以实践能力培养为导向的《水质工程学》课程改革
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摘 要：《水质工程学》是承担给排水科学与工程专业“水质”问题教学的专业核心课程，文章针对《水质工程学》教学过程中存在的问题，实施了以实践能力培养为导向的《水质工程学》课程改革，通过综合进行教学内容整合、教学模式改革、“理论-实验-实践”体系构建及标准规范手册融入课堂，项目实施方案科学合理、可操作性较强，实施后能有效提高学生学习兴趣、学习主动性，提高专业知识的实践应用能力，形成的教学模式可推广到本专业其他课程、应用性工科专业课程的教学中，具有极大的推广价值。
关键词：给排水科学与工程;水质工程学;实践能力;课程改革
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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
《水质工程学》是给水排水工程专业的重要的主干专业课之一，承担给排水科学与工程专业知识体系中“水质控制”单元的教学任务。课程的主要任务是使学生系统了解水的性质、特征与水质指标、水体污染及危害与自净等基本概念与理论，扎实地掌握水处理的概念、理论、方法及其发展状况，掌握各种水处理的工程技术与方法、应用条件以及新工艺与新技术，为将来从事水质问题的工程设计、科研及运行管理奠定必要的理论和应用基础[1]。随着水处理新理论、新工艺与新技术的日新月异，《水质工程学》教学内容以及教学方法也发生了很大的变化，因此急需探索建立适应时代发展的科学合理的课程体系。
目前我院《水质工程学》教学中主要存在以下问题：
1. 知识内容多，教学时数少。在注重通识教育、专业课学分压缩的背景下，《水质工程学》课时由原来的138学时调整为80学时。使得本课程的教学面临知识内容较多而学时较少，很难在规定的时间内完成水处理基础理论、水处理构筑物设计方法等大纲规定的教学内容的讲授。如何在课时压缩的情况下，系统全面地完成水质工程知识体系的传授、保证教学效果就成为了一个难题。另一方面，水质工程学是一门实践性较强、知识体系发展较快的课程。随着科技的发展和进步，在水处理方面出现了许多新工艺、新技术和新材料，并且新工藝、新技术和新材料一经发现就迅速投入到了生产应用。从拓宽学生知识面、缩短课堂教学与就业的差距以及使学生了解学科动态前沿等角度考虑，这些新工艺、新技术和新材料应该及时介绍给学生，增加学生继续深造、创新创业的动力和兴趣。然而，在有限的学时限制下很难进行。
2. 《水质工程学》教材中缺少水处理构筑物工程设计内容。目前的《水质工程学》教材与之前的《给水工程》《排水工程（下册）》相比，在水处理构筑物设计、计算方面所用的篇幅很少。例如，《排水工程（下册）》中对污水厂的平面布置、高程布置以及配水与计算等都有详细介绍，而在《水质工程学》中就没有这些知识的讲解，导致学生做课程设计、毕业设计时，做不好构筑物与构筑物之间、并联的几个构筑物之间的平面布置以及水量分配。虽然这些内容可以放到课程设计中进行讲解，然而大多数学校的《水质工程学课程设计》一般只有两周，学生们还要进行参数计算和画图，时间有限，导致学习效果较差。
3. 构筑物组成、构造及设计计算是教学难点。水处理构筑物的组成、构造与设计计算是《水质工程学》的教学重点之一，并且也是教学难点。很多学生由于工程图学等课程基础不好，没有很强的立体想象能力，不能够对尚未接触过的水工构筑物进行合理地构想进而绘图。即使有参观实习环节，但由于水工构筑物在运行期间，内部充满水运行，学生即使参观也无法深入了解反应器的内部结构和水流运动情况。 上述问题或多或少存在于各个院校《水质工程学》的教学过程之中，为解决上述问题，许多院校从不同方面进行了努力。北京工业大学高景峰用数码摄像机摄录北京市及国外有代表性的污水处理厂、中水处理厂及构筑物，经过计算机软件处理后制作成具有视频点播功能的系列教学短片[2]。该视频教学系统在课上使用，效果良好，满足该专业教学要求，有很好的应用前景。苏州科技学院吴鹏等，构建注重理论教学、实践教学和基地建设的“三注重”教学模式，深化《水质工程学》的教学改革，不仅提高了学生的学习兴趣和学习动力，更有助于培养学生成为有创新意识的高级工程技术人才和研究人才，增强学生的工程素养和工程能力，实现卓越计划的培养目标[3]。长沙理工大学聂小保等将“多媒体-学案导学”教学模式运用于水质工程学课堂教学，实践结果表明：这样教学效果得到强化，能最大限度消除多媒体技术自身的部分弊端，激发学生的学习积极性，师生关系有了质的改变，师生互动增多[4]。石河子大学徐凤等针对《水质工程学》课程特点，提出了“层进式”教学模式，通过实践表明，“层进式”教学模式以学生为本，改革课堂教学内容、强化理论与工程实践相结合，开展课堂师生互动教学，有助于培养具有扎实的理论知识和广泛的知识面的技术型人才[5]。
这些兄弟院校的课程改革实践表明，需要根据学生特点、师资队伍、实践实习条件等综合确定适合自身的主导教学模式，需要通过“实践-反思-改革-再实践”等环节反复打磨各个教学环节。《水质工程学》作为给排水科学与工程专业重要的主干专业课之一，对该课程教学内容与教学模式的改革探索，有助于专业人才培养方法、课程教学模式的改进和提高，因此开展《水质工程学》教学内容更新与教学方法改革的研究具有十分重要的意义[6]。
一、实施方法
（一）整合教学内容，拓展学生专业视野
1. 整合教学内容：组织专业任课教师集中教研，将《给排水科学与工程概论》、《水处理生物学》、《水分析化学》、《水力学》等课程的内容进行梳理，整合成知识单元，将相互重复的内容进行归类到具体课程中，避免重复讲解;将给水处理和污水处理各部分内容打通，教学内容上进行有机整合，解决知识点重复讲解问题。2. 减少理论公式推导学时：简化计算的过程讲解;强化理论在工程实践中的指导意义和作用。3. 增加水处理新工艺与新技术的介绍：将膜法水处理技术、脱氮除磷新技术与新工艺、颗粒污泥技术、水的深度处理与回用、污泥处理与处置新技术以专题讲座的形式介绍给学生。4. 强调工程经济的概念：增加水处理工程的设计建造和经济性的关系，将工程的“有效性”与“经济性”的对立与统一的理念穿插在课程教学中，使学生在掌握基本水处理工程设计、运行管理基本知识的同时，建立工程经济的概念。
（二）以水处理厂设计为主线，将标准、规范、手册融入课堂
讲解水处理构筑物时，及时联系工程实例，将构筑物细部构造、设计计算结合水处理理论基本概念、水处理理论介绍给学生，使学生通过课堂学习就能掌握水处理基本理论、水处理构筑物基本构造、水处理设施主要设计和运行参数的选取;及时布置课堂设计例题、课后习题引导学生通过课后自学查阅设计手册、设计规范、国家标准合理选择水处理方法以及掌握正确的设计计算方法，强化工程设计和工程实践的概念[7]。例如在水质工程学（Ⅱ）第13章“活性污泥法”教学设计中，首先通过一个城市污水厂的流程介绍视频，讲解活性污泥法在污水处理厂中的作用和位置，引出活性污泥法的概念和活性污泥处理系统的基本组成;再分别讲解系统中各组成部分的工艺原理、设计理论、基本构造、设计方法;最后通过一个活性污泥处理系统工程设计实例总结讲解活性污泥处理系统的设计过程和设计中应注意问题。
（三）以增强课堂互动性、学生学习主动性为目标，科学设计教学模式
第一，做好教案，科学设计提问、讨论等互动环节，打破“填鸭”的讲授式教学，让学生参与到教学过程中，主动学习、乐于学习，在互动讨论中掌握知识[8];第二，工程案例分析与课堂理论教学相结合，适当将一些工程实例，引入课堂理论教学中，使学生充分了解实际工程，缩小课堂理论教学与生产应用的距离，减少课本理论知识的枯燥感;第三，对一般较简单的知识、概念、简单计算等，布置自学任务，事后检查自学效果。采用以学生为主的启发式、交互式、讨论式及任务驱动式的教学方法，调动学生学习积极性，参与课堂讨论，培养学生良好的自学能力、敏捷的思维能力和辩证的分析能力。例如在讲授污水排放标准时，将业界对各地纷纷出台的高排放标准的讨论作为互动内容，引导学生关注行業动态;通过一个工业园废水处理工程实例，以讨论方式讲解上海市地方污染物排放标准（DB31/199-2018）中“协商排放”概念，引导学生理解污水治理和制定总量控制、理解分散治理与集中处理的意义，保证污水的安全排放。
（四）充分利用实验室、校园污水处理厂，构建“理论-实验-实践”教学体系
实验教学与理论讲授紧密结合：分析各个实验的特点，灵活设置在理论课之前、中、后，使学生通过实验，认识理论、掌握理论、强化理论;构造复杂的四阀快滤池、机械搅拌澄清池、SBR自动控制系统等水处理构筑物，其结构组成、细部构造的讲解全部采用模型现场教学，使学生通过模型完全掌握复杂构筑物的空间构造和各组成部分功能，取得了较好的教学效果，为以后的课程设计和毕业设计中水处理工艺设计和构筑物结构图的绘制奠定了基础[9]。
开设综合性设计型实验，在实用性和可行性的基础上结合具体的工程项目或科研项目的要求，引导学生利用自己所学的专业知识，查找相关资料和文献，对实验项目进行分析和研究，分工协作，自主设计实验方案，解决实验过程中的问题，完成实验并整理实验数据，得出实验结果。加强实践环节，建立稳定的水厂、污水厂实习基地，组织学生在课外参观不同类型的水厂，并请工程师对相关工艺流程和设备进行讲解。充分利用枣庄学院校园污水处理厂，使学生就近认识实际工程，将校园污水处理厂建设成为学生实习工厂。 二、效果分析
为改变以往《水质工程学》教学过程中存在的问题，本课程教学团队积极探索了以实践能力培养为导向的枣庄学院《水质工程学》课程教学方法的改进。
通过教学内容整合更新、教学模式改革探索、构建“理论-实验-实践”教学体系、标准规范手册融入课堂等一系列课程教学改革措施的实施，激发了学生学习兴趣，提高了学生课堂学习的积极性，培养学生的专业实践及课外创新能力。经过两届学生的教学实践，表明该改革措施有效提高了《水质工程学》的学习效果，主要表现在：1. 更加注重实践能力的考察，大大激发了学生的学习主动性和积极性;2. 贯穿学习全过程的质量监控体系，使得课程设计中的抄袭现象大大减少;3. 实验-实践-设计多环节的强化，锻炼学生的设计能力、创新能力和语言表达能力，有效促进复合型人才培养。
以实践能力培养为导向的《水质工程学》课程改革，综合进行教学内容整合、教学模式改革、“理论-实验-实践”体系构建及标准规范手册融入课堂，项目实施方案科学合理、可操作性较强，实施后能有效提高了学生学习兴趣、学习主动性，提高了专业知识的实践应用能力，形成的教学模式可推广到本专业其他课程、应用性工科专业课程的教学中。
参考文献：
[1]彭永臻，马勇，王淑莹，等.精品课程“水质工程学”的建设与实践[J].中国现代教育装备，2008（7）：72-75.
[2]高景峰，王淑莹，彭永臻.《水质工程学》视频教学系统的制作和初步应用[J].中国现代教育装备，2007（3）：35-37.
[3]吴鹏，徐乐中，费忠民，等.“三注重”教学模式在《水质工程学》课程教学中的应用[J].中国给水排水，2015（22）：37-40.
[4]聂小保.“多媒体-学案导学”教学模式研究与实践——以水质工程学为例[J].大学教育，2015（11）：22-23.
[5]徐凤，杨广，李俊峰.“层进式”教学模式在《水质工程学》中的研究与实践[J].教育教学论坛，2015（14）：125-126.
[6]张萍，李艳红，曾鸿鹄.实践能力递进式培养：水质工程学课程实验教学改革[J].当代教育理论与实践，2012（11）：146-148.
[7]王少坡，于靜洁，王蕾，等.水质工程学教材更新引发的问题与对策[J].中国现代教育装备，2010（5）：95-96.
[8]刘强.几种教学方法在《水质工程学》课堂教学中的综合应用[J]. 大学教育，2013（3）：125-127.
[9]苏瑛，甄树聪，周友新，等.基于专业评估认证的水质工程学实验教学改革[J].科教导刊，2017，35（12）：125-127.
[10]曹长春，曾鸿鹄，林华.从混凝工艺的实践环节看给水排水工程应用型人才创新能力的培养[J].当代教育理论与实践，2012（11）：126-127.
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