基于CAI的电厂水处理教学改革研究

王伟卓 李焕冬

摘要：电厂水处理是东北电力大学给水排水工程专业的特色专业课之一，是学生日后工作的优势科目，和学生对电厂水处理的理解和学习着重要的作用。由于水工艺的特殊性和复杂性，单纯通过讲授难以满足教学要求;受高校自身条件的限制，难以开展深入的课程实践活动，所以急需开展课程的改革以适应新时期教学要求，本研究以计算机辅助教学为基础思路，探讨了结合计算机的电厂水处理的先进课程改革方法并提出建议。

关键词：计算机辅助教学;电厂水处理;教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0070-02

由于新时期教育改革的不断深化，高校教学尤其是专业课教学出现了很多新问题，一方面系统化的教学体系要求教师能在很少的课时内完成对一门课的讲授;另一方面，由于新技术、新工艺的出现，使得教材难以跟上发展现状，教学与实践脱节现象经常出现。CAI是计算机辅助教学（Computer Aided Instruction）的简称，是计算机应用于教育领域的一个主要方面，目前它正逐步形成为一门现代教育技术的新学科，并正向信息化的方向发展，是各国计算机应用和教育技术研究的重要课题。电厂水处理作为电力大学的优势科目，在教学改革中也遇到了相应的问题，找到一种方法能够妥善解决教育与实践之间的矛盾成为急需解决的问题。

一、介绍

CAI的发展经历了由硬件发展到软件发展的过程，最初的计算机教学主要是利用计算机作为传统教具的替代，比如作为运算工具出现，此时的计算机教学多数停留在对硬件系统的开发上。而后，由于计算机硬件已经达到了教学所需要的“饱和”状态而不需要进一步开发，随着计算机语言的发展，越来越多的教学软件被提到了比较重要的研究方向上，很多高校开发出基于VB、C＼C++等高级语言的实验数据处理系统等教学软件[4]。这些教学软件极大的提高了教学效率，使原本在课堂上无法完成或者没有时间的完成的推导运算成为了可能。但是，大量的研究表明，单纯利用一种媒体是难以实现对教学手段的有效提升的，而且目前也找不到一种可以全方位体现优势的教学媒体，所以基于计算机的多媒体教学成为了目前研究的热点[1]。随着计算机程序开发的不断深入、计算机仿真技术的完善，目前计算机辅助教学已经不再局限于运算结果、实物图片演示而是拓展到教学的多个方面，如师生互动、仿真体验等。随着互联网的发展，这种互动克服了时间和空间的距离，能够适应多种教学目的的教学手段，在教学中将越来越起到关键的作用。

二、目前电厂水处理教学存在的主要问题

1.教学内容落后

由于目前传统教材的更新速度受到再版时间的制约，很难将新工艺和新规范与时代同步，甚至出现很多早已被淘汰的工艺还在教材中当作先进方法[2]。而且，教材的改版受到多方面的限制很难做到大篇幅、全方位的重新编制。目前，很多教师为了解决这个问题，采用自己补充课外资料的办法，但是这种补充受困于教师水平和教学态度的影响。由于各高校师资水平发展不同，这种差异造成了很难使不同学校的知识扩展达到相近水平，加上学校硬件、生源等诸多因素，使得不同学校的同一专业毕业生对同一门课程的理解有着很大的差异。

2.教学方式落后

作为专业课教师，大多数教师都无法做到专业以外的知识熟练应用，很多计算机仿真、模拟功能单单依靠授课的专业教师是无法开发利用的，所以虽然跨入了计算机为主导的网络时代，但是专业课的教学却远远没有利用先进的技术，还是停留在讲授为主、课后习题为次的状态，对于先进的教学方式使用不熟练，甚至完全不使用。学生作为接受新事物较快的群体，在进入高等教育前早已习惯计算机和网络带来的便利，很难接受这种与时代脱节的模式，旧有的教学模式很难吸引他们的注意力、唤起学习热情，所以这种教学效果很不理想。

3.教学计划落后

作为我校特色课程之一，电厂水处理曾经分配了较大的学时，由于教学总学时的调整，该课的学时不免受到影响，而这门课程需要大量的水处理相关知识做基础，是多种水处理工艺的综合体现，而且很多工艺与其他课程交叉，所以按照目前的学时安排很难深入讲解每个知识点。与其他水处理课程相比较，电厂水处理试验要求精度高，需要的实验设备昂贵，无法开展简单的实验课来增强学生的实践认识，而受到费用、学生安全等实际问题的制约不容易开展电厂实习活动。

三、CAI的优越性

1.CAI直观性强，信息容量大

目前的计算机技术已经得到飞速发展，不但硬件远超过教学使用要求的水平，各类教学软件也越来越适合教学应用。由于计算机辅助教学可以结合多种媒体，并将各种媒体的优势充分发挥出来，所以多种新型的教学手段被广泛的使用[3]。通过计算机，我们可以展示辨率高的图片甚至是FLASH动画等教材中无法体现的部分，表现出各处理单元间的动态联系，所以能够让学生更加直观的认识电厂水处理的工艺流程。在计算机仿真技术中，我们可以将一些实验室无法进行的实验让学生体验，比如吸附树脂的再生过程等，通过计算机可以将水处理单元中水质的变化展现出来。

2.CAI让即时可变与长久保存同时存在具有可能

传统教材的知识信息一旦落后，只能等待再版时补充新内容，由于受到多种原因的限制，即使再版也可能无法将所有新内容完全补充。但是计算机可以将数据库开放并结合在线更新，实现将新的知识单元及时补充。同时，计算机可以将大量的教学数据长期保存，并且通过对数据的分析调整教学安排和教学重点，可以做到在不抛弃传统工艺知识点的同时不断更新。目前的计算机存储技术已经十分成熟，海量的教学内容都可以非常方便快捷的保存;计算机软件的在线更新也十分便利，通过下载数据包，不但可以更新数据库而且可以更新软件功能。

3.CAI具有较强的互动性

在教学过程中，学生往往会提出各种问题，传统教学方式就是针对问题进行讲解，而受到教师水平和学生理解能力的限制，这种方式效果往往不好。计算机辅助教学可以增强师生之间的互动性，并通过更加直观便捷的方式给予辅导。此外，高等教育除了课堂外还有大量的学生自主完成的学习部分，通过设置学生自主学习模块，可以让学生在课外得到充分的计算机辅导教学，同时通过计算机的网络优势可以实现师生教学的实时互动，不但在课堂上可以提出问题，在課外遇到问题也同样可以提出问题。

四、CAI在电厂水处理教学的应用

电厂水处理作为一种特殊的水处理工艺，除了基础课中学习的一般水处理技术外，还需要掌握相当部分的特殊反应流程。在授课过程中，教师需要将逻辑关系理顺，尤其是要将各水处理单元（阴床、阳床等）的先后顺序及原理表述清楚，所以应该通过计算机设计一个条理清晰、逻辑关系明确的体系，使教学过程得以顺利实施。

根据课程的需要，我们将计算机辅助教学系统分为四个功能模块，分别为反应机理模块、反应单元模块、规范模块和师生互动模块。其中，反应机理模块是主要介绍各个反应单元的净水机理，而反应单元模块则是按实际处理工艺的流程将各个反应单元分别介绍，在工艺模块与反应单元模块间设置链接，使反应原理与反应单元对应起来，通过点击可以使学生清晰的将电厂水处理的工艺流程直观的体现，并将工艺的机理以生动的形式展现。规范模块分为规范条文和条文说明两个部分，将电厂水处理相关规范文件列入数据库，并同时实现各条文与条文说明的对应链接，这种设计可以在教师授课以及学生课后學习的过程中有效的提高授课以及学习效率，并使知识更加系统化。师生互动模块可以使用账号登陆，师生享有不同的权限，教师通过系统进行备课、教学内容更新、在线答疑等工作，学生登陆系统进行课后学习。这种计算机辅助教学系统不单单作为课堂上多媒体展示的工具，而且兼具了教学辅导、课后答疑、师生互动以及最为重要的知识更新的功能，其系统框架如图1：

五、CAI的发展方向与前景

计算机辅助教学的人机交互性和模拟仿真能力已经随着科技发展得到前所未有的进步和利用，随着计算机技术和网络技术的发展在未来将会得到更大幅度提高，是未来教育发展的趋势。电厂水处理所具有的水处理工艺的特殊性和复杂性，使得开发一种更直观、逻辑性更强的教学手段成为必须解决的问题，而计算机辅助教学恰好填补了这一空白。采用计算机辅助教学，能够有效的缓解目前电厂水处理教学学时缩短与新知识不断增多的矛盾，并且在一定程度上可以通过计算机的仿真性和互动性模拟部分试验并替代部分实习内容。

参考文献：

[1]刘艳.《现代教育媒体的使用》CAI课件设计研究[D].武汉：华中师范大学，2002.

[2]李勇帆.多媒体CAI课件设计制作[M].国防科技大学出版社，2002：32.

[3]黄成群.《电厂化学》专业改革探索[J].重庆电力高等专科学校学报，2005，10（4）：44-49.

[4]Lynne Grewe.Effective Computer Vision Instruetion Through Experimental Learning Experiences[J].International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence.2001，15（5）：810.

（责任编辑：刘翠枝）