《工业水处理》课程教学改革探索

杨厚云 李卫华

摘 要：工业水处理这门课是安徽建筑大学市政工程系给排水专业重要的专业课之一，也是实践性很强的一门课程。文章对目前工业水处理课程教学中存在的问题进行总结，并针对这些问题进行教学改革，尝试运用虚拟仿真技术、课堂教学以及实践等相结合的方法，以充分发挥各种教学方法的优势，调动学生学习的积极性和创造性，促进工业水处理这门课的教学效果显著提高，进而培养出符合国家需求的专业技术人才。

关键词：工业水处理；教学改革；虚拟仿真

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）04-0132-03

Abstract： Industrial wastewater treatment is one of the important professional courses for the major of water supply and drainage in the department of municipal engineering， Anhui University of Architecture. This paper summarized the current problems of the teaching of industrial wastewater treatment， carried on the teaching reform to solve these problems， and tried to use the combined methods of the virtual simulation technology， classroom teaching and practice. The aims of this study were to give full play to the advantages of various teaching methods， arouse the enthusiasm and creativity of students， significantly promote the teaching effect of this course， and then develop professional and technical personnel in line with the state requirements.

Keywords： industrial wastewater treatment； teaching reform； simulation

一、概述

随着工业的迅猛发展，我国水污染的形势也变得越来越严峻，这同时也会严重制约了工业的发展。因此，除了如何满足企业对生产用水的需求之外，如何有效地控制每年由企业产生的工业废水对环境的污染也是急需解决的问题[1]。《工业水处理》就是一门研究工业废水处理方法的课程，也是给排水专业的核心课程之一。通過该课程的学习，学生们要了解工业废水的来源和性质、各类废水的水质等内容，掌握各类废水处理技术及主要的处理工艺，并且能够根据实际处理对象的特性提出相应的、可行的水处理方案，以及要具有运行设计、施工调试、维护管理等方面的能力。但传统的说课模式和教学方法已经满足不了国家和企业对这方面人才的需求，这就需要优化相应课程的教学体系，更新课程教学内容，改革教学方法，才能做到与时俱进，培养出国家和企业真正急需的人才。

近年来，除了已经成熟的多媒体和视频教学方法以外，计算机虚拟仿真技术在高校教学领域越来越受到学校的重视。这项技术是20世纪末才兴起的一门新型的综合性信息技术，它涵盖了多媒体技术、传感器技术、图像处理和人工智能等多个计算机技术，对现实世界进行全面仿真，构建一个形象的、交互的虚拟环境，使用户获得身临其境的感觉和体会[2]。这种新型技术与有关专业的课程教学相结合，特别是实践性强的专业来说，可以极大地满足对学习媒体的自然交互性和情景化的要求，也为教学改革提供了新的手段。

二、课程性质和特点

《工业水处理》课程主要介绍各种工业水处理方法和常用工业水处理技术，通过此课程的学习，使学生们全面地、系统地了解多种典型工业废水的来源和水质特征，掌握工业废水的处理方法和工艺流程，了解工业水处理领域的最新发展。由于本课程涉及到化学、生物学和环境工程等多学科的专业知识，所以，其具有如下特点：

（一）综合性强

因为课程涉及到多学科的专业知识，除了需要掌握市政工程的一些主要专业课内容外，还需要掌握化学、生物和环境等学科的专业课程，比如：《生物化学》、《水处理生物学》和《水质工程学》等，否则无法理解各种废水处理工艺及适用条件。因此，工业水处理课程具有很强的综合性，对基础知识要求较高同时具有较强的应用性。学习这门课程之前，需要学习市政工程的专业基础课和其他相关学科的专业课程，一般这门课安排在大学四年级开设。

（二）实践性强

《工业水处理》课程是各种工业废水处理工艺的总结和综合，它源于实际，又要应用于实际。课程的主要内容都是针对实际工业废水水质和处理工艺的具体方案，除了培养学生的学习能力、知识理解能力之外，更重要的是让学生掌握灵活运用所学知识的能力，使学生具有解决实际水处理过程中一般技术问题的能力。所以，此课程具有实践性强的突出特点。

（三）范围广更新迅速

《工业水处理》课程针对的是工业废水，但是不同的工业所产生的工业废水性质极为复杂，所含污染物的种类和含量也不尽相同，导致对应的处理方法基本上涵盖了所有的水处理方法。所以本课程涉及的处理技术和工艺范围广。随着现在国家对环境管理的力度加大和对产业结构的优化升级，使得工业产业不断向节能、减排和环保等方向延伸[3]，这就对水处理技术提出了更高的要求，水处理工艺也在不断地发展与优化，那么相应的课程教学内容应随之更新，与时俱进。

三、课程现状

（一）教学内容滞后于现阶段技术的发展

急速发展的科学技术水平不断为工业水处理输送了众多新理论、新技术和新方法。而现有教材大多是水处理领域中的经典教学参考书，比如赵庆良、李伟光主编的《特种废水处理技术》（第二版，哈尔滨工业大学出版社，2008年）等。这些参考书大多是年代久远，虽然对水处理的基本理论和基础知识有很好的阐述和诠释，但未能将一些新理论、新工艺和新方法及时加以选编，使得现有教材不能满足新形势下工业水处理技术的发展需求。因此，教材的内容明显滞后于技术的发展，如何能做到与时俱进，是教学工作所面临的新挑战。

（二）教学方法和教学手段落后

《工业水处理》课程的教学方法主要还是依靠传统的教学模式，即侧重于教师的“教”，而对学生的“学”和“用”并没有给予重视，尤其是当教学内容多时，易出现“填鸭式”教学。并且单一地通过传统的课程讲解及板书的教学方式所获得的信息很抽象，学生难以理解，这容易导致课堂气氛沉闷、互动缺乏，严重影响教学效果。另外，课程的教学手段通常以课堂教学为主，实习也局限于在课堂教学后安排一场“走马观花式”参观污水处理厂的活动。学生很难理解工作原理和设备运行情况，学生的创造力和积极性难以被激发出来，导致教学效果缺失，学生似懂非懂，一知半解[4]。

（三）教学实践环节作用不突出

目前《工业水处理》课程的实践环节主要通过实习来实现，但实习往往会存在以下几种情况：一是学生人数较多。由于实习经费和实习基地的相对缺乏，难以保证学生们都在实习过程中有所收获；二是实习场地的安全隐患比较多。当实习的学生较多时，实习单位和老师都不太愿意让学生在实习场地过多地停留，这就导致实习变成“走马观花”或者流于形式；三是现场讲解和示范操作难实现。实习单位的技术人员不可能在学生实习期间全部离岗给学生讲解及示范操作，即使有的场地安排部分技术人员讲解，由于工作和时间关系，难以给学生做详细地介绍以及示范操作。

四、课程改革的探索

《工业水处理》课程以提高学生的理论知识水平、培养学生基本技能和创新能力为目标，这就需要在教学改革过程中将理论课、实验课和实践课融为一体，构建多元化教学体系，探索出一条培养创新应用型人才的特色教学之路。

（一）多媒体教学、视频与传统教学相结合

《工业水处理》课程会涉及到很多工艺流程图、设备示意图等，而传统的教学却无法生动、灵活地呈现这些重要的信息。但多媒体教学可以使教学图、文、声并茂，通过精心制作课程PPT，以动画和视频为学生演示处理工艺过程，结合着必要的图片和文字说明，既增强教学的直观性、生动性，又激发学生的学习兴趣，比如在讲解水处理单元中的某构筑物结构和工作原理时，可先利用多媒体教学的图片形式展示实际构筑物，再进一步以动画或者视频的形式演示其工作原理。因此，在备课过程中，需要通过各种途径收集大量的各典型工业废水处理现场图像、视频材料；而对于重要的公式推导及重难点知识，应借以传统教学中的课程板书进行讲解，可给予学生充分地学习、理解和消化的时间。这些方法的有机结合，优势互补，能够获得最大的教学效果，最终使学生更容易理解并掌握工业水处理设备和工艺等的工作原理，为今后在工作中能够合理选择和设计打下良好的基础。

（二）教学与网络课堂相结合

将多媒体教学、视频和传统教学方式结合，形成多元化教学体系后，使知识点多的《工业水处理》课程的讲授具有鲜明的生动性、灵活性和较强的立体感。除了课堂学习之外，为了使学生能够在课外进行自主学习，可以构建网上平台，将教学大纲、实习指导、参考资料、教学录像和有关视频等内容上传至平台，向学生开放，通过这种网络化的教学方式，引导学生利用课余时间和网上资源，学会网络查询，培养自学能力。另外，通过构建网络交流平台，增加师生之间的知识交流；师生也可在平台上进行解惑答疑，使得学生可以从信息共享中收益，有效地解决了教师多次回答同一问题的困扰，提高教学效率。另外，教师在解惑答疑的过程中要调动学生的积极性，引导学生从所学的基础理论知识中归纳、找出问题的答案，这样就会使学生从被动接受知识到主动参与和获取知识，进一步激发学生的学习兴趣和提高解决实际问题的能力。

（三）教学与虚拟仿真相结合

《工业水处理》课程内容多，更新快，单单靠课堂教学和工程实践难以让学生完全掌握和理解所学知识。而虚拟仿真是对真实的模拟，通过仿真軟件，可以实现一个复杂过程的模拟[5]。仿真技术可以将实际水处理设备工艺生产过程中的物理和化学变化进行模拟运算，动态显示一些主要工艺指标（不同滤料、混凝剂、活性炭对污水浊度以及重金属离子的去除效率等）的变化过程。这样就可以将企业的工业水处理现场“搬”到课堂上，极大地丰富《工业水处理》课程的教学模式和学习方式，为创新传统教学方式提供了平台和拓展空间的同时，让学生可以深入了解水处理工艺的设备操作，影响因素及如何影响，进而促进学生自主学习的效果，提高学生的学习兴趣和效率，也解决了以往实习过程中出于安全考虑而学生无法实际操作，导致学生实习过程“走马观花”的现象，如运用仿真软件以水处理厂A2O工艺为原型，对A2O工艺的正常操作以及工艺中常见的粗细格栅间、沉砂池、沉淀池、滤池、消毒池等设备进行故障排除和日常管理进行模拟。另外，教师可以通过加强平台建设，将最新的水处理工艺加入到虚拟仿真系统中，并定期更新与维护，为学生自主学习创造良好条件，也解决了现有教材不能满足新形势下工业水处理技术的发展需求。

（四）理论教学和工程实践相结合

《工业水处理》课程是一门应用性较强、很多内容都源于实践的学科课程。教学过程中要注意理论联系实际，要将实践环节教学与课程理论教学放在同等重要的地位，使学生的思想与实际、理论与实践、自身与社会结合起来，将所学知识融会贯通，以过硬的技术适应社会需求的多样性和多变性。工程实践主要让学生参观废水处理厂的运行情况，实地熟悉各工业水处理的常规处理工艺流程；能够实地认识到各种处理构筑物及基本构造；对各种处理构筑物的基本运行指标有一个初步的了解。通过选择和科学组织教学实践（如开展课外实践活动，建立专业实习基地，加紧校企联合、合作开发与研究等），结合工程实例和实际工程设计等手段加强学生实践能力的锻炼。从实践中去发现、解决问题，全方位提升学生的综合素质。例如，对生物滤池的讲解时，可以结合本地某工业废水处理厂实际采用的曝气生物滤池来讲解其构造、设计及运行，并可以让同学们思考其在传统生物滤池的基础上所做的改进以及改进后所取得的效果等。

（五）实验室与实践基地的构建

为使学生可以更好的开展实训教学，学校或学院需要有完善的实训设备和足够的场地，同时为了充分发挥实训与课堂教学并行的教学模式，必须要保证实验室能够全面开放，以及积极鼓励学生们申报相关创新课题，让更多学生参与进来。虽然这样会对学校或者学院教学管理和资金等带来巨大挑战，但可以让学生从中享受实验带来的乐趣，提高了学生的动手能力和专业实践能力。除此之外，学校或者学院可以与其他单位（供水集团、污水处理厂等）共同建立实习基地，并聘请企业高级工程师对学生进行操作指导，将实训切实地从学校延伸到企业中；甚至学校可以与有意向的企业进行创新校企合作，即实习基地、就业基地和社会实践基地“三合一”合作模式。通过建立这种长期、稳定的合作办学关系，既加强了学校与地方、学校与企业的合作，也为学生成长成才提供更可靠、坚实的平台。

五、结束语

对于《工业水处理》课程的教学改革，传统教学、实践教学和虚拟仿真技术等多种教学方式的应用，可望克服传统教学的局限性，增加知识传递量，显著提高教学效果。多元化教学方式既对教师提出了更高的要求，也使学生对工业水处理产生兴趣，给学生创造了更大的主动性与灵活性，进而调动学生自主学习的积极性和创造性，提高学生综合运用所学知识独立解决问题的能力和素质。多元化教学体系的建立，能更全面、科学地评价学生的综合素质，培养出符合国家需求的高素质人才。

参考文献：

[1]何莲，乔庆云.《工业给水与废水处理》研究性教学改革探索[J]. 广东化工，2016，43（18）：180.

[2]易建坤，朱建生，王曙光，等.基于模拟仿真技术的弹药工程与爆炸技术专业教学训练模式改革的探索与实践[J].高教学刊，2016，9：157-160.

[3]姬燕培.水处理技术课程建设与改革探讨[J].河南机电高等专科学校学报，2018，26（1）：78-80.

[4]曾玉彬，周柏青，刘广容.“水处理理论与技术”课程课堂教学改革与探索[J].教育教学论坛，2016，43：92-93.

[5]邓曼适.《给排水处理仿真教学软件》的开发与应用[J].价值工程，2010，20：191-193.