Опыт использования интерактивных форм обучения студентов-экологов при изучении технологий водоподготовки

Т.Г. Крупнова, А.М. Кострюкова, И.В. Машкова

В соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами (ФГОС) третьего поколения реализация учебного процесса предусматривает проведение занятий в интерактивных и активных формах.

Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, определяется главной целью основной образовательной программы, особенностью контингента обучающихся, содержанием конкретных дисциплин, и в целом в учебном процессе по направлению 022000 «Экология и природопользование» они должны составлять не менее 40 % аудиторных занятий для магистратуры [6] и не менее 20 % – для бакалавриата [7].

Внедрение интерактивных форм обучения – одно из инновационных направ- лений совершенствования подготовки студентов в современном вузе. Арсенал средств обучения, предлагаемых различными авторами, достаточно широк: метод дискуссии, групповая работа, деловые и ролевые игры, кейс-стади, метод мозгового штурма [2]. Часть этих методов является новой формой для традиционно сложившейся методики обучения в высшей школе. Не будем лукавить, но все же наиболее традиционной схемой для российского высшего образования как в прошлом, так и в настоящее время являются аудиторные лекционные занятия и закрепление пройденного теоретического материала на семинарских занятиях в форме дискуссий (для дисциплин гуманитарных направлений) или на практических занятиях в форме решения различных задач (для дисциплин естественно-научного и технологического направлений). Внеаудиторно студенты в индивидуальной форме выполняют курсовые работы и проекты. Практическое закрепление знаний отдано на откуп различным практикам (учебной, производственной, педагогической). Методически эти формы аудиторной и внеаудиторной работы тщательно разработаны, чего не скажешь об интерактивных способах обучения. Поэтому, на наш взгляд, крайне важно делиться своим опытом организации подобных занятий. В настоящей работе будут рассмотрены интерактивные средства обучения студентов-экологов, которые применяются нами при изучении технологий водоподготовки питьевой воды в рамках дисциплины «Технология очистки природных и сточных вод) (образовательная программа бакалавриата) и при изучении процессов водоподготовки на промышленных предприятиях, и в теплоэнергетике в рамках дисциплины «Специальные методы очистки воды в промышленности» (образовательная программа магистратуры «Экологическая безопасность

Наш опыт применения различных интерактивных форм обучения, когда студенты в ходе занятия взаимодействуют друг с другом и с преподавателем [2], показал, что одной из самых результативных является организация обучения в малых группах. Работая в таких небольших командах над решением различных задач, студенты активны, независимо от уровня их индивидуальной подготовки. Кто из них лучше понял задание, объясняет другим. В команде важно мнение каждого, и в итоговый результат вносят вклад все члены группы [5]. Анализ использования различных форм обучения преподавателями вузов показывает [2], что работа в группах является наиболее популярной (30 из 30 опрошенных студентов при анкетировании отмечают применение такого обучения). Это связано с тем, что преподаватели практиковали работу в малых группах и раньше, на- пример, при выполнении лабораторных работ (по физике, химии, специальным дисциплинам) студенты практически повсеместно выполняют их в группах по 2–3 человека.

Дисциплина «Технология очистки природных и сточных вод» относится к базовой части профессионального цикла и изучается на кафедре «Экология и природопользование» ФГБЩУ ВПО «ЮжноУральского государственного университета» (НИУ) бакалаврами на четвертом курсе в течение 7–8 семестров. В седьмом семестре студенты изучают физико-химические основы и технологии водоподготовки, в восьмом – очистки сточных вод. После ознакомления с теоретическими основами водоподготовки питьевой воды и закрепления пройденного материала при выполнении лабораторных работ «Коагуляции природных вод», «Обезжелезивание природных вод» студенты на практических занятиях участвуют в ситуационной игре «Обеспечение качества питьевой воды города N». Игра предусматривает три этапа.

Этап 1 проходит аудиторно, в ходе практического занятия. Из числа студентов выбирается главный инженер проекта реконструкции станции водоочистки города N. Ему выдается задание (пример задания приводится в конце статьи).

Студенты группой обсуждают недостатки существующей схемы очистки воды и выбирают из двух вариантов: реконструкция существующей станции; л строительство новых сооружений очистки. В зависимости от занимаемой позиции главный инженер разбивает студентов на две команды. Студенты каждой из них предлагают свой вариант станции водоподготовки. Главный инженер утверждает обе предлагаемые схемы и формулирует командам технологические задания.

Этап 2 выполняется внеаудиторно.

Для этого готовятся пояснительные записки, которые должны содержать следующие разделы:

• •    аннотация;

• •    введение;

  Опыт использования интерактивных форм обучения студентов-экологов при изучении технологий водоподготовки

  
  

  Т.Г. Крупнова, А.М. Кострюкова, И.В. Машкова

  
  

• •    анализ существующей схемы очистки воды;

• •    предлагаемая схема; укрупненный расчет очистных сооружений;

• •    экологичность предлагаемой схемы;

• •    технико-экономический анализ проекта;

• •    заключение;

• •    список использованных источников (не менее 20 источников).

Главный инженер проекта внеауди-торно выполняет расчеты по существующей схеме очистки и анализирует ее достоинства и недостатки.

Промежуточный контроль является необходимой компонентой организации учебного процесса и осуществляется при проверке преподавателем выполнения расчетов [4].

Этап 3 проходит аудиторно в ходе практического занятия.

Итоговый контроль осуществляется в виде презентации каждой командой предлагаемых проектов. Главный инженер оценивает предлагаемые проекты, исходя из своих расчетов, и выносит окончательное решение.

Таким образом, в ходе рассмотрения реальной ситуационной задачи отрабатываются навыки поиска оптимальных технологических решений, выполнения расчетов аппаратов водоподготовки, оформления отчетов и работы в группе.

Еще одной интерактивной формой, которую мы используем в ходе занятий уже в течение пяти лет, является учебнопрактическая конференция.

На первом вводном занятии той же дисциплины студентам выдается самостоятельное семестровое задание на тему «Водоснабжение населенного пункта». Такого рода задания являются важной формой организации внеаудиторной самостоятельной работы студентов [1]. Практика работы показывает, что большинство поступающих учиться в наш университет приезжают из Челябинской области, Башкирии, Казахстана, и только 2–4 студента в группе – из областного центра (г. Челябинск). Это одно из под- тверждений несомненных преимуществ весьма критикуемого нынче ЕГЭ, – повышение доступности высшего образования для абитуриентов из отдаленных от областных центров районов. Для выполнения задания студенты выбирают населенный пункт Челябинской области (г. Челябинск, г. Копейск, пос. Октябрьский, г. Аша, г. Сим, г. Сатка, г. Бакал, г. Магнитогорск, г. Чебаркуль, г. Златоуст) или сопредельной территории (в подавляющем большинстве – свой родной город). В ходе работы прорабатывается следующий перечень вопросов:

• •    источник водоснабжения населенного пункта и характеристика химического состава природной воды;

• •    существующая в настоящий момент схема водоподготовки;

• •    недостатки существующей схемы;

• •    стоимость воды для потребителей;

• •    возможные пути реконструкции очистных сооружений и мероприятия по улучшению качества воды.

Студенты готовят пояснительную записку, постер или презентацию и тезисы. В группе выбирается главный редактор, который осуществляет руководство подготовкой к изданию сборника тезисов ежегодной конференции (для каждого студента группы и преподавателя). На одном из практических занятий в конце семестра проходит конференция «Проблемы водоснабжения населенных пунктов Челябинской области». Поскольку информация, которую докладывают студенты, касается их родных городов, то обсуждение обычно проходит весьма эмоционально. В конце конференции подводятся итоги: выбираются города-лидеры, где качество водопроводной воды наилучшее и аутсайдеры, также составляется итоговая таблица стоимости водопроводной воды для потребителей и сравнивается ее стоимость в зависимости от географии представляемых проектов.

Так как чаще всего очистные сооружения водопровода нуждаются в реконструкции, в ходе конференции представ- ляется возможность еще раз повторить и закрепить на практике современные методы и технологии очистки и обеззараживания природных вод. Кроме того, нередки ситуации, когда тема семестрового проекта после некоторой корректировки и доработки становится темой итогового выпускного квалификационного проекта.

Надо отметить, что когда задумывалась подобная форма обучения, возникали некоторые сомнения, смогут ли студенты получить доступ к необходимой информации. Но сегодня следует констатировать, что ни разу за пять лет проблем не возникало. Лишь в единичных случаях студенты просили предоставить официальное письмо за подписью декана факультета с просьбой разрешить сбор информации для выполнения семестрового задания. Напротив, на водоканалах, и это отмечают студенты, работают преданные своему делу люди, которые всегда рады провести экскурсию и разрешают порой сделать несколько снимков оборудования, которые мы с удовольствием используем в учебных целях в виде виртуальных экскурсий, у большинства даже малых водоканалов существуют свои сайты.

Дисциплина «Специальные методы очистки воды в промышленности» (профессиональный цикл, вариативная часть) изучается в первом семестре при подготовке магистров по программе «Экологическая безопосность». В ходе изучения дисциплины студенты в группах по 3 человека решают комплексную ситуационную задачу с использованием мультимедийных технологий

Выбор задания на ситуационную задачу основывается на следующих принципах. Во-первых, учебная ситуация специально готовится для целей обучения. Это конкретно существующая схема очистки воды, когда не удается получить воду надлежащего качества. В ходе дискуссии преподаватель создает творческую и одновременно целенаправленную, управляемую атмосферу в процессе обсуждения.

Во-вторых, учебная ситуация строго соответствует строгому концептуальному полю учебного курса, формирует определенные профессиональные навыки в контексте существующего научного и методического мировоззрения.

В-третьих, ситуация должна научить студентов анализировать конкретную информацию, прослеживать причинноследственные связи, выделять ключевые проблемы.

Рассмотрим предлагаемую комплексную задачу более подробно. Отметим, что при ее составлении и решении использовался опыт преподавания дисциплины «Водоподготовка в энергетике» в Национальном исследовательском университете «МЭИ» [3].

Каждая группа получает индивидуальное задание на тему «Реконструкция цеха водоподготовки ТЭЦ». Сначала, в ходе практического занятия, студенты выполняют on-line расчет традиционной (существующей) прямоточной ионообменной трехступенчатой схемы обессоливания воды с использованием программного обеспечения, разработанного в Национальном исследовательском университете «МЭИ» и находящегося в открытом доступе на сервере http:// www.

Далее выполняется расчет реконструированной схемы, включающей 1) умягчение воды методом катионирования с противоточной регенерацией фильтров; 2) обессоливание воды на обратноосмотической установке; 3) финишное обессоливание Н-ОН-ионированием с противоточной регенерацией. Перечисленные расчеты студенты проводят в ходе практических аудиторных занятий с использованием компьютерных симуляций при помощи ниже перечисленных программ.

Программа ROSA для технологического расчета установок обратного осмоса и нанофильтрации. Данная программа разработана компанией Dow Chemical для расчета обратноосматиче-ских и нанофильтрационных установок с применением мембранных элементов

Опыт использования интерактивных форм обучения студентов-экологов при изучении технологий водоподготовки

Т.Г. Крупнова, А.М. Кострюкова, И.В. Машкова

FILMTEC. Программа размещена на сайте Dow Chemical. (Электронный адрес: .

Программа CADIX для технологического расчета ионообменных установок. Разработана компанией Dow Chemical для расчета ионообменных установок с применением смол компании Dow Chemical/ (Электронный адрес: .

Как можно видеть, комплексная задача включает в себя элементы мультимедийных практических работ и проекта, которые ранее выполнялись разрозненно, без учета конкретной ситуации.

Каждая группа оформляет в письменной форме пояснительную записку и в ходе итогового занятия презентует итоговое решение задачи.

При решении подобного вида задач студенты не просто знакомятся с наиболее передовыми технологиями водоподготовки, но и моделируют реальные проблемные ситуации, с которыми они могут столкнуться в практической деятельности при работе на производстве, в проектных организациях, контролирующих органах. Мультимедийные практические работы проводятся с использованием программного обеспечения, разработанного мировым лидером на рынке продукции для промышленной водоподготовки.

И в этом смысле рассмотрим следующий пример. В качестве основного источника водоснабжения муниципального образования город Нижневартовск на хозяйственно-питьевые нужды в настоящее время используется объединенный хозяйственно-питьевой и производственный водозабор р. Вах, построенный в 1971 г. для обеспечения водой Самотлорское месторождение и муниципальное образование город Нижневартовск.

Вода забирается из реки, вынесенным в русло водозабором с насосной станцией I подъема, а затем насосной станцией II-го подъема подается в напорные водоводы.

Водоочистная станция ВОС-2 рассчитана на работу с поверхностного источника, состоит из 2-х блоков, построенных и пущенных в эксплуатацию соответственно в 1979 и 1989 гг. Проектная производительность I очереди – 43 тыс. м3/ сутки, II очереди – 50 тыс. м3/сутки.

Водоочистная станция работает по двухступенчатой схеме очистки воды с использованием горизонтальных отстойников со встроенными камерами хлопье-образования и скорыми фильтрами.

1/8–1/4 часть исходной воды из поверхностного водозабора на р. Вах подается в смеситель, куда вносится раствор кальцинированной соды 2–9 мг/л для подщелачивания воды для ускорения коагуляции. Остальная часть воды подается в контактную камеру, куда, в свою очередь, подаются следующие реагенты:

• •    аммиак для борьбы с хлорфенольными запахами и привкусами в количестве 0,1–1,2 мг/л;

• •    хлор для обеззараживания в количестве 2,5–4 мг/л;

• •    раствор Al2(SO4)3–5–26 мг/л или с мая по октябрь ОХА (оксихлорид алюминия – Al2(OH)5Cl х 6H2O – 2–13 мг/л – коагулянты;

• •    в качестве флокулянта используют полиакриламид (ПАА) в количестве 0,1–0,8 мг/л.

Затем вода подается в горизонтальные отстойники со встроенными камерами хлопьеобразования, где происходит процесс коагуляции и осаждения взвешенных частиц, куда дополнительно подается раствор соды и ПАА для интенсификации процесса очистки. Далее вода подается на вторую ступень схемы очистки – скорые фильтры, являющиеся завершающим этапом очистки воды от взвешенных частиц, потом воду подают в резервуар чистой воды, предварительно подвергая вторичному хлорированию для того, чтобы не происходило вторичного загрязнения воды, и подают потребителю.

Часть очищенной воды направляют на промывку фильтра. Промывные воды сбрасывают в усреднитель промывной 3. воды, после чего промывная вода возвращается на первую ступень схемы очистки.

Осадок, образовавшийся в горизонтальных отстойниках со встроенными 4. КХО, сбрасывается и подается в усреднитель осадка, затем его направляют в городскую канализацию.

Студентам предстоит выполнить задание: предложить варианты реконструкции очистных сооружений. 5. Рассчитать предлагаемые сооружения, балансовую схему.

Таким образом, в настоящей работе приведены конкретные примеры и даны методические рекомендации при-     6.

менения интерактивных форм обучения, предусмотренных Федеральными государственными образовательными стандартами по направлению подготовки «Экология и природопользование».