《水資源利用與保護》課程教學方法改革研究
——以山東建筑大學給排水科學與工程專業(yè)為例

陳淑芬,劉靜,伏苓

(山東建筑大學 市政與環(huán)境工程學院,山東 濟南 250101)

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《水資源利用與保護》課程教學方法改革研究

——以山東建筑大學給排水科學與工程專業(yè)為例

陳淑芬,劉靜,伏苓

(山東建筑大學 市政與環(huán)境工程學院,山東 濟南 250101)

《水資源利用與保護》是給排水科學與工程專業(yè)的一門主干必修課程，是以實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，滿足社會、經(jīng)濟、環(huán)境、生態(tài)需求為目的而設置的課程。文章以山東建筑大學給排水科學與工程專業(yè)為例，分析了《水資源利用與保護》課程在教學過程中存在的課程教學模式單一、教學時數(shù)少、實習教學環(huán)節(jié)缺乏、教材內(nèi)容滯后、考核形式單一等存在的問題及現(xiàn)狀；闡述了《水資源利用與保護》課程的特點及重要性；提出了通過改變授課方式、改變考核方式等教學改革措施，合理組織課堂內(nèi)外的教學設計，對《水資源利用與保護》的教學改革進行了認真探討。

水資源利用與保護；給排水科學與工程專業(yè)；課程特點；教學設計

0　引言

水資源是人類賴以生存繁衍的寶貴資源，是國民經(jīng)濟發(fā)展不可替代的自然資源與環(huán)境要素，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要物質基礎。多年來，人類對水資源無序的掠奪性開采與不合理利用所產(chǎn)生的與水有關的生態(tài)、環(huán)境及地質災害問題已成為制約可持續(xù)發(fā)展和影響人類健康與安全的重要因素。隨著人口的急劇增加和社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，以水資源短缺與污染為主要特征的水資源危機已受到國際水資源與水環(huán)境領域的廣泛關注[1]。目前，不合理的水資源開發(fā)利用造成的主要問題包括：水資源巨大浪費與水資源短缺并存、水資源污染導致“水質型”缺水顯著、生態(tài)環(huán)境惡化、環(huán)境地質問題突出。為實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，滿足社會經(jīng)濟環(huán)境的用水需求，《水資源利用與保護》課程應社會發(fā)展與環(huán)境變化之需求而引入給排水科學與工程專業(yè)，山東建筑大學市政與環(huán)境工程學院于2002年開始將該課程列入本專業(yè)的教學計劃中，現(xiàn)已成為本專業(yè)的一門主干必修課程。

為解決不斷出現(xiàn)的各種水資源問題，許多創(chuàng)新性技術和方法等不斷出現(xiàn)，與現(xiàn)實存在的教材更替慢，教學時數(shù)壓縮，實習教學環(huán)節(jié)缺乏等出現(xiàn)很大矛盾，與知識更新速度及培養(yǎng)目標不匹配。為此，許多高校對該門課程進行了相關的課程教學改革探討。張荔對該門課程進行設計、制定與實施教學案例探討，提出了新型案例教學模式[2]；熊正為等利用多媒體教學手段，開發(fā)電化實驗與模擬工程系統(tǒng)等教學方法，有效彌補實驗條件不足，系統(tǒng)與完善專業(yè)實驗，強化學生工程性訓練環(huán)節(jié)[3]；崔亞莉等強調教學實踐環(huán)節(jié)的重要性，提出要抓好地下水數(shù)值模擬上機實驗、讀書報告以及綜合作業(yè)等教學環(huán)節(jié)[4]。高素霞等通過充實教學內(nèi)容、改革教學手段、加強實踐教學等教改方法，提高學生的工程設計能力[5]。趙玲萍等就該門課程的教學內(nèi)容、教學方法及考核方式等做了探討，以期提高教學質量[6]。

上述不同高校的教改方法給我們山東建筑大學《水資源利用與保護》課程教改提供了許多啟示，同時，結合我們自己的特點去探索適合于本校學生的教改方法。文章以該課程中融入節(jié)水方法探討、將Excel應用于皮爾遜Ⅲ型曲線分析水文頻率計算等教學環(huán)節(jié)為例，通過改變授課方式和考核方式，克服當前教學中出現(xiàn)的問題，研究提高培養(yǎng)與挖掘大學生的實踐與創(chuàng)新能力的教改方法。

1　水資源利用與保護課程教學現(xiàn)狀及存在的問題

隨著人們對水資源研究的不斷深入，信息論、系統(tǒng)工程論等各種現(xiàn)代化理論在水資源系統(tǒng)研究中得到廣泛應用，各類確定性與非確定性識別與模擬水資源系統(tǒng)的方法、模型不斷涌現(xiàn)；與此同時，水資源量與質的綜合評價方法、節(jié)水技術的開發(fā)與應用、污水再生、回用技術以及水體污染控制與修復等新方法、新技術、新工藝的推出有風起云涌之勢。作為高等院校給排水科學與工程專業(yè)的學生應該學到最新的專業(yè)概念、最新的技術、工藝及優(yōu)化管理等方面的知識。此外，學生的知識與技能應集中于對水資源優(yōu)化管理的決策和解決水資源與水環(huán)境問題的實踐上，達到學以致用。但現(xiàn)狀教學與實際需求存在許多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1課堂教學模式單一

《水資源利用與保護》課程通常以課堂授課為主，盡管各高校電化授課比較普遍，但有的老師以文字為主的PPT居多，授課過程中充當解說員，存在老師主導授課，學生被動聽課的慣常問題，難以調動學生的學習興趣和積極性。

1.2教學時數(shù)少

按照高?！?厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的培養(yǎng)目標以及高校給排水工程學科專業(yè)指導委員會編制的專業(yè)規(guī)范要求，本學院《水資源利用與保護》課程學時由原來的56學時縮減為48學時，而授課內(nèi)容與知識信息量卻基本沒有變化，這就對教師提出了更高的要求。

1.3實習教學環(huán)節(jié)缺乏

該課程應用性強，與實踐工程有著緊密的聯(lián)系，但自開設課程至今缺少相關的課程設計安排。取水工程課程設計沒有設置專門的設計周，作為一個大作業(yè)，學生在設計中缺乏整體時間進行集中系統(tǒng)的構造設計，因而上交的作業(yè)往往隨意性較強，泵站選型及布置不合理，很少作品能夠體現(xiàn)出該設計的系統(tǒng)性與完整性。

近年來，國家在政策制定過程中加大了對農(nóng)業(yè)的傾斜力度，農(nóng)業(yè)也提升到了前所未有的戰(zhàn)略高度。隨著農(nóng)業(yè)科技水平的不斷提升和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新技術的應用，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式得到了徹底的轉型和升級，農(nóng)業(yè)也迎來了全新的發(fā)展機遇。

1.4教材內(nèi)容滯后

隨著水資源研究的不斷深入，一些新的水資源優(yōu)化配置方法、污水再用新技術、節(jié)水新方法、水資源模擬與模型的建立、信息化的運行等水資源利用與保護的理論和方法均在不斷發(fā)展與完善，一些專業(yè)術語和符號的規(guī)范統(tǒng)一化、一些新的分析計算方法等逐漸走向規(guī)范化，但教材的更新周期往往落后于科學進展，因而，緊扣世界水資源利用與保護的發(fā)展主題給老師提出了新的挑戰(zhàn)。

1.5考核形式單一

目前，各高?？己硕嘁蚤]卷筆試為主，題型主要有名詞解釋、填空題、判斷題、簡答題和計算題。其中的記憶性與理解性知識居多，考核創(chuàng)新性與創(chuàng)造性知識不足，與培養(yǎng)、挖掘大學生的實踐與創(chuàng)新能力的要求不匹配。

2　水資源利用與保護課程特點及作用

2.1課程特點

(1) 理論性強 《水資源利用與保護》的課程內(nèi)容包括：水資源的循環(huán)、賦存與分布，水資源評價的理論與方法，供需平衡分析，取水構筑物的選址與運行參數(shù)，節(jié)水理論、技術與評價體系，水資源保護與管理的方法與措施等，其內(nèi)容涉及不同領域與學科的理論和技術，如水文學、水文地質學、地下水動力學、統(tǒng)計學、取水工程、環(huán)境科學、水處理技術等，具有理論豐富，知識面廣，內(nèi)容復雜，但各部分內(nèi)容關聯(lián)性較差的特點[3-4]。

(2) 應用性強 本課程中節(jié)水技術的開發(fā)與應用，中水工程的開展與推廣，取水工程的位置選取、構筑物類型與構造的確定，開采試驗方法評價地下水允許開采量等內(nèi)容均與工程應用和實際生產(chǎn)緊密結合，是保證水資源可持續(xù)利用的重要實踐應用內(nèi)容。

2.2課程的作用

給排水科學與工程專業(yè)是我國給水排水行業(yè)高級人才培養(yǎng)和科技發(fā)展的重要支撐，是從事給水排水工程的設計、施工、運行和管理等工作，服務于城鎮(zhèn)及建筑給排水等領域，其核心任務是從事水的采集、輸配與水質控制，是參與社會水循環(huán)的主導專業(yè)。為滿足日益擴大的用水需求，許多大規(guī)模蓄水、調水與引水工程出現(xiàn)，使局部徑流條件發(fā)生重大或根本性改變，嚴重地干擾了水的自然循環(huán)過程，甚至危及到流域的水安全和生態(tài)安全[8]。水安全是關乎國家長治久安的大事，治水興水是民族之大業(yè)。當前，我國水資源環(huán)境面臨水資源短缺、水質型缺水、水生態(tài)損害等嚴俊形勢，培養(yǎng)學生掌握水資源保護與利用的最新發(fā)展理念、知識與技術，并將其轉化為治水興水的實踐，為中國實現(xiàn)水安全提供保障。

通過該課程的學習，使該專業(yè)的學生在全局上能夠把握水資源的合理開發(fā)與利用原則，初步具備應用水資源的形成規(guī)律進行水資源評價與分析的能力，具有服務于水資源利用與保護等領域的設計、評價、保護、管理等方面的工作能力和創(chuàng)新能力，為今后從事水的利用和水源保護及取水工程的設計、施工管理和科學研究等工作打下基礎。因此，要求學生具有將課堂知識與實踐相結合，對已知和未知的知識進行檢驗與更新，以便更好地服務于水資源與水環(huán)境領域[9-11]。

3　水資源利用與保護課程教學改革措施

美國著名的教育心理學家加涅在《教學設計原理》中指出，教學設計是規(guī)劃教學系統(tǒng)的過程，強調教學系統(tǒng)是資源和程序做出有利于學習的安排，強調刺激與誘導學生內(nèi)部心理環(huán)節(jié)，通過呈現(xiàn)刺激材料及誘導學習等教學事件，提高學生的學習注意力，促進知識的記憶與遷移[12]。因此，合理的教學設計是將已有的教學資源合理利用、課內(nèi)課外有機結合，為學生學習設計教學。針對不同的教學內(nèi)容，如何充分利用已有的教學條件與設備，加強課程學習，激發(fā)學生探求知識的欲望，都是教學設計要解決的問題。

文章根據(jù)《水資源利用與保護》的課程內(nèi)容、特點及目前教學中存在的主要問題，考慮到現(xiàn)有的教學條件與實驗設備，分別對授課方式和考核方式進行了改革探索與應用。經(jīng)過近幾年的教學探索，發(fā)現(xiàn)上述的教學設計，除了能夠克服當前教學存在的主要問題，有效完成教學任務，還極大地提高了學生課堂的學習效率、課后參與實踐的熱情，燃起愛水、保水與節(jié)水意識，促進學生們對節(jié)水技術、處理技術等的探求欲望。

3.1改變授課方式

(1) 注重問題導入式授課強調的是在教學過程中要注重學生是認知過程的主體，教學方法需以學生為中心，由教師的誘導、啟迪、啟示等方法開啟學生發(fā)現(xiàn)、發(fā)生、展開、發(fā)散、探索等自主學習、自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學方式，是當前教育領域廣泛討論并極具影響力的理論與實踐問題。

孔子曰：“不憤不啟，不悱不發(fā)?！弊プW生思維過程中的矛盾，啟發(fā)誘導，層層分析，步步深入，最后導出正確的結論。課程教學設計中，本著導入要新、精要講解、巧設問題的原則，針對每堂課的教學內(nèi)容，預先設定幾個相關問題，誘導學習，精心組織授課內(nèi)容。例如，水資源量的評價部分，對于很多學生來說，腦子里面可能有著一個模糊的概念，但是，究竟如何評價一個地區(qū)的水資源量、用什么方法、用什么參數(shù)表達等問題如何找到切入點，先修課程的相關內(nèi)容(如徑流深、徑流系數(shù)、空隙性、裘布依公式、達西定律等)如何應用于量的評價等，上述諸多問題對于學生來說既有新知識的導入，又有已學知識的融會貫通，既提高了學生的學習興趣，又提高了學生融會貫通將知識融入實踐的能力。

(2) 刺激材料的收集與呈現(xiàn)水體污染及由于不合理的水資源開發(fā)利用而導致的各種生態(tài)損失與水文地質災害等問題是當前水資源與水環(huán)境所面臨的現(xiàn)狀。及時收集水體污染、水環(huán)境破壞的最新文獻與圖片資料，包括地表水與地下水被污染的圖片及年報數(shù)據(jù)、由地下水過量開采所導致的地面塌陷災害等視頻及相關材料，通過PPT展示給學生；通過實地考察護城河、大明湖及學校周圍等城市水體狀況，讓學生直觀目睹水體污染現(xiàn)狀，判斷污染等級。通過視覺感官及心理方面的感受不但增強了學生的水質安全憂患意識和環(huán)保意識，引起學生對水資源問題的極大關注，對強化與增進其學習的內(nèi)在動力是非常有幫助的[13-14]。

(3) 探索討論式教學《關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》提出積極實行討論式教學，說明討論式教學是當今教學改革的必然選擇。在《水資源保護與利用》課程教學過程中，由于課時有限，如何將大量課程內(nèi)容在短時間內(nèi)有效傳遞，教學組成員積極探討討論式教學模式。針對《水資源利用與保護》的一些應用性強的問題，曾組織不同類型的興趣小組，例如水質檢測小組、節(jié)水指標討論小組、數(shù)據(jù)分析與處理小組等，小組成員帶著課堂提出與討論的問題，充分利用課余時間，在一起討論相關方案與內(nèi)容。

水質監(jiān)測小組根據(jù)以前開設的實驗課程，選擇某一種或兩種水質指標，通過查閱實驗方法、實驗儀器、水質標準、不同物質不同方法的檢出限等文獻，分析不同方法的優(yōu)缺點，討論不同污染物質實驗方法中的某些注意事項，例如磷是水質評價的重要指標，并且，測定正磷酸鹽的含量時可以采用離子色譜法、鉬銻抗分光光度法和氧化亞錫還原鉬藍法[15]，這些方法中具有哪些要求，哪些簡便易行，哪些靈明度高等，不同組的同學們在問題交流中洞開了眼界，捕捉到了水質研究的前沿信息，在質疑中提高了學生思考問題的能力。

數(shù)據(jù)分析與處理小組就《水資源利用與保護》課程中涉及到水文頻率曲線、抽水實驗曲線等許多處理數(shù)據(jù)的問題進行了分組討論與試驗，以繪制水文頻率曲線為例，利用教材中常規(guī)的方法必須經(jīng)過若干次參數(shù)調整才能得到滿意的擬合曲線，其工作量大且存在較大的目估誤差。但隨著計算機應用技術的不斷發(fā)展,一些通用軟件如EXCEL等具有強大的統(tǒng)計計算與繪圖功能，其內(nèi)置的面向對象的VBA應用軟件已經(jīng)成為優(yōu)秀的開發(fā)平臺，并且，已經(jīng)有應用于水文頻率計算的成功案例[16-17]。基于此，布置學生應用EXCEL軟件繪制海森幾率格紙和P—Ⅲ理論曲線。小組通過對比老方法——頻率格紙法，發(fā)現(xiàn)使用新方法可以很快得到滿意的參數(shù)和擬合曲線，極大地提高了解決問題的效率，等等。同學們通過小程序的開發(fā)與應用，既提高了專業(yè)繪制曲線的能力與計算機的應用能力，也提高了學生分析與解決問題的能力?？傊?，成立興趣小組，可充分利用課余時間，克服因教學時數(shù)不足而帶來的問題，使學生在實踐中掌握知識與技能，有效促進學生綜合素質的形成[19]。

(4) 充分利用多媒體技術 感性認識是想象與創(chuàng)造的基礎和源泉，教育心理學指出成功的教學離不開情景，真實的情景是學生接受新知識、輸入新信息的重要渠道。本課程與實踐工程密切相關，但許多知識是抽象的，例如：利用數(shù)值法評價地下水允許開采量中，有地下含水層結構概化、地下水流態(tài)概化、邊界條件概化等水文地質條件概化知識；管井施工中泥漿循環(huán)護壁去屑的循環(huán)流程如何進行；取水工程或水處理工程的一些隱蔽構造等，這些內(nèi)容僅憑想象很難理解，而現(xiàn)有的實習條件難以滿足現(xiàn)場教學要求。因此，授課老師發(fā)揮多媒體的技術優(yōu)勢，彌補實習條件的不足，利用多媒體技術模擬含水層結構、地下水流態(tài)與泥漿循環(huán)流程，展示各種水工程的剖面結構及工藝流程等方面內(nèi)容，積極創(chuàng)設不同實體的模擬情景，以增強學生的感性認識，加深對相關知識的理解，將理論與實踐有機結合。

3.2改變考核方式

為強化學生鞏固與加深理解所學理論知識，閉卷筆試形式還是重要的考核方式。但為培養(yǎng)學生運用理論解決實際問題，提高學生的實踐與創(chuàng)新能力，通過近幾年教學經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)撰寫小論文是一個非常好的考核手段，通過提高其成績占比(通常為30%)，來強化學生的重視程度。小論文的布置方法通常是結合最新的水資源利用與保護的一些熱點與教材中的一些難點問題，給學生擬定相關的主題，讓學生利用課后時間，通過網(wǎng)上圖書館或者借閱圖書資料等查閱文獻，自己組織文章結構與邏輯關系。曾經(jīng)布置的小論文題目有“水權制度的理解”、“探討工業(yè)節(jié)水指標體系優(yōu)缺點”、“節(jié)水激勵機制探討”等，以“探討工業(yè)節(jié)水指標體系優(yōu)缺點”為例，同學們查閱現(xiàn)有的節(jié)水指標體系，并就每個指標體系可能有的優(yōu)點與缺點分別論述。根據(jù)小論文的批改，發(fā)現(xiàn)還是有很多亮點，例如，有的同學提出“萬元工業(yè)產(chǎn)值取水量”這一節(jié)水指標，優(yōu)點是簡單明了，與國民經(jīng)濟發(fā)展計劃緊密結合；缺點是受市場供求與時空影響明顯，不同地域、不同時間、供求緊張與否等因素會影響萬元產(chǎn)值取水量的大小。這個優(yōu)缺點的提出，說明學生上網(wǎng)查閱資料或者真正動腦思考了，只要用心查閱資料或思考就會有收獲。小論文的撰寫，在提高學生學術修養(yǎng)與組織撰寫能力外，不僅彌補了因教材更替慢而獲取的緊扣時代發(fā)展的理論與知識，還及大地提高了學生的創(chuàng)新能力，是一個值得推廣的考核方式。

4　結語

通過對《水資源利用與保護》課程教學改革的探討與嘗試，克服了因壓縮教學時數(shù)與教材更新周期慢的問題，使學生能緊跟新技術、新理念、新工藝的發(fā)展方向，在激發(fā)學生的學習興趣，深化所學專業(yè)知識，培養(yǎng)學生動手、動腦、創(chuàng)新能力等方面均取得了一定成效，但仍有一些問題如取水工程設計在不安排專門設計周的條件下，如何提高其設計質量與品質等是今后教學改革過程中需要不斷完善與提高的環(huán)節(jié)。

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(學科責編：王光銀)

ResearchonthereformofteachingmethodsinWaterResourcesUtilizationandConservation:AcasestudyofShandongJianzhuUniversity

ChenShufen,LiuJing,FuLing

(SchoolofMunicipalandEnvironmentEngineering,ShandongJianzhuUniversity,ShandongJinan, 250014,China)

WaterResourcesUtilizationandConservationisamainspecializedcourseforwatersupplyanddrainageengineering,andthegoalofthiscourseistorealizethesustainableutilizationofwaterresourcesandmeetthedemandofsocial,economic,environmentandecology.BytakingthewatersupplyanddrainageengineeringofShandongJianzhuUniversityasanexample,thepaperanalyzestheexistingproblemsandthepresentsituationintheteachingprocessofWaterResourcesUtilizationandConservation,suchasteachingmodelofsingle,lessteachingtime,lackingofpracticeteachinglink,laggingoftheteachingmaterialcontent,theinspectionformasingle,etc.ItexpoundsthecharacteristicsandimportanceofWaterResourcesUtilizationandConservation,proposestheteachingreformmeasuresbychangingtheteachingandexaminationmethodstoorganizetheteachingdesignin&outofclass,thusdoingcarefulresearchonthereformofteachingmethods.

waterresourcesutilizationandconservation;watersupplyanddrainageengineering;coursecharacteristics;teachingdesign

2015-12-11

陳淑芬(1968-),女,副教授,博士,主要從事水處理技術與水資源優(yōu)化等方面的研究.E-mail:ccssff266121@sdjzu.edu.cn

1673-7644(2016)02-0200-05

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