理論與實(shí)踐交互式教學(xué)在“水污染控制工程”中的應(yīng)用
——以沉淀為例

平 巍 張 雅 倪 琪

（重慶三峽學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 重慶 404000）

1 傳統(tǒng)教學(xué)過程存在的問題分析

沉淀是“水污染控制工程”課程中重要的章節(jié)內(nèi)容。其主要學(xué)習(xí)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握顆粒物沉淀的基本規(guī)律，沉砂池、沉淀池等典型沉淀構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的教學(xué)過程是從顆粒沉淀的基礎(chǔ)理論入手，進(jìn)而闡述理想沉淀池的工作過程，然后再進(jìn)一步講授沉砂池和沉淀池的構(gòu)造和設(shè)計(jì)計(jì)算，這樣的學(xué)習(xí)方法是從理論認(rèn)知到實(shí)踐操作的過程。符合傳統(tǒng)的理論-實(shí)踐教學(xué)觀念，且實(shí)施較為容易。但長期的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對該章節(jié)的掌握與要求還存在差距，經(jīng)分析，傳統(tǒng)的教學(xué)過程存在以下問題：一是學(xué)生受限接觸理論目的性不強(qiáng)，學(xué)生在缺乏對沉淀應(yīng)用一定的了解的前提下，直接接觸理論知識，并不清楚學(xué)習(xí)理論知識的目的和目標(biāo)，只能為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)，容易迷茫；二是理論與應(yīng)用環(huán)節(jié)之間缺少必要的過渡，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易脫節(jié)；三是傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，沉淀章節(jié)的實(shí)踐環(huán)節(jié)是自由沉淀實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證沉淀過程中沉速和去除率之間的關(guān)系，繪制自由沉淀曲線，實(shí)踐形式較為單一，難以達(dá)到全面掌握并應(yīng)用知識的要求。此外，“水污染控制工程”通常會開設(shè)對應(yīng)的課程設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是教師布置設(shè)計(jì)題目，給定水質(zhì)水量和處理要求，由學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制工程圖樣，課程設(shè)計(jì)的開展，有利于學(xué)生全面掌握水處理工程的設(shè)計(jì)，然而，課程設(shè)計(jì)通常是在理論課程學(xué)習(xí)結(jié)束后集中開展，和理論課程缺乏互動，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中往往盲目的參考設(shè)計(jì)手冊和規(guī)范，僅僅是機(jī)械的利用公式進(jìn)行簡單的計(jì)算，并未將理論知識與設(shè)計(jì)要求有機(jī)整合。

2 教學(xué)改革方案

2.1 重構(gòu)教學(xué)環(huán)節(jié)

對照教學(xué)目標(biāo)，按層次依次將“水污染控制工程”沉淀章節(jié)的教學(xué)過程分為導(dǎo)入、理論、驗(yàn)證、應(yīng)用四個(gè)層次。各環(huán)節(jié)之間的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容如圖1 所示。其中導(dǎo)入是通過演示實(shí)驗(yàn)，案例展示，讓學(xué)生初步了解沉淀在水處理中的應(yīng)用，及沉淀池的工作過程，并由實(shí)際工程中的重要關(guān)注點(diǎn)-沉淀池凈化水的效率如何提出問題，以此為導(dǎo)向，將教學(xué)點(diǎn)自然過渡到沉淀的基礎(chǔ)理論，在學(xué)習(xí)完沉淀基礎(chǔ)理論后，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步將理論知識內(nèi)化。并提出新的問題，沉淀理論如何指導(dǎo)實(shí)際工作？由此展開應(yīng)用環(huán)節(jié)的教學(xué)環(huán)節(jié)。按此模式，導(dǎo)入和驗(yàn)證主要通過實(shí)踐教學(xué)開展，而應(yīng)用可根據(jù)實(shí)際情況，以理論輔以課程設(shè)計(jì)、沉淀單元操作實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐來開展。通過該教學(xué)模式，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中明確教學(xué)目標(biāo)，有助于學(xué)生將理論和實(shí)踐兩個(gè)方面的知識內(nèi)容整合形成綜合能力。

圖1 教學(xué)實(shí)施流程示意圖

2.2 構(gòu)建層次分明的實(shí)踐教學(xué)體系

擴(kuò)充實(shí)踐環(huán)節(jié)，并按演示、驗(yàn)證、操作四個(gè)層次開展實(shí)踐教學(xué)。[1]其中演示環(huán)節(jié)主要目標(biāo)是讓學(xué)生了解沉淀的應(yīng)用和工作過程，可以通過參觀典型的構(gòu)筑物模型，讓學(xué)生直觀地了解實(shí)際水處理工程中沉淀單元的結(jié)構(gòu)及工作方式，彌補(bǔ)理論課堂僅僅通過文字、圖片等比較抽象單一的學(xué)習(xí)方式；驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證理想沉淀池沉速與去除率的關(guān)系，有助于學(xué)生內(nèi)化理論知識；操作實(shí)驗(yàn)則通過沉淀池模型進(jìn)行動態(tài)沉淀實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更清楚直觀地觀察沉淀池各部分的工作狀態(tài)，并通過改變進(jìn)水水力負(fù)荷率測定去除率的變化，讓學(xué)生進(jìn)一步理解水力負(fù)荷對于沉淀池運(yùn)行的重要影響；最后，將傳統(tǒng)的大課程設(shè)計(jì)分解成單元專項(xiàng)設(shè)計(jì)，在課程結(jié)束后，即布置沉淀池專項(xiàng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過查閱規(guī)范手冊，計(jì)算沉淀池的尺寸，確定沉淀池的結(jié)構(gòu)，避免理論課程與設(shè)計(jì)割裂，同時(shí)，將設(shè)計(jì)工作分散在平時(shí)，也能夠有效緩解學(xué)生期末忙于課程設(shè)計(jì)，難以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的問題。

2.3 理論與實(shí)踐穿插交互

基于實(shí)踐—理論—實(shí)踐的模式，將實(shí)踐環(huán)節(jié)按進(jìn)度穿插于理論教學(xué)中，理論與實(shí)踐交互展開，層層遞進(jìn)。根據(jù)人類掌握知識的客觀規(guī)律。認(rèn)識首先來源于實(shí)踐，[2]因此，章節(jié)開篇，可以從演示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)開始，基于沉砂池、沉淀池教學(xué)模型或仿真設(shè)備，讓學(xué)生通過觀察，配合指導(dǎo)教師降解，初步了解沉淀池的結(jié)構(gòu)，去除對象和工作過程，由此對沉淀有一個(gè)基本的認(rèn)識，然后再進(jìn)入理論學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)完理想沉淀池后，由于臨界沉速和去除率的關(guān)系屬于章節(jié)重要的理論，在此時(shí)間節(jié)點(diǎn)開設(shè)自由沉淀驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過動手測定自由沉淀曲線，將理想沉淀池相關(guān)理論內(nèi)化；然后再進(jìn)入實(shí)際沉淀池的學(xué)習(xí)，在此階段，適時(shí)開展動態(tài)沉淀操作實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步讓學(xué)生認(rèn)識各類沉淀池的結(jié)構(gòu)、過程，充分理解沉淀池進(jìn)、出水、儲泥排泥等局部結(jié)構(gòu)及水力負(fù)荷等重要工藝參數(shù)對連續(xù)運(yùn)行沉淀池去除率的影響，將所學(xué)的理論知識通過實(shí)踐進(jìn)一步內(nèi)化吸收，并為學(xué)生日后進(jìn)入水廠解決沉淀池實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。最后，進(jìn)入各類沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算的講解，在講解過程中，教師應(yīng)多注意引導(dǎo)，重點(diǎn)在于讓學(xué)生知道計(jì)算公式的內(nèi)在意義，盡力建立理論與實(shí)踐之間的橋梁，杜絕直接讓學(xué)生套公式，知其然而不知其所以然。章節(jié)結(jié)束后，通過單元專項(xiàng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生動手掌握各類沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。通過以上的調(diào)整，部分理論課時(shí)可以放到實(shí)踐環(huán)節(jié)中，而實(shí)踐又是為了認(rèn)識、理解、掌握和運(yùn)用理論服務(wù)，彼此有機(jī)整合，最大程度的為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)。

2.4 以問題為導(dǎo)向銜接各教學(xué)環(huán)節(jié)

在教學(xué)課程中，改變傳統(tǒng)的講授時(shí)教學(xué)方法，將教師為主體的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為主體的教學(xué)模式。[3]實(shí)際教學(xué)工程中，可以問題為導(dǎo)向，按照目標(biāo)—原理—構(gòu)筑物—操作—設(shè)計(jì)這條主線以此遞進(jìn)展開。演示實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生建立了沉淀的概念，此時(shí)，提出問題：沉淀池的處理效果（去除能力）這一重要的結(jié)果取決于什么因素？通過沉淀基礎(chǔ)理論和理想沉淀池的理論學(xué)習(xí)，問題得以解決，再通過實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證，此時(shí)沉淀理論的教學(xué)結(jié)束，但考慮到理想沉淀池的預(yù)實(shí)際沉淀池的差別，又出現(xiàn)新的問題，理想沉淀池與實(shí)際的沉淀池有什么差別？這種差別的影響如何克服？通過實(shí)際沉淀池的結(jié)構(gòu)，并闡述各個(gè)部分的形狀結(jié)構(gòu)的工程意義，再結(jié)合動態(tài)沉淀操作實(shí)驗(yàn)，展示實(shí)際沉淀池的工作特性，并讓學(xué)生深刻理解對水力負(fù)荷等重要的參數(shù)對沉淀池的影響的結(jié)果和理論依據(jù)，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)地掌握了沉淀池的工作原理、結(jié)構(gòu)，并對如何提高沉淀池效率，出水水質(zhì)不佳等常見問題的解決具備了一定的理論知識儲備和實(shí)踐操作技能，最后提出問題，對于新建水廠，應(yīng)如何設(shè)計(jì)沉淀池，引入沉淀池的設(shè)計(jì)計(jì)算。按照以上的模式，整個(gè)章節(jié)的教學(xué)過程中，提出問題—解決問題貫穿始終，以問題進(jìn)入新的教學(xué)單元/環(huán)節(jié)，以解決問題結(jié)束該單元/環(huán)節(jié)，并提出新的問題。以提出問題—解決問題為教學(xué)過程的主線，既能保證教學(xué)過程主線清晰，讓教學(xué)過程自然展開，又能夠維持教學(xué)過程中的推動力，充分激發(fā)學(xué)生資助學(xué)習(xí)的意識，有利于學(xué)生融會貫通，全面系統(tǒng)的把握理論知識和實(shí)踐技能，而不是將知識點(diǎn)割裂，陷入盲目的生搬硬套。

3 結(jié)語

按層次擴(kuò)充實(shí)踐環(huán)節(jié)，和理論穿插融合開展教學(xué)，符合學(xué)習(xí)知識的客觀規(guī)律，能夠?qū)⒗碚摵蛯?shí)踐的教學(xué)作用最大化，從而顯著提升教學(xué)效果。改革所提出的全新教學(xué)方法，不僅能夠用于課程沉淀章節(jié)，也能夠推廣到本課程其他的章節(jié)，從而全面提升課程教學(xué)效果。