《水處理工程》課程教學(xué)改革初探

張鳳榮，韓丹丹，汪 濤，武利順

(菏澤學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山東 菏澤 274015)

《水處理工程》是高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的一門主干必修專業(yè)課，是一門應(yīng)用性和實踐性很強的課程。它的許多重要概念、理論、規(guī)律以及許多重要的實驗手段對環(huán)境學(xué)科及相關(guān)學(xué)科具有重要的指導(dǎo)作用。本課程涉及知識面較寬，具有多學(xué)科交叉性、實踐性、時代性和前沿性，兼具理科和工科的特點。

本課程的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)水污染控制工程的基本理論，水污染控制的基本知識和基本方法，工程設(shè)備和結(jié)構(gòu)。培養(yǎng)學(xué)生從工程角度分析和處理實際問題的能力。通過本課程，學(xué)生將為未來污水處理工程的設(shè)計，運行，管理和科研工作奠定堅實的基礎(chǔ)。通過本課程，學(xué)生將掌握污水的物理，化學(xué)和生物特性及其表達方法；掌握物理處理方法，化學(xué)處理方法和生物處理方法的原理，特點和適用范圍；掌握污水處理廠各種水污染控制技術(shù)設(shè)備計算，系統(tǒng)布局，工藝設(shè)計和運行管理的知識。培養(yǎng)學(xué)生從不斷變化的實際問題中把握事物本質(zhì)的能力，掌握解決問題的思路和方法。在近幾年《水處理工程》教學(xué)過程中，筆者參考了相關(guān)改革經(jīng)驗[1-3]，努力探索課程教學(xué)改革和實踐，并結(jié)合學(xué)校的專業(yè)優(yōu)勢，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上進行改革，從而使課程體系更好地適應(yīng)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的發(fā)展，收效顯著。

1 教學(xué)內(nèi)容

1.1 教材的選定

課堂教學(xué)選自同濟大學(xué)高廷耀教授主編的《水污染控制工程》(第四版)，該書是“十二五”國家級規(guī)劃教材，其第三版是“十一五”國家級規(guī)劃教材，第二版是面向21世紀課程教材。本書是在第三版的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來水污染控制在理論、技術(shù)等方面的進展，對內(nèi)容做了較為全面的修訂和補充。另外，為了使學(xué)生更好地理解教科書的內(nèi)容，筆者選擇了中國建筑工業(yè)出版社張自杰主編的《排水工程 下冊》(第四版)和中國環(huán)境科學(xué)出版社出版的《注冊環(huán)保工程師專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材》(第三版)，作為參考資料。除此之外，本課程還將國家質(zhì)量標準、污染物排放標準和一些相關(guān)的行業(yè)標準作為參考資料。

內(nèi)容包括污水水質(zhì)和污水出路、污水的物理處理、污水生物處理的基本概念和生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)、活性污泥法、生物膜法、穩(wěn)定塘和污水的土地處理、污水的厭氧生物處理、污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理、城市污水回用、污泥的處理與處置、污水處理廠設(shè)計等。

根據(jù)后續(xù)課程、可持續(xù)發(fā)展的需要、在實際中的應(yīng)用以及現(xiàn)有學(xué)生基礎(chǔ)，確定授課內(nèi)容；應(yīng)用“相似性”原理，將本課程的主要教學(xué)內(nèi)容劃為四個教學(xué)模塊，即“物理法”、“化學(xué)法”、“物理化學(xué)法”、“生化法”。課程總學(xué)時為64學(xué)時，分為理論教學(xué)(48學(xué)時)和實驗教學(xué)(16學(xué)時)。

1.2 課程重點難點

《水處理工程》教學(xué)內(nèi)容涉及廣泛的知識，包括物理學(xué)、四大化學(xué)和環(huán)境生物學(xué)，以及許多基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程的重點是讓學(xué)生從他們學(xué)到的專業(yè)知識轉(zhuǎn)變?yōu)樗廴究刂乒こ虘?yīng)用，并在此過程中，讓學(xué)生了解掌握水污染控制的工程方法。將污水水質(zhì)指標、污水處理理論、原理和工藝技術(shù)設(shè)計與計算的知識點緊密結(jié)合，使學(xué)生對不同水質(zhì)的水水質(zhì)理論有一個全面系統(tǒng)的認識，提高其工程應(yīng)用能力。

本課程的難點在于如何培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神，提高理論與實踐的聯(lián)系，解決實際工程問題的能力。根據(jù)廢水的水質(zhì)特征，學(xué)生可以將各種廢水處理單元操作和他們學(xué)到的單元過程結(jié)合起來，形成適合處理不同水質(zhì)廢水的處理系統(tǒng)。同時，也很難培養(yǎng)學(xué)生順應(yīng)國際學(xué)術(shù)發(fā)展的潮流，了解學(xué)科的前沿發(fā)展，掌握新的理論和新技術(shù)。因此，在教學(xué)中如何解決好這些問題至關(guān)重要。

更新知識體系是解決上述問題最為直接的辦法。課程教學(xué)內(nèi)容基于該領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)發(fā)展，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容和體系，并丟棄一些舊的教學(xué)內(nèi)容。將新的技術(shù)、流程和新思想融入教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生知識的應(yīng)用范圍。

應(yīng)用“相似性”原理，主要教學(xué)內(nèi)容劃為四個教學(xué)模塊，即“物理法”、“化學(xué)法”、“物理化學(xué)法”、“生化法”。在講授課程時，適當調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的順序，并將相似的內(nèi)容安排到同一教學(xué)模塊中集中教學(xué)，起到了“溫故知新”的成效。模塊教學(xué)實現(xiàn)了多種知識的“集約化”，便于學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)，取得了良好的教學(xué)效果。

當今是知識爆炸的時代。時刻跟蹤學(xué)科前沿的發(fā)展動態(tài)，及時將新知識新技術(shù)引入教學(xué)中，如一種新型高效脫色劑的發(fā)現(xiàn)，一種新型的污水處理設(shè)備的發(fā)明等，這些都會把學(xué)生的求知欲激發(fā)起來，進而拓寬其知識面。

2 課程教學(xué)改革

取得良好教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是采用正確的教學(xué)方法。作為一門實踐性較強的課程，《水處理工程》課程內(nèi)容相對繁瑣，學(xué)生學(xué)起來有一定的難度。傳統(tǒng)的授課方式—教師講授，學(xué)生聽課做筆記，由于形式過于單一，學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性難以發(fā)揮。因此新的授課方式的采用，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的調(diào)動，課堂教學(xué)質(zhì)量的提升變得尤為重要。

2.1 課堂教學(xué)方法的改進

根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生特點，靈活應(yīng)用啟發(fā)引導(dǎo)(理論部分的基礎(chǔ)知識)、小組討論(提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與意識)、案例分析(給出污染實例，引導(dǎo)學(xué)生討論)、模型演示和現(xiàn)場教學(xué)等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、樂于實踐，提高教學(xué)效果。

以問題引導(dǎo)教學(xué)法為例，河流為什么沒有污染？在回答這個問題的時候，讓學(xué)生回憶《環(huán)境學(xué)概論》[4]中提到的水體自凈是通過哪些作用完成的(物理作用、化學(xué)作用、生物凈化)？進而聯(lián)想到《環(huán)境工程原理》[5]中涉及到的污染物是如何擴散的，存在幾個階段(豎向混合階段、橫向混合階段、斷面充分混合階)？

對于困難較大、較復(fù)雜的能力訓(xùn)練項目，采用“小組討論”法開展協(xié)作學(xué)習(xí)，并注意學(xué)生的強弱搭配。每小組6人，并指定一個小組組長，協(xié)調(diào)確保討論有序進行。各組根據(jù)老師布置的任務(wù)，展開討論，并定期進行角色互換，使每位同學(xué)都能夠充分利用教學(xué)條件進行技能訓(xùn)練。最后由各組小組長分別匯報，教師總結(jié)。如此就提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與意識，學(xué)習(xí)的難度也會降低，從而培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和團隊意識。

2.2 多媒體教學(xué)手段的采用

我們改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式—傳授式，建立了課堂教學(xué)“1+n”模式—多媒體和板書相結(jié)合。該教學(xué)模式主要是充分發(fā)揮多媒體課件直觀、生動的信息優(yōu)勢；輔以“啟發(fā)式”、“討論式”等靈活生動的教學(xué)方法，如典型工程案例分析，典型構(gòu)筑物、設(shè)備工程圖片、Flash動畫、CAD工程圖紙鏈接、工程設(shè)計思考題等。多樣化的教學(xué)內(nèi)容表達方法達到了知識點的多層次分析

和3維及多維滲透的效果。

2.3 實驗教學(xué)與實踐教學(xué)的強化

本課程涵蓋16學(xué)時的實驗教學(xué)，包括專業(yè)基礎(chǔ)實驗(自由沉淀、化學(xué)混凝、曝氣充氧、厭氧消化、離子交換軟化、過濾)和綜合設(shè)計性實驗(氧化溝、SBR、成層沉淀、臭氧脫色、活性污泥特性、活性炭吸附)。為了培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，我們將同時開展實驗內(nèi)容和實踐教學(xué)。帶領(lǐng)學(xué)生實地參觀污水處理廠和自來水公司，通過工程師的現(xiàn)場解說，結(jié)合課堂上的理論講解，使學(xué)生對污水的各級凈化裝置及具體污染指標的測定方法等內(nèi)容弄懂吃透。在此基礎(chǔ)上，展開相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)實驗和綜合設(shè)計性實驗，達到了事半功倍的效果。另外，本教學(xué)環(huán)節(jié)涉及到的實驗報告和實踐教學(xué)總結(jié)均要求學(xué)生獨立完成。

2.4 成績評價體系的革新

目前高校里大多數(shù)課程的考核仍以期末考試成績和考勤為主，試題以課本例題和課后習(xí)題為主，這使部分學(xué)生養(yǎng)成了背題、記題、不善思考的壞習(xí)慣。結(jié)合本課程的一些特點和課程教學(xué)改革需要，我們將實驗與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的成績納入到總成績考核，全面評價學(xué)生的綜合能力。同時將期末考試試卷命題嚴格按照教學(xué)大綱要求，兼顧學(xué)生對基礎(chǔ)理論、基本技能、知識歸納和運用能力，主觀題和客觀題分值相當?shù)脑瓌t，做到教與學(xué)的統(tǒng)一。

3 結(jié)語

培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才是當前高校教育的目標。為實現(xiàn)這一目標，《水處理工程》作為高等院校環(huán)境專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生在課堂教學(xué)中獲取知識，培養(yǎng)其工程意識和解決實際問題的能力。在今后的教學(xué)中，筆者仍將繼續(xù)對教學(xué)內(nèi)容和授課方式進行革新，以培養(yǎng)出創(chuàng)新應(yīng)用型能力強的環(huán)境專業(yè)人才。