基于应用型人才培养的水污染控制工程实验教学改革与实践

胡双意 张玮 田野

摘 要：以我校水污染控制工程实验课程为例，分析了该课程在教学工作过程中存在的问题，并针对这些问题进行了相应的课程教学改革，介绍了课程改革的具体措施，包括实验课程体系、教学内容、教学模式和考核方式等。实践表明，改革后的水污染控制实验课程，课程体系更加完整，实验内容更加接近生产实际，教学方式新颖，提高了学生的学习兴趣，学习效果明显提升，达到了实验教学改革的目的。

关键词：应用型;人才培养;实验教学;改革

环境工程是一个综合性和实践性较强的专业，水污染控制工程课程是环境工程专业的核心课程之一，也是一门以化学、物理及生物等多学科基础交叉的一门重要课程，学生学习起来难度较大。水污染控制工程实验是这门课的重要组成部分，是水污染控制工程课程体系的重要内容[1]。实验课的开设对理论课的学习有一定的帮助，对教学质量和教学效果的提高也有重要的作用。

目前，我院以培养高素质应用型人才为目标，对于以工科为主的环境工程专业来说，实验实践教学是非常重要的一个教学环节。环境工程专业是我院特色专业，水处理方向是其发展和建设方向之一，水污染控制工程及其配套的实验课程也是作为该专业的主干课程。学生通过水污染控制工程实验课程的学习，可以加深对水污染控制工程理论的基本原理、基本概念的理解，加深对水处理基本方法的认识，培养学生实验的一般技能以及使用实验仪器的基本能力，锻炼和提高学生在环境化学、环境监测等其他专业实验课中所学知识的应用能力。同时培养学生对实验数据处理、数据分析的能力，为将来从事水污染处理方面的工作打下良好的基础[2]。

我院自环境工程专业开办以来，一直高度重视水污染控制工程理论及实验的建设，特别是实验课程的建设，不断改革和创新新的实验项目，丰富实验课程内容。根据我院人才培养方案的目标和要求，结合我校实验室的实际情况，不断对实验课程内容进行改革和完善，实验项目从无到有，从少到多，取得了较大的进步。但是，由于民办本科高校一般建立时间不长，实验课程的开设起步时间较晚，在课程体系的建设、实验设备的投入、实验项目的更新和完善等方面都存在一些问题，给实验课程的教学带来了一定的影响。

一、实验教学现状及存在问题

（一）实验教学现状

目前我校水污染控制工程实验课程分为两部分，分别为水污染控制工程实验（一）和水污染控制工程实验（二），均为8个实验，每个实验4学时，在学生大三上、下两个学期开设，总共64学时。水污染控制工程实验（一）以自来水处理为主线，主要开设了混凝实验、自由沉淀实验、絮凝沉淀实验、过滤实验、消毒实验等项目。水污染控制工程实验（二）以生活废水和工业废水处理为主线，主要开设了活性污泥性质的测定、污泥比阻的测定、臭氧脱色实验、酸性废水过滤中和、离子交换树脂交换容量的测定、动态活性炭吸附、氧化沟处理污水等项目。我校开设的水污染控制工程实验（一）和水污染控制工程实验（二）的实验项目如表1所示。

通过本实验课程的学习，使学生了解常见的水质净化技术的原理和方法，加深对水污染控制原理的了解，增强对水污染控制工程理论课的认识，培养学生的动手能力、实验操作技能、观察及分析问题、解决问题的能力，熟悉基本的数据处理能力。

（二）实验教学存在的问题

1. 实验内容较为陈旧，系统性不强

我校水污染控制工程实验室自建立以来，实验内容经历了从无到有，从少到多的过程。虽然实验项目较多，但是实验项目通常结合理论课程的内容和实验室仪器设备条件而设置，发展经历的时间较长，导致实验项目间彼此独立，缺乏系统性、连贯性。同时，由于每年在实验设备的更新上资金投入不足，导致实验教学内容更新速度慢，而很多水处理的新技术更新速度较快，实验内容不能及时反映本学科发展的最新动态。

同时，由于实验室仪器设备等条件的限制，开设的实验项目主要为验证性实验，综合性、设计型实验比例偏低。在实际的生产过程中，污水处理厂是由多处理单元组成的污水处理系统，对综合性、设计性实验的要求较高。本课程原有的实验项目只能进行污水中单个处理单元的操作，不能进行整个污水处理系统的操作、调试和运行管理能力的培养，与应用型人才培养的目标有一定的差距。

2. 实验教学模式落后

传统的实验教学模式是学生预习，教师讲课，学生操作，完成实验报告，我校之前这门课程教学也是采用的这种模式。在实际上课过程中，我们发现这种模式存在一些问题，比如由于水污染控制工程实验内容较多，每本教材的侧重点不一样，导致每次教材内容与实验内容相差较大，学生预习的积极性不高，效果较差;上课老师在讲解的过程中，学生注意力不集中，实验过程完全按照黑板按部就班，没有对各个步骤深入理解和掌握，导致学习效果较差。这样较为落后的教学模式，不仅阻碍了学生实验学习兴趣的培养，而且使学生的思维空间受到很大限制，制约了学生主动性的发挥和创新能力的培养。

3. 教学仪器设备更新缓慢

我校水污染控制实验室的设备虽然较多，但是很多实验设备年限较长，大多数实验装置的使用时间在十年以上，实验仪器设备更新较慢，还有部分仪器设备出现故障，不能正常使用，导致学生在水污染控制工程实验中学到的大多数还是传统的处理方法，与实际生产中的新技术脱节。与此同时，每个实验室现有配备的实验装置有限，为了满足实验教学的需要，使学生能够更好的对仪器功能有所了解，在实验教学中通常安排2-4个学生一组，多个实验小组的同学共用一台仪器，部分学生无法动手操作实验仪器，不能达到培养和锻炼每位同学的动手能力的目的。

4. 实验成绩考核不够合理

课程成绩是每位学生都关心的焦点，是调动学生学习积极性和评价学生学习水平的重要手段。目前多数高校对实验课成绩的评定，主要还是依据学生考勤、实验操作、实验报告内容等进行，但这种方法不能客观、准确、全面地衡量学生对实验教学内容的了解和掌握情况。我校传统的实验考核方式是平时成绩占70%，主要包括考勤和作业，期末考试成绩占30%。水污染控制工程实验一般实验时间较长，实验内容较多，工作量大，每组需2-4人。在作业考核过程中，实验课出勤率一般较高，每组学生同一实验数据，实验报告一样，但每位同学的学习主动性不一样，动手能力有差别，实验报告存在抄袭的现象，所以主要以實验报告成绩作为学生的课程考核成绩是不合理的，也不能真实反映出学生的实验动手操作能力。

二、实验教学改革措施

为了进一步改进水污染控制实验课程的教学效果，提高学生的学习积极性，针对上述教学过程中存在的问题，我们按照人才培养方案的目标和要求，结合水处理行业的发展现状和趋势，经过多次的讨论，对该试验课程的课程体系、教学内容、教学模式、考核方法等多方面进行了改革。

（一）优化实验课程体系

在实验教学过程中，我们发现现有的分上、下两学期开设实验的模式存在一些问题，一是不能有效的反映课程体系结构，学生在学习的过程中，条理性不强;二是分上、下两学期开设课程，跨度的时间较长，而水污染控制的理论课只是开设一个学期，实验课程学习的系统性、连贯性不强，不利于学生理解和掌握基本的原理和操作，与应用型人才培养的目标不符。

针对此实际问题，我们结合人才培养的目标和课程知识的特点，将原有的课程体系改为包含了验证性、设计性、综合性实验的“三段式”分层次课程体系，将课程开设时间合并到一学期的时间，并对实验内容进行整合。

第一段为基础的验证性实验，主要内容为水处理过程中的一些重要处理单元及指标的检测，主要包括混凝实验、自由沉淀实验、絮凝沉淀实验、活性污泥性质的测定、污泥比阻的测定实验等项目。要求学生学习基本的测试方法、正确记录实验数据并对其进行分析处理、准确描述实验结果的并规范撰写实验报告。第二段为设计性实验，是在学习了基础性实验的基础上，让学生进一步学会知识的运用，培养和提高学生水污染控制过程中较为基础的实验设计方法和方案，主要包括酸性废水过滤中和、离子交换树脂交换容量的测定、动态活性炭吸附等项目。要求学生通过此类实验，熟悉和掌握水处理过程中常见的影响因素及具体的影响效果。此两类实验还是以单个实验的形式开展，每个实验4学时，一共开设10个实验，总共40学时。

第三段为综合性实验，在前两个阶段实验完成的基础上，开设连续2周总共40学时的综合性实验。该阶段实验是将水污染控制工程课程中紧密相连的多个知识点进行有机统一，体现水处理工艺的系统性，主要实验项目有污水处理中常见的A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟工艺处理污水等实验。通过这类实验，锻炼学生在动态、连续的实验中的综合操作技能，加以对水处理体系知识的综合理解。此阶段实验最大的特点是利用购买的新的仪器设备，模拟污水处理设备的实际运行，让学生通过在各工艺处理的各个阶段采样监测，进一步认识各个阶段的处理效果，加深对理论课上学习的各种工艺的理解，同时培养学生的动手和操作能力，分析问题和解决实际问题的能力。每一组学生在完成自己的工艺之后，几组同学之间相互交换，每个同学都有机会学习到几种工艺，大大提高了学生的学习积极性和学习效果。

（二）完善和更新实验项目

实验项目的选取对实验教学的质量和效果有很大的影响。本课程实验项目改革后，单个实验项目由原来的16个减少为现在的10个，并不仅仅是单纯的减少实验项目，而是根据人才培养方案的要求，对原有的实验项目进行整合。例如将原有的活性污泥性质的测定和污泥比阻的测定两个实验，整合成一个实验。同时，结合水处理行业各种技术的发展趋势，通过专业教师深入企业走访、与水处理企业工程师座谈等形式，对现有实验项目进行筛选，淘汰一些已经落后的实验项目，并筛选出部分与生产实际结合较为紧密的实验项目，在改进的基础上继续开设，增强实验的实用性。如氨氮吹脱实验，目前在实际水处理中已经比较少见，取消了该类实验项目。

在此基础上，我们结合水处理行业的现状和发展趋势，新增了几套污水处理的成套设备，开设了包括A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟工艺的污水处理中常见的几种生化工艺的实训课程。该课程需要污水连续处理与运行，我们通过连续两周40学时的实训方式开展，让学生通过具体的自己测出来的实验数据，了解每个污水处理单元的处理水质情况，加深对每个污水处理单元的处理效果和处理效率的理解，熟悉每个处理单元的作用。

改革后的水污染控制工程实验实验项目如表2所示。

（三）改革实验教学和考核方式

1. 实验教学模式的改革

针对实验教学模式落后，学生学习积极性不高的问题，我们对传统的教学方式进行了一系列改革。首先，根据本专业人才培养的目标和要求，结合我校实验室的实际情况，我们编写了一本适合我校学生使用的教材。新教材的内容按照我校实验课的具体项目进行编排，实验内容更加具体。教师在每次实验课下课前，会将下次课的实验内容提前告诉给学生，让学生提前预习，使学生预习起来更加具有针对性。

其次，为了解决实验设备投入不足，设备更新速度较慢的问题，我院与其他几个学院一起，共同建立了工程虚拟仿真实训中心，购买了几套污水处理厂的虚拟仿真软件。通过虚拟仿真软件的教学，让学生对实际的污水处理厂的各个处理单元的结构和管线、设备的运营等有了一个初步的认识和了解，为后期的综合性实验的开设打下良好的基础，同时也为今后从事水处理方面的工作做好准备，真正做到学以致用。

最后，为了进一步提高学生的学习兴趣，我们将学生易于接受的微课教学也引入到该门实验课教学过程中。教师根据我校实验课开设的实际情况，将部分实验课程制作成微课，提前发给学生预习，上课之前通过提问、翻转课堂等形式，检验学生的预习和对实验内容的掌握情况，再针对具体问题进行詳细的讲解。在微课教学过程中，学生课前通过微课进行自主学习，熟悉和掌握实验原理、实验步骤和实验仪器等内容[3]。学生可以根据自身的学习能力，针对某个知识点进行快速或反复学习，直到理解掌握为止，这样学生在课堂上每一步的实验操作过程更有目的性，从而提高学生的学习兴趣和学习效率。

2. 实验考核方式的改革

为了更加科学合理地对学生的学习效果进行考核，我们对传统的实验考核方式也进行了改革。在改革后的实验考核方式中，除了之前的学生考勤、作业和考试成绩之外，在平时成绩的考核中加入了一个重要的指标，就是学生在实验课堂上的动手情况。在第一次上课过程中，会和学生明确说明，实验课上的动手情况将会作为一个重要的考核方面，每次上课都会对每位学生的实验动手操作情况进行记载，在最后的课程考核时，给出一个动手方面的总评成绩，占比较大。同时，在期末考试成绩中，实验操作考试占了总成绩的2/3，更加注重对学生具体实验操作的掌握程度的考核。通过这种形式的改革，让学生在实验上课的过程中，更加注重实验操作能力的培养，督促学生在每次实验课上积极动手，同时也可以培养和锻炼学生的团队合作能力[4]。

三、总结

对于以培养应用型人才为目标的工科类专业，除了理论课程的教学，实验实践教学的质量和水平也是一个非常重要的方面。开展好实验实践教学，可以加深学生对理论课上所学知识的认识和理解，掌握基本的实验操作技能和方法，培养和提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。

水污染控制工程实验课程的教学经过多次的改革实践和改进，取得了较好的效果。第一，實验课程体系更加明确。现在实验教学采用的验证性、设计性、综合性实验的“三段式”分层次课程体系，课程条理清晰，不仅便于教师开展实验教学，也方便学生系统学习实验知识。第二，实验内容更加贴近生产实际。在实验项目改革的过程中，我们通过企业走访、水处理企业工程师座谈等形式，对实验项目进行筛选，使实验项目与实际生产紧密结合，增强了知识的实用性。第三，实验教学模式更加多样化。实验教材的编制，微课、翻转课堂等教学方式的引入，丰富了教师的教学手段，大大提高了学生的学习积极性。第四，考核方式更加科学合理。平时课堂动手成绩加入平时成绩的考核，对学生既是一种督促，同时也是一种鼓励，即使理论知识没有掌握好，只要积极动手实验，也能取得较好的成绩。特别是在改革后的综合性实验过程中，学生为了完成实验任务，需要查阅相关资料，以分组的形式提交自己小组讨论后实验方案，按照制定的实验方案完成相关实验内容，并完成实验数据的分析处理，对学生的综合素质和专业能力的提高都有很大的作用。

当然，在水污染控制工程实验课程的改革过程中，也还存在一些不足，比如实验项目不是很全面，微课教学的应用还没有覆盖全部实验，综合性实验由于实验设备方面的原因，开设的实验项目较少，这些都会对实际的教学效果和学生专业能力的培养有一定的影响，在今后的教学过程中会继续改进，争取达到更好的效果。

参考文献：

[1] 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].广东化工，2018，46（1）：170-171.

[2] 梁莉娟.学生创新能力的培养和高校实验教学改革[J].高教学刊，2017，（3）：114-115.

[3] 余泰，李冰.微课在高校实验教学中的应用探究[J].实验室研究与探索，2015，34（4）：199-201.

[4] 陈雪松，郝飞麟，梅瑜.基于OBE理念为导向的《水污染控制工程》实验考核指标体系的构建和探讨[J].广东化工，2017，44（11）：292-294.