给排水科学与工程专业“水处理实验技术”课程教学改革探析
崔佳丽 李红艳 张峰 崔建国
摘 要：“水处理实验技术”是给排水科学与工程专业培养学生掌握水处理技术基本原理、学会设计水处理实验方案、提高分析与处理实验数据基本能力的重要环节。文章针对该课程教学过程中存在的问题，提出教师可通过加强与其他课程的相互结合、更新教学内容、引入案例分析、應用专业软件及融入实验室开放项目等方式进行改革。
关键词：给排水科学与工程专业；水处理实验技术；教学改革
给排水科学与工程是一门实践性、应用性很强的专业，近二三十年来，给水排水行业的现代化进程很快，大量新技术不断涌现，科学内涵日益丰富。行业的主要矛盾转变为水质水量并重和水质问题突出。行业内涵的丰富与深入，对具有专业知识的专门人才需求更加迫切。实验教学有利于提升学生的动手能力＼实验技能，是培养具有分析、解决复杂工程问题能力的高素质专业人才的重要途径。“水处理实验技术”是一门培养学生理解水处理技术基本原理、设计实验方案、使用检测设备以及分析处理数据等基本能力的专业课程。通过加强实验教学的改革研究，对学生掌握基本实验技能，深刻理解专业知识，提高学生的专业素质及培养创新人才等方面具有非常重要的意义。
一、教学中存在的问题
（一）缺乏与其他课程同步机制
受传统教育理念的影响，实验课程易被学生忽视，“水处理实验技术”具有知识结构的综合性、实验分布的零散性、授课时段的特殊性及实验系统的复杂性等特点。“水处理实验技术”包括水处理实验的基本原理，实验方案的优化设计、实验数据的测试与分析处理等，与水质工程（一）、水质工程（二）、水质工程学实验、仪器分析等课程内容息息相关。在实际教学过程中，会涉及到许多专业知识，如曝气充氧实验、成层沉淀等，由于与水质工程学（一）（二）处于同一学期，学生往往还未完全掌握相关的专业知识而不易理解接受，因而影响教学效果。再者，本课程主要涉及理论知识，而实验实施是在“水质工程学实验”课程中实现，二者处于不同学期，学生在学习过程中容易忽略本课程所需内容，只是按部就班地进行实验，不利于所学知识的应用及发挥学生的创新能力。
（二）课程内容相对固化
随着我国经济和科技的迅速发展，新的水处理技术不断涌现。但多年来，“水处理实验技术”的课程内容都是相对固定的，缺少与时俱进及前沿知识的渗透，难以满足现代大学素质教育和创新型人才培养的要求，特别是在创新型、开放性实验中，学生难以学以致用和发挥主观能动性。另一方面，目前教材中的内容多以学生手工操作为主，随着计算机技术的普及，旧的方式方法已经不能适应实验技术快速发展的步伐，也不利于提高实验效率，增加学生的兴趣，特别是在方案设计、后续的实验数据整理、图表制作、实验报告撰写时存在效率低、不规范的问题。
二、课程教学改革与实践
（一）与“水质工程学实验”课程的有机结合
为了使教学内容更具有系统性、连续性、完整性，太原理工大学给排水科学与工程专业在课程设置上，将水质工程学（一）（二）等专业课程涉及的实验内容整合为“水质工程学实验”课程，“水处理实验技术”是“水质工程学实验”的基础，为后者在实验设计、数据分析与处理方面提供方法支撑，其相关知识需要在“水质工程学实验”课程中实践完成。学生在实际中按照给定的操作步骤就可完成实验，往往忽视了“水处理实验技术”所学知识的实际应用，极容易出现前学后忘现象。对此，在课程中增加契合“水质工程学实验”内容的教学，如要求学生通过查阅文献和专业知识，选择不同的因素及水平， 以所学的多因素正交实验法制定各自不同的混凝实验方案，在“水质工程学实验”中得以实施，并与相关教师商定，要求学生进一步分析与处理得到的实验数据。这一过程巩固了所学知识，充分发挥了他们的主观能动性，培养了自主独立思考、提出问题、分析问题和解决问题的能力。
（二）教学内容与时俱进，融入仪器分析内容
在巩固经典理论知识的基础上，持续关注并吸收国内外水处理领域的新知识和新技术充实教学内容，与时俱进，使课程更系统全面，更具先进性和实用性。一方面，将水处理领域的新技术、新方法，如光催化氧化去除水中有机污染物、新材料在水处理中的应用等引入课程教学中；另一方面，水环境中的污染物种类更多，成分更复杂，有些污染物含量往往是痕量的，旧的方法已不能完全满足测试的要求，更加快捷、准确、灵敏的色谱、光谱等现代检测技术的应用越来越广泛。太原理工大学给排水科学与工程专业在2016改进版教学计划中，在原有的“水处理实验技术”课程基础上增加了仪器分析的内容，整合为“水处理实验设计及仪器分析”课程，学生不但要掌握实验方案设计与比选、数据整理与分析，还要进一步学会水质测试的新理论、新方法，使学生对于整个实验过程的学习更为系统、全面。新的课程中，教师针对当下水质热点问题，在教学中增加一定的实验项目观摩与操作，如离子色谱仪测定自来水中阴阳离子含量、原子吸收仪测定水中重金属元素等，使教学内容与行业发展的进程相适应，为进一步培养学生的创新能力提供技术支撑。
（三）应用专业软件，引入案例分析
随着计算机技术的广泛应用，旧的手工设计和计算显得繁琐复杂，在水处理实验技术中引入更为先进、准确便捷的专业软件势在必行。水处理实验涉及到方案设计、数据处理与分析，包括数据拟合、误差分析、科学绘图，对于多数本科生，尚未充分接受科研训练，往往无从下手，事倍功半。在教学中，适当融入design expert、origin、spss等专业软件有助于学生提出更多合理的实验方案，实验报告撰写更加规范。教师可选取科研论文中的典型案例讲述实验过程，如以《响应面法优化MWCNTS-TiO2纳米颗粒深度降解焦化废水》为例，讲述如何利用design-expert设计实验方案、显著性检验、分析影响因素的主次和交互影响、通过建立响应曲面模型对反应条件进行优化；利用origin进行图形绘制、拟合多项式、方差分析；利用spss设计正交实验方案和统计分析，学生通过学习专业软件，拓展了知识领域，提高了学习兴趣。
（四）与实验室开放项目结合，培养学生创新能力
实验室的开放已经成为目前我国高校实验室建设和發展的核心内容，让学生通过文献调研来确定初步自己的实验方案和进度计划，有利于培养学生的创新能力，顺应时代发展的要求。太原理工大学积极推进实验室开放的改革和实践探索，以教师的科研项目为基础，拟定实验题目，学生根据自己的学习情况和兴趣爱好选择并完成开放项目。2017-2018学年全校开展实验室开放项目91项，本学院开出了“生物质炭活化过硫酸盐处理难降解有机废水研究”“基于紫外光激活双氧水技术降解废水中吡啶的研究”等11个项目。面对复杂的科研问题，普通的验证性实验已不能满足科研的需要，学生须应用实验技术的理论基础和专业知识，自主设计实验方案，共同讨论，充分发挥他们的主体作用。
在教学中，鼓励学生积极参与实验室开放项目，以小组讨论的形式将涉及的实验技术问题融入到课堂中。如在“生物质炭活化过硫酸盐处理难降解有机废水研究”中，学生通过查阅文献，结合专业知识，确定了影响降解效率的主要因素为热解温度、反应初始pH值、反应温度及生物质投加量，并利用均分法进行单因素实验，分别得到了最佳反应条件，降解效果良好。这一过程打破了学生被动学习的“填鸭式”模式，使水处理实验技术的理论知识与科研实践相结合，在科学研究中培养学生应用基础知识与基本理论分析和解决实际问题的能力，提高创新意识与工程能力。
三、结语
“水处理实验技术”课程的改革，应注重与其他课程之间的有机结合，充实教学内容，融入新手段、新技术，紧跟前沿知识，贴近实际，以学生为中心，提高他们的创新意识和应用能力。随着教学改革的不断深入，期待“水处理实验技术”课程在培养适应现代社会发展要求的给排水科学与工程高级专业技术人才中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]崔福义，我国给排水科学与工程专业进入规范化办学新阶段[J].中国给水排水，2014，30（12）：25-29.
[2]廖欢，王玉山.探索实验教学改革对应用型人才培养的作用[J].黑龙江教育（理论与实践），2017（1-2）：68-69.
[3]王伟，王科，苏馈足，等.《水处理工程实验技术》课程教学改革初探[J].实验科学与技术，2014，12（3）：118-119，128.
[4]周金鹏，施建华，秦石桥.专业课程实验教学的改革与实践[J].光学技术， 2007（S）：313-314.
[5]苗娟，魏学锋，董铁有.工科院校开放性实验教学模式初探[J].教育理论与实践，2012，32（9）：58-60.
编辑∕杨波
摘 要：“水处理实验技术”是给排水科学与工程专业培养学生掌握水处理技术基本原理、学会设计水处理实验方案、提高分析与处理实验数据基本能力的重要环节。文章针对该课程教学过程中存在的问题，提出教师可通过加强与其他课程的相互结合、更新教学内容、引入案例分析、應用专业软件及融入实验室开放项目等方式进行改革。
关键词：给排水科学与工程专业；水处理实验技术；教学改革
给排水科学与工程是一门实践性、应用性很强的专业，近二三十年来，给水排水行业的现代化进程很快，大量新技术不断涌现，科学内涵日益丰富。行业的主要矛盾转变为水质水量并重和水质问题突出。行业内涵的丰富与深入，对具有专业知识的专门人才需求更加迫切。实验教学有利于提升学生的动手能力＼实验技能，是培养具有分析、解决复杂工程问题能力的高素质专业人才的重要途径。“水处理实验技术”是一门培养学生理解水处理技术基本原理、设计实验方案、使用检测设备以及分析处理数据等基本能力的专业课程。通过加强实验教学的改革研究，对学生掌握基本实验技能，深刻理解专业知识，提高学生的专业素质及培养创新人才等方面具有非常重要的意义。
一、教学中存在的问题
（一）缺乏与其他课程同步机制
受传统教育理念的影响，实验课程易被学生忽视，“水处理实验技术”具有知识结构的综合性、实验分布的零散性、授课时段的特殊性及实验系统的复杂性等特点。“水处理实验技术”包括水处理实验的基本原理，实验方案的优化设计、实验数据的测试与分析处理等，与水质工程（一）、水质工程（二）、水质工程学实验、仪器分析等课程内容息息相关。在实际教学过程中，会涉及到许多专业知识，如曝气充氧实验、成层沉淀等，由于与水质工程学（一）（二）处于同一学期，学生往往还未完全掌握相关的专业知识而不易理解接受，因而影响教学效果。再者，本课程主要涉及理论知识，而实验实施是在“水质工程学实验”课程中实现，二者处于不同学期，学生在学习过程中容易忽略本课程所需内容，只是按部就班地进行实验，不利于所学知识的应用及发挥学生的创新能力。
（二）课程内容相对固化
随着我国经济和科技的迅速发展，新的水处理技术不断涌现。但多年来，“水处理实验技术”的课程内容都是相对固定的，缺少与时俱进及前沿知识的渗透，难以满足现代大学素质教育和创新型人才培养的要求，特别是在创新型、开放性实验中，学生难以学以致用和发挥主观能动性。另一方面，目前教材中的内容多以学生手工操作为主，随着计算机技术的普及，旧的方式方法已经不能适应实验技术快速发展的步伐，也不利于提高实验效率，增加学生的兴趣，特别是在方案设计、后续的实验数据整理、图表制作、实验报告撰写时存在效率低、不规范的问题。
二、课程教学改革与实践
（一）与“水质工程学实验”课程的有机结合
为了使教学内容更具有系统性、连续性、完整性，太原理工大学给排水科学与工程专业在课程设置上，将水质工程学（一）（二）等专业课程涉及的实验内容整合为“水质工程学实验”课程，“水处理实验技术”是“水质工程学实验”的基础，为后者在实验设计、数据分析与处理方面提供方法支撑，其相关知识需要在“水质工程学实验”课程中实践完成。学生在实际中按照给定的操作步骤就可完成实验，往往忽视了“水处理实验技术”所学知识的实际应用，极容易出现前学后忘现象。对此，在课程中增加契合“水质工程学实验”内容的教学，如要求学生通过查阅文献和专业知识，选择不同的因素及水平， 以所学的多因素正交实验法制定各自不同的混凝实验方案，在“水质工程学实验”中得以实施，并与相关教师商定，要求学生进一步分析与处理得到的实验数据。这一过程巩固了所学知识，充分发挥了他们的主观能动性，培养了自主独立思考、提出问题、分析问题和解决问题的能力。
（二）教学内容与时俱进，融入仪器分析内容
在巩固经典理论知识的基础上，持续关注并吸收国内外水处理领域的新知识和新技术充实教学内容，与时俱进，使课程更系统全面，更具先进性和实用性。一方面，将水处理领域的新技术、新方法，如光催化氧化去除水中有机污染物、新材料在水处理中的应用等引入课程教学中；另一方面，水环境中的污染物种类更多，成分更复杂，有些污染物含量往往是痕量的，旧的方法已不能完全满足测试的要求，更加快捷、准确、灵敏的色谱、光谱等现代检测技术的应用越来越广泛。太原理工大学给排水科学与工程专业在2016改进版教学计划中，在原有的“水处理实验技术”课程基础上增加了仪器分析的内容，整合为“水处理实验设计及仪器分析”课程，学生不但要掌握实验方案设计与比选、数据整理与分析，还要进一步学会水质测试的新理论、新方法，使学生对于整个实验过程的学习更为系统、全面。新的课程中，教师针对当下水质热点问题，在教学中增加一定的实验项目观摩与操作，如离子色谱仪测定自来水中阴阳离子含量、原子吸收仪测定水中重金属元素等，使教学内容与行业发展的进程相适应，为进一步培养学生的创新能力提供技术支撑。
（三）应用专业软件，引入案例分析
随着计算机技术的广泛应用，旧的手工设计和计算显得繁琐复杂，在水处理实验技术中引入更为先进、准确便捷的专业软件势在必行。水处理实验涉及到方案设计、数据处理与分析，包括数据拟合、误差分析、科学绘图，对于多数本科生，尚未充分接受科研训练，往往无从下手，事倍功半。在教学中，适当融入design expert、origin、spss等专业软件有助于学生提出更多合理的实验方案，实验报告撰写更加规范。教师可选取科研论文中的典型案例讲述实验过程，如以《响应面法优化MWCNTS-TiO2纳米颗粒深度降解焦化废水》为例，讲述如何利用design-expert设计实验方案、显著性检验、分析影响因素的主次和交互影响、通过建立响应曲面模型对反应条件进行优化；利用origin进行图形绘制、拟合多项式、方差分析；利用spss设计正交实验方案和统计分析，学生通过学习专业软件，拓展了知识领域，提高了学习兴趣。
（四）与实验室开放项目结合，培养学生创新能力
实验室的开放已经成为目前我国高校实验室建设和發展的核心内容，让学生通过文献调研来确定初步自己的实验方案和进度计划，有利于培养学生的创新能力，顺应时代发展的要求。太原理工大学积极推进实验室开放的改革和实践探索，以教师的科研项目为基础，拟定实验题目，学生根据自己的学习情况和兴趣爱好选择并完成开放项目。2017-2018学年全校开展实验室开放项目91项，本学院开出了“生物质炭活化过硫酸盐处理难降解有机废水研究”“基于紫外光激活双氧水技术降解废水中吡啶的研究”等11个项目。面对复杂的科研问题，普通的验证性实验已不能满足科研的需要，学生须应用实验技术的理论基础和专业知识，自主设计实验方案，共同讨论，充分发挥他们的主体作用。
在教学中，鼓励学生积极参与实验室开放项目，以小组讨论的形式将涉及的实验技术问题融入到课堂中。如在“生物质炭活化过硫酸盐处理难降解有机废水研究”中，学生通过查阅文献，结合专业知识，确定了影响降解效率的主要因素为热解温度、反应初始pH值、反应温度及生物质投加量，并利用均分法进行单因素实验，分别得到了最佳反应条件，降解效果良好。这一过程打破了学生被动学习的“填鸭式”模式，使水处理实验技术的理论知识与科研实践相结合，在科学研究中培养学生应用基础知识与基本理论分析和解决实际问题的能力，提高创新意识与工程能力。
三、结语
“水处理实验技术”课程的改革，应注重与其他课程之间的有机结合，充实教学内容，融入新手段、新技术，紧跟前沿知识，贴近实际，以学生为中心，提高他们的创新意识和应用能力。随着教学改革的不断深入，期待“水处理实验技术”课程在培养适应现代社会发展要求的给排水科学与工程高级专业技术人才中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]崔福义，我国给排水科学与工程专业进入规范化办学新阶段[J].中国给水排水，2014，30（12）：25-29.
[2]廖欢，王玉山.探索实验教学改革对应用型人才培养的作用[J].黑龙江教育（理论与实践），2017（1-2）：68-69.
[3]王伟，王科，苏馈足，等.《水处理工程实验技术》课程教学改革初探[J].实验科学与技术，2014，12（3）：118-119，128.
[4]周金鹏，施建华，秦石桥.专业课程实验教学的改革与实践[J].光学技术， 2007（S）：313-314.
[5]苗娟，魏学锋，董铁有.工科院校开放性实验教学模式初探[J].教育理论与实践，2012，32（9）：58-60.
编辑∕杨波
