以學(xué)生為主體，能力培養(yǎng)為目標(biāo)的《環(huán)境工程學(xué)》課程設(shè)計

朱余玲 陳國和 邱木清

[摘要]本文以《環(huán)境工程學(xué)》課程中的《沉淀》章節(jié)為例，利用“說課”的形式，從教材分析，教法與學(xué)法和教學(xué)過程的安排三個方面詳細(xì)闡述了這節(jié)課的安排。以體現(xiàn)《環(huán)境工程學(xué)》以學(xué)生為主體，能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程設(shè)計思路。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境工程學(xué) 沉淀 教材 教法 學(xué)法

《環(huán)境工程學(xué)》課程系統(tǒng)的介紹了環(huán)境污染控制的基本理論，包括水質(zhì)凈化與水污染控制工程，大氣污染控制工程，固體廢物處理與資源化等的防治技術(shù)的原理和方法。要求學(xué)生初步掌握污染控制和公害防治的基本原理和基本方法。

在紹興文理學(xué)院，該課程主要面向環(huán)境科學(xué)系大二下學(xué)期的本科生。這一階段的學(xué)生在知識方面已經(jīng)學(xué)習(xí)了有機(jī)無機(jī)化學(xué)，生物化學(xué)，微生物學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識，但個體差異十分明顯。在技能方面學(xué)生思維活躍，積極性高，理解及操作能力較強(qiáng)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)和科研的興趣非常濃厚。在情感方面求知欲望強(qiáng)烈，喜歡探求真理，具有積極的情感態(tài)度。因此我們?yōu)檫@門課制定了以能力培養(yǎng)為目的的學(xué)習(xí)目標(biāo)。本文以《沉淀》這一章節(jié)的內(nèi)容為例，以說課的形式闡述本門課的課程設(shè)計思路。

一、教材分析

（一）教材

本門課選擇的教材是蔣展鵬主編的《環(huán)境工程學(xué)》，這本教材的特點(diǎn)是內(nèi)容比較全面，主要介紹一些基本理論和基本方法，學(xué)生學(xué)起來會比較輕松，但工程知識比較少，而環(huán)境工程本身又是一門應(yīng)用性的學(xué)科，因此我們又為這門課選擇了兩本參考書《環(huán)境工程原理》，側(cè)重介紹污染控制技術(shù)涉及的物理，化學(xué)，流體力學(xué)的原理。另一本參考書是《給排水設(shè)計手冊》側(cè)重介紹各種控制技術(shù)的工程應(yīng)用實(shí)例。這兩本書的相應(yīng)內(nèi)容都掃描下來，按章節(jié)放在課程網(wǎng)站上，課堂講授相應(yīng)內(nèi)容的時候，提及網(wǎng)站，便于學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的地位和作用

《沉淀》是課本第一篇水污染控制技術(shù)第三章廢水物理化學(xué)處理方法的第二節(jié)的內(nèi)容。

本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了格柵之后編排的，主要考慮到在水處理的流程中，第一步工藝是格柵，第二步工藝就是沉淀。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，即銜接了上一節(jié)的內(nèi)容，又為學(xué)習(xí)后面混凝，活性污泥法，剩余污泥處理處置技術(shù)奠定基礎(chǔ)。沉淀工藝也是污水處理中用得最多的一類物化方法。學(xué)習(xí)這部分有著非常重要的意義。這一節(jié)共分五個方面的內(nèi)容（1）沉淀的功能及基本類型（2）沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線分析（3）理想沉淀池效率分析（4）實(shí)際沉淀池與理想沉淀池的差別（5）沉淀處理工藝，共分三個學(xué)時完成，其中沉淀的功能及基本類型比較簡單，作為自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容，安排學(xué)生自學(xué)，本文主要闡述第一課時的內(nèi)容即（2）沉淀試驗(yàn)及沉淀曲線分析（3）理想沉淀池效率分析。

（三）培養(yǎng)目標(biāo)

根據(jù)《教學(xué)大綱》的要求和學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知能力，本節(jié)課的知識目標(biāo)為了解沉淀的四種類型，掌握沉淀柱實(shí)驗(yàn)中顆粒去除效率的計算方法，掌握理想沉淀池中顆粒去除效率的計算方法，靈活運(yùn)用去除效率計算公式設(shè)計沉淀池。能力目標(biāo)為在此過程中培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，鍛煉學(xué)生通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際工程問題的能力。以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新精神，和自主學(xué)習(xí)的能力。

（四）教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)是沉淀柱和理想沉淀池中實(shí)驗(yàn)中顆粒去除效率的計算方法。教學(xué)的難點(diǎn)是顆粒物去除效率E公式的推導(dǎo)，E-u曲線的繪制及面積計算，如何根據(jù)E-u曲線設(shè)計理想沉淀池。

二、教法與學(xué)法分析

（一）教法

首先通過精講與啟發(fā)誘導(dǎo)的教學(xué)方法講授沉淀柱及理想沉淀池實(shí)驗(yàn)的分析方法，推導(dǎo)顆粒去除效率的計算方法，突出重點(diǎn)。再通過設(shè)計問題和組織課堂討論幫助學(xué)生掌握理想沉淀池的設(shè)計，解決難點(diǎn)。

（二）學(xué)法

對于只需要了解的內(nèi)容，采用自主學(xué)習(xí)法。對于需要掌握的內(nèi)容學(xué)生需要在老師的引導(dǎo)下，一步一步的解決問題，對于需要靈活運(yùn)用的內(nèi)容則需要學(xué)生自主探索，討論交流，借此培養(yǎng)學(xué)生動腦，動口和動手能力，是學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。

三、教學(xué)過程安排

基于上述分析，為了有效的實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)課的教學(xué)過程在設(shè)計上注重突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn)，具體分為如下四個環(huán)節(jié)

（一）以實(shí)際問題為切入點(diǎn)，引入課題

首先舉一個實(shí)際的例子，我們從污水廠取來一桶廢水，其中含有樹葉，泥沙，色素有機(jī)物和無機(jī)鹽，現(xiàn)要求大家處理這桶廢水，大家擬采用什么方法。這個問題大家都回答出來，首先采用過濾去除一些粒徑較大的懸浮物，即上一節(jié)課的內(nèi)容——格柵。再通過沉淀的方法去除粒徑小但是密度大的顆粒污染物。學(xué)生們回答沉淀之后，再提一個新問題，對于500mL的水樣，我們是用500mL的量筒還是燒杯？同學(xué)們有的回答是量筒有的回答是燒杯。那選擇量筒還是燒杯的依據(jù)是什么？這個時候引入一個概念：即顆粒物的去除率，以E表示。并介紹本節(jié)課的重點(diǎn)，即沉淀過程中顆粒物的去除率是如何求解的。

（二）通過板書與動畫演示，層層推導(dǎo)，突出重點(diǎn)

在水處理實(shí)踐中遇到的顆粒形狀、大小，密度各不相同，在實(shí)際應(yīng)用時，一般通過沉淀實(shí)驗(yàn)來判定水樣的沉降性能。沉淀柱過程的去除率的求解涉及到的是公式的推導(dǎo)，這部分的內(nèi)容我們采用動畫與板書相結(jié)合的形式，層層推導(dǎo)。首先利用動畫演示沉淀過程中不同類型的顆粒的運(yùn)動情況，再通過板書詳細(xì)分析每一類型的顆粒物的去除率，最后推導(dǎo)總的去除率，在這個過程中提一些小問題，一方面檢查學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況，另一方面在教師推導(dǎo)的過程中，調(diào)動學(xué)生的思考的積極性，而不是被動的吸收。

在水處理工程中，通過沉淀池來分離去除顆粒物的，因此在沉淀柱實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本節(jié)課的第二部分內(nèi)容，推導(dǎo)沉淀池的去除效率計算方法。在這一部分講授過程中除了采用動畫與板書之外，還可以利用知識的遷移性降低這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)難度。沉淀柱主要是研究顆粒在一維方向上的運(yùn)動，沉淀池則考慮顆粒在二維方向上的運(yùn)動。因此在講解沉淀池中顆粒的運(yùn)動時，側(cè)重講解橫向運(yùn)動，縱向運(yùn)動規(guī)律與沉淀柱中的類似，可采用提問的方式由學(xué)術(shù)描述，教師板書。

（三）以實(shí)際工程問題為例，講解公式的應(yīng)用方法，化解難點(diǎn)

上述兩個重要公式的講解主要采用推導(dǎo)法，但學(xué)習(xí)這兩個公式的目的是為了應(yīng)用，因此在課堂的后15min，舉了一個具體的工程例子，安排學(xué)生就近分組討論10min，最后再由教師進(jìn)行總結(jié)。這也是這節(jié)課創(chuàng)新的一個地方。因?yàn)檫@個問題并不是學(xué)生直接套用公式就能解決的，它其實(shí)是一個逆向推導(dǎo)的過程，可以根據(jù)q=Q/A求A？，所以問題就轉(zhuǎn)化為求q，q在數(shù)值上等于u，怎么求u？學(xué)生在討論的時候一般會卡在這兒，教師在他們討論時可以給一些提示，u其實(shí)是可以根據(jù)E-u曲線求的（解決難點(diǎn)），那問題就轉(zhuǎn)為E-u曲線的繪制，如何繪制E-u曲線，就是我們這節(jié)課第一部分講的內(nèi)容。最后再幫大家梳理一下這道題的解題思路，重現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)，作為這節(jié)課的總結(jié)，加深學(xué)生印象。

（四）在課程網(wǎng)站上提供拓展學(xué)習(xí)資料，補(bǔ)充課堂知識

在課程網(wǎng)站提供這一章節(jié)的拓展資料，一部分是有關(guān)于沉淀的流體力學(xué)方面的基礎(chǔ)，另一部分是沉淀部分的工程設(shè)計實(shí)例，供感興趣的同學(xué)自主學(xué)習(xí)。

（五）借助課后作業(yè)和網(wǎng)站的測試題，考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

課后習(xí)題便于學(xué)生自我考核學(xué)習(xí)效果，進(jìn)一步鞏固和夯實(shí)知識基礎(chǔ)。而網(wǎng)站上的測試題，在第三章講授結(jié)束之后，會讓學(xué)生到網(wǎng)站上完成測試題，測試題包括填空和選擇題兩個題型，針對沉淀這一節(jié)的題目內(nèi)容主要檢查學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況。

四、總結(jié)

本節(jié)課的安排充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)理念，這一教學(xué)理念也貫穿于整個《環(huán)境工程學(xué)》的課程設(shè)計安排中。

經(jīng)費(fèi)來源：紹興文理學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)課程：編號040702

（作者單位：紹興文理學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院浙江紹興）