新工科背景下水質工程學Ⅱ教學改革及思考★

唐 建 唐恒軍 司馬衛平 廖 熠 梁 超 梁 銳 萬 珊

(四川輕化工大學土木工程學院，四川 自貢 643000)

0 引言

《水質工程學Ⅱ》是給排水科學與工程專業主干和核心課程《水質工程學》中污水處理部分，該部分課程具有內容復雜、較強的理論性和實踐性、綜合性強等特點。主要涉及的先修課程如《水處理生物學》《水分析化學》《給排水管網系統》《泵與泵站》《水力學》等相關課程的內容，《水質工程學Ⅱ》的學習要求學生對先修課程的主要內容和相關知識點很熟悉。該課程內容主要涉及：污水的理化性質、相關指標及其監測方法；水體污染與自凈的基本原理及應用；污水處理基本概念、基本原理、基本方法；主要污水處理工藝及其應用；污水廠污泥處理處置技術；城市污水處理廠設計、運行管理等；同時該課程要求學生在學習過程中及時了解和掌握當前污水處理最新的工藝及其發展方向、最新污水污泥處理相關理念。通過該課程的學習可以為本專業的學生畢業后從事相關排水方面的設計、運行和管理等相關工作打下堅實的基礎，同時對本專業學生專業素質的培養和用人單位的認可度起著很重要的作用。基于此，本課程的教學效果和學生的學習效果對本專業人才培養質量、專業素質和實踐能力起著至關重要的作用。隨著現代城市污水處理新理念和新概念——污水是一種資源和能源的產生以及運行和管理過程與人工智能緊密結合，對本專業學生的專業技能和綜合素質提出越來越高的要求。

1 《水質工程學Ⅱ》教學存在的主要問題

1.1 教學內容多，理論教學學時減少

考慮到給排水科學與工程專業的理論性和實用性較強的特點，我校給排水科學與工程專業選用大多數高校所用的教材，即中國建筑工業出版社出版的由張自杰教授主編的《排水工程(下冊)》，該教材主要涉及污水處理理論與原理、技術和相關工藝、污泥處理與處置等大量內容。在學校要求培養應用型本科人才的培養目標下，該課程的理論學時壓縮為48學時。同時，由于污水處理過程中不斷引入新理念、新概念、新工藝、新方法，授課過程中需要不斷更新、增加、講解最新的污水處理新理念、新工藝、新方法，造成理論教學工作量增加；難以在規定的理論學時內完成教學大綱規定的教學任務，導致課堂教學過程中傳遞大量的教學內容。

1.2 教材內容全面，部分內容與其他課程內容重復，學生掌握難度較大

根據教學大綱要求和《排水工程(下冊)》內容，《水質工程學Ⅱ》課程內容主要包括：污水性質及指標、城市污水處理基本原理及工藝與污泥處理處置技術、工業污水處理等16章內容，與本專業開設的部分課程內容存在重復現象，如本課程中的污水深度處理工藝與《水質工程學Ⅰ》中的消毒部分、水的軟化、水的除鹽與咸水淡化等內容重復；本課程中的污水物理處理中的沉淀理論及構筑物部分與《水質工程學Ⅰ》中的沉淀和澄清部分內容重復；本課程中的污泥處理、處置與資源化利用部分內容與《水工藝設備基礎》中的污泥排泥設備、污泥濃縮與脫水設備部分內容存在部分重復。教材中包含污水處理基本原理、工藝設計及水處理構筑物的設計和計算等內容，要求學生同時掌握污水處理基本原理、水處理工藝和處理構筑物的結構以及掌握污水處理工藝和各構筑物單元的設計計算。我校《水質工程學Ⅱ》安排在大三下學期授課，由于大部分學生正處于考研復習的關鍵階段，再加上本學期節假日放假較多，導致學生無法集中精力認真聽課。學生對污水處理原理和工藝特點、構筑物處理單元特點和結構等基礎知識掌握不夠深入和系統，造成后續課程設計和畢業設計困難等情況的出現，難以提升教學質量和教學效果，造成學生不具備基本的專業素質和解決實際工程問題的能力。

1.3 學生主動學習能力差，多處于被動學習狀態

根據我校的教學安排，《水質工程學Ⅱ》安排在大三下學期進行授課，在此階段筆者經過一段時間的了解，有考研意向的學生大部分都在進行基礎課數學和英語的復習，甚至有的同學在課堂上復習關于考研的書籍，造成本課程的學習效果較差，難以理解和消化課堂上講授的內容；同時，筆者在教學過程中了解到，很少同學有在課前預習和課后復習的好習慣，只是在課堂學習的過程中被動的接受老師講的知識，難以理解前后知識的連貫和系統的應用，造成學生在學習本課程的過程中只是接受了碎片化的知識，很難形成系統性的知識體系；有的學生在課堂上玩手機，不注意聽講，對該課程的學習失去了激情和動力，只關心如何應付該課程的考試和畢業。學生這種情況和缺乏主動學習的心態，將導致其對知識的理解程度缺乏深度、廣度和系統性，造成未來在工作崗位上難以勝任給排水相關設計工作。

1.4 課程以理論教學為主，輕視實踐教學環節

我校給排水科學與工程專業教學環節存在的主要問題是重視理論學習，輕視實踐教學環節，造成本專業學生實踐能力和應用創新能力難以跟上社會對人才的需求。本課程的實踐教學環節主要包括水質工程學實驗——污水部分、課程設計、畢業實習、生產實習和畢業設計等幾部分組成。《水質工程學Ⅱ》是給排水科學與工程專業指導委員會規定的主干專業課程之一，教學過程應注重理論知識和實踐能力的協調統一，培養具備專業素質、實踐能力和創新能力的現代化復合型人才。這就要求在實踐教學環節過程中，培養學生的動手能力、認知能力、實踐能力和創新能力，使學生具備解決實際工程問題的能力。目前，我校《水質工程學》實驗教學學時為16學時，其中涉及污水處理部分占8學時左右，教學方式主要采用老師講解基本原理、工藝特點、構筑物組成及功能、實驗操作注意事項等。由于專業學生人數較多，實驗設備臺套數量較少，造成開設實驗數量較少，多數以演示性實驗為主。在實驗過程中，學生創新能力、實踐能力和專業技能難以得到提高。

2 《水質工程學Ⅱ》教學改革與思考

2.1 精簡課程教學內容，精心安排教學內容

針對本課程學時減少的情況，重新整合《水質工程學Ⅰ》和《水質工程學Ⅱ》中重復的相關內容，避免相關概念、原理和工藝的重復講解和學習，將學時充分用于拓寬重點內容的講解。在該課程的教學過程中，減少相關公式的推導和計算過程的講授，講授過程中充分將污水處理理論和工藝結合到實際工程實踐過程中。通過教學內容的改革，將《水質工程學Ⅰ》和《水質工程學Ⅱ》重復部分內容進行統一整合，如兩門課程的共同內容：沉淀理論原理及工藝、深度處理原理及工藝、消毒原理及工藝整合到《水質工程學Ⅰ》中進行講授，將污泥處理處置與資源化利用部分內容中涉及的污泥排泥設備、污泥濃縮與脫水設備整合到《水工藝設備基礎》課程中進行講授，從而解決重復部分內容的問題。通過精心安排課程教學內容，將國內外現有的污水處理新理念、新概念、新工藝引入到課堂進行詳細的講授。如將我國建立的第一座新概念污水處理廠引入到課堂教學中，講授污水處理工藝、能源回收、資源循環、環境友好、污泥處理處置等新理念，使學生在學習過程中充分掌握污水處理基本原理和工藝在現代污水處理中的應用。

2.2 充分調動學生學習積極性，提高學生學習興趣

針對大部分學生在課堂上看考研書籍、看手機和學習熱情不高的特點，在授課過程中要不斷地向學生強調該課程在專業學習、課程設計、畢業設計中的重要性。如通過介紹本課程在考研復試中的常見問題、本課程不及格對畢業的影響。同時可以向學生介紹關于本課程的網絡教學平臺，以此幫助學生利用網絡學習、拓寬知識面、進行深度學習等方面打下堅實的基礎。在平時講授該課程過程中，可以適當提一些科研過程中遇到的問題，介紹設計過程中的設計要點和參數，介紹最新版本的設計規范和排水工程設計手冊，介紹電子資料查閱和國內外文獻數據庫的查閱方法，培養學生自學能力和學習興趣。另一方面，在教學過程中，可以結合當前發生的典型環境水污染事件激發學生的興趣，如2020年3月黑龍江省伊春市發生的伊春鹿鳴礦業尾礦庫泄漏事件，通過講授主要污染物類型對地表水和土壤的污染、監測方案、取樣方案、技術方案等，強調本課程和已修課程在處理典型環境污染事件中的應用；如講授生物脫氮除磷的內容時，將2007年6月無錫太湖藍藻爆發事件引入課堂，與學生分析藍藻爆發的原因、危害及治理技術方案，激發學生學習本課程的興趣。

2.3 采用知識回顧、課后作業評講和課堂討論的教學方式

由于我校《水質工程學Ⅱ》兩次課之間相隔時間較長，學生課后無復習和預習的習慣，造成知識遺忘性較大，為了避免這種情況的出現，強化學生對知識的記憶和理解，保證兩次課之間的連續性和連貫性，每次上課講解新內容之前都回顧上次課講的關鍵內容，同時采取提問的方式，可促使學生在課后進行復習和理解記憶。由于本課程采用的教材課后無習題，習題練習可以幫助學生在課后進行知識的回顧和理解，提高學生的學習效果。可借鑒《給排水科學與工程專業習題集》中污水處理部分習題，編寫各章節的習題，每次課程講授完畢后，給學生布置相應章節的作業，讓學生練習后，教師批閱后記入到平時成績中，這樣既可以讓學生通過練習題，強化對已學知識的記憶和理解，也可以讓教師掌握學生的學習情況。教師在上課之前對作業中存在的易錯點、難點、重點等講解解題思路和方法，強化學生對知識的理解和記憶。在課堂講授過程中，可以提一些與課程相關的問題進行討論和講解。例如，針對化學合成工業和合成氨工業產生的廢水水質的特點，采用何種處理方法進行處理；是否需要預處理；預處理采用什么方法。讓學生思考后回答，然后再講解，提高學生獨立思考問題和解決處理實際問題的能力。

2.4 強化實踐教學環節的作用

根據學校培養應用型本科人才的背景，同時學院通過購置新的設備儀器，淘汰舊的設備儀器，有利于水質工程學實驗的開展，改革后的水質工程學實驗教學學時為16個學時，其中涉及污水處理部分為8個學時，共開設4個實驗，分別為：污泥沉降比和污泥指數的測定與分析實驗；鼓風曝氣系統的充氧實驗；污水總固體和揮發性固體的測定實驗；總懸浮物、揮發性懸浮物和灰分的測定實驗。改革后的實驗內容與理論課結合更加緊密，有利于提高學生的動手能力和創新能力，加強和提高實驗技能和專業技能。生產實習是培養工科學生實踐能力、工程思想和創新能力的主要途徑，是將理論知識和實際生產結合的主要過程。我校給排水科學與工程專業生產實習安排在大四上學期期末進行，組織學生到污水處理廠了解污水處理能力、工藝、構筑物特點及功能、污水廠運行管理、維護，提高學生將理論與實際工程結合的思想；在參觀實習過程中鼓勵學生積極與工程師溝通交流；嚴格撰寫實習日志，將每天了解和掌握的內容記錄到實習日志本上，并撰寫自己的學習心得，切實將生產實習的內容與理論結合，加強對專業知識的理解和掌握，培養和提高學生專業素質、創新能力和解決實際工程問題的能力。

3 結語

《水質工程學Ⅱ》作為給排水科學與工程專業的主干專業課程之一，通過對教學方法、教學內容的不斷改革和完善，提高教學質量和教學效果，為培養具備綜合專業技能的人才奠定堅實的基礎。本文通過對《水質工程學Ⅱ》教學過程中存在的主要問題，從教學內容、教學方式方法以及學生學習積極性的調動、實踐教學環節的調整等方面進行了改革和完善，并建立了先進的教學方式方法和科學合理的教學內容，對提高教學質量和教學效果具有重要意義，為新時期培養具備專業素質、創新能力、實踐能力的綜合人才奠定堅實的基礎。