理論與實踐交互式教學在“水污染控制工程”中的應用
——以沉淀為例

平 巍 張 雅 倪 琪

（重慶三峽學院環境與化學工程學院 重慶 404000）

1 傳統教學過程存在的問題分析

沉淀是“水污染控制工程”課程中重要的章節內容。其主要學習目標是讓學生掌握顆粒物沉淀的基本規律，沉砂池、沉淀池等典型沉淀構筑物的設計。傳統的教學過程是從顆粒沉淀的基礎理論入手，進而闡述理想沉淀池的工作過程，然后再進一步講授沉砂池和沉淀池的構造和設計計算，這樣的學習方法是從理論認知到實踐操作的過程。符合傳統的理論-實踐教學觀念，且實施較為容易。但長期的教學過程中發現，大部分學生對該章節的掌握與要求還存在差距，經分析，傳統的教學過程存在以下問題：一是學生受限接觸理論目的性不強，學生在缺乏對沉淀應用一定的了解的前提下，直接接觸理論知識，并不清楚學習理論知識的目的和目標，只能為了學習而學習，容易迷茫；二是理論與應用環節之間缺少必要的過渡，學生在學習過程中容易脫節；三是傳統的教學模式中，沉淀章節的實踐環節是自由沉淀實驗，該實驗主要是驗證沉淀過程中沉速和去除率之間的關系，繪制自由沉淀曲線，實踐形式較為單一，難以達到全面掌握并應用知識的要求。此外，“水污染控制工程”通常會開設對應的課程設計，主要內容是教師布置設計題目，給定水質水量和處理要求，由學生進行設計計算，并繪制工程圖樣，課程設計的開展，有利于學生全面掌握水處理工程的設計，然而，課程設計通常是在理論課程學習結束后集中開展，和理論課程缺乏互動，學生在設計過程中往往盲目的參考設計手冊和規范，僅僅是機械的利用公式進行簡單的計算，并未將理論知識與設計要求有機整合。

2 教學改革方案

2.1 重構教學環節

對照教學目標，按層次依次將“水污染控制工程”沉淀章節的教學過程分為導入、理論、驗證、應用四個層次。各環節之間的教學目標、內容如圖1 所示。其中導入是通過演示實驗，案例展示，讓學生初步了解沉淀在水處理中的應用，及沉淀池的工作過程，并由實際工程中的重要關注點-沉淀池凈化水的效率如何提出問題，以此為導向，將教學點自然過渡到沉淀的基礎理論，在學習完沉淀基礎理論后，再通過實驗進行驗證，進一步將理論知識內化。并提出新的問題，沉淀理論如何指導實際工作？由此展開應用環節的教學環節。按此模式，導入和驗證主要通過實踐教學開展，而應用可根據實際情況，以理論輔以課程設計、沉淀單元操作實驗等實踐來開展。通過該教學模式，有利于學生在學習過程中明確教學目標，有助于學生將理論和實踐兩個方面的知識內容整合形成綜合能力。

圖1 教學實施流程示意圖

2.2 構建層次分明的實踐教學體系

擴充實踐環節，并按演示、驗證、操作四個層次開展實踐教學。[1]其中演示環節主要目標是讓學生了解沉淀的應用和工作過程，可以通過參觀典型的構筑物模型，讓學生直觀地了解實際水處理工程中沉淀單元的結構及工作方式，彌補理論課堂僅僅通過文字、圖片等比較抽象單一的學習方式；驗證實驗用于驗證理想沉淀池沉速與去除率的關系，有助于學生內化理論知識；操作實驗則通過沉淀池模型進行動態沉淀實驗，讓學生更清楚直觀地觀察沉淀池各部分的工作狀態，并通過改變進水水力負荷率測定去除率的變化，讓學生進一步理解水力負荷對于沉淀池運行的重要影響；最后，將傳統的大課程設計分解成單元專項設計，在課程結束后，即布置沉淀池專項設計，讓學生通過查閱規范手冊，計算沉淀池的尺寸，確定沉淀池的結構，避免理論課程與設計割裂，同時，將設計工作分散在平時，也能夠有效緩解學生期末忙于課程設計，難以保證設計質量的問題。

2.3 理論與實踐穿插交互

基于實踐—理論—實踐的模式，將實踐環節按進度穿插于理論教學中，理論與實踐交互展開，層層遞進。根據人類掌握知識的客觀規律。認識首先來源于實踐，[2]因此，章節開篇，可以從演示實驗環節開始，基于沉砂池、沉淀池教學模型或仿真設備，讓學生通過觀察，配合指導教師降解，初步了解沉淀池的結構，去除對象和工作過程，由此對沉淀有一個基本的認識，然后再進入理論學習。在學習完理想沉淀池后，由于臨界沉速和去除率的關系屬于章節重要的理論，在此時間節點開設自由沉淀驗證實驗，讓學生通過動手測定自由沉淀曲線，將理想沉淀池相關理論內化；然后再進入實際沉淀池的學習，在此階段，適時開展動態沉淀操作實驗，進一步讓學生認識各類沉淀池的結構、過程，充分理解沉淀池進、出水、儲泥排泥等局部結構及水力負荷等重要工藝參數對連續運行沉淀池去除率的影響，將所學的理論知識通過實踐進一步內化吸收，并為學生日后進入水廠解決沉淀池實際問題打下堅實的實踐基礎。最后，進入各類沉淀池的設計計算的講解，在講解過程中，教師應多注意引導，重點在于讓學生知道計算公式的內在意義，盡力建立理論與實踐之間的橋梁，杜絕直接讓學生套公式，知其然而不知其所以然。章節結束后，通過單元專項設計，讓學生動手掌握各類沉淀池的設計計算方法。通過以上的調整，部分理論課時可以放到實踐環節中，而實踐又是為了認識、理解、掌握和運用理論服務，彼此有機整合，最大程度的為教學目標服務。

2.4 以問題為導向銜接各教學環節

在教學課程中，改變傳統的講授時教學方法，將教師為主體的教學模式轉變為學生為主體的教學模式。[3]實際教學工程中，可以問題為導向，按照目標—原理—構筑物—操作—設計這條主線以此遞進展開。演示實驗結束后，學生建立了沉淀的概念，此時，提出問題：沉淀池的處理效果（去除能力）這一重要的結果取決于什么因素？通過沉淀基礎理論和理想沉淀池的理論學習，問題得以解決，再通過實驗予以驗證，此時沉淀理論的教學結束，但考慮到理想沉淀池的預實際沉淀池的差別，又出現新的問題，理想沉淀池與實際的沉淀池有什么差別？這種差別的影響如何克服？通過實際沉淀池的結構，并闡述各個部分的形狀結構的工程意義，再結合動態沉淀操作實驗，展示實際沉淀池的工作特性，并讓學生深刻理解對水力負荷等重要的參數對沉淀池的影響的結果和理論依據，此時學生已經系統地掌握了沉淀池的工作原理、結構，并對如何提高沉淀池效率，出水水質不佳等常見問題的解決具備了一定的理論知識儲備和實踐操作技能，最后提出問題，對于新建水廠，應如何設計沉淀池，引入沉淀池的設計計算。按照以上的模式，整個章節的教學過程中，提出問題—解決問題貫穿始終，以問題進入新的教學單元/環節，以解決問題結束該單元/環節，并提出新的問題。以提出問題—解決問題為教學過程的主線，既能保證教學過程主線清晰，讓教學過程自然展開，又能夠維持教學過程中的推動力，充分激發學生資助學習的意識，有利于學生融會貫通，全面系統的把握理論知識和實踐技能，而不是將知識點割裂，陷入盲目的生搬硬套。

3 結語

按層次擴充實踐環節，和理論穿插融合開展教學，符合學習知識的客觀規律，能夠將理論和實踐的教學作用最大化，從而顯著提升教學效果。改革所提出的全新教學方法，不僅能夠用于課程沉淀章節，也能夠推廣到本課程其他的章節，從而全面提升課程教學效果。