新工科背景下水質(zhì)工程學Ⅱ教學改革及思考★

唐 建 唐恒軍 司馬衛(wèi)平 廖 熠 梁 超 梁 銳 萬 珊

(四川輕化工大學土木工程學院，四川 自貢 643000)

0 引言

《水質(zhì)工程學Ⅱ》是給排水科學與工程專業(yè)主干和核心課程《水質(zhì)工程學》中污水處理部分，該部分課程具有內(nèi)容復(fù)雜、較強的理論性和實踐性、綜合性強等特點。主要涉及的先修課程如《水處理生物學》《水分析化學》《給排水管網(wǎng)系統(tǒng)》《泵與泵站》《水力學》等相關(guān)課程的內(nèi)容，《水質(zhì)工程學Ⅱ》的學習要求學生對先修課程的主要內(nèi)容和相關(guān)知識點很熟悉。該課程內(nèi)容主要涉及：污水的理化性質(zhì)、相關(guān)指標及其監(jiān)測方法；水體污染與自凈的基本原理及應(yīng)用；污水處理基本概念、基本原理、基本方法；主要污水處理工藝及其應(yīng)用；污水廠污泥處理處置技術(shù)；城市污水處理廠設(shè)計、運行管理等；同時該課程要求學生在學習過程中及時了解和掌握當前污水處理最新的工藝及其發(fā)展方向、最新污水污泥處理相關(guān)理念。通過該課程的學習可以為本專業(yè)的學生畢業(yè)后從事相關(guān)排水方面的設(shè)計、運行和管理等相關(guān)工作打下堅實的基礎(chǔ)，同時對本專業(yè)學生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)和用人單位的認可度起著很重要的作用?；诖耍菊n程的教學效果和學生的學習效果對本專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量、專業(yè)素質(zhì)和實踐能力起著至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代城市污水處理新理念和新概念——污水是一種資源和能源的產(chǎn)生以及運行和管理過程與人工智能緊密結(jié)合，對本專業(yè)學生的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)提出越來越高的要求。

1 《水質(zhì)工程學Ⅱ》教學存在的主要問題

1.1 教學內(nèi)容多，理論教學學時減少

考慮到給排水科學與工程專業(yè)的理論性和實用性較強的特點，我校給排水科學與工程專業(yè)選用大多數(shù)高校所用的教材，即中國建筑工業(yè)出版社出版的由張自杰教授主編的《排水工程(下冊)》，該教材主要涉及污水處理理論與原理、技術(shù)和相關(guān)工藝、污泥處理與處置等大量內(nèi)容。在學校要求培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標下，該課程的理論學時壓縮為48學時。同時，由于污水處理過程中不斷引入新理念、新概念、新工藝、新方法，授課過程中需要不斷更新、增加、講解最新的污水處理新理念、新工藝、新方法，造成理論教學工作量增加；難以在規(guī)定的理論學時內(nèi)完成教學大綱規(guī)定的教學任務(wù)，導致課堂教學過程中傳遞大量的教學內(nèi)容。

1.2 教材內(nèi)容全面，部分內(nèi)容與其他課程內(nèi)容重復(fù)，學生掌握難度較大

根據(jù)教學大綱要求和《排水工程(下冊)》內(nèi)容，《水質(zhì)工程學Ⅱ》課程內(nèi)容主要包括：污水性質(zhì)及指標、城市污水處理基本原理及工藝與污泥處理處置技術(shù)、工業(yè)污水處理等16章內(nèi)容，與本專業(yè)開設(shè)的部分課程內(nèi)容存在重復(fù)現(xiàn)象，如本課程中的污水深度處理工藝與《水質(zhì)工程學Ⅰ》中的消毒部分、水的軟化、水的除鹽與咸水淡化等內(nèi)容重復(fù)；本課程中的污水物理處理中的沉淀理論及構(gòu)筑物部分與《水質(zhì)工程學Ⅰ》中的沉淀和澄清部分內(nèi)容重復(fù)；本課程中的污泥處理、處置與資源化利用部分內(nèi)容與《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》中的污泥排泥設(shè)備、污泥濃縮與脫水設(shè)備部分內(nèi)容存在部分重復(fù)。教材中包含污水處理基本原理、工藝設(shè)計及水處理構(gòu)筑物的設(shè)計和計算等內(nèi)容，要求學生同時掌握污水處理基本原理、水處理工藝和處理構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)以及掌握污水處理工藝和各構(gòu)筑物單元的設(shè)計計算。我?！端|(zhì)工程學Ⅱ》安排在大三下學期授課，由于大部分學生正處于考研復(fù)習的關(guān)鍵階段，再加上本學期節(jié)假日放假較多，導致學生無法集中精力認真聽課。學生對污水處理原理和工藝特點、構(gòu)筑物處理單元特點和結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識掌握不夠深入和系統(tǒng)，造成后續(xù)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計困難等情況的出現(xiàn)，難以提升教學質(zhì)量和教學效果，造成學生不具備基本的專業(yè)素質(zhì)和解決實際工程問題的能力。

1.3 學生主動學習能力差，多處于被動學習狀態(tài)

根據(jù)我校的教學安排，《水質(zhì)工程學Ⅱ》安排在大三下學期進行授課，在此階段筆者經(jīng)過一段時間的了解，有考研意向的學生大部分都在進行基礎(chǔ)課數(shù)學和英語的復(fù)習，甚至有的同學在課堂上復(fù)習關(guān)于考研的書籍，造成本課程的學習效果較差，難以理解和消化課堂上講授的內(nèi)容；同時，筆者在教學過程中了解到，很少同學有在課前預(yù)習和課后復(fù)習的好習慣，只是在課堂學習的過程中被動的接受老師講的知識，難以理解前后知識的連貫和系統(tǒng)的應(yīng)用，造成學生在學習本課程的過程中只是接受了碎片化的知識，很難形成系統(tǒng)性的知識體系；有的學生在課堂上玩手機，不注意聽講，對該課程的學習失去了激情和動力，只關(guān)心如何應(yīng)付該課程的考試和畢業(yè)。學生這種情況和缺乏主動學習的心態(tài)，將導致其對知識的理解程度缺乏深度、廣度和系統(tǒng)性，造成未來在工作崗位上難以勝任給排水相關(guān)設(shè)計工作。

1.4 課程以理論教學為主，輕視實踐教學環(huán)節(jié)

我校給排水科學與工程專業(yè)教學環(huán)節(jié)存在的主要問題是重視理論學習，輕視實踐教學環(huán)節(jié)，造成本專業(yè)學生實踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力難以跟上社會對人才的需求。本課程的實踐教學環(huán)節(jié)主要包括水質(zhì)工程學實驗——污水部分、課程設(shè)計、畢業(yè)實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)設(shè)計等幾部分組成?！端|(zhì)工程學Ⅱ》是給排水科學與工程專業(yè)指導委員會規(guī)定的主干專業(yè)課程之一，教學過程應(yīng)注重理論知識和實踐能力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，培養(yǎng)具備專業(yè)素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新能力的現(xiàn)代化復(fù)合型人才。這就要求在實踐教學環(huán)節(jié)過程中，培養(yǎng)學生的動手能力、認知能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，使學生具備解決實際工程問題的能力。目前，我?！端|(zhì)工程學》實驗教學學時為16學時，其中涉及污水處理部分占8學時左右，教學方式主要采用老師講解基本原理、工藝特點、構(gòu)筑物組成及功能、實驗操作注意事項等。由于專業(yè)學生人數(shù)較多，實驗設(shè)備臺套數(shù)量較少，造成開設(shè)實驗數(shù)量較少，多數(shù)以演示性實驗為主。在實驗過程中，學生創(chuàng)新能力、實踐能力和專業(yè)技能難以得到提高。

2 《水質(zhì)工程學Ⅱ》教學改革與思考

2.1 精簡課程教學內(nèi)容，精心安排教學內(nèi)容

針對本課程學時減少的情況，重新整合《水質(zhì)工程學Ⅰ》和《水質(zhì)工程學Ⅱ》中重復(fù)的相關(guān)內(nèi)容，避免相關(guān)概念、原理和工藝的重復(fù)講解和學習，將學時充分用于拓寬重點內(nèi)容的講解。在該課程的教學過程中，減少相關(guān)公式的推導和計算過程的講授，講授過程中充分將污水處理理論和工藝結(jié)合到實際工程實踐過程中。通過教學內(nèi)容的改革，將《水質(zhì)工程學Ⅰ》和《水質(zhì)工程學Ⅱ》重復(fù)部分內(nèi)容進行統(tǒng)一整合，如兩門課程的共同內(nèi)容：沉淀理論原理及工藝、深度處理原理及工藝、消毒原理及工藝整合到《水質(zhì)工程學Ⅰ》中進行講授，將污泥處理處置與資源化利用部分內(nèi)容中涉及的污泥排泥設(shè)備、污泥濃縮與脫水設(shè)備整合到《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》課程中進行講授，從而解決重復(fù)部分內(nèi)容的問題。通過精心安排課程教學內(nèi)容，將國內(nèi)外現(xiàn)有的污水處理新理念、新概念、新工藝引入到課堂進行詳細的講授。如將我國建立的第一座新概念污水處理廠引入到課堂教學中，講授污水處理工藝、能源回收、資源循環(huán)、環(huán)境友好、污泥處理處置等新理念，使學生在學習過程中充分掌握污水處理基本原理和工藝在現(xiàn)代污水處理中的應(yīng)用。

2.2 充分調(diào)動學生學習積極性，提高學生學習興趣

針對大部分學生在課堂上看考研書籍、看手機和學習熱情不高的特點，在授課過程中要不斷地向?qū)W生強調(diào)該課程在專業(yè)學習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中的重要性。如通過介紹本課程在考研復(fù)試中的常見問題、本課程不及格對畢業(yè)的影響。同時可以向?qū)W生介紹關(guān)于本課程的網(wǎng)絡(luò)教學平臺，以此幫助學生利用網(wǎng)絡(luò)學習、拓寬知識面、進行深度學習等方面打下堅實的基礎(chǔ)。在平時講授該課程過程中，可以適當提一些科研過程中遇到的問題，介紹設(shè)計過程中的設(shè)計要點和參數(shù)，介紹最新版本的設(shè)計規(guī)范和排水工程設(shè)計手冊，介紹電子資料查閱和國內(nèi)外文獻數(shù)據(jù)庫的查閱方法，培養(yǎng)學生自學能力和學習興趣。另一方面，在教學過程中，可以結(jié)合當前發(fā)生的典型環(huán)境水污染事件激發(fā)學生的興趣，如2020年3月黑龍江省伊春市發(fā)生的伊春鹿鳴礦業(yè)尾礦庫泄漏事件，通過講授主要污染物類型對地表水和土壤的污染、監(jiān)測方案、取樣方案、技術(shù)方案等，強調(diào)本課程和已修課程在處理典型環(huán)境污染事件中的應(yīng)用；如講授生物脫氮除磷的內(nèi)容時，將2007年6月無錫太湖藍藻爆發(fā)事件引入課堂，與學生分析藍藻爆發(fā)的原因、危害及治理技術(shù)方案，激發(fā)學生學習本課程的興趣。

2.3 采用知識回顧、課后作業(yè)評講和課堂討論的教學方式

由于我?！端|(zhì)工程學Ⅱ》兩次課之間相隔時間較長，學生課后無復(fù)習和預(yù)習的習慣，造成知識遺忘性較大，為了避免這種情況的出現(xiàn)，強化學生對知識的記憶和理解，保證兩次課之間的連續(xù)性和連貫性，每次上課講解新內(nèi)容之前都回顧上次課講的關(guān)鍵內(nèi)容，同時采取提問的方式，可促使學生在課后進行復(fù)習和理解記憶。由于本課程采用的教材課后無習題，習題練習可以幫助學生在課后進行知識的回顧和理解，提高學生的學習效果?？山梃b《給排水科學與工程專業(yè)習題集》中污水處理部分習題，編寫各章節(jié)的習題，每次課程講授完畢后，給學生布置相應(yīng)章節(jié)的作業(yè)，讓學生練習后，教師批閱后記入到平時成績中，這樣既可以讓學生通過練習題，強化對已學知識的記憶和理解，也可以讓教師掌握學生的學習情況。教師在上課之前對作業(yè)中存在的易錯點、難點、重點等講解解題思路和方法，強化學生對知識的理解和記憶。在課堂講授過程中，可以提一些與課程相關(guān)的問題進行討論和講解。例如，針對化學合成工業(yè)和合成氨工業(yè)產(chǎn)生的廢水水質(zhì)的特點，采用何種處理方法進行處理；是否需要預(yù)處理；預(yù)處理采用什么方法。讓學生思考后回答，然后再講解，提高學生獨立思考問題和解決處理實際問題的能力。

2.4 強化實踐教學環(huán)節(jié)的作用

根據(jù)學校培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的背景，同時學院通過購置新的設(shè)備儀器，淘汰舊的設(shè)備儀器，有利于水質(zhì)工程學實驗的開展，改革后的水質(zhì)工程學實驗教學學時為16個學時，其中涉及污水處理部分為8個學時，共開設(shè)4個實驗，分別為：污泥沉降比和污泥指數(shù)的測定與分析實驗；鼓風曝氣系統(tǒng)的充氧實驗；污水總固體和揮發(fā)性固體的測定實驗；總懸浮物、揮發(fā)性懸浮物和灰分的測定實驗。改革后的實驗內(nèi)容與理論課結(jié)合更加緊密，有利于提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力，加強和提高實驗技能和專業(yè)技能。生產(chǎn)實習是培養(yǎng)工科學生實踐能力、工程思想和創(chuàng)新能力的主要途徑，是將理論知識和實際生產(chǎn)結(jié)合的主要過程。我校給排水科學與工程專業(yè)生產(chǎn)實習安排在大四上學期期末進行，組織學生到污水處理廠了解污水處理能力、工藝、構(gòu)筑物特點及功能、污水廠運行管理、維護，提高學生將理論與實際工程結(jié)合的思想；在參觀實習過程中鼓勵學生積極與工程師溝通交流；嚴格撰寫實習日志，將每天了解和掌握的內(nèi)容記錄到實習日志本上，并撰寫自己的學習心得，切實將生產(chǎn)實習的內(nèi)容與理論結(jié)合，加強對專業(yè)知識的理解和掌握，培養(yǎng)和提高學生專業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新能力和解決實際工程問題的能力。

3 結(jié)語

《水質(zhì)工程學Ⅱ》作為給排水科學與工程專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，通過對教學方法、教學內(nèi)容的不斷改革和完善，提高教學質(zhì)量和教學效果，為培養(yǎng)具備綜合專業(yè)技能的人才奠定堅實的基礎(chǔ)。本文通過對《水質(zhì)工程學Ⅱ》教學過程中存在的主要問題，從教學內(nèi)容、教學方式方法以及學生學習積極性的調(diào)動、實踐教學環(huán)節(jié)的調(diào)整等方面進行了改革和完善，并建立了先進的教學方式方法和科學合理的教學內(nèi)容，對提高教學質(zhì)量和教學效果具有重要意義，為新時期培養(yǎng)具備專業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新能力、實踐能力的綜合人才奠定堅實的基礎(chǔ)。