手機(jī)教學(xué)軟件在水處理工程試驗課程中的探索與應(yīng)用

孫玉偉，祁 昕，楊春維，湯 茜，段小月 (吉林師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，吉林四平136000)

水處理工程實驗是環(huán)境工程專業(yè)的必修課和環(huán)境工程專業(yè)水處理教學(xué)的主要內(nèi)容之一，許多水處理方法處理設(shè)備的設(shè)計參數(shù)和操作運(yùn)行方式的確定都需要通過實驗解決。環(huán)境工程等相關(guān)專業(yè)在人才培養(yǎng)方面要求學(xué)生在牢固掌握理論知識的基礎(chǔ)上，著重提高自身的實踐能力和創(chuàng)新能力，要求培養(yǎng)的學(xué)生具有直面復(fù)雜問題，提出有創(chuàng)造性又具有可行性的指導(dǎo)思想和解決方法的能力，實驗教學(xué)對達(dá)到這一要求有著不可替代的重要作用［1－3］。

從全國開設(shè)環(huán)境工程專業(yè)的院校來看，不論是學(xué)時安排還是實驗項目數(shù)量，涉及水處理實驗的部分比重最大。目前社會對水處理專業(yè)人才的需求相當(dāng)大，能夠開展工程設(shè)計、實驗研究和科研探索的工程技術(shù)人才具有更大的競爭優(yōu)勢［4］。

隨著社會的發(fā)展與工業(yè)水平的進(jìn)步，本科畢業(yè)生所具備的素質(zhì)需求也在不斷發(fā)展與進(jìn)化，并隨著工業(yè)化和信息化水平的進(jìn)步而不斷提升，這就需要本科教育模式和方法通過不斷地實踐逐步改進(jìn)，以適應(yīng)社會需求，培養(yǎng)出符合社會需求的人才。

1 水處理工程實驗課程存在的問題

1.1 教學(xué)與實驗脫節(jié) 扎實的理論基礎(chǔ)是順利開展水處理工程實驗教學(xué)的前提。然而，目前理論教學(xué)與水處理實驗教學(xué)相對分離的二元化局面仍然存在，導(dǎo)致理論與實踐脫節(jié)，教學(xué)效果大打折扣。特別是在開設(shè)水處理課程的前期，更不能讓二者在時間上脫節(jié)，要及時通過實驗使學(xué)生掌握水質(zhì)的分析和相關(guān)儀器使用方法，以及污水樣水質(zhì)指標(biāo)測試等實驗項目［5］。

1.2 實驗項目安排不合理 由于學(xué)時和實驗設(shè)備有限，實驗項目開設(shè)不全面，實驗安排僅能做最基本的認(rèn)知性和驗證性實驗，綜合性、創(chuàng)造性實驗很難實施［6］。在教學(xué)過程中，由于教師教學(xué)方法缺乏互動性，學(xué)生按部就班，動手能力和創(chuàng)新能力得不到充分發(fā)揮。另一方面，由于部分實驗裝置設(shè)施陳舊、實驗操作不當(dāng)?shù)瓤陀^原因，實驗得到的數(shù)據(jù)往往與課堂上所講授的理論知識不一致。由于缺乏興趣和參與度，實驗中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)往往直接被棄之不用，學(xué)生沒有從實驗中分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生的根本原因，所以實驗達(dá)不到預(yù)想的效果，而是僅作為理論驗證的輔助手段，學(xué)生對理論知識的進(jìn)一步認(rèn)知就非常有限。

1.3 實驗裝置和設(shè)備陳舊 當(dāng)前，水處理工藝和設(shè)備發(fā)展迅速。而高校的實驗課程大多還是傳統(tǒng)的水處理工藝和分析方法，與實際應(yīng)用的技術(shù)脫節(jié)。另外，由于專業(yè)建設(shè)經(jīng)費不足，許多高校實驗室精密的分析儀器數(shù)量較少，在本科教學(xué)階段可以用到的更加有限。所以，為了滿足本科生教學(xué)實驗的需要，保證學(xué)生對先進(jìn)分析儀器功能的進(jìn)一步了解，實驗教學(xué)只能將學(xué)生分組。教師教授該類實驗所用的時間通常是普通實驗的2～3倍，浪費了大量的時間。與此同時，由于分組教學(xué)，一組同學(xué)共用一組數(shù)據(jù)，使得部分學(xué)生在實驗過程中參與度不高，數(shù)據(jù)分析和實驗報告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，達(dá)不到預(yù)期教學(xué)效果。

2 圍繞手機(jī)應(yīng)用軟件形式構(gòu)建新型教學(xué)模式

目前我國高校相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案與培養(yǎng)方向因為學(xué)科特點和教學(xué)資源的制約而相對穩(wěn)定，導(dǎo)致了目前高校培養(yǎng)與社會需求相脫節(jié)、高校畢業(yè)生創(chuàng)新能力不足等問題。因此，通過專業(yè)方向社會需求系統(tǒng)調(diào)研，應(yīng)用現(xiàn)有的教學(xué)資源，探索新型教育模式，成為目前解決高校與社會需求相脫節(jié)問題的重要方法之一。結(jié)合目前手機(jī)軟件的廣泛應(yīng)用和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將水處理工程試驗的設(shè)計理念和參數(shù)以及所要達(dá)到的教學(xué)效果等因素載入“綠色大陸”環(huán)境教育軟件中，提出一種新型的教學(xué)模式。以手機(jī)軟件輔助實驗教學(xué)，解決了教學(xué)條件、教學(xué)經(jīng)費對實驗內(nèi)容在時間與空間上的束縛，在手機(jī)軟件中實踐實驗方案和運(yùn)行參數(shù)，學(xué)生可以反復(fù)操作，大膽嘗試、為學(xué)生對污水生物處理理論的理解和在實踐中的有效應(yīng)用提供了很大的幫助，是對真實實驗教學(xué)的有益補(bǔ)充。

2.1 水處理實驗手機(jī)軟件框架構(gòu)建 “綠色大陸”教育軟件以提升學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計實驗?zāi)芰槟康暮颓疤?，以角色扮演的游戲形式將環(huán)境專業(yè)知識生動的展現(xiàn)給使用者，通過角色養(yǎng)成與冒險解決設(shè)定環(huán)境問題，獲得經(jīng)驗實現(xiàn)角色升級，獲得道具提升角色能力，獲得虛擬金幣購買和升級道具。在實際的課堂上將學(xué)生自主設(shè)計的實驗進(jìn)行可行性分析，并且予以實際操作。在實踐中通過反饋控制手段，對所設(shè)計的實驗方案進(jìn)行適當(dāng)修正。在“實踐、認(rèn)識、再實踐”的過程中，最大限度地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗設(shè)計能力以及創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提升吉林師范大學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的從業(yè)技能和基本素養(yǎng)，對提高就業(yè)率和專業(yè)社會口碑起到積極的作用。將這種寓教于樂的教學(xué)方式應(yīng)用到學(xué)科建設(shè)中，為其應(yīng)用于其他專業(yè)提供經(jīng)驗指導(dǎo)與借鑒。

同時，試圖通過對該軟件在水處理工程實驗課程的初步應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、總結(jié)經(jīng)驗，最終將“綠色大陸”環(huán)境教育軟件應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)本科教學(xué)的所有課程，為解決該校乃至更廣范圍內(nèi)其他高校目前面臨的教育資源有限、本科生創(chuàng)新能力差、就業(yè)難等問題提供指導(dǎo)與借鑒。

2.2 “綠色大陸”軟件搭載實驗內(nèi)容的確立 伴隨著工業(yè)進(jìn)步，新的水環(huán)境污染問題不斷被發(fā)現(xiàn)，工業(yè)和生活用水要求不斷提高，化工技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展也為水質(zhì)處理和水污染控制提供了新的技術(shù)段，水處理技術(shù)相關(guān)課程內(nèi)容不斷有所更新［7］。目前水處理工程實驗題目主要集中在一些基礎(chǔ)性原理驗證方面，沒有涵蓋一些在實際工程中已得到一定應(yīng)用的新技術(shù)、新工藝以及新的實驗檢測手段，導(dǎo)致實驗內(nèi)容與社會實際需求脫軌。

通過往屆畢業(yè)生信息反饋、實習(xí)基地單位調(diào)研、見習(xí)基地問卷調(diào)查、專業(yè)相關(guān)企事業(yè)單位考察等手段，獲得較大基數(shù)的調(diào)研數(shù)據(jù)，通過樣本調(diào)查獲得較真實可信的水處理專業(yè)需求基本信息。通過對調(diào)研樣本進(jìn)行系統(tǒng)分析，凝練出該專業(yè)目前所需的水處理工程方面的工程素質(zhì)與基本能力3～5項，作為“綠色大陸”軟件搭載實驗的核心內(nèi)容。

2.3 “綠色大陸”軟件設(shè)計 以凝練出的工程素質(zhì)與基本能力為核心內(nèi)容，對軟件系統(tǒng)進(jìn)行概要設(shè)計，即系統(tǒng)設(shè)計。主要包括系統(tǒng)的基本處理流程、系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、模塊劃分、功能分配等，為軟件的詳細(xì)設(shè)計提供基礎(chǔ)。軟件包含“綠色大陸冒險”、“環(huán)境知識堂”、“在線互動”、“環(huán)境知識大比拼”等基本模塊，通過“在線互動”進(jìn)行積分排名、與教師交流互動，通過“環(huán)境知識大比拼”進(jìn)行角色間PK。通過參與游戲達(dá)到對環(huán)境專業(yè)知識的學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、鞏固的目的，同時通過在游戲中解決設(shè)定的實際環(huán)境問題，還可以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，強(qiáng)化其解決實際問題的能力，對其水污染控制工程設(shè)計能力的培養(yǎng)具有極大地促進(jìn)和輔助作用。

例如，在活性污泥法處理廢水的實驗中，學(xué)生可以在“綠色大陸冒險”模塊設(shè)置不同的實驗參數(shù)，從活性污泥馴化開始，最后得出污泥的各項指標(biāo)以及處理污水效果。同時，可以通過“在線互動”板塊與其他學(xué)生討論實驗方案和數(shù)據(jù)分析。與傳統(tǒng)的實驗方法相比，通過“綠色大陸”軟件，可以節(jié)省大量的污泥馴化時間，學(xué)生可以大膽嘗試，得出最優(yōu)實驗方案，并且在實踐操作過程中驗證實驗效果。

2.4 構(gòu)建軟件反饋控制與管理模式系統(tǒng) 在“綠色大陸”軟件應(yīng)用的過程中，對其實際運(yùn)行過程的經(jīng)驗和問題進(jìn)行總結(jié)和分析，構(gòu)建出適合該教學(xué)軟件長期發(fā)展的反饋控制與管理模式系統(tǒng)。在實踐中通過反饋控制手段，對所設(shè)計的實驗方案進(jìn)行適當(dāng)修正。

3 結(jié)語

以常規(guī)實驗教學(xué)項目為基礎(chǔ)，以其他多種實驗教學(xué)形式為輔助，必將對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到重要作用［7］。隨著手機(jī)軟件廣泛的應(yīng)用，以手機(jī)為教學(xué)途徑，通過“綠色大陸”軟件，將水處理工程試驗課程和相關(guān)的環(huán)境專業(yè)知識融入游戲的形式中，真正做到寓教于樂，提高學(xué)生的參與激情和學(xué)習(xí)積極性。通過參與游戲達(dá)到對環(huán)境專業(yè)知識的學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、鞏固的目的，同時通過在游戲中解決設(shè)定的實際環(huán)境問題，還可以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，強(qiáng)化其解決實際問題的能力，對其水污染控制工程設(shè)計能力的培養(yǎng)具有極大地促進(jìn)和輔助作用。軟件可以在主流手機(jī)和便攜式平板電腦設(shè)備上安裝運(yùn)行，擴(kuò)大了軟件的傳播速度和使用范圍，有利于推廣和后期維護(hù)運(yùn)營。

手機(jī)軟件設(shè)計以及模擬實驗中教師和學(xué)生的前期工作可以在手機(jī)上完成，這既為教學(xué)管理提供了便利，也為高效利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)開展實驗教學(xué)管理提出了新的課題，如何建設(shè)開放的實驗教學(xué)管理系統(tǒng)以適應(yīng)多種實驗教學(xué)形式有待于在實踐中摸索和檢驗。

［1］張可方.水處理實驗技術(shù)課程的教學(xué)改革與實踐［J］.廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003(6):596－597.

［2］趙曉波，孫文田，劉淵泓.水處理實驗教學(xué)改革［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26(3):196 －198.

［3］魯逸人，季民，劉憲華.環(huán)境學(xué)科工程教育改革實踐與研究［J］.高校實驗室工作研究，2011(1):12－13.

［4］張發(fā)根，王筱虹，李笛，等.自主型水處理實驗項目的設(shè)置與教學(xué)實踐［J］.廣東化工，2009，36(8):269 －287.

［5］趙曉波，孫文田，劉淵泓，等.水處理實驗教學(xué)改革［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26(3):196 －198.

［6］曾令初，孫連鵬，張再利.環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革的探索［J］.實驗室研究與探索，2008，27(3):89 －92.

［7］盛力，劉濤，沈洪，等.以能力培養(yǎng)為核心的水處理實驗教學(xué)體系建設(shè)［J］.實驗室研究與探索，2012，31(10):115 －118.