王昌穩(wěn) 王滿堂 沈潺潺 劉彬 齊金秋 徐杰 孫啟林

摘? 要：《水質(zhì)工程學(xué)》是承擔(dān)給排水科學(xué)與工程專業(yè)“水質(zhì)”問題教學(xué)的專業(yè)核心課程，文章針對《水質(zhì)工程學(xué)》教學(xué)過程中存在的問題，實施了以實踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的《水質(zhì)工程學(xué)》課程改革，通過綜合進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容整合、教學(xué)模式改革、“理論-實驗-實踐”體系構(gòu)建及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊融入課堂，項目實施方案科學(xué)合理、可操作性較強(qiáng)，實施后能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)主動性，提高專業(yè)知識的實踐應(yīng)用能力，形成的教學(xué)模式可推廣到本專業(yè)其他課程、應(yīng)用性工科專業(yè)課程的教學(xué)中，具有極大的推廣價值。

關(guān)鍵詞：給排水科學(xué)與工程;水質(zhì)工程學(xué);實踐能力;課程改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）14-0081-03

Abstract： Water Quality Engineering is the core course of water quality teaching for water supply and drainage science and engineering specialty. In view of the problems existing in the teaching process of Water Quality Engineering， the curriculum reform of Water Quality Engineering is carried out， which is oriented by the cultivation of practical ability. Through the comprehensive integration of teaching content， the reform of teaching mode， and the construction of "theory-experiment-practice" system. The project implementation plan is scientific， reasonable and operable. After implementation， it can effectively improve students' interest in learning， initiative in learning and practical application ability of professional knowledge. The formed teaching mode can be extended to other courses of this major and applied engineering courses， and has great popularization value.

Keywords： Water Supply and Drainage Science and Engineering; Water Quality Engineering; practical ability; curriculum reform

引言

《水質(zhì)工程學(xué)》是給水排水工程專業(yè)的重要的主干專業(yè)課之一，承擔(dān)給排水科學(xué)與工程專業(yè)知識體系中“水質(zhì)控制”單元的教學(xué)任務(wù)。課程的主要任務(wù)是使學(xué)生系統(tǒng)了解水的性質(zhì)、特征與水質(zhì)指標(biāo)、水體污染及危害與自凈等基本概念與理論，扎實地掌握水處理的概念、理論、方法及其發(fā)展?fàn)顩r，掌握各種水處理的工程技術(shù)與方法、應(yīng)用條件以及新工藝與新技術(shù)，為將來從事水質(zhì)問題的工程設(shè)計、科研及運行管理奠定必要的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)[1]。隨著水處理新理論、新工藝與新技術(shù)的日新月異，《水質(zhì)工程學(xué)》教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法也發(fā)生了很大的變化，因此急需探索建立適應(yīng)時代發(fā)展的科學(xué)合理的課程體系。

目前我院《水質(zhì)工程學(xué)》教學(xué)中主要存在以下問題：

1. 知識內(nèi)容多，教學(xué)時數(shù)少。在注重通識教育、專業(yè)課學(xué)分壓縮的背景下，《水質(zhì)工程學(xué)》課時由原來的138學(xué)時調(diào)整為80學(xué)時。使得本課程的教學(xué)面臨知識內(nèi)容較多而學(xué)時較少，很難在規(guī)定的時間內(nèi)完成水處理基礎(chǔ)理論、水處理構(gòu)筑物設(shè)計方法等大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容的講授。如何在課時壓縮的情況下，系統(tǒng)全面地完成水質(zhì)工程知識體系的傳授、保證教學(xué)效果就成為了一個難題。另一方面，水質(zhì)工程學(xué)是一門實踐性較強(qiáng)、知識體系發(fā)展較快的課程。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，在水處理方面出現(xiàn)了許多新工藝、新技術(shù)和新材料，并且新工藝、新技術(shù)和新材料一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就迅速投入到了生產(chǎn)應(yīng)用。從拓寬學(xué)生知識面、縮短課堂教學(xué)與就業(yè)的差距以及使學(xué)生了解學(xué)科動態(tài)前沿等角度考慮，這些新工藝、新技術(shù)和新材料應(yīng)該及時介紹給學(xué)生，增加學(xué)生繼續(xù)深造、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的動力和興趣。然而，在有限的學(xué)時限制下很難進(jìn)行。

2. 《水質(zhì)工程學(xué)》教材中缺少水處理構(gòu)筑物工程設(shè)計內(nèi)容。目前的《水質(zhì)工程學(xué)》教材與之前的《給水工程》《排水工程（下冊）》相比，在水處理構(gòu)筑物設(shè)計、計算方面所用的篇幅很少。例如，《排水工程（下冊）》中對污水廠的平面布置、高程布置以及配水與計算等都有詳細(xì)介紹，而在《水質(zhì)工程學(xué)》中就沒有這些知識的講解，導(dǎo)致學(xué)生做課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計時，做不好構(gòu)筑物與構(gòu)筑物之間、并聯(lián)的幾個構(gòu)筑物之間的平面布置以及水量分配。雖然這些內(nèi)容可以放到課程設(shè)計中進(jìn)行講解，然而大多數(shù)學(xué)校的《水質(zhì)工程學(xué)課程設(shè)計》一般只有兩周，學(xué)生們還要進(jìn)行參數(shù)計算和畫圖，時間有限，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差。

3. 構(gòu)筑物組成、構(gòu)造及設(shè)計計算是教學(xué)難點。水處理構(gòu)筑物的組成、構(gòu)造與設(shè)計計算是《水質(zhì)工程學(xué)》的教學(xué)重點之一，并且也是教學(xué)難點。很多學(xué)生由于工程圖學(xué)等課程基礎(chǔ)不好，沒有很強(qiáng)的立體想象能力，不能夠?qū)ι形唇佑|過的水工構(gòu)筑物進(jìn)行合理地構(gòu)想進(jìn)而繪圖。即使有參觀實習(xí)環(huán)節(jié)，但由于水工構(gòu)筑物在運行期間，內(nèi)部充滿水運行，學(xué)生即使參觀也無法深入了解反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和水流運動情況。

上述問題或多或少存在于各個院?！端|(zhì)工程學(xué)》的教學(xué)過程之中，為解決上述問題，許多院校從不同方面進(jìn)行了努力。北京工業(yè)大學(xué)高景峰用數(shù)碼攝像機(jī)攝錄北京市及國外有代表性的污水處理廠、中水處理廠及構(gòu)筑物，經(jīng)過計算機(jī)軟件處理后制作成具有視頻點播功能的系列教學(xué)短片[2]。該視頻教學(xué)系統(tǒng)在課上使用，效果良好，滿足該專業(yè)教學(xué)要求，有很好的應(yīng)用前景。蘇州科技學(xué)院吳鵬等，構(gòu)建注重理論教學(xué)、實踐教學(xué)和基地建設(shè)的“三注重”教學(xué)模式，深化《水質(zhì)工程學(xué)》的教學(xué)改革，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力，更有助于培養(yǎng)學(xué)生成為有創(chuàng)新意識的高級工程技術(shù)人才和研究人才，增強(qiáng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和工程能力，實現(xiàn)卓越計劃的培養(yǎng)目標(biāo)[3]。長沙理工大學(xué)聶小保等將“多媒體-學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式運用于水質(zhì)工程學(xué)課堂教學(xué)，實踐結(jié)果表明：這樣教學(xué)效果得到強(qiáng)化，能最大限度消除多媒體技術(shù)自身的部分弊端，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，師生關(guān)系有了質(zhì)的改變，師生互動增多[4]。石河子大學(xué)徐鳳等針對《水質(zhì)工程學(xué)》課程特點，提出了“層進(jìn)式”教學(xué)模式，通過實踐表明，“層進(jìn)式”教學(xué)模式以學(xué)生為本，改革課堂教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化理論與工程實踐相結(jié)合，開展課堂師生互動教學(xué)，有助于培養(yǎng)具有扎實的理論知識和廣泛的知識面的技術(shù)型人才[5]。

這些兄弟院校的課程改革實踐表明，需要根據(jù)學(xué)生特點、師資隊伍、實踐實習(xí)條件等綜合確定適合自身的主導(dǎo)教學(xué)模式，需要通過“實踐-反思-改革-再實踐”等環(huán)節(jié)反復(fù)打磨各個教學(xué)環(huán)節(jié)?！端|(zhì)工程學(xué)》作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)重要的主干專業(yè)課之一，對該課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的改革探索，有助于專業(yè)人才培養(yǎng)方法、課程教學(xué)模式的改進(jìn)和提高，因此開展《水質(zhì)工程學(xué)》教學(xué)內(nèi)容更新與教學(xué)方法改革的研究具有十分重要的意義[6]。

一、實施方法

（一）整合教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生專業(yè)視野

1. 整合教學(xué)內(nèi)容：組織專業(yè)任課教師集中教研，將《給排水科學(xué)與工程概論》、《水處理生物學(xué)》、《水分析化學(xué)》、《水力學(xué)》等課程的內(nèi)容進(jìn)行梳理，整合成知識單元，將相互重復(fù)的內(nèi)容進(jìn)行歸類到具體課程中，避免重復(fù)講解;將給水處理和污水處理各部分內(nèi)容打通，教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行有機(jī)整合，解決知識點重復(fù)講解問題。2. 減少理論公式推導(dǎo)學(xué)時：簡化計算的過程講解;強(qiáng)化理論在工程實踐中的指導(dǎo)意義和作用。3. 增加水處理新工藝與新技術(shù)的介紹：將膜法水處理技術(shù)、脫氮除磷新技術(shù)與新工藝、顆粒污泥技術(shù)、水的深度處理與回用、污泥處理與處置新技術(shù)以專題講座的形式介紹給學(xué)生。4. 強(qiáng)調(diào)工程經(jīng)濟(jì)的概念：增加水處理工程的設(shè)計建造和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，將工程的“有效性”與“經(jīng)濟(jì)性”的對立與統(tǒng)一的理念穿插在課程教學(xué)中，使學(xué)生在掌握基本水處理工程設(shè)計、運行管理基本知識的同時，建立工程經(jīng)濟(jì)的概念。

（二）以水處理廠設(shè)計為主線，將標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊融入課堂

講解水處理構(gòu)筑物時，及時聯(lián)系工程實例，將構(gòu)筑物細(xì)部構(gòu)造、設(shè)計計算結(jié)合水處理理論基本概念、水處理理論介紹給學(xué)生，使學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)就能掌握水處理基本理論、水處理構(gòu)筑物基本構(gòu)造、水處理設(shè)施主要設(shè)計和運行參數(shù)的選取;及時布置課堂設(shè)計例題、課后習(xí)題引導(dǎo)學(xué)生通過課后自學(xué)查閱設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范、國家標(biāo)準(zhǔn)合理選擇水處理方法以及掌握正確的設(shè)計計算方法，強(qiáng)化工程設(shè)計和工程實踐的概念[7]。例如在水質(zhì)工程學(xué)（Ⅱ）第13章“活性污泥法”教學(xué)設(shè)計中，首先通過一個城市污水廠的流程介紹視頻，講解活性污泥法在污水處理廠中的作用和位置，引出活性污泥法的概念和活性污泥處理系統(tǒng)的基本組成;再分別講解系統(tǒng)中各組成部分的工藝原理、設(shè)計理論、基本構(gòu)造、設(shè)計方法;最后通過一個活性污泥處理系統(tǒng)工程設(shè)計實例總結(jié)講解活性污泥處理系統(tǒng)的設(shè)計過程和設(shè)計中應(yīng)注意問題。

（三）以增強(qiáng)課堂互動性、學(xué)生學(xué)習(xí)主動性為目標(biāo)，科學(xué)設(shè)計教學(xué)模式

第一，做好教案，科學(xué)設(shè)計提問、討論等互動環(huán)節(jié)，打破“填鴨”的講授式教學(xué)，讓學(xué)生參與到教學(xué)過程中，主動學(xué)習(xí)、樂于學(xué)習(xí)，在互動討論中掌握知識[8];第二，工程案例分析與課堂理論教學(xué)相結(jié)合，適當(dāng)將一些工程實例，引入課堂理論教學(xué)中，使學(xué)生充分了解實際工程，縮小課堂理論教學(xué)與生產(chǎn)應(yīng)用的距離，減少課本理論知識的枯燥感;第三，對一般較簡單的知識、概念、簡單計算等，布置自學(xué)任務(wù)，事后檢查自學(xué)效果。采用以學(xué)生為主的啟發(fā)式、交互式、討論式及任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，參與課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生良好的自學(xué)能力、敏捷的思維能力和辯證的分析能力。例如在講授污水排放標(biāo)準(zhǔn)時，將業(yè)界對各地紛紛出臺的高排放標(biāo)準(zhǔn)的討論作為互動內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注行業(yè)動態(tài);通過一個工業(yè)園廢水處理工程實例，以討論方式講解上海市地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB31/199-2018）中“協(xié)商排放”概念，引導(dǎo)學(xué)生理解污水治理和制定總量控制、理解分散治理與集中處理的意義，保證污水的安全排放。

（四）充分利用實驗室、校園污水處理廠，構(gòu)建“理論-實驗-實踐”教學(xué)體系

實驗教學(xué)與理論講授緊密結(jié)合：分析各個實驗的特點，靈活設(shè)置在理論課之前、中、后，使學(xué)生通過實驗，認(rèn)識理論、掌握理論、強(qiáng)化理論;構(gòu)造復(fù)雜的四閥快濾池、機(jī)械攪拌澄清池、SBR自動控制系統(tǒng)等水處理構(gòu)筑物，其結(jié)構(gòu)組成、細(xì)部構(gòu)造的講解全部采用模型現(xiàn)場教學(xué)，使學(xué)生通過模型完全掌握復(fù)雜構(gòu)筑物的空間構(gòu)造和各組成部分功能，取得了較好的教學(xué)效果，為以后的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中水處理工藝設(shè)計和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)圖的繪制奠定了基礎(chǔ)[9]。

開設(shè)綜合性設(shè)計型實驗，在實用性和可行性的基礎(chǔ)上結(jié)合具體的工程項目或科研項目的要求，引導(dǎo)學(xué)生利用自己所學(xué)的專業(yè)知識，查找相關(guān)資料和文獻(xiàn)，對實驗項目進(jìn)行分析和研究，分工協(xié)作，自主設(shè)計實驗方案，解決實驗過程中的問題，完成實驗并整理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)果。加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)，建立穩(wěn)定的水廠、污水廠實習(xí)基地，組織學(xué)生在課外參觀不同類型的水廠，并請工程師對相關(guān)工藝流程和設(shè)備進(jìn)行講解。充分利用棗莊學(xué)院校園污水處理廠，使學(xué)生就近認(rèn)識實際工程，將校園污水處理廠建設(shè)成為學(xué)生實習(xí)工廠。

二、效果分析

為改變以往《水質(zhì)工程學(xué)》教學(xué)過程中存在的問題，本課程教學(xué)團(tuán)隊積極探索了以實踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的棗莊學(xué)院《水質(zhì)工程學(xué)》課程教學(xué)方法的改進(jìn)。

通過教學(xué)內(nèi)容整合更新、教學(xué)模式改革探索、構(gòu)建“理論-實驗-實踐”教學(xué)體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊融入課堂等一系列課程教學(xué)改革措施的實施，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐及課外創(chuàng)新能力。經(jīng)過兩屆學(xué)生的教學(xué)實踐，表明該改革措施有效提高了《水質(zhì)工程學(xué)》的學(xué)習(xí)效果，主要表現(xiàn)在：1. 更加注重實踐能力的考察，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性;2. 貫穿學(xué)習(xí)全過程的質(zhì)量監(jiān)控體系，使得課程設(shè)計中的抄襲現(xiàn)象大大減少;3. 實驗-實踐-設(shè)計多環(huán)節(jié)的強(qiáng)化，鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和語言表達(dá)能力，有效促進(jìn)復(fù)合型人才培養(yǎng)。

以實踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的《水質(zhì)工程學(xué)》課程改革，綜合進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容整合、教學(xué)模式改革、“理論-實驗-實踐”體系構(gòu)建及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊融入課堂，項目實施方案科學(xué)合理、可操作性較強(qiáng)，實施后能有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)主動性，提高了專業(yè)知識的實踐應(yīng)用能力，形成的教學(xué)模式可推廣到本專業(yè)其他課程、應(yīng)用性工科專業(yè)課程的教學(xué)中。

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