“水處理工程設(shè)計(jì)”教材“二次開發(fā)”實(shí)踐研究

摘要：“二次開發(fā)”既是教師在使用過(guò)程中基于現(xiàn)有教材的相關(guān)知識(shí)二次整理，也是學(xué)生基于現(xiàn)有教材的學(xué)習(xí)方法的創(chuàng)新，是提高教學(xué)效果的重要途徑之一。在多年的教學(xué)實(shí)踐中以環(huán)境類學(xué)科的“水處理工程設(shè)計(jì)”為例，對(duì)如何做好“二次開發(fā)”活動(dòng)、“二次開發(fā)”的原則、方法、決策過(guò)程和實(shí)施思路等進(jìn)行探討。教學(xué)活動(dòng)中，教材是基礎(chǔ)，貫徹實(shí)施學(xué)科思想是教學(xué)目的，“二次開發(fā)”實(shí)質(zhì)上是基于教材、圍繞學(xué)科思想的教師個(gè)性化教學(xué)活動(dòng)，開發(fā)方法包括擴(kuò)展、刪簡(jiǎn)、修改/替代等。對(duì)2009-2012年級(jí)環(huán)境類學(xué)生的調(diào)查問卷表明，85%的學(xué)生反映教師的“二次開發(fā)”活動(dòng)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)幫助很大。

關(guān)鍵詞：“二次開發(fā)”；學(xué)科思想；水處理工程設(shè)計(jì)；開發(fā)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）21-0104-03

教材“二次開發(fā)”是指教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)實(shí)施中按照一定課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱對(duì)教材既有內(nèi)容進(jìn)行適度增刪、邏輯調(diào)整和再加工，并對(duì)其他教學(xué)素材優(yōu)化選用和開發(fā)，使之更好地適應(yīng)具體的教育教學(xué)情景和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。它以既有教材為依托，既忠于教材的設(shè)計(jì)思想和邏輯安排，又超越教材狹窄空間，一般來(lái)說(shuō)包括三個(gè)層面含義[1-3]：一是對(duì)教材靈活、創(chuàng)造性和個(gè)性化的運(yùn)用，二是對(duì)相關(guān)教學(xué)資源的選擇、整合和優(yōu)化，三是指在已有基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)素材的自主開發(fā)。從這個(gè)意義上講，“二次開發(fā)”不僅是教學(xué)方法和手段的改造與創(chuàng)新，更是基于課程大綱和課程標(biāo)準(zhǔn)、體現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)和因材施教思想、適用于實(shí)際教學(xué)情境的重新建構(gòu)。而開展對(duì)教材的開發(fā)，教師首先要對(duì)教材內(nèi)容和邏輯熟練把握，并在此基礎(chǔ)上體會(huì)相關(guān)外圍相關(guān)知識(shí)與教材內(nèi)容及其所要表達(dá)的邏輯性和內(nèi)在關(guān)系，摒棄原有的“照本宣科”式固定化和模式化教學(xué)，由內(nèi)而外挖掘教材所蘊(yùn)含的學(xué)科思想與方法。

工科學(xué)生的專業(yè)設(shè)計(jì)課是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要學(xué)生在公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課、實(shí)習(xí)見習(xí)以及大量設(shè)計(jì)規(guī)范、經(jīng)濟(jì)性要求的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)材料加以分析，對(duì)多種工藝流程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和可行性對(duì)比，對(duì)工藝單元外形、結(jié)構(gòu)、設(shè)備安置、功能控制點(diǎn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。專業(yè)設(shè)計(jì)課不但要教授學(xué)生基本設(shè)計(jì)知識(shí)和綜合能力，而且也應(yīng)一步步引導(dǎo)學(xué)生建立良好的、主動(dòng)的創(chuàng)造性思維方法，這是專業(yè)設(shè)計(jì)課程相對(duì)其他課程的最大特點(diǎn)。以核心知識(shí)點(diǎn)帶相關(guān)知識(shí)群，并根據(jù)學(xué)生具體學(xué)習(xí)情況反饋調(diào)節(jié)，最大程度改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。輔助材料主要應(yīng)包括國(guó)家和行業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)、相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例分析等。

“水處理工程設(shè)計(jì)”是環(huán)境工程/環(huán)境科學(xué)學(xué)科一門重要的專業(yè)課，目前多數(shù)采用《排水工程》（張自杰主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社）、《水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)與計(jì)算》（韓洪軍主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版）等作為參考教材，內(nèi)容大多局限于“理論-規(guī)范-計(jì)算例題”的方式，教學(xué)過(guò)程中不少學(xué)生反映僅采用教材授課可理解性較差、無(wú)法獲取完整的設(shè)計(jì)知識(shí)。具體表現(xiàn)為知識(shí)點(diǎn)較零散，課程內(nèi)容連貫性、內(nèi)在邏輯性把握不好；重點(diǎn)不突出，學(xué)習(xí)目的不明確等。為此，我們對(duì)課程教學(xué)的目標(biāo)重新設(shè)定的基礎(chǔ)上，從開發(fā)原則、決策方法、開發(fā)目標(biāo)、開發(fā)策略和實(shí)施技巧等方面進(jìn)行了實(shí)踐研究，以制定方案和實(shí)施教學(xué)。

一、“二次開發(fā)”的原則

教材是實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的主要框架。對(duì)于教材的直接使用者——教師和學(xué)生來(lái)說(shuō)，一本好的教材應(yīng)規(guī)劃了課程的全部?jī)?nèi)容，而且在結(jié)構(gòu)上支持前后連貫和一致，是完成基本教學(xué)內(nèi)容和展現(xiàn)課程提要的重要手段。教材不但呈現(xiàn)了“教什么內(nèi)容”，還解決了“如何教”、“用什么素材教”、“用什么方法教”等問題。[4]具體而言，在教學(xué)過(guò)程中的“二次開發(fā)”實(shí)際上是根據(jù)教學(xué)框架需要對(duì)教材和素材的合理選擇與利用，并在教學(xué)過(guò)程中動(dòng)態(tài)生成具體教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程。關(guān)鍵點(diǎn)在于對(duì)教材專題的編排特點(diǎn)和組織線索的分析，對(duì)每一知識(shí)點(diǎn)的階段性目標(biāo)與核心知識(shí)的把握。從教師角度而言，應(yīng)在理解的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新。

1.保證學(xué)科思想的貫徹

學(xué)科思想是展現(xiàn)課程大綱，并引導(dǎo)學(xué)生在符合學(xué)科邏輯性思維上建立良好學(xué)習(xí)方法的重要基石，在“二次開發(fā)”過(guò)程中可優(yōu)先采用本學(xué)科的類比、聯(lián)想和舉例等方法，如在“水處理工程設(shè)計(jì)”中關(guān)于“二沉池”的設(shè)計(jì)部分講授時(shí)，教材編排思路是：二沉池的設(shè)置位置—二沉池的類型—二沉池的設(shè)計(jì)參數(shù)，而二沉池的沉淀工作原理、池型與前面章節(jié)中的“初沉池”均有一定相似之處，將其作為類比基礎(chǔ)，先簡(jiǎn)化處理部分細(xì)節(jié)，如進(jìn)水整流單元、出水堰、污泥斗設(shè)置和浮渣清除裝置等，然后根據(jù)初沉池的主要工作原理讓學(xué)生推測(cè)二沉池工作原理，并進(jìn)一步定性推斷二者沉淀對(duì)象的差異對(duì)具體設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)池型、排泥方式可能產(chǎn)生的影響，然后再重新審視教材編排內(nèi)容，分析對(duì)比課前推斷與實(shí)際內(nèi)容的相同之處與差異。

二沉池的章節(jié)編排在工藝學(xué)習(xí)和初沉池學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，教學(xué)時(shí)應(yīng)注意考慮引導(dǎo)學(xué)生從不同方面對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)、未學(xué)知識(shí)建立聯(lián)系，并加以對(duì)照。通過(guò)引導(dǎo)問題，使較為抽象和零散的設(shè)計(jì)問題變得較為具體和生動(dòng)，學(xué)生可以逐步在已有的初沉池知識(shí)架構(gòu)中加以調(diào)整，形成二沉池的知識(shí)架構(gòu)，而進(jìn)行調(diào)整的手段恰恰是章節(jié)引導(dǎo)問題，學(xué)生對(duì)引導(dǎo)問題的印象記憶也會(huì)較為深刻，同時(shí)對(duì)初沉池和二沉池的設(shè)置差異也有了進(jìn)一步的理解。從某種意義上說(shuō)，這是真正理解了教材、合理使用教材的做法。

2.保持適當(dāng)難度

教師在“二次開發(fā)”中應(yīng)注重對(duì)教材的適應(yīng)和積極領(lǐng)會(huì)，并在把握教材的同時(shí)開展個(gè)性化演繹。但如果設(shè)定教學(xué)活動(dòng)難度過(guò)高，偏離多數(shù)學(xué)生的思維水平，那么“二次開發(fā)”也就失去原有的意義。仍然以二沉池的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為例，由于二沉池處理對(duì)象大部分為無(wú)法用等效粒徑描述的絮狀污泥，因此理想沉淀理論的應(yīng)用受到一定限制，偏差較大。工程上通常采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正方法，可保證誤差在實(shí)際應(yīng)用允許偏差范圍內(nèi)。由于少數(shù)學(xué)生對(duì)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的取值提出質(zhì)疑，教師曾經(jīng)在講授過(guò)程中試圖對(duì)理想沉淀理論進(jìn)行修正，參考力學(xué)專業(yè)研究生教材，引入非圓形修正系數(shù)和高等流體力學(xué)中關(guān)于紊流修正的Stokes公式，這使得二沉池沉淀理論難度大大增加，超出學(xué)生的理解范圍，不但造成教學(xué)工作量的增加，也使得學(xué)生學(xué)習(xí)效果下降。

由此可以看出，教師的“二次開發(fā)”要從學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的特點(diǎn)出發(fā)，在保證有一定擴(kuò)展度的前提下，還要使學(xué)生“跳一跳，夠得著”，既要保持預(yù)定的難度與深度，也要考慮到大多數(shù)學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平和接受能力；要做到“神似而形不似”，活動(dòng)既要保證開展的價(jià)值，還需要教學(xué)對(duì)象具備一定基礎(chǔ)和條件來(lái)承擔(dān)，使之真正成為引發(fā)學(xué)生思維和探索的重要手段。

3.明確開發(fā)目標(biāo)

“二次開發(fā)”是基于對(duì)現(xiàn)有教材的相關(guān)知識(shí)按照一定邏輯關(guān)系的重新組合和設(shè)計(jì)，其核心目標(biāo)與關(guān)鍵所在仍然是體現(xiàn)和忠于學(xué)科的思想與方法，教師所采取的措施和實(shí)施方案等也都應(yīng)為這一目標(biāo)服務(wù)。“二次開發(fā)”中，時(shí)刻保持教材的指導(dǎo)地位和基礎(chǔ)性。這就要求教師應(yīng)在理解和掌握教材整體框架的基礎(chǔ)上，參照課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱，以及針對(duì)教學(xué)對(duì)象設(shè)定階段性教學(xué)目標(biāo)，對(duì)具體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一定取舍和調(diào)整、個(gè)性化改造，力求教材和學(xué)生的相互適應(yīng)，從而促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。因此開發(fā)的目標(biāo)仍然是以突出和明確教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、體現(xiàn)教材思想和邏輯性、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，即“以人為本”。這個(gè)目標(biāo)應(yīng)該自始至終貫穿于“二次開發(fā)”過(guò)程中，并作為基本原則來(lái)指導(dǎo)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)。

二、“二次開發(fā)”的方法

教材作為第一手資料，無(wú)疑為教師提供了“二次開發(fā)”的堅(jiān)實(shí)平臺(tái)和廣闊空間，但同時(shí)衍生出的問題是具體教材處理方法方式上的復(fù)雜多樣。在信息知識(shí)爆炸的今天，各種環(huán)保問題層出不窮，各種水處理領(lǐng)域的新技術(shù)新工藝新設(shè)備不斷投入使用，教師應(yīng)如何遴選素材、有機(jī)組織，作出合理性決策、如何決定采用何種方法？下面將“水處理工程設(shè)計(jì)”課程講授過(guò)程中的常用方法總結(jié)如下：

1.擴(kuò)展：強(qiáng)化主題、擴(kuò)展知識(shí)

擴(kuò)展法主要指的是擴(kuò)展教輔素材，在教材的基礎(chǔ)上為闡明學(xué)科思想和學(xué)科知識(shí)選擇外延性知識(shí)，對(duì)教材作進(jìn)一步的延伸和拓展。具體到維度有橫向和縱向兩種表現(xiàn)形式[2，5]：“延伸”是指教師提供更多同類型的材料，主要表現(xiàn)為橫向知識(shí)“量”的變化，主要表現(xiàn)為相似范例的豐富，而“擴(kuò)展”是增加不同類型的材料，側(cè)重增加不同性質(zhì)的材料，著重提供不同知識(shí)點(diǎn)之間的“過(guò)渡支撐”，突出和強(qiáng)調(diào)素材之間的內(nèi)在聯(lián)系。在講授“水處理工程設(shè)計(jì)”活動(dòng)中，基于目前地表水的富營(yíng)養(yǎng)化污染狀況日趨嚴(yán)重，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50014-2006）》（2011版）中大幅度增加了污水的脫氮除磷部分內(nèi)容，并對(duì)已建、新建污水廠提出了相應(yīng)處理能力的要求，而相應(yīng)篇幅在教材中則體現(xiàn)較少。為了增加該部分知識(shí)量，教師特地引入“已建污水廠改建擴(kuò)建案例”、“新建污水廠脫氮除磷工藝案例”的內(nèi)容，使得該章節(jié)講授內(nèi)容得以豐富。另外，針對(duì)生物脫氮除磷的原理，將“生物脫氮主要發(fā)生在缺氧階段，而除磷則主要發(fā)生在嚴(yán)格厭氧階段”、“生物脫氮主要依靠污泥齡較長(zhǎng)的反硝化菌，而除磷主要依靠泥齡較短的聚磷菌”這一機(jī)理矛盾加以細(xì)化解釋，補(bǔ)充講授生物除磷、生物脫氮的步驟環(huán)節(jié)，使學(xué)生可以更好地理解為何傳統(tǒng)完全混合式曝氣池對(duì)氮磷去除效果較低，為何氧化溝工藝回流比的調(diào)整即可影響脫氮效果，對(duì)各個(gè)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)合也有了較為深刻的認(rèn)識(shí)。

2.刪簡(jiǎn)：基于學(xué)生的思維水平和學(xué)科思想

刪除和簡(jiǎn)化是有針對(duì)性的，并依據(jù)學(xué)生的思維水平、學(xué)習(xí)特點(diǎn)對(duì)一些較為簡(jiǎn)單的或者過(guò)于復(fù)雜而實(shí)際應(yīng)用意義較小以及與學(xué)科其他課程關(guān)系不大內(nèi)容和活動(dòng)進(jìn)行合理刪除或者簡(jiǎn)化，或是刪除、簡(jiǎn)化一些不合時(shí)宜的、陳舊的知識(shí)點(diǎn)，而且不影響學(xué)科思想貫徹實(shí)施的內(nèi)容和活動(dòng)。如20世紀(jì)六七十年代，我國(guó)近海海洋環(huán)境容量較大，加之環(huán)保行業(yè)投入人力物力有限，不少沿海地區(qū)曾大規(guī)模采用污水排海處理方式。但近年來(lái)該方法已經(jīng)產(chǎn)生明顯的副作用，近海污染日益嚴(yán)重，赤潮頻發(fā)。沿海各省先后大幅度提高排海水質(zhì)要求，并明文禁止污水直接排海?！八幚砉こ淘O(shè)計(jì)”中，關(guān)于污水排海部分內(nèi)容的篇幅約10頁(yè)，采用“初始軸線-污染云”復(fù)雜水質(zhì)擴(kuò)散模型計(jì)算，學(xué)習(xí)難度高、實(shí)際應(yīng)用意義不大。教師在講授過(guò)程中，刪除了該水質(zhì)模型計(jì)算部分內(nèi)容，并將“排海擴(kuò)散器”部分講授大大簡(jiǎn)化，只要求學(xué)生可以掌握“排海排放管”、“擴(kuò)散器”尺寸計(jì)算。這樣處理既考慮了學(xué)生的知識(shí)水平，又顧及學(xué)科思想的掌握。

3.修改/替代：體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)

針對(duì)部分教材內(nèi)容可能不能滿足和適應(yīng)具體學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有更好的詮釋方式，或有更合適或更先進(jìn)的內(nèi)容替代。例如“生物膜法處理工藝”章節(jié)中“空氣驅(qū)動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤”、“與沉淀池結(jié)合的生物轉(zhuǎn)盤”等工藝在實(shí)際應(yīng)用中較少出現(xiàn)，教師在講授過(guò)程中僅對(duì)其原理加以介紹，而講授重點(diǎn)則放在應(yīng)用較多的“淹沒式曝氣生物濾池”、“接觸氧化池”等工藝，并引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么前兩種工藝應(yīng)用較少？主要制約因素有哪些？而后兩種變形工藝則應(yīng)用較多？與前兩種的差別在哪些方面？對(duì)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)有何指導(dǎo)意義？通過(guò)修改和替代教學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生在掌握工藝特點(diǎn)、參數(shù)的前提下提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，并將學(xué)生注意力放在與學(xué)科思想關(guān)系更為密切的內(nèi)容上；在保證知識(shí)前后的系統(tǒng)性前提下最大可能滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求，提高教學(xué)活動(dòng)的有效性。

三、“二次開發(fā)”的決策過(guò)程和效果分析

近年來(lái)，隨著水處理設(shè)備、施工技術(shù)的飛速進(jìn)步，越來(lái)越多的新型水處理工藝得到應(yīng)用，體現(xiàn)在教材的層面上表現(xiàn)為內(nèi)容不斷充實(shí)，但相應(yīng)的課時(shí)卻沒有變化。這就對(duì)教師的決策和教學(xué)技巧提出了更高的要求。教師實(shí)施本輪開發(fā)思路與過(guò)程如。

為了解學(xué)生對(duì)新教法的反饋意見，教師利用課余時(shí)間對(duì)2009～2012級(jí)環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)調(diào)查160人次，其中對(duì)“二次開發(fā)”效果持肯定態(tài)度的學(xué)生占85%，僅有5%的學(xué)生表示對(duì)本門課程學(xué)習(xí)沒有明顯幫助，設(shè)計(jì)課程考核分?jǐn)?shù)也呈穩(wěn)中有升趨勢(shì)。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）