水處理技術(shù)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討

東北林業(yè)大學(xué) 孫興濱 胡 陽(yáng)

水處理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)基于理論、側(cè)重實(shí)踐，以實(shí)驗(yàn)為核心的專業(yè)主干課程。目的在于培養(yǎng)學(xué)生理解水處理技術(shù)的基本原理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案以及分析處理數(shù)據(jù)的基本能力，使學(xué)生掌握水處理實(shí)驗(yàn)的一般技能與實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備的基本操作，有助于提高學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)技術(shù)問(wèn)題的能力以及運(yùn)用書(shū)本知識(shí)解釋和解決水污染治理工程實(shí)際問(wèn)題。

本科教學(xué)的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力以及提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。但是，傳統(tǒng)的課堂授課方法是以學(xué)生作為知識(shí)傳授的終端，學(xué)生通常處于被動(dòng)接受知識(shí)的位置。存在創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、創(chuàng)新能力欠缺等問(wèn)題，明顯己不適應(yīng)當(dāng)代教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，難以滿足現(xiàn)代大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)必然要進(jìn)行改革，在“教”與“學(xué)”中找到最佳的結(jié)合點(diǎn)，充分發(fā)揮教師引導(dǎo)作用，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)習(xí)成為一種積極、主動(dòng)的探索過(guò)程。

目前，國(guó)內(nèi)各大學(xué)的水處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在內(nèi)容和形式上普遍存在內(nèi)容落后于現(xiàn)實(shí)，實(shí)驗(yàn)形式僵化等問(wèn)題。重理論輕實(shí)踐的傳統(tǒng)教學(xué)與常規(guī)的實(shí)驗(yàn)形式難以提高動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，同時(shí)阻礙了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。我們必須不斷充實(shí)和改革教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)形式，讓學(xué)生主動(dòng)地而不是被動(dòng)地、靈活地而不是機(jī)械地、理性地而不是盲目地、系統(tǒng)地而不是孤立地學(xué)習(xí)。

一、構(gòu)建新型水處理教學(xué)體系

1.精心編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教材，積極引導(dǎo)學(xué)生。針對(duì)我校環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，在以往開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，自編了新的實(shí)驗(yàn)教材，側(cè)重理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

本門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排由易到難、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從開(kāi)始的混凝實(shí)驗(yàn)到后來(lái)復(fù)雜一些的生物轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)驗(yàn)，這種循序漸進(jìn)的教學(xué)模式既符合現(xiàn)代一般教學(xué)規(guī)律，又符合學(xué)生自身的特點(diǎn)，使學(xué)生由最初對(duì)水處理實(shí)驗(yàn)的模糊認(rèn)識(shí)到最終自己能獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)促進(jìn)課堂的教學(xué)效果的提高起到了積極的作用。

開(kāi)展實(shí)驗(yàn)前學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，查閱相關(guān)的專業(yè)書(shū)籍，自學(xué)先進(jìn)專業(yè)分析儀器的使用和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，了解近年來(lái)國(guó)內(nèi)外水處理技術(shù)方面的新技術(shù)、新工藝。在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)方案的多樣性和創(chuàng)新性，養(yǎng)成學(xué)生獨(dú)立思考和積極進(jìn)取的科學(xué)精神。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中抽查學(xué)生對(duì)操作技能和方案設(shè)計(jì)等的掌握情況，以點(diǎn)帶面讓學(xué)生找到自身存在的問(wèn)題并加以糾正，強(qiáng)調(diào)學(xué)生小組討論和協(xié)調(diào)解決問(wèn)題。

2.理論聯(lián)系實(shí)際，打造精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。除了充實(shí)教學(xué)內(nèi)容之外，還應(yīng)改進(jìn)教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)方法，重視實(shí)驗(yàn)課形式，通過(guò)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和互動(dòng)性。不但能夠強(qiáng)化學(xué)生與教師之間的討論，而且能夠激勵(lì)學(xué)生反思、提高創(chuàng)新意識(shí)。

為了更好地把專業(yè)上的新技術(shù)，新理論、新工藝傳授給學(xué)生，使教學(xué)的內(nèi)容更具有實(shí)踐性和創(chuàng)新性，同時(shí)結(jié)合本學(xué)校實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備情況，水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程安排了3 項(xiàng)獨(dú)具特色的綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

（1）混凝燒杯實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自行設(shè)計(jì)混凝實(shí)驗(yàn)，測(cè)定原水濁度，為了理論結(jié)合實(shí)際，實(shí)驗(yàn)原水來(lái)自松花江，當(dāng)天取樣當(dāng)天測(cè)，對(duì)現(xiàn)實(shí)具有指導(dǎo)意義。

學(xué)生可以根據(jù)當(dāng)天江水的濁度設(shè)置不同的混凝梯度和混凝時(shí)間，觀察礬花的形成過(guò)程，加深對(duì)混凝理論的理解；混凝實(shí)驗(yàn)不僅可以選擇投加藥劑種類、數(shù)量，還可以確定其他混凝最佳條件；結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，啟發(fā)學(xué)生思考“為什么最大投藥量時(shí)，混凝效果不一定好”等問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)松花江水質(zhì)污染提出解決方案。

（2）曝氣充氧實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)組裝了曝氣充氧實(shí)驗(yàn)裝置,從實(shí)驗(yàn)中加深理解雙膜理論模型；掌握氧轉(zhuǎn)移的機(jī)理及影響因素；學(xué)會(huì)圖解法求曝氣設(shè)備氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)值KLa 方法；了解掌握曝氣設(shè)備清水充氧性能的測(cè)定方法；思考曝氣在活性污泥生物處理法中的作用；分析曝氣的種類及各自特點(diǎn)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)，采用間歇非穩(wěn)態(tài)法，即實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不進(jìn)水也不出水的清水實(shí)驗(yàn)法對(duì)充氧性能進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)可以在曝氣筒內(nèi)進(jìn)行，首先向曝氣筒內(nèi)注入清水，將待曝氣水用脫氧劑脫氧到零后開(kāi)始曝氣。傳統(tǒng)做法是每隔一定時(shí)間取水樣測(cè)定溶解氧值，一般測(cè)出一個(gè)水樣的時(shí)間大約為1.5 分鐘，而曝氣筒內(nèi)溶解氧達(dá)到飽和的時(shí)間大約為4 分鐘，導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)不足，不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｒ虼藢?duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，將溶解氧測(cè)定儀的探頭放在曝氣筒的水面之下，溶解氧儀會(huì)隨著曝氣時(shí)間的延續(xù)而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，直到數(shù)值不再變化，即溶解氧達(dá)到飽和。這一過(guò)程用手機(jī)拍攝記錄，每個(gè)學(xué)生可以選擇不同時(shí)間間隔的多組數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算和分析。此方法不僅改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜繁瑣，而且更加地準(zhǔn)確高效。

（3）離子交換除鹽實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)離子交換裝置圖，搞清楚離子交換設(shè)備各管道的功能、各閥門(mén)的作用；加深離子交換基本理論的理解；了解并掌握離子交換設(shè)備的操作；熟悉離子交換軟化除鹽的過(guò)程；思考電導(dǎo)率是如何變化的；啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)存在不足進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)想。

如果實(shí)驗(yàn)既需軟化水的硬度又要降低水的堿性，則可將OH-型和Na+型離子交換柱串聯(lián)使用。利用陰陽(yáng)樹(shù)脂共同工作是目前制取純水的基本方法之一。陽(yáng)離子樹(shù)脂自身可交換的H+離子與水中陽(yáng)離子交換，去除陽(yáng)離子。陰離子樹(shù)脂官能團(tuán)中的OH-離子與水中陰離子交換，這樣把兩種交換柱串聯(lián)起來(lái)，就能夠有效地去除水中絕大部分離子，還可以在兩種交換柱串聯(lián)之后，再加一個(gè)陰陽(yáng)樹(shù)脂混合柱，從而達(dá)到更好的除鹽目的。

3.開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。開(kāi)設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，能鍛煉學(xué)生全面分析研究問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合專業(yè)技能以及初步的科研能力。同時(shí)，針對(duì)演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也可以在一定程度上融入設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供充分的思考空間，理論與實(shí)際相結(jié)合，將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn)，主要設(shè)計(jì)了以下3 項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

（1）絮凝沉淀和斜板沉淀實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生，通過(guò)模型的模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解平流沉淀池和斜板沉淀池的構(gòu)造和工作原理；掌握平流沉淀池和和斜板沉淀池的運(yùn)行操作方法；了解平流沉淀池和和斜板沉淀池運(yùn)行的影響因素；分析平流沉淀池和和斜板沉淀池各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用情況。

（2）過(guò)濾與反沖洗實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)學(xué)生對(duì)照過(guò)濾與反沖洗實(shí)驗(yàn)裝置工藝圖，了解模型及設(shè)備的組成與構(gòu)造；觀察過(guò)濾與反沖洗現(xiàn)象，進(jìn)一步了解過(guò)濾及反沖洗原理；掌握實(shí)驗(yàn)操作方法；掌握濾池工作中主要技術(shù)參數(shù)的測(cè)定方法。

（3）活性炭吸附。自行設(shè)計(jì)活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置,指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深理解活性炭的吸附的基本原理，了解工藝與性能,熟悉操作實(shí)驗(yàn)的全部流程, 掌握活性炭吸附公式中常數(shù)的確定方法,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,啟發(fā)學(xué)生思考活性炭吸附工藝中吸附等溫線的現(xiàn)實(shí)意義。

4.實(shí)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，充分利用教學(xué)資源。實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放式教學(xué)，一方面提高了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的利用效率，改變了原來(lái)實(shí)驗(yàn)課上多人共用一臺(tái)儀器，而大量時(shí)間儀器空閑的不合理運(yùn)行模式。另一方面學(xué)生能夠自主安排做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，以靈活的方式完成實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性，豐富了實(shí)驗(yàn)知識(shí)，提高了學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

實(shí)踐表明，我院實(shí)行的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放式教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，不僅給學(xué)生提供了優(yōu)越和寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且有利于學(xué)生動(dòng)手能力、分析能力與創(chuàng)新能力的提高。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為進(jìn)行專業(yè)人才培養(yǎng)和素質(zhì)教育的最好方式之一。結(jié)合學(xué)校引進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增設(shè)了3 項(xiàng)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。

（1）完全混合式活性污泥處理系統(tǒng)的觀測(cè)與運(yùn)行。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過(guò)觀察完全混合活性污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行，加深對(duì)其運(yùn)行特點(diǎn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)；進(jìn)一步了解活性污泥生物處理原理、過(guò)程和影響因素；確定污泥負(fù)荷、污泥齡、溶解氧濃度等運(yùn)行參數(shù)的控制范圍；引導(dǎo)學(xué)生思考完全混合活性污泥法的優(yōu)缺點(diǎn)等問(wèn)題。

（2）生物轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以自主選擇時(shí)間，到實(shí)驗(yàn)室觀摩生物轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)生物轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)造及凈水原理；掌握生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理系統(tǒng)的工藝特征；了解生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和適用情況；了解國(guó)內(nèi)外工業(yè)廢水處理應(yīng)用生物轉(zhuǎn)盤(pán)的具體案例。

（3）SBR 法計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)SBR 法計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造及運(yùn)行過(guò)程；了解SBR法的原理和步驟；加深對(duì)SBR 法的工藝運(yùn)行特征的認(rèn)識(shí)；掌握SBR 法與傳統(tǒng)活性污泥法的區(qū)別。

二、教學(xué)實(shí)踐與反饋

新時(shí)代的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)使學(xué)生從“被動(dòng)、封閉、受束縛”的狀態(tài)，變成“主動(dòng)、開(kāi)放、較自由的狀態(tài)”，真正地成為實(shí)驗(yàn)的主人、學(xué)習(xí)的主體。

這種“自學(xué)”與“互動(dòng)”相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅使學(xué)生對(duì)以前所學(xué)專業(yè)知識(shí)有了綜合靈活應(yīng)用，同時(shí)也使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流等綜合素質(zhì)得到了很大的提高，培養(yǎng)了獨(dú)立解決問(wèn)題的能力和實(shí)事求是的科研工作作風(fēng)，為學(xué)生以后畢業(yè)工作和深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

學(xué)生普遍反映，在新型實(shí)驗(yàn)中，思路得到了開(kāi)闊，積極性被充分調(diào)動(dòng)，因?yàn)樗麄円约翰殚嗁Y料和文獻(xiàn)、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及獨(dú)立分析和解決問(wèn)題，自己動(dòng)手做一切與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的工作，正因?yàn)槿绱?，更加考?yàn)學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的理解和掌握。所以學(xué)生感動(dòng)，“做完一個(gè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)才是學(xué)到了真本事，比做十個(gè)那種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)收獲還要大”。

在水污染嚴(yán)重的現(xiàn)階段，水處理實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)啟蒙實(shí)踐課程，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，注重與實(shí)際相結(jié)合，具有綜合設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，不僅讓學(xué)生加深了理論知識(shí)的理解，更讓學(xué)生接觸到本專業(yè)先進(jìn)儀器，對(duì)本領(lǐng)域的前沿知識(shí)有所了解。以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、觀察能力、動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)和研究的能力，為培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的跨世紀(jì)高素質(zhì)人才服務(wù)。

[1]胡鋒平.《水處理工程》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與教學(xué)實(shí)踐[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006

[2]趙曉波，孫文田，劉淵泓等.水處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009

[3]曹勇鋒，張可方.水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008

[4]趙玉紅，肖長(zhǎng)來(lái)，段長(zhǎng)春.水資源基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放式教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011

[5]胡 磊，李 軼，倪利曉.水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)嘗試[J].高等理科教育，2009