实践能力递进式培养:水质工程学课程实验教学改革

张 萍，李艳红，曾鸿鹄

(桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林541004)

随着我国经济建设的持续发展和人类对环境的重视，社会对给排水专业、环境工程专业人才的需求日益旺盛。当今社会需求的人才，不仅要有扎实的理论知识，而且更要有强大的实践能力以及高综合素质。实验教学是培养学生实践能力与综合素质的重要途径。水污染的治理研究领域非常宽广，并且不断有新理论、新技术及新工艺出现，这就要求实验教学不断更新内容、改变方法。

我校以往的水处理实验教学分为给水处理工程、废水处理工程、工业废水处理工程、工业给水处理工程，每门课程有2-3个实验课，依附于理论课，这样的弊端是实验课在课程中占的比例很小，学生不重视实验课，认为只要理论课学好了，学分依然能拿到，有些学生甚至不上实验课，理论课考试通过了，学分也就拿到了。鉴于以上原因，我校将给水排水专业中上述几门水处理方面的课程合成一门水质工程学，实验课独立为一门《水质工程学实验》，总学时48，学分为2.5，由实验室专职教师承担。这样避免了学生不重视实验课，特别是水处理综合实验，实验室教师可全程辅导学生。

一 改革实验教学内容与结构

《水质工程学实验》在给水排水工程专业中占有较重的位置，合并前的几门实验课学时数和内容都很少，不能完全体现现代化水污染控制理论与技术的具体应用，所以，增加综合性的实践环节，是专业课实验教学改革的重要方向。

1.调整实验教学内容

48学时的《水质工程学实验课》，分为实验理论基础6学时、验证性实验2项、综合实验9项，水处理综合设计性实验1项。将过去的有关给水处理、污水处理、工业给水处理、工业废水处理、水处理生物技术、环境生物技术等课程中的实验内容重新调整。增加许多新的内容，并根据处理方法的不同分为物化处理和生物处理两大类别［1］。

2.《水质工程学实验》的实验项目设计

实验项目的设置中，综合性、设计性实验占总实验课时的75%。实验分为验证型实验、设计型和综合型实验，这些实验项目中有水处理中主要指标的分析测试项目，设置此类项目是因为给排水专业未设置相关的专业基础课的实验;有传统给水、污水处理工艺的实验，设置此类项目可以加深学生对给水和污水处理技术方面基本原理的理解，培养学生水的基本技能;还有反映国内外水处理技术方面的新技术、新工艺的实验，此类实验的设置可以让学生了解国内外水处理技术的发展方向和流行趋势。主要实验项目包括:污水的可生化性能测定实验、评价活性污泥性能测定实验、混凝实验、成层沉淀实验、过滤实验、水的软化实验、活性炭吸附实验、曝气设备充氧实验、酸性废水中和吹脱实验、电解法处理电镀废水及水处理综合实验等。水质工程学实验改革的重点就是开设了水处理综合实验。通过这些实验项目，使学生的动手能力增强，对书本知识的理解更加深入。

二 改革实验教学方法

教学方法的改革遵循取其精华，去其糟粕的原则。针对不同实验项目的特点，采取不同的教学方法。

传统的专业课实验主要采用以“教”为中心的教学方法，即课前指导教师将所有的实验用品准备好。上课时教师首先讲解具体的实验操作，然后学生按照实验指导书要求进行实验。对于评价活性污泥性能测定实验、污水的可生化性能测定实验、混凝实验、成层沉淀实验、过滤实验、离子交换实验、成层沉淀、活性炭吸附实验、曝气设备充氧等验证性实验，依然采用传统的教学方法。这种传统的教学方法可以培养学生的基本实验技能。

水处理综合实验则采用以“学”为中心的教学模式。

以“学”为中心的教学方法，教师指导、辅导学生的学习和实践，在教学过程中注重启发、讨论和探索，强调以学生为中心，学生不是被动接受知识，而是主动建构实验。在教师指导下，学生自行选题、查询资料、设计实验方案、准备实验并独立完成实验。实验过程中，学生主动探索知识，发现问题，自己分析和解决问题，教师仅做适当的引导和指导。经过一次全面综合实验过程，学生的实验技能、综合能力得到了锻炼和提高［3-5］。

经过教学改革后，把传统教学方法与创新的教学方法有机地结合起来，有助于培养学生的积极性，养成独立思考和严谨的科学精神，提高学生的综合能力，是验证性、演示性实验的重大改革和发展。

三 水处理综合实验的平台建设［6］

1.水处理实验装置建设，包括污水处理、给水处理实验装置。实验室购置了混凝搅拌机、吸附柱、调节池、电解池、离子交换实验装置、SBR池、生物转盘、曝气生物滤池等水处理新工艺的实验装置。

2.水质分析测试仪器购置。购置了BOD快速测定仪、COD测定仪、COD速测仪、NH4-N测定仪、DO测定仪、恒温振荡器、电子分析天平、在线检测ORP/DO/pH仪等，大大改善了实验条件。

水处理综合创新实验平台建设以后，给《水质工程学实验》课程中开设水处理综合实验提供了必要条件。

四 水处理综合实验教学实践探索

为了使水处理综合创新实验平台得到充分利用，结合实验基础理论教学的同时，在实验平台上进行多媒体教学和现场教学结合，详细介绍每一种实验装置的工作原理、构造、功能以及可能开展的设计性实验，将先进的计算机应用技术与实验教学有机地结合起来。

水处理综合实验可分为物化处理和生物处理两个实验方向。

物化处理实验，学生通过水的物化处理工艺设计，将混凝搅拌机、电解装置及离子交换等实验装置根据进水水质和出水水质要求进行优化组合，调试运行，记录实验数据，分析处理效率，得出处理方法是否可行的结论。水的生物处理实验，学生通过组合实验装置设计实验方案，培养活性污泥，确定SVI、MLSS、DO、HRT等运行参数，分析进出水水质，确定各污染物(COD、BOD、TN、TP、SS等)的去除效率，对活性污泥法、曝气生物滤池法、生物转盘等处理废水有了实质性的了解，提高了他们分析问题解决问题的能力。

实验以5～8人为一个小组设计实验方案，要求每个小组的实验方案都不相同;确定实验方案并经过指导教师修改同意以后，就可以实施实验方案。具体实验方案有:糖蜜酒精废水好氧-厌氧生物处理;糖蜜酒精废水物化处理;中药废水生物处理实验;中药废水物化处理实验;米粉废水生物处理实验;米粉废水物化处理实验;电镀废水物化处理实验等。

学生们在实验中，本着科学严谨的态度，充分发挥自己的主观能动性。从实验用水的选择和采集、实验方法的制定、实验药品的配制、实验设备的使用，整个实验过程都全部独立完成，教师起指导作用并提供实验所需仪器和药品。实验完成后，学生运用所学的数理统计等数学知识结合一些新的计算机软件模式进行实验数据的处理，提交了高质量的实验报告。

近4年来，在给排水本科水质工程学实验教学中开设水处理综合实验，取得了较好的教学效果。

2005级、2006级给水排水专业学生的综合性实验的内容为糖蜜酒精废水生物处理实验、中药废水生物-化学处理。通过实验，学生对工业废水处理工艺中常用的好氧-厌氧处理工艺有了比较全面的了解，并将生物处理后未达标的废水进一步进行混凝物化处理，将生物处理和物化处理结合起来，增强了学生的创新思维和实际动手能力。加深了对所学混凝、沉淀理论等内容的理解。

2007级给水排水专业学生的综合设计性实验结合桂林的实际需要，学生选题增加了米粉废水的生物处理实验。不同的小组利用曝气生物滤池、生物转盘两种方法分别进行了处理，并做了对比，不仅得出了比较系统科学的结论，也充分调动了学生的学习主动性及既能科学严谨又能灵活处理问题的能力。

五 实验教学改革效果

1.提高了学生分析问题和解决问题的能力

传统实验项目的设置锻炼了学生的基本实验技能。在此基础上进行的水处理综合实验，涉及的知识面广，需要查阅大量的书籍和文献，开阔了视野，才能选题、设计实验方案、选择实验设备、确定检测方法，同时也培养了学生探索、学习的能力、创新的能力。在实验方案实施过程中，，需要学生自己动手独立操作实验设备、解决实验中出现的问题，这就提高了学生分析问题、解决问题的能力［7］。

2.增强了同学之间协同合作的意识

一个实验只靠一个人是完不成的，特别是水处理综合实验，从选题到实验的实施，都需实验小组所有成员的参与。这就提高了学生团结合作，协同作战的意识。

3.促进了科研课题与实验教学的有机结合

实验教学内容紧密结合专业发展的方向和动态，并与最新的技术成果相结合。引入能够反映科研成果的实验技术和实验方法。给排水教研室和实验室的师资队伍具有较强的从事科研工作的能力。承担国家级、省部级及横向科研项目。根据科研工作积累的经验。有计划地设计与研制一些新的教学实验设备并对原有的实验设备进行了改进。满足实验教学发展的需要，如自行设计的水的软化实验装置等。

在开设实验的时候，结合研究课题开展设计性实验。如各年级开展的糖蜜酒精废水的生物处理及化学处理，结合了教育部科技重点项目“糖业含硫高浓度有机废水厌氧处理工艺研究〔教技司02119〕”及省部级广西科学研究与技术开发计划项目《糖蜜有机废液资源化应用研究》(桂科攻0592003-3)，米粉废水的处理结合了横向项目《桂林某米粉厂废水处理》，2008级给排水专业的学生就结合横向项目《荔浦某电镀厂废水处理》开展了电镀废水物化处理综合实验，学生根据废水性质，设计了电解-混凝的处理方案，取得了良好的效果。

4.促进了教师业务水平的提高

实验课涉及的知识面广，在实验教学改革尝试中，许多实验的内容是比较前沿的技术和方向。因此，要求教师不但要有本学科扎实的理论基础，还要有较高的实验技能，同时还要不断加强业务学习，更新知识，才能够胜任实验教学［8］。

六 结语

根据社会对人才的需要，现在各高校的实验课程都在进行教学内容、教学方法改革，努力提高学生的动手能力、自学能力和创新能力。水质工程学实验在培养学生给水处理和排水处理方面的实验能力起着重要的作用。我们在水质工程学实验教学方面不断探索新的方法，取得了良好的教学效果。

［1］刘丽琳，孙久厚.建立公共实验平台，培养研究生创新能力［J］.学位与研究生教育，2002(S):56-58.

［2］崔玉芹，毛晋昌.用新思路建设和管理实验室［J］.实验技术与管理，2005，22(3):12-14.

［3］刘 莉，张 锐.加强医学院校实验室建设和管理的思考［J］.中国医学装备，2005，2(3):27-29.

［4］陈则王，王友仁.改革实验教学，培养工科研究生工程实践和创新能力［J］.电气电子教学学报，2003，25(6):109-111.

［5］曾 薇.改革水质工程学实验教学，培养工程应用型人才［J］.实验技术与管理，2010，27(7):127-129.

［6］陆谢娟.水处理综合创新实验平台的建设及实践［J］.实验室研究与探索，2007(5):123-126.

［7］王淑莹.水质工程实验技术［M］.哈尔滨:黑龙江教育出版社，2000.

［8］封 娜，李亚静.水质工程学综合设计性实验教学的探讨［J］，创新科技导报，2011(20):145-147.