疫情下“水质工程学”课程教学改革实践＊

何亚丽，李 爽，吴俊峰

（河南城建学院市政与环境工程学院，河南 平顶山 467000）

1 仿真企业“停课不停教、停课不停学”的支持

2020年春季受新冠疫情影响，全国众多高校学生无法进行线下实习，为保证教学进度顺利进行，许多高校开展校企合作，使用易思在线平台、慕课，通过线上授课、仿真操作以及学习讨论的混合式教学模式，完成了在线实习任务并取得了良好的实习效果，得到了老师和学生的高度认可。

虚拟仿真利用“行业+教育教学+信息化+服务”优势，主动承担起特殊时期“停课不停教、停课不停学”的在线服务任务。全国众多高校建设了虚拟仿真实验教学项目，保障特殊时期在线学习、实验教学、实习实训的教学进度。

2 高校在实践教学中面临的问题

除了疫情期间实验、实习地点受限等原因以外，随着给排水工艺的迅速发展，各种新型工艺层出不穷，通过现场学习的方式已经不能满足学生学习的要求。在有限的时间内完成实习，对于刚接触专业的学生比较困难。如SBR工艺、UASB和短程硝化等一些专业名词，只能单纯了解一些基本概念原理，很难掌握构筑物的内部详细构造[1]。同时，因为课时和实习受限，难以做到真正掌握设备工艺，最终造成“看得摸不得、见得识不得、识得用不得”。

3 虚拟仿真模拟系统的具体案例

现以废水处理工艺的模拟仿真练习为例，详细介绍软件知识课堂、设备拆解、认识实习、仿真操作4个模块具体应用。

3.1 利用知识课堂掌握基本概念和原理

知识课堂分专业手册、工艺搭接、工艺分类3部分。模块涵盖给排水科学与工程专业的国家标准、工艺设计案例和专业基础知识测试。处理级别选定后，将选定的图元拖拽到搭接区域，先进行工艺设计，设计中可根据具体情况删除任一图元，并拖拽新的图元替补。例如一级处理工艺流程：粗格栅，细格栅，沉砂池和初次沉淀池等，设计完成后，点击提交，对设计的工艺进行评定。通过反复练习，学生可以掌握正确的工艺处理流程，并对各个流程有着深刻的理解。

3.2 利用设备拆解掌握每个设备的构造和用途

设备拆装模块对工艺中的重点学设备进行详细学习。学习内容包括设备说明、结构说明、运行效果、设备拆解和设备拆装等。可以360°和自由控制远近，查看设备和设备构件的组成。拆装设备共有4个：旋流沉砂池、初沉池、UASB和SBR。鼠标滚轮自由切换设备，选定设备后，点击“确认选择”进入该设备的拆装界面。通过点击按钮体验不同拆装功能，按住鼠标右键360°查看设备结构，亦可通过滚轮调整画面远近。拆解和安装过程有高亮提示，借助提示进行一系列操作。以旋流沉砂池设备为例，将其分为传动装置、传动轴、叶轮、吸砂头、气冲管气提管等局部构造，并对每一个构造进行详细介绍，传统的实习大多数都是观看正在运行的设备，看不到内部构造[2]。知识课堂如图1所示。设备拆解如图2所示。

图1 知识课堂

图2 设备拆解

3.3 利用认识实习了解工艺流程和全貌

厂区巡演讲解通过蝴蝶引导，漫游讲解厂区布局，通过巡演讲解对水厂和工艺有一个系统的认识。在漫游过程中，可随时根据需要退出漫游。学员通过NPC老师引导，通过操作键盘WADS在厂区中移动，用鼠标拖拽安全标识，对厂区中危险源进行识别，并回答涉及危险源的相关问题。

工艺认识主要包括工艺流程认识和工艺主要设备运行效果展示两部分：①工艺流程认识。点击侧边栏，选择任一工艺，了解该工艺和其在整个流程中的作用。②工艺设备认识。点击相应的设备，包括设备功能结构和其在整个工艺中的作用。

3.4 利用仿真操作学习系统调试和典型事故处理

在学习了前3个模块的前提下进行仿真操作，主要包括处理系统联动调试、SBR池排水排泥操作、UASB启动异常、溶解氧不合格等常见的系统调试和典型事故处理。

在模拟仿真系统启动项目后，实时数据库可实时模拟显示工艺流程中各项指标的数据变化，同时得到与真实水厂实时监控室监控数据一致的水质实时监测数据。数据变化直接反应模拟仿真操作的结果，能够真实、直观地表现工艺操作方法对水质变化的影响，同时可分成若干学习小组，分派不同学习任务，对不同的问题设计不同的方案，提高学生的团队合作能力及判断能力[3]。

3.5 智能评分系统

模拟仿真软件配有“教师站”评分系统，教师可通过联网操作，利用计算机联网功能展示每一个流程正确的模拟操作，同时可对学生的操作监测，准确及时地提出指导意见，并给出相应的成绩。“教师站”评分系统还提供练习、培训、考核等模式，授课老师可以通过组卷（理论加仿真操作）、设置随机事故扰动等试题，对学生的学习效果进行检验。认识实习如图3所示。仿真操作如图4所示。

图3 认识实习

图4 仿真操作

4 结语

本次通过仿真模拟技术不仅解决了疫情期间教学任务受限的问题，还为今后的实验、实习提供了新的教学思路和学习方法。利用模拟仿真技术组织实践教学，充分发挥该技术的直观教学优势，使学生能够将书面的知识体系转化为实际的应用和操作认识。通过虚拟仿真软件，培养了学生自主学习的能力，能够重复多次练习，积累丰富的实践经验[4]，为将来从事工程设计、科研及运行管理等工作奠定必要的理论和应用基础，保质保量地完成疫情期间的教学任务[5]。