“水处理实验技术”课程的教学模式[论文]

“水处理实验技术”课程的教学模式探讨摘要：“水处理实验技术”是给水排水工程专业必修课之一，也是水处理教学的重要组成部分。

提高本课程的教学水平是给水排水专业老师所面临的重要任务之一。

该文在前人对本课程教学改革的基础上，从教学内容、教学组织与安排以及教学效果三个方面进行了详细地探讨，总结了一些教学方法，学生在学习本门课程的同时，不仅使学生理论与实践、综合素质得到了提高，也为学生以后就业和升学打下了坚实的基础。

关键词：水处理实验教学模式教学效果中图分类号：g642.0 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（a）-0-02“水处理实验技术”是给水排水工程专业必修课之一，也是水处理教学的重要组成部分。

通过本门课程的学习可以加深学生对水处理技术基本原理的理解，培养学生设计和组织水处理实验方案以及分析实验数据和处理数据的初步能力，使学生掌握水处理实验的一般技能与实验仪器、设备的基本操作，为学生以后参加水处理工作打下良好的基础。

对于“水处理实验技术”课程的教学模式前人探讨得不是很多。

张可方[1]提出使学生在学习基本实验技术的同时，了解及掌握目前国内外最先进的水处理技术，以开阔学生的视野和思路；张建昆[2]等人从加强相关课程的学习、学生实验工作、增开综合性设计性实验和培养实验工作态度等方面，探讨了提高“水处理实验技术”课堂教学质量的具体措施；汪爱河[3]等人系统阐述了水处理实验技术课程教学改革的方向，并对该课程开展科学研究活动、加大开放性实验的力度和改进考核方法等问题进行了探讨；曹勇锋[4]等人采取开设设计性实验的教学尝试，对设计性实验的选题、开展、效果等方面的做法进行了探讨。

由此可见，前人对本门课程的教学方法的研究多从自己教学实践中总结出来适合自己的教学改革方法，笔者从这几年的本门课程教学中以及在前人的基础上也总结了些经验，得到了一些体会。

1 教学内容1.1 实验理论内容笔者所在学校采用的教材为吴俊奇、李燕城主编的“水处理实验技术”[5]，实验理论包括以下几部分内容。

1.1.1 实验设计①实验设计基本概念。

②单因素优化实验技术：均分法与对分法，0.618法，分数法。

③多因素正交实验设计：正交实验设计，多指标的正交实验及直观分析。

1.1.2 实验数据分析处理①实验误差分析：测量值及误差，直接测量值误差分析，间接测量值误差分析，测量仪器精度的选择。

②实验数据整理：有效数字及其运算，实验数据整理，实验数据中可疑数据的取舍，实验数据整理计算举例。

③数据处理：单因素方差分析，正交实验方差分析，实验成果的表格、图形表示法，回归分析。

本门课程选用的教材基本涵盖了水处理实验所要求的理论部分内容，要求学生了解实验设计与误差分析中的一些基本概念，掌握单因素实验方案设计、方差分析及离群数据处理，重点掌握多因素正交实验设计步骤及其方差分析方法，简单了解一元回归分析方法。

1.2 实验操作内容在参照其他高校与上述教材的基础上，笔者对实验内容做了如下安排：基本水质指标测定6项，包括bod、cod、ss、氨氮、总氮和总磷；给水处理3项，包括过滤实验、离子交换软化实验和混凝实验；污水处理4项，包括曝气充氧实验、活性炭吸附实验、污泥比阻实验和生物滤池实验；同时将混凝实验、活性炭吸附实验和污泥比阻实验选做为设计性实验。

本门课程给水与污水处理实验项目与其他高校相差无几，但提出把bod、cod、ss、氨氮、总氮和总磷作为基本水质指标测定排在其他实验内容前面，目的是考虑学生在水分析化学课程中并没有设计到或者说不是十分熟悉这方面的内容，为后续的给水和污水实验水质分析做好理论和实践上准备；同时安排6项水质指标测定实验也是考虑到学生可能会参与到老师的科研活动中，能很快投入进去，熟悉水质指标测定流程，可以节省很多时间以便于留更多时间进行实验方案的设计和实验数据的分析，提高工作效率。

考虑到课堂教学时间的局限性，生物实验只进行一项生物滤池实验，生物实验要求时间较长，实验装置要经久耐用，但笔者所在专业实验室多为模型装置，运行时间稍长一点就会损坏，同时时间长也不符合学生作息特点，学生本身课程较多，不宜增加学生负担。

2 教学组织与安排本课程教学计划课时为64学时，其中实验理论12学时，实验操作52学时，13个实验项目，3次理论课，13次实验课，共16次课。

实验理论教学方法采用课堂集中授课、理论与举例相结合以及课后做习题进行巩固的常规教学方式，使学生对实验理论主要内容即实验方案的组织设计与数据处理理解深刻、记忆牢固，为后续实验打下良好的基础。

实验操作部分将每班分为4个小组，每小组7～8个人，选出一组长，在每次实验之前对4个组长进行预先讲解与培训。

目的是为了考虑水处理实验操作复杂性以及实验仪器操作熟练程度，以减轻教师在课堂上压力。

同时由于每次实验课时的限制，选择的实验项目有的不能在实验课时之内完成，所以要求学生要利用课余时间完成余下实验，做到课前取好水样、课中实验、课后继续实验直到完成实验报告的固定模式。

由于每次做同一个实验的实验场所、药品和装置有所限制，不能同时开设多组同一个实验，所以按照每班分的组数开设与组数相同的实验个数，即同时开设4组实验，4组学生在4组实验中循环交替进行实验，直到完全循环交替完成再进行下一个4组实验交替循环。

由于实验课时的限制，在每次实验前要做好必要的实验准备工作，除了提前在校内紫湖溪取样外，还需提前让实验员购买全实验要用的药品，同时让学生提前配好药品，调试好实验仪器以及准备好实验玻璃器皿等。

3 教学效果3.1 理论与实践相结合实践性教学环节实施得好坏必须建立在扎实的基本理论上，学生对“水处理实验技术”实验理论学习后，将对后续实验成功与否起到举足轻重的地位。

从实验前的实验方案设计到实验结束后的数据处理以及到最后出实验报告，基本理论一直贯穿在整个实验的过程当中。

可以说实验理论一直指导着实验课方向而实验课内容又在不断验证专业理论与发现新技术、新理论，促进了实验课理论部分进一步发展。

通过不断的探索与学习使学生在理论与实践两个环节都得到全面的发展。

笔者学校水处理实验技术课程基本理论有3次课，共12课时，学生采取课前预习、课堂听课学习和课后做习题等学习模式，让学生对理论课主要内容要做到心中有数，相当熟悉的程度，特别是实验方案的设计和数据处理方式要重点掌握，这对学生自己做实验和参与老师的科研项目都很有帮助。

前期的这些理论内容学习得好坏，直接关系到后续实验操作内容特别是设计性实验的顺利进行，而实验结果好坏，反过来既可以验证当初实验方案设计、数据处理的正确性又可以验证实验原理的正确性，这也同时反映了理论指导实践、实践验证理论的正确思想。

3.2 遵循循序渐进的教学规律本门课程的实验内容安排由易到难、由简单到复杂，从开始的基本水质测定方法，到接下来稍为复杂一点的给水处理实验，最后进行需要污泥培养接种、污水运行调试的生物处理实验。

笔者认为这种循序渐进的教学模式符合学生自身的特点，水处理实验要综合应用到以前几门课程内容，特别是刚开始的水质分析与前期学习到的水分析化学知识结合得比较紧密，所以水质分析项目测定可以起到一个承上启下的作用。

基本水质测定熟悉以后对后续的给水和污水处理实验是一个基本保障，使学生能全身心地投入到实验方案设计和数据处理上来。

循序渐进的实验内容安排，既符合现代一般教学规律，又增加了学生学习的积极主动性，使学生由最初对水处理实验的模糊认识到最终自己能独立设计实验方案和独立进行实验，对促进课堂的教学效果起到了积极的作用。

3.3 重点带出一片，提高课堂教学效果水处理实验大多不是演示性实验，而是要求学生每个人自己动手操作。

考虑到实际实验操作的复杂性，在每次实验之前利用课余时间对4个小组长进行预先培训，让他们对下次课的内容以及仪器使用方法熟悉一遍，然后各自带领他们小组成员完成交给他们的任务。

通过这样的安排一方面可以减轻老师课堂上的压力、提高实验教学的效率，另一方面也可以建立起以小组长为核心的实验小组，通过分工协作，使小组的每个成员都得到锻炼，从而进一步提高课堂教学效果。

水处理实验需要操作环节、步骤比较多，要求小组成员分工协作、共同完成实验任务，这就需要有一个负责人安排各个同学的工作，起到一个核心的作用。

例如曝气充氧实验，需要做的工作有取样、记录时间、测溶解氧浓度、记录数据和数据处理等，小组长就要合理安排各个同学负责各项分工，同时起到一个总体协调的作用，最后能顺利完成本次实验的任务。

设立小组长并不是指导老师不指导本次实验，在每组实验开始前，指导老师都要详细讲解本次实验内容、操作步骤、注意事项等，实验进行时，指导老师要监督学生的实验步骤，有错误地方立即指出，实验最后指导老师还要审查实验结果，对实验异常的数据引导学生怎么分析问题所在。

通过设立小组长作为负责人，确实能起到重点带出一片，提高了课堂教学效果。

3.4 开拓了知识面在基本水质指标测定时采用的标准方法是国家环保总局主编的《水和废水监测分析方法》（第四版），该标准方法几乎包括了所有关于水质分析项目的内容，使学生在学习了这些标准方法同时加深了对水处理的基本理论和基本概念的理解，拓宽了知识面。

同时根据各个老师毕业高校的实验室仪器状况，结合本校的实际情况购买一些比较先进又实用的实验仪器，学生在进行课堂实验教学和参与各个老师科研项目时都能够使用到，这就使得学生不仅接触到本专业先进仪器，学习到了操作步骤，而且对本领域的前沿知识也有所了解，为他们以后工作打下良好的基础。

笔者所在学校每年都有优本生培养计划，具体是每个老师都可以带2-3名优本生，让优本生参与到各个老师的科研项目中来，学生在学习了《水处理实验技术》课程以后实验操作能力得到了很大的提高，为优本生参与科研项目提供了有力保障，同时也为优本生拓宽了视野，增加了知识面。

3.5 综合能力得到提高学生所做的实验，要求学生全程参与，全程跟踪，直到最终得出实验结果。

由于本门课程课时的限制与实验条件的制约以及每小组至少要出一个实验数据，所以要求学生充分利用课堂时间自己动手操作完成实验，要能够解释并且解决在实验中出现的各种各样问题。

另外在实验过程中我们会用到以前专业基础课方面的内容，譬如水分析化学、给水工程、排水工程、微生物学等方面的内容，这些都是对以前所学内容的一次综合性测验，培养了学生的综合专业技能以及初步的科研能力。

通过开设混凝、活性炭吸附和污泥比阻实验为设计性实验，要求学生具备自己独立设计实验方案、独立进行实验以及独立分析和解决问题能力，学生要综合运用到“水处理实验技术”课程内容和以及前面提到的专业基础课内容，对整个实验要做到合理安排、操作正确和数据合理等要求，开设设计性实验不仅使学生对以前所学专业知识有了综合灵活应用，同时也使学生的团队协作、沟通交流等综合素质得到了很大的提高，培养了实事求是的科研工作作风，为学生以后毕业工作和深造打下了坚实的基础。