东北林业大学 孙兴滨 胡 阳

水处理实验是一门基于理论、侧重实践，以实验为核心的专业主干课程。目的在于培养学生理解水处理技术的基本原理、设计实验方案以及分析处理数据的基本能力，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，有助于提高学生解决实验技术问题的能力以及运用书本知识解释和解决水污染治理工程实际问题。

本科教学的关键是培养学生分析解决问题的能力以及提高学生的综合素质，理论与实践相结合的实验教学是实现这一目标的重要途径。但是，传统的课堂授课方法是以学生作为知识传授的终端，学生通常处于被动接受知识的位置。存在创新意识不强、创新能力欠缺等问题，明显己不适应当代教育和创新人才培养的要求，难以满足现代大学生的创新意识和创新能力培养的要求。实验教学必然要进行改革，在“教”与“学”中找到最佳的结合点，充分发挥教师引导作用，发挥学生主观能动性，积极调动学生实践创新意识，使学习成为一种积极、主动的探索过程。

目前，国内各大学的水处理实验教学在内容和形式上普遍存在内容落后于现实，实验形式僵化等问题。重理论轻实践的传统教学与常规的实验形式难以提高动态实验的教学效果，同时阻碍了学生实践能力和创新能力的发展。我们必须不断充实和改革教学内容、创新教学形式，让学生主动地而不是被动地、灵活地而不是机械地、理性地而不是盲目地、系统地而不是孤立地学习。

一、构建新型水处理教学体系

1.精心编写实验教材，积极引导学生。针对我校环境科学专业学生的培养目标，在以往开设的实验教学基础上，自编了新的实验教材，侧重理论联系实际，激发学生的主动性和创造性。

本门课程的实验内容安排由易到难、由简单到复杂，从开始的混凝实验到后来复杂一些的生物转盘实验，这种循序渐进的教学模式既符合现代一般教学规律，又符合学生自身的特点，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的提高起到了积极的作用。

开展实验前学生通过预习实验指导书，查阅相关的专业书籍，自学先进专业分析仪器的使用和国家标准检测方法，了解近年来国内外水处理技术方面的新技术、新工艺。在老师的指导下，学生自主开展实验研究，独立设计实验方案，鼓励方案的多样性和创新性，养成学生独立思考和积极进取的科学精神。在实验过程中抽查学生对操作技能和方案设计等的掌握情况，以点带面让学生找到自身存在的问题并加以纠正，强调学生小组讨论和协调解决问题。

2.理论联系实际，打造精品实验项目。除了充实教学内容之外，还应改进教学手段，优化教学方法，重视实验课形式，通过基础验证性实验、设计性实验、综合性实验和创新性实验，来提高学生学习的兴趣和互动性。不但能够强化学生与教师之间的讨论，而且能够激励学生反思、提高创新意识。

为了更好地把专业上的新技术，新理论、新工艺传授给学生，使教学的内容更具有实践性和创新性，同时结合本学校实验仪器和设备情况，水处理实验技术课程安排了3 项独具特色的综合创新性实验。

（1）混凝烧杯实验。学生自行设计混凝实验，测定原水浊度，为了理论结合实际，实验原水来自松花江，当天取样当天测，对现实具有指导意义。

学生可以根据当天江水的浊度设置不同的混凝梯度和混凝时间，观察矾花的形成过程，加深对混凝理论的理解；混凝实验不仅可以选择投加药剂种类、数量，还可以确定其他混凝最佳条件；结合实验结果，启发学生思考“为什么最大投药量时，混凝效果不一定好”等问题，引导学生对松花江水质污染提出解决方案。

（2）曝气充氧实验。引导学生自行设计组装了曝气充氧实验装置,从实验中加深理解双膜理论模型；掌握氧转移的机理及影响因素；学会图解法求曝气设备氧总转移系数值KLa 方法；了解掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法；思考曝气在活性污泥生物处理法中的作用；分析曝气的种类及各自特点。

对实验方法进行改进，采用间歇非稳态法，即实验过程中不进水也不出水的清水实验法对充氧性能进行测定。实验可以在曝气筒内进行，首先向曝气筒内注入清水，将待曝气水用脱氧剂脱氧到零后开始曝气。传统做法是每隔一定时间取水样测定溶解氧值，一般测出一个水样的时间大约为1.5 分钟，而曝气筒内溶解氧达到饱和的时间大约为4 分钟，导致所测数据不足，不能达到实验目的。因此对本实验进行了改进，将溶解氧测定仪的探头放在曝气筒的水面之下，溶解氧仪会随着曝气时间的延续而实现在线监测，直到数值不再变化，即溶解氧达到饱和。这一过程用手机拍摄记录，每个学生可以选择不同时间间隔的多组数据，进行计算和分析。此方法不仅改变了传统实验的复杂繁琐，而且更加地准确高效。

（3）离子交换除盐实验。引导学生根据离子交换装置图，搞清楚离子交换设备各管道的功能、各阀门的作用；加深离子交换基本理论的理解；了解并掌握离子交换设备的操作；熟悉离子交换软化除盐的过程；思考电导率是如何变化的；启发学生对实验存在不足进行进一步的设想。

如果实验既需软化水的硬度又要降低水的碱性，则可将OH-型和Na+型离子交换柱串联使用。利用阴阳树脂共同工作是目前制取纯水的基本方法之一。阳离子树脂自身可交换的H+离子与水中阳离子交换，去除阳离子。阴离子树脂官能团中的OH-离子与水中阴离子交换，这样把两种交换柱串联起来，就能够有效地去除水中绝大部分离子，还可以在两种交换柱串联之后，再加一个阴阳树脂混合柱，从而达到更好的除盐目的。

3.开展设计性实验，培养学生综合能力。开设综合设计性实验，能锻炼学生全面分析研究问题的能力，培养学生的综合专业技能以及初步的科研能力。同时，针对演示性和验证性实验也可以在一定程度上融入设计性环节，给学生提供充分的思考空间，理论与实际相结合，将所学知识系统化，锻炼学生的创新能力和解决实际问题的能力。开展综合性实验，主要设计了以下3 项设计性实验。

（1）絮凝沉淀和斜板沉淀实验。引导学生，通过模型的模拟实验，进一步了解平流沉淀池和斜板沉淀池的构造和工作原理；掌握平流沉淀池和和斜板沉淀池的运行操作方法；了解平流沉淀池和和斜板沉淀池运行的影响因素；分析平流沉淀池和和斜板沉淀池各自的优缺点以及适用情况。

（2）过滤与反冲洗实验。指导学生对照过滤与反冲洗实验装置工艺图，了解模型及设备的组成与构造；观察过滤与反冲洗现象，进一步了解过滤及反冲洗原理；掌握实验操作方法；掌握滤池工作中主要技术参数的测定方法。

（3）活性炭吸附。自行设计活性炭吸附实验装置,指导学生通过实验加深理解活性炭的吸附的基本原理，了解工艺与性能,熟悉操作实验的全部流程, 掌握活性炭吸附公式中常数的确定方法,并结合实验结果,启发学生思考活性炭吸附工艺中吸附等温线的现实意义。

4.实行开放性实验，充分利用教学资源。实验室实行开放式教学，一方面提高了实验室仪器设备的利用效率，改变了原来实验课上多人共用一台仪器，而大量时间仪器空闲的不合理运行模式。另一方面学生能够自主安排做实验的时间，以灵活的方式完成实验理论和实践学习，增强了学生进行科学实验的积极性，丰富了实验知识，提高了学生的科学实验能力。

实践表明，我院实行的实验室开放式教学取得了良好的教学效果，不仅给学生提供了优越和宽松的实验环境，而且有利于学生动手能力、分析能力与创新能力的提高。开放式实验教学成为进行专业人才培养和素质教育的最好方式之一。结合学校引进的实验设备，增设了3 项开放性实验。

（1）完全混合式活性污泥处理系统的观测与运行。开放实验室，学生通过观察完全混合活性污泥处理系统的运行，加深对其运行特点规律的认识；进一步了解活性污泥生物处理原理、过程和影响因素；确定污泥负荷、污泥龄、溶解氧浓度等运行参数的控制范围；引导学生思考完全混合活性污泥法的优缺点等问题。

（2）生物转盘实验。学生可以自主选择时间，到实验室观摩生物转盘实验，使学生进一步认识生物转盘构造及净水原理；掌握生物转盘处理系统的工艺特征；了解生物转盘处理系统的运行特点和适用情况；了解国内外工业废水处理应用生物转盘的具体案例。

（3）SBR 法计算机自动控制系统。通过演示实验，使学生认识SBR 法计算机自动控制系统的构造及运行过程；了解SBR法的原理和步骤；加深对SBR 法的工艺运行特征的认识；掌握SBR 法与传统活性污泥法的区别。

二、教学实践与反馈

新时代的实验教学应使学生从“被动、封闭、受束缚”的状态，变成“主动、开放、较自由的状态”，真正地成为实验的主人、学习的主体。

这种“自学”与“互动”相辅相成的实验教学模式，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，培养了独立解决问题的能力和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。

学生普遍反映，在新型实验中，思路得到了开阔，积极性被充分调动，因为他们要自己查阅资料和文献、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，自己动手做一切与实验相关的工作，正因为如此，更加考验学生对整个实验的理解和掌握。所以学生感动，“做完一个综合设计性实验才是学到了真本事，比做十个那种传统实验收获还要大”。

在水污染严重的现阶段，水处理实验作为一门启蒙实践课程，应与时俱进，注重与实际相结合，具有综合设计性和创新性，不仅让学生加深了理论知识的理解，更让学生接触到本专业先进仪器，对本领域的前沿知识有所了解。以培养学生的创新意识、观察能力、动手能力、分析问题和解决问题、设计和研究的能力，为培养富有创新精神、创新思维和实践能力的跨世纪高素质人才服务。

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