手机教学软件在水处理工程试验课程中的探索与应用

孙玉伟，祁 昕，杨春维，汤 茜，段小月 (吉林师范大学环境科学与工程学院，吉林四平136000)

水处理工程实验是环境工程专业的必修课和环境工程专业水处理教学的主要内容之一，许多水处理方法处理设备的设计参数和操作运行方式的确定都需要通过实验解决。环境工程等相关专业在人才培养方面要求学生在牢固掌握理论知识的基础上，着重提高自身的实践能力和创新能力，要求培养的学生具有直面复杂问题，提出有创造性又具有可行性的指导思想和解决方法的能力，实验教学对达到这一要求有着不可替代的重要作用［1－3］。

从全国开设环境工程专业的院校来看，不论是学时安排还是实验项目数量，涉及水处理实验的部分比重最大。目前社会对水处理专业人才的需求相当大，能够开展工程设计、实验研究和科研探索的工程技术人才具有更大的竞争优势［4］。

随着社会的发展与工业水平的进步，本科毕业生所具备的素质需求也在不断发展与进化，并随着工业化和信息化水平的进步而不断提升，这就需要本科教育模式和方法通过不断地实践逐步改进，以适应社会需求，培养出符合社会需求的人才。

1 水处理工程实验课程存在的问题

1.1 教学与实验脱节 扎实的理论基础是顺利开展水处理工程实验教学的前提。然而，目前理论教学与水处理实验教学相对分离的二元化局面仍然存在，导致理论与实践脱节，教学效果大打折扣。特别是在开设水处理课程的前期，更不能让二者在时间上脱节，要及时通过实验使学生掌握水质的分析和相关仪器使用方法，以及污水样水质指标测试等实验项目［5］。

1.2 实验项目安排不合理 由于学时和实验设备有限，实验项目开设不全面，实验安排仅能做最基本的认知性和验证性实验，综合性、创造性实验很难实施［6］。在教学过程中，由于教师教学方法缺乏互动性，学生按部就班，动手能力和创新能力得不到充分发挥。另一方面，由于部分实验装置设施陈旧、实验操作不当等客观原因，实验得到的数据往往与课堂上所讲授的理论知识不一致。由于缺乏兴趣和参与度，实验中出现的异常数据往往直接被弃之不用，学生没有从实验中分析数据产生的根本原因，所以实验达不到预想的效果，而是仅作为理论验证的辅助手段，学生对理论知识的进一步认知就非常有限。

1.3 实验装置和设备陈旧 当前，水处理工艺和设备发展迅速。而高校的实验课程大多还是传统的水处理工艺和分析方法，与实际应用的技术脱节。另外，由于专业建设经费不足，许多高校实验室精密的分析仪器数量较少，在本科教学阶段可以用到的更加有限。所以，为了满足本科生教学实验的需要，保证学生对先进分析仪器功能的进一步了解，实验教学只能将学生分组。教师教授该类实验所用的时间通常是普通实验的2～3倍，浪费了大量的时间。与此同时，由于分组教学，一组同学共用一组数据，使得部分学生在实验过程中参与度不高，数据分析和实验报告抄袭现象严重，达不到预期教学效果。

2 围绕手机应用软件形式构建新型教学模式

目前我国高校相关专业的培养方案与培养方向因为学科特点和教学资源的制约而相对稳定，导致了目前高校培养与社会需求相脱节、高校毕业生创新能力不足等问题。因此，通过专业方向社会需求系统调研，应用现有的教学资源，探索新型教育模式，成为目前解决高校与社会需求相脱节问题的重要方法之一。结合目前手机软件的广泛应用和学生的学习兴趣，将水处理工程试验的设计理念和参数以及所要达到的教学效果等因素载入“绿色大陆”环境教育软件中，提出一种新型的教学模式。以手机软件辅助实验教学，解决了教学条件、教学经费对实验内容在时间与空间上的束缚，在手机软件中实践实验方案和运行参数，学生可以反复操作，大胆尝试、为学生对污水生物处理理论的理解和在实践中的有效应用提供了很大的帮助，是对真实实验教学的有益补充。

2.1 水处理实验手机软件框架构建 “绿色大陆”教育软件以提升学生创新设计实验能力为目的和前提，以角色扮演的游戏形式将环境专业知识生动的展现给使用者，通过角色养成与冒险解决设定环境问题，获得经验实现角色升级，获得道具提升角色能力，获得虚拟金币购买和升级道具。在实际的课堂上将学生自主设计的实验进行可行性分析，并且予以实际操作。在实践中通过反馈控制手段，对所设计的实验方案进行适当修正。在“实践、认识、再实践”的过程中，最大限度地提升学生的学习兴趣和实验设计能力以及创新能力，进一步提升吉林师范大学校环境工程专业学生的从业技能和基本素养，对提高就业率和专业社会口碑起到积极的作用。将这种寓教于乐的教学方式应用到学科建设中，为其应用于其他专业提供经验指导与借鉴。

同时，试图通过对该软件在水处理工程实验课程的初步应用，发现问题、解决问题、总结经验，最终将“绿色大陆”环境教育软件应用到环境科学与工程专业本科教学的所有课程，为解决该校乃至更广范围内其他高校目前面临的教育资源有限、本科生创新能力差、就业难等问题提供指导与借鉴。

2.2 “绿色大陆”软件搭载实验内容的确立 伴随着工业进步，新的水环境污染问题不断被发现，工业和生活用水要求不断提高，化工技术和材料科学的发展也为水质处理和水污染控制提供了新的技术段，水处理技术相关课程内容不断有所更新［7］。目前水处理工程实验题目主要集中在一些基础性原理验证方面，没有涵盖一些在实际工程中已得到一定应用的新技术、新工艺以及新的实验检测手段，导致实验内容与社会实际需求脱轨。

通过往届毕业生信息反馈、实习基地单位调研、见习基地问卷调查、专业相关企事业单位考察等手段，获得较大基数的调研数据，通过样本调查获得较真实可信的水处理专业需求基本信息。通过对调研样本进行系统分析，凝练出该专业目前所需的水处理工程方面的工程素质与基本能力3～5项，作为“绿色大陆”软件搭载实验的核心内容。

2.3 “绿色大陆”软件设计 以凝练出的工程素质与基本能力为核心内容，对软件系统进行概要设计，即系统设计。主要包括系统的基本处理流程、系统的组织结构、模块划分、功能分配等，为软件的详细设计提供基础。软件包含“绿色大陆冒险”、“环境知识堂”、“在线互动”、“环境知识大比拼”等基本模块，通过“在线互动”进行积分排名、与教师交流互动，通过“环境知识大比拼”进行角色间PK。通过参与游戏达到对环境专业知识的学习、复习、巩固的目的，同时通过在游戏中解决设定的实际环境问题，还可以提升学生的综合素质，强化其解决实际问题的能力，对其水污染控制工程设计能力的培养具有极大地促进和辅助作用。

例如，在活性污泥法处理废水的实验中，学生可以在“绿色大陆冒险”模块设置不同的实验参数，从活性污泥驯化开始，最后得出污泥的各项指标以及处理污水效果。同时，可以通过“在线互动”板块与其他学生讨论实验方案和数据分析。与传统的实验方法相比，通过“绿色大陆”软件，可以节省大量的污泥驯化时间，学生可以大胆尝试，得出最优实验方案，并且在实践操作过程中验证实验效果。

2.4 构建软件反馈控制与管理模式系统 在“绿色大陆”软件应用的过程中，对其实际运行过程的经验和问题进行总结和分析，构建出适合该教学软件长期发展的反馈控制与管理模式系统。在实践中通过反馈控制手段，对所设计的实验方案进行适当修正。

3 结语

以常规实验教学项目为基础，以其他多种实验教学形式为辅助，必将对学生实践能力和创新能力的培养起到重要作用［7］。随着手机软件广泛的应用，以手机为教学途径，通过“绿色大陆”软件，将水处理工程试验课程和相关的环境专业知识融入游戏的形式中，真正做到寓教于乐，提高学生的参与激情和学习积极性。通过参与游戏达到对环境专业知识的学习、复习、巩固的目的，同时通过在游戏中解决设定的实际环境问题，还可以提升学生的综合素质，强化其解决实际问题的能力，对其水污染控制工程设计能力的培养具有极大地促进和辅助作用。软件可以在主流手机和便携式平板电脑设备上安装运行，扩大了软件的传播速度和使用范围，有利于推广和后期维护运营。

手机软件设计以及模拟实验中教师和学生的前期工作可以在手机上完成，这既为教学管理提供了便利，也为高效利用手机网络开展实验教学管理提出了新的课题，如何建设开放的实验教学管理系统以适应多种实验教学形式有待于在实践中摸索和检验。

［1］张可方.水处理实验技术课程的教学改革与实践［J］.广州大学学报(自然科学版)，2003(6):596－597.

［2］赵晓波，孙文田，刘渊泓.水处理实验教学改革［J］.实验技术与管理，2009，26(3):196 －198.

［3］鲁逸人，季民，刘宪华.环境学科工程教育改革实践与研究［J］.高校实验室工作研究，2011(1):12－13.

［4］张发根，王筱虹，李笛，等.自主型水处理实验项目的设置与教学实践［J］.广东化工，2009，36(8):269 －287.

［5］赵晓波，孙文田，刘渊泓，等.水处理实验教学改革［J］.实验技术与管理，2009，26(3):196 －198.

［6］曾令初，孙连鹏，张再利.环境工程专业实验教学改革的探索［J］.实验室研究与探索，2008，27(3):89 －92.

［7］盛力，刘涛，沈洪，等.以能力培养为核心的水处理实验教学体系建设［J］.实验室研究与探索，2012，31(10):115 －118.