水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐與探索

陳廣春 曹 福 田 園

江蘇科技大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212000

水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐與探索

陳廣春 曹 福 田 園

江蘇科技大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212000

針對水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)這門課程的特點(diǎn)和環(huán)境工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方案的要求，從以夯實(shí)基礎(chǔ)知識為出發(fā)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容的選擇、“多媒體+板書”課堂授課方式的優(yōu)化、利用網(wǎng)絡(luò)平臺反哺教學(xué)及“分散多次、每人一題”的考核方式的革新等四方面，探討了如何更好地提高水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)這門課程的教學(xué)效果。

水處理構(gòu)筑物；教學(xué)；環(huán)境工程；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)是多數(shù)環(huán)境工程專業(yè)都會開設(shè)的一門專業(yè)必修課，是根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方案的要求，對水污染控制工程基本理論進(jìn)行深化和實(shí)踐的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1,2]。開設(shè)該課程的目的是使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)的水處理基礎(chǔ)知識，了解或掌握水處理工藝流程的選擇、單體構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算、輔助設(shè)備和設(shè)施的設(shè)計(jì)計(jì)算、水處理構(gòu)筑物的平面布置和高程布置等內(nèi)容。在授課過程中，如何將傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而有效提高課程教學(xué)效果，是一個(gè)值得深入研究的問題。

1 以夯實(shí)基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的授課內(nèi)容設(shè)置

水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)是著重介紹水污染控制工程中所涉及的各種構(gòu)筑物的具體計(jì)算方法的一門課程，多設(shè)為32學(xué)時(shí)，因此課時(shí)不多，應(yīng)著重介紹各種基礎(chǔ)的污水及污泥處理構(gòu)筑物、污水泵站的設(shè)計(jì)，并介紹構(gòu)筑物的平面布置原則、方法與高程計(jì)算的內(nèi)容。除緒論部分介紹水處理工程設(shè)計(jì)的原則、方法及程序外，教學(xué)內(nèi)容可分為4章：第一章主要介紹污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，由于各種污水處理構(gòu)筑物種類最多，因此此章內(nèi)容較多，為授課重點(diǎn)；第二章主要介紹污泥處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，主要介紹污泥濃縮池和污泥消化池的設(shè)計(jì)；第三章則主要介紹污水及污泥泵的選擇及污水處理泵站的設(shè)計(jì)；第四章介紹污水處理廠(站)的平面布置與高程布置，重點(diǎn)為高程計(jì)算的內(nèi)容。其中第一、二章每種污水、污泥處理構(gòu)筑物自成一節(jié)，講授2學(xué)時(shí)。每種構(gòu)筑物均按照結(jié)構(gòu)、工藝特點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù)、計(jì)算公式的思路加以講解，并最終通過至少一道大例題展示其具體計(jì)算過程。

在第一章中，除講授基本的水處理構(gòu)筑物，如格柵、調(diào)節(jié)池、沉砂池、沉淀池、曝氣池等之外，還介紹常用的水處理技術(shù)中的主體構(gòu)筑物，如生物接觸氧化池與生物濾池、氧化溝、SBR及UASB反應(yīng)器等，在時(shí)間允許的情況下，可以安排介紹下隔油池。在以上內(nèi)容的講解過程中，尤其要注意基礎(chǔ)知識的扎實(shí)。例如調(diào)節(jié)池中除水量調(diào)節(jié)池之外，著重介紹各類異程式水質(zhì)調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)方法，并通過具有各時(shí)段水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)的例題展示如何分別計(jì)算水量和水質(zhì)調(diào)節(jié)池大?。怀辽俺匾还?jié)中平流、曝氣及鐘式沉砂池計(jì)算，沉淀池中平流、豎流、輻流、斜流式沉淀池的細(xì)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及計(jì)算方法均應(yīng)詳細(xì)介紹；曝氣池除進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計(jì)算之外，通過供氣量例題的講解使學(xué)生掌握整個(gè)空氣管路的計(jì)算方法。除此之外，常用的水處理工藝中用到的生物膜法處理構(gòu)筑物主要介紹生物接觸氧化池及生物濾池設(shè)計(jì)；氧化溝主要介紹Carrousel，Orbal及三溝式氧化溝的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；SBR及UASB反應(yīng)器分別通過例題介紹其設(shè)計(jì)方法，其中UASB要注意環(huán)形配水器的設(shè)計(jì)。第二章主要介紹污泥處理構(gòu)筑物，主要介紹污泥濃縮池、污泥消化池的設(shè)計(jì)計(jì)算。其中污泥濃縮池著重介紹固體通量法和柯伊-克里維什公式計(jì)算法，污泥消化池著重介紹圓柱及蛋型消化池的池型計(jì)算及熱工計(jì)算。第三章泵與泵站的內(nèi)容重點(diǎn)在于泵的選型及合建式污水泵站的設(shè)計(jì)計(jì)算。而在第四章中，污水處理流程的高程計(jì)算則是重點(diǎn)，必須詳細(xì)介紹污水管道的選擇方法及沿程、局部水頭損失算法，并結(jié)合具體例題使學(xué)生掌握污水處理流程確定各水面、頂面、底面高程的計(jì)算方法。

2 “多媒體+板書”的授課方法

水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)課程開設(shè)在水污染控制工程之后，雖然水污染控制工程已經(jīng)初步介紹了各種污水及污泥處理設(shè)施的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，但這些構(gòu)筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)常較復(fù)雜，需要較強(qiáng)的抽象思維和空間思維才能理解[3]。因此，教師僅利用傳統(tǒng)教學(xué)方法很難將其描述清楚，必須借助動(dòng)畫、視頻及圖片的大力應(yīng)用。在開始介紹構(gòu)筑物及介紹其類型、細(xì)部結(jié)構(gòu)時(shí)，均通過動(dòng)畫與仿真視頻展示其運(yùn)行方式。如通過動(dòng)畫或視頻展示出構(gòu)筑物的三維立體圖及內(nèi)部的細(xì)部構(gòu)造，配以水流方向示意。然后在課堂授課中，可采用大量細(xì)節(jié)圖片，展示如進(jìn)出水管、出水堰、排泥裝置等，使學(xué)生對構(gòu)筑物整體結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)均有比較直觀的感受。為增加學(xué)生對此種構(gòu)筑物計(jì)算過程的理解，必須逐個(gè)介紹各設(shè)計(jì)計(jì)算公式，并解釋清楚各參數(shù)含義。這其中特別要注意的一點(diǎn)是，當(dāng)前流行的各科教學(xué)中，普遍存在對于PPT課件過分依賴的情況。而據(jù)大量學(xué)生反饋，若僅僅展示PPT和動(dòng)畫，而黑板上一無所有，學(xué)生認(rèn)為教師的角色近似于電影放映員，而學(xué)生也往往對一頁頁放映的PPT難以留下深刻印象，常常一節(jié)課下來沒有來得及記任何筆記，收獲較少[4,5]。因此，現(xiàn)在的課堂教學(xué)仍不能忽視傳統(tǒng)教學(xué)方式——板書的引導(dǎo)作用。我們強(qiáng)調(diào)在黑板上除寫出章節(jié)號和條目內(nèi)容外，針對本門課程特點(diǎn)，特別要將每種構(gòu)筑物的具體計(jì)算公式按順序?qū)懺诤诎迳稀＿@樣的好處一是方便學(xué)生分辨出重點(diǎn)；二是通過在黑板上對公式中出現(xiàn)的參數(shù)的標(biāo)記及公式推演，加深學(xué)生對這一計(jì)算公式的理解。同時(shí)，當(dāng)PPT展示具體例題的計(jì)算過程時(shí)，正好可以與黑板上寫出的公式一一對照、遙相呼應(yīng)。這樣按一定的邏輯順序一步步板書推演，做到了脈絡(luò)清晰，使學(xué)生理解了公式及計(jì)算方法的來龍去脈及具體用法。

3 利用網(wǎng)絡(luò)課程反哺課堂教學(xué)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在可以說已進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代。也就是說，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)已經(jīng)對當(dāng)前社會的各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生的了深刻的影響，對教育界更是具有顛覆性的影響[6]。雖然多媒體教學(xué)手段已使高校教學(xué)手段多樣，形式靈活生動(dòng)，但多數(shù)為教師教授、學(xué)生接受的單向行為，仍然缺少師生及學(xué)生與科目之前的互動(dòng)。正如有句話所說，“Tell me, and I will forget; show me, and I will remember; Involve me, and I will understand”。因此，網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)學(xué)習(xí)無疑會大大加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使MOOC(大規(guī)模開放在線課程)及SPOC(小規(guī)模限制性在線課程)等網(wǎng)上教學(xué)平臺大量出現(xiàn)，使課堂之外的自我教育及自主按需學(xué)習(xí)成為可能。在本校或天空教室等網(wǎng)絡(luò)平臺建立水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，同時(shí)學(xué)生不僅可自主學(xué)習(xí)課程教學(xué)內(nèi)容及各構(gòu)筑物的動(dòng)畫、視頻，查看課程所涉及的部分規(guī)范及規(guī)程的電子版本，同時(shí)還可在此平臺上與教師或其他學(xué)生之間形成互問互答等互動(dòng)。這種課程互動(dòng)系統(tǒng)，可大大增加學(xué)生對課堂教學(xué)的關(guān)注度，同時(shí)又喚起了學(xué)生的參與熱情，使學(xué)生對課程更感興趣，同時(shí)更易牢記掌握。因此，利用網(wǎng)絡(luò)課程輔助課堂教學(xué)，相當(dāng)于把傳統(tǒng)的單向教授學(xué)習(xí)系統(tǒng)調(diào)整為以學(xué)生自我為中心的蜘蛛網(wǎng)式學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，這種知識結(jié)構(gòu)的重建，相當(dāng)于充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的自組織學(xué)習(xí)，必將為課程的學(xué)習(xí)方式帶來翻天覆地的變革。

4 “分散多次、每人一題”的考核方式

傳統(tǒng)的課程考核方式主要以開卷或閉卷考試為主，往往要求學(xué)生在120分鐘內(nèi)解答試卷題目，而最終的考核成績多以試卷分?jǐn)?shù)占70%，平時(shí)成績占30%組成。但水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)過程往往是參照規(guī)范而進(jìn)行的，設(shè)計(jì)中用到的各個(gè)參數(shù)也需要到規(guī)范或課本中查閱而獲得，往往一個(gè)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)過程就會占用較長時(shí)間，所以并不適合這種傳統(tǒng)的考核方式。因此，鑒于此門課程實(shí)踐性強(qiáng)的這一特點(diǎn)，我們在實(shí)際的教學(xué)考核中采用了“分散多次、每人一題”的實(shí)戰(zhàn)考核方式，也就是說，隨課堂內(nèi)容進(jìn)展而向?qū)W生布置設(shè)計(jì)題目，如：講解到調(diào)節(jié)池時(shí)，要求學(xué)生分別設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)調(diào)節(jié)池；講到曝氣池時(shí)，要求學(xué)生每人進(jìn)行曝氣池的容積計(jì)算和供氣管路計(jì)算；講到氧化溝時(shí)，要求學(xué)生分別設(shè)計(jì)Carrousel，Orbal或三溝式氧化溝……這樣以平時(shí)的設(shè)計(jì)題目取代期末的閉卷考試，根據(jù)這些題目的完成質(zhì)量綜合給出評分，占最終成績的70%。同時(shí)，在布置這些設(shè)計(jì)題目時(shí)，為避免彼此之間的抄襲，采用題目中數(shù)據(jù)與學(xué)生學(xué)號相關(guān)的方法。例如，曝氣池的設(shè)計(jì)流量為(學(xué)號后兩位+20)×100 m3/d，進(jìn)水BOD5濃度為(200+學(xué)號后兩位)mg/L等。除此成績之外，根據(jù)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺的參與程度及互問互答情況給出學(xué)生的平時(shí)成績，占總評成績的30%。通過這一考核方式，不僅使學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中理論聯(lián)系實(shí)際，邊學(xué)邊用、學(xué)以致用，而且促進(jìn)了學(xué)生獨(dú)立自主的使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、自我教育的能力，并進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生之間、師生之間的溝通與互動(dòng)。

5 結(jié)束語

堅(jiān)持傳統(tǒng)教學(xué)中重視基礎(chǔ)的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代多媒體與網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)，在水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，不僅可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加教師與學(xué)生或?qū)W生之間的互動(dòng)，使教與學(xué)從枯燥無味的填鴨式方法轉(zhuǎn)變?yōu)槿巳藰酚趨⑴c的互動(dòng)式教學(xué)，而且，通過一人一題的多次考核方式，大大激勵(lì)、調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這樣使傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)平臺相得益彰，相信必將為水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)這門課程帶來更加美好的未來！

[1] 李潛,吳春篤,劉宏.水污染控制工程課程體系改革探討[J].教學(xué)研究,2009(32):61-64.

[2] 楊慶,王淑瑩,彭永臻.水質(zhì)工程學(xué)課程兩點(diǎn)一線教學(xué)模式的探討與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(19):75-77.

[3] 成官文.水污染控制工程國家精品課程教育方法和手段的改革與實(shí)踐[J].理工高教研究，2008(27):134-136.

[4] 齊昕,劉嘉夫,馬煥春.多媒體教學(xué)在水污染控制工程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備,2014(3):53-54.

[5] 王春婕.多媒體課件輔助教學(xué)存在的問題及對策[J].白求恩軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2009(7):328-329.

[6] 王竹立.新建構(gòu)主義:網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的學(xué)習(xí)理論[J].遠(yuǎn)程教育,2011(2):11-18.

Practice and Exploration on the Curriculum of Water Treatment Structure Design

Chen Guangchun, Cao Fu, Tian Yuan

Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang, 212000, China

According to the characteristics of the curriculum of water treatment structure design and the requirements for training undergraduates majoring in Environmental Engineering, this paper probed into the way of improving the teaching effect of the course from four aspects, which were illustrated as follows: laying a solid foundation through choosing the proper teaching contents, adopting the right teaching methods through multimedia+ blackboard-writing, making rational use of network platform to assist the classroom teaching, and reforming the method of examination through multiple evaluation and one topic one person.

water treatment structure design; teaching; environmental engineering; web-based instruction

陳廣春，碩士，副教授。