以實踐能力培養為導向的《水質工程學》課程改革

王昌穩 王滿堂 沈潺潺 劉彬 齊金秋 徐杰 孫啟林

摘? 要：《水質工程學》是承擔給排水科學與工程專業“水質”問題教學的專業核心課程，文章針對《水質工程學》教學過程中存在的問題，實施了以實踐能力培養為導向的《水質工程學》課程改革，通過綜合進行教學內容整合、教學模式改革、“理論-實驗-實踐”體系構建及標準規范手冊融入課堂，項目實施方案科學合理、可操作性較強，實施后能有效提高學生學習興趣、學習主動性，提高專業知識的實踐應用能力，形成的教學模式可推廣到本專業其他課程、應用性工科專業課程的教學中，具有極大的推廣價值。

關鍵詞：給排水科學與工程;水質工程學;實踐能力;課程改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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

《水質工程學》是給水排水工程專業的重要的主干專業課之一，承擔給排水科學與工程專業知識體系中“水質控制”單元的教學任務。課程的主要任務是使學生系統了解水的性質、特征與水質指標、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、方法及其發展狀況，掌握各種水處理的工程技術與方法、應用條件以及新工藝與新技術，為將來從事水質問題的工程設計、科研及運行管理奠定必要的理論和應用基礎[1]。隨著水處理新理論、新工藝與新技術的日新月異，《水質工程學》教學內容以及教學方法也發生了很大的變化，因此急需探索建立適應時代發展的科學合理的課程體系。

目前我院《水質工程學》教學中主要存在以下問題：

1. 知識內容多，教學時數少。在注重通識教育、專業課學分壓縮的背景下，《水質工程學》課時由原來的138學時調整為80學時。使得本課程的教學面臨知識內容較多而學時較少，很難在規定的時間內完成水處理基礎理論、水處理構筑物設計方法等大綱規定的教學內容的講授。如何在課時壓縮的情況下，系統全面地完成水質工程知識體系的傳授、保證教學效果就成為了一個難題。另一方面，水質工程學是一門實踐性較強、知識體系發展較快的課程。隨著科技的發展和進步，在水處理方面出現了許多新工藝、新技術和新材料，并且新工藝、新技術和新材料一經發現就迅速投入到了生產應用。從拓寬學生知識面、縮短課堂教學與就業的差距以及使學生了解學科動態前沿等角度考慮，這些新工藝、新技術和新材料應該及時介紹給學生，增加學生繼續深造、創新創業的動力和興趣。然而，在有限的學時限制下很難進行。

2. 《水質工程學》教材中缺少水處理構筑物工程設計內容。目前的《水質工程學》教材與之前的《給水工程》《排水工程（下冊）》相比，在水處理構筑物設計、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介紹，而在《水質工程學》中就沒有這些知識的講解，導致學生做課程設計、畢業設計時，做不好構筑物與構筑物之間、并聯的幾個構筑物之間的平面布置以及水量分配。雖然這些內容可以放到課程設計中進行講解，然而大多數學校的《水質工程學課程設計》一般只有兩周，學生們還要進行參數計算和畫圖，時間有限，導致學習效果較差。

3. 構筑物組成、構造及設計計算是教學難點。水處理構筑物的組成、構造與設計計算是《水質工程學》的教學重點之一，并且也是教學難點。很多學生由于工程圖學等課程基礎不好，沒有很強的立體想象能力，不能夠對尚未接觸過的水工構筑物進行合理地構想進而繪圖。即使有參觀實習環節，但由于水工構筑物在運行期間，內部充滿水運行，學生即使參觀也無法深入了解反應器的內部結構和水流運動情況。

上述問題或多或少存在于各個院校《水質工程學》的教學過程之中，為解決上述問題，許多院校從不同方面進行了努力。北京工業大學高景峰用數碼攝像機攝錄北京市及國外有代表性的污水處理廠、中水處理廠及構筑物，經過計算機軟件處理后制作成具有視頻點播功能的系列教學短片[2]。該視頻教學系統在課上使用，效果良好，滿足該專業教學要求，有很好的應用前景。蘇州科技學院吳鵬等，構建注重理論教學、實踐教學和基地建設的“三注重”教學模式，深化《水質工程學》的教學改革，不僅提高了學生的學習興趣和學習動力，更有助于培養學生成為有創新意識的高級工程技術人才和研究人才，增強學生的工程素養和工程能力，實現卓越計劃的培養目標[3]。長沙理工大學聶小保等將“多媒體-學案導學”教學模式運用于水質工程學課堂教學，實踐結果表明：這樣教學效果得到強化，能最大限度消除多媒體技術自身的部分弊端，激發學生的學習積極性，師生關系有了質的改變，師生互動增多[4]。石河子大學徐鳳等針對《水質工程學》課程特點，提出了“層進式”教學模式，通過實踐表明，“層進式”教學模式以學生為本，改革課堂教學內容、強化理論與工程實踐相結合，開展課堂師生互動教學，有助于培養具有扎實的理論知識和廣泛的知識面的技術型人才[5]。

這些兄弟院校的課程改革實踐表明，需要根據學生特點、師資隊伍、實踐實習條件等綜合確定適合自身的主導教學模式，需要通過“實踐-反思-改革-再實踐”等環節反復打磨各個教學環節。《水質工程學》作為給排水科學與工程專業重要的主干專業課之一，對該課程教學內容與教學模式的改革探索，有助于專業人才培養方法、課程教學模式的改進和提高，因此開展《水質工程學》教學內容更新與教學方法改革的研究具有十分重要的意義[6]。

一、實施方法

（一）整合教學內容，拓展學生專業視野

1. 整合教學內容：組織專業任課教師集中教研，將《給排水科學與工程概論》、《水處理生物學》、《水分析化學》、《水力學》等課程的內容進行梳理，整合成知識單元，將相互重復的內容進行歸類到具體課程中，避免重復講解;將給水處理和污水處理各部分內容打通，教學內容上進行有機整合，解決知識點重復講解問題。2. 減少理論公式推導學時：簡化計算的過程講解;強化理論在工程實踐中的指導意義和作用。3. 增加水處理新工藝與新技術的介紹：將膜法水處理技術、脫氮除磷新技術與新工藝、顆粒污泥技術、水的深度處理與回用、污泥處理與處置新技術以專題講座的形式介紹給學生。4. 強調工程經濟的概念：增加水處理工程的設計建造和經濟性的關系，將工程的“有效性”與“經濟性”的對立與統一的理念穿插在課程教學中，使學生在掌握基本水處理工程設計、運行管理基本知識的同時，建立工程經濟的概念。

（二）以水處理廠設計為主線，將標準、規范、手冊融入課堂

講解水處理構筑物時，及時聯系工程實例，將構筑物細部構造、設計計算結合水處理理論基本概念、水處理理論介紹給學生，使學生通過課堂學習就能掌握水處理基本理論、水處理構筑物基本構造、水處理設施主要設計和運行參數的選取;及時布置課堂設計例題、課后習題引導學生通過課后自學查閱設計手冊、設計規范、國家標準合理選擇水處理方法以及掌握正確的設計計算方法，強化工程設計和工程實踐的概念[7]。例如在水質工程學（Ⅱ）第13章“活性污泥法”教學設計中，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的基本組成;再分別講解系統中各組成部分的工藝原理、設計理論、基本構造、設計方法;最后通過一個活性污泥處理系統工程設計實例總結講解活性污泥處理系統的設計過程和設計中應注意問題。

（三）以增強課堂互動性、學生學習主動性為目標，科學設計教學模式

第一，做好教案，科學設計提問、討論等互動環節，打破“填鴨”的講授式教學，讓學生參與到教學過程中，主動學習、樂于學習，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相結合，適當將一些工程實例，引入課堂理論教學中，使學生充分了解實際工程，縮小課堂理論教學與生產應用的距離，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，布置自學任務，事后檢查自學效果。采用以學生為主的啟發式、交互式、討論式及任務驅動式的教學方法，調動學生學習積極性，參與課堂討論，培養學生良好的自學能力、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準時，將業界對各地紛紛出臺的高排放標準的討論作為互動內容，引導學生關注行業動態;通過一個工業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準（DB31/199-2018）中“協商排放”概念，引導學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，構建“理論-實驗-實踐”教學體系

實驗教學與理論講授緊密結合：分析各個實驗的特點，靈活設置在理論課之前、中、后，使學生通過實驗，認識理論、掌握理論、強化理論;構造復雜的四閥快濾池、機械攪拌澄清池、SBR自動控制系統等水處理構筑物，其結構組成、細部構造的講解全部采用模型現場教學，使學生通過模型完全掌握復雜構筑物的空間構造和各組成部分功能，取得了較好的教學效果，為以后的課程設計和畢業設計中水處理工藝設計和構筑物結構圖的繪制奠定了基礎[9]。

開設綜合性設計型實驗，在實用性和可行性的基礎上結合具體的工程項目或科研項目的要求，引導學生利用自己所學的專業知識，查找相關資料和文獻，對實驗項目進行分析和研究，分工協作，自主設計實驗方案，解決實驗過程中的問題，完成實驗并整理實驗數據，得出實驗結果。加強實踐環節，建立穩定的水廠、污水廠實習基地，組織學生在課外參觀不同類型的水廠，并請工程師對相關工藝流程和設備進行講解。充分利用棗莊學院校園污水處理廠，使學生就近認識實際工程，將校園污水處理廠建設成為學生實習工廠。

二、效果分析

為改變以往《水質工程學》教學過程中存在的問題，本課程教學團隊積極探索了以實踐能力培養為導向的棗莊學院《水質工程學》課程教學方法的改進。

通過教學內容整合更新、教學模式改革探索、構建“理論-實驗-實踐”教學體系、標準規范手冊融入課堂等一系列課程教學改革措施的實施，激發了學生學習興趣，提高了學生課堂學習的積極性，培養學生的專業實踐及課外創新能力。經過兩屆學生的教學實踐，表明該改革措施有效提高了《水質工程學》的學習效果，主要表現在：1. 更加注重實踐能力的考察，大大激發了學生的學習主動性和積極性;2. 貫穿學習全過程的質量監控體系，使得課程設計中的抄襲現象大大減少;3. 實驗-實踐-設計多環節的強化，鍛煉學生的設計能力、創新能力和語言表達能力，有效促進復合型人才培養。

以實踐能力培養為導向的《水質工程學》課程改革，綜合進行教學內容整合、教學模式改革、“理論-實驗-實踐”體系構建及標準規范手冊融入課堂，項目實施方案科學合理、可操作性較強，實施后能有效提高了學生學習興趣、學習主動性，提高了專業知識的實踐應用能力，形成的教學模式可推廣到本專業其他課程、應用性工科專業課程的教學中。

參考文獻：

[1]彭永臻，馬勇，王淑瑩，等.精品課程“水質工程學”的建設與實踐[J].中國現代教育裝備，2008（7）：72-75.

[2]高景峰，王淑瑩，彭永臻.《水質工程學》視頻教學系統的制作和初步應用[J].中國現代教育裝備，2007（3）：35-37.

[3]吳鵬，徐樂中，費忠民，等.“三注重”教學模式在《水質工程學》課程教學中的應用[J].中國給水排水，2015（22）：37-40.

[4]聶小保.“多媒體-學案導學”教學模式研究與實踐——以水質工程學為例[J].大學教育，2015（11）：22-23.

[5]徐鳳，楊廣，李俊峰.“層進式”教學模式在《水質工程學》中的研究與實踐[J].教育教學論壇，2015（14）：125-126.

[6]張萍，李艷紅，曾鴻鵠.實踐能力遞進式培養：水質工程學課程實驗教學改革[J].當代教育理論與實踐，2012（11）：146-148.

[7]王少坡，于靜潔，王蕾，等.水質工程學教材更新引發的問題與對策[J].中國現代教育裝備，2010（5）：95-96.

[8]劉強.幾種教學方法在《水質工程學》課堂教學中的綜合應用[J]. 大學教育，2013（3）：125-127.

[9]蘇瑛，甄樹聰，周友新，等.基于專業評估認證的水質工程學實驗教學改革[J].科教導刊，2017，35（12）：125-127.

[10]曹長春，曾鴻鵠，林華.從混凝工藝的實踐環節看給水排水工程應用型人才創新能力的培養[J].當代教育理論與實踐，2012（11）：126-127.