对工艺和流程的立体化认知,激发学生学习的兴趣。除此之外,我们应该采取启发式的教学方式,对学生进行启发性教育。前提是以学生为主体,通过结合学生的问题来诱发他们对着门课程的兴趣。而且,结合同学自身周围的实际问题,有针对性地探讨对水环境的认识,使其对问题研究分析更透彻。
具体实施方案可分为多种形式。首先:可以进行项目分组制,激发学生的自主学习和团队合作能力。在项目中学生可以熟悉CAD制图以及掌握团队协助的一些基本经验。然后,通过和外企合作,推进学生学习与实践相结合。引进企业技术人员进行课堂讲授,让学生知道所学可以所用。通过和这种稳定的教学实验基地提供长期合作,各取所需,培养学生的综合能力;其次,学生毕业设计要选用实际工程案例,解决实际问题,有助于培养学生举一反三,提前适应环境。然后,通过和相关企业合作,派学生到污水处理厂长期实习,培养学生的实践和处理问题能力。最后,通过小组分配解决社会企业存在的实际问题,给出自己的解决方案,再通过实验加以验证。
4 结 语
根据改革内容和目标进行探索出更适合现代本科生的教授方式及方法。结合存在的这些问题提出合理的改革思路、内容以及实施方案。对于以工程应用为前提的课程学习主要在教学上结合最新的水污染工程实例,剖析水污染控制工程的原理,强化理论知识;在教学方法上,主要考虑实际任务分解和进入企业调研相结合的方法。该课程作为一门实践性较强的课程,对学生的动手能力,工程设计能力有着更高的要求。因此,如何提高学生自身的素质和和竞争力,为学生今后的发展奠定了坚实的基础,需要教师根据课程特点,结合社会的需求不断改进教学方法和手段,理论联系实际培养出合格的人才[6-7]。