水处理构筑物设计课程教学实践与探索

陈广春 曹 福 田 园

江苏科技大学环境与化学工程学院 江苏镇江 212000

水处理构筑物设计课程教学实践与探索

陈广春 曹 福 田 园

江苏科技大学环境与化学工程学院 江苏镇江 212000

针对水处理构筑物设计这门课程的特点和环境工程专业本科生培养方案的要求，从以夯实基础知识为出发点的教学内容的选择、“多媒体+板书”课堂授课方式的优化、利用网络平台反哺教学及“分散多次、每人一题”的考核方式的革新等四方面，探讨了如何更好地提高水处理构筑物设计这门课程的教学效果。

水处理构筑物；教学；环境工程；网络教学

水处理构筑物设计是多数环境工程专业都会开设的一门专业必修课，是根据环境工程专业学生培养方案的要求，对水污染控制工程基本理论进行深化和实践的一个重要环节[1,2]。开设该课程的目的是使学生能够应用所学的水处理基础知识，了解或掌握水处理工艺流程的选择、单体构筑物的设计计算、辅助设备和设施的设计计算、水处理构筑物的平面布置和高程布置等内容。在授课过程中，如何将传统教学手段与现代多媒体及网络技术有机结合，从而有效提高课程教学效果，是一个值得深入研究的问题。

1 以夯实基础为出发点的授课内容设置

水处理构筑物设计是着重介绍水污染控制工程中所涉及的各种构筑物的具体计算方法的一门课程，多设为32学时，因此课时不多，应着重介绍各种基础的污水及污泥处理构筑物、污水泵站的设计，并介绍构筑物的平面布置原则、方法与高程计算的内容。除绪论部分介绍水处理工程设计的原则、方法及程序外，教学内容可分为4章：第一章主要介绍污水处理构筑物的设计计算方法，由于各种污水处理构筑物种类最多，因此此章内容较多，为授课重点；第二章主要介绍污泥处理构筑物的设计计算方法，主要介绍污泥浓缩池和污泥消化池的设计；第三章则主要介绍污水及污泥泵的选择及污水处理泵站的设计；第四章介绍污水处理厂(站)的平面布置与高程布置，重点为高程计算的内容。其中第一、二章每种污水、污泥处理构筑物自成一节，讲授2学时。每种构筑物均按照结构、工艺特点、设计参数、计算公式的思路加以讲解，并最终通过至少一道大例题展示其具体计算过程。

在第一章中，除讲授基本的水处理构筑物，如格栅、调节池、沉砂池、沉淀池、曝气池等之外，还介绍常用的水处理技术中的主体构筑物，如生物接触氧化池与生物滤池、氧化沟、SBR及UASB反应器等，在时间允许的情况下，可以安排介绍下隔油池。在以上内容的讲解过程中，尤其要注意基础知识的扎实。例如调节池中除水量调节池之外，着重介绍各类异程式水质调节池的设计方法，并通过具有各时段水质、水量数据的例题展示如何分别计算水量和水质调节池大小；沉砂池一节中平流、曝气及钟式沉砂池计算，沉淀池中平流、竖流、辐流、斜流式沉淀池的细部结构特点及计算方法均应详细介绍；曝气池除进行整体结构计算之外，通过供气量例题的讲解使学生掌握整个空气管路的计算方法。除此之外，常用的水处理工艺中用到的生物膜法处理构筑物主要介绍生物接触氧化池及生物滤池设计；氧化沟主要介绍Carrousel，Orbal及三沟式氧化沟的设计计算方法；SBR及UASB反应器分别通过例题介绍其设计方法，其中UASB要注意环形配水器的设计。第二章主要介绍污泥处理构筑物，主要介绍污泥浓缩池、污泥消化池的设计计算。其中污泥浓缩池着重介绍固体通量法和柯伊-克里维什公式计算法，污泥消化池着重介绍圆柱及蛋型消化池的池型计算及热工计算。第三章泵与泵站的内容重点在于泵的选型及合建式污水泵站的设计计算。而在第四章中，污水处理流程的高程计算则是重点，必须详细介绍污水管道的选择方法及沿程、局部水头损失算法，并结合具体例题使学生掌握污水处理流程确定各水面、顶面、底面高程的计算方法。

2 “多媒体+板书”的授课方法

水处理构筑物设计课程开设在水污染控制工程之后，虽然水污染控制工程已经初步介绍了各种污水及污泥处理设施的原理及优缺点，但这些构筑物内部结构常较复杂，需要较强的抽象思维和空间思维才能理解[3]。因此，教师仅利用传统教学方法很难将其描述清楚，必须借助动画、视频及图片的大力应用。在开始介绍构筑物及介绍其类型、细部结构时，均通过动画与仿真视频展示其运行方式。如通过动画或视频展示出构筑物的三维立体图及内部的细部构造，配以水流方向示意。然后在课堂授课中，可采用大量细节图片，展示如进出水管、出水堰、排泥装置等，使学生对构筑物整体结构及细节结构均有比较直观的感受。为增加学生对此种构筑物计算过程的理解，必须逐个介绍各设计计算公式，并解释清楚各参数含义。这其中特别要注意的一点是，当前流行的各科教学中，普遍存在对于PPT课件过分依赖的情况。而据大量学生反馈，若仅仅展示PPT和动画，而黑板上一无所有，学生认为教师的角色近似于电影放映员，而学生也往往对一页页放映的PPT难以留下深刻印象，常常一节课下来没有来得及记任何笔记，收获较少[4,5]。因此，现在的课堂教学仍不能忽视传统教学方式——板书的引导作用。我们强调在黑板上除写出章节号和条目内容外，针对本门课程特点，特别要将每种构筑物的具体计算公式按顺序写在黑板上。这样的好处一是方便学生分辨出重点；二是通过在黑板上对公式中出现的参数的标记及公式推演，加深学生对这一计算公式的理解。同时，当PPT展示具体例题的计算过程时，正好可以与黑板上写出的公式一一对照、遥相呼应。这样按一定的逻辑顺序一步步板书推演，做到了脉络清晰，使学生理解了公式及计算方法的来龙去脉及具体用法。

3 利用网络课程反哺课堂教学

随着信息技术的快速发展，现在可以说已进入“互联网+”时代。也就是说，大数据、云计算以及移动互联网等新一代信息技术已经对当前社会的各个领域产生的了深刻的影响，对教育界更是具有颠覆性的影响[6]。虽然多媒体教学手段已使高校教学手段多样，形式灵活生动，但多数为教师教授、学生接受的单向行为，仍然缺少师生及学生与科目之前的互动。正如有句话所说，“Tell me, and I will forget; show me, and I will remember; Involve me, and I will understand”。因此，网络互动学习无疑会大大加强学生的学习自主性。

计算机网络技术的发展使MOOC(大规模开放在线课程)及SPOC(小规模限制性在线课程)等网上教学平台大量出现，使课堂之外的自我教育及自主按需学习成为可能。在本校或天空教室等网络平台建立水处理构筑物设计课程的网络教学平台，同时学生不仅可自主学习课程教学内容及各构筑物的动画、视频，查看课程所涉及的部分规范及规程的电子版本，同时还可在此平台上与教师或其他学生之间形成互问互答等互动。这种课程互动系统，可大大增加学生对课堂教学的关注度，同时又唤起了学生的参与热情，使学生对课程更感兴趣，同时更易牢记掌握。因此，利用网络课程辅助课堂教学，相当于把传统的单向教授学习系统调整为以学生自我为中心的蜘蛛网式学习结构，这种知识结构的重建，相当于充分发挥了学生学习自主性的自组织学习，必将为课程的学习方式带来翻天覆地的变革。

4 “分散多次、每人一题”的考核方式

传统的课程考核方式主要以开卷或闭卷考试为主，往往要求学生在120分钟内解答试卷题目，而最终的考核成绩多以试卷分数占70%，平时成绩占30%组成。但水处理构筑物的设计过程往往是参照规范而进行的，设计中用到的各个参数也需要到规范或课本中查阅而获得，往往一个构筑物的设计过程就会占用较长时间，所以并不适合这种传统的考核方式。因此，鉴于此门课程实践性强的这一特点，我们在实际的教学考核中采用了“分散多次、每人一题”的实战考核方式，也就是说，随课堂内容进展而向学生布置设计题目，如：讲解到调节池时，要求学生分别设计水量和水质调节池；讲到曝气池时，要求学生每人进行曝气池的容积计算和供气管路计算；讲到氧化沟时，要求学生分别设计Carrousel，Orbal或三沟式氧化沟……这样以平时的设计题目取代期末的闭卷考试，根据这些题目的完成质量综合给出评分，占最终成绩的70%。同时，在布置这些设计题目时，为避免彼此之间的抄袭，采用题目中数据与学生学号相关的方法。例如，曝气池的设计流量为(学号后两位+20)×100 m3/d，进水BOD5浓度为(200+学号后两位)mg/L等。除此成绩之外，根据学生在网络平台的参与程度及互问互答情况给出学生的平时成绩，占总评成绩的30%。通过这一考核方式，不仅使学生在平时的学习中理论联系实际，边学边用、学以致用，而且促进了学生独立自主的使用网络教学平台，进行自主学习、自我教育的能力，并进一步加强了学生之间、师生之间的沟通与互动。

5 结束语

坚持传统教学中重视基础的特点，同时结合现代多媒体与网络平台技术，在水处理构筑物设计课程的教学中，不仅可提高学生学习兴趣，增加教师与学生或学生之间的互动，使教与学从枯燥无味的填鸭式方法转变为人人乐于参与的互动式教学，而且，通过一人一题的多次考核方式，大大激励、调动了学生的学习积极性，这样使传统教学与现代网络平台相得益彰，相信必将为水处理构筑物设计这门课程带来更加美好的未来！

[1] 李潜,吴春笃,刘宏.水污染控制工程课程体系改革探讨[J].教学研究,2009(32):61-64.

[2] 杨庆,王淑莹,彭永臻.水质工程学课程两点一线教学模式的探讨与实践[J].中国现代教育装备,2011(19):75-77.

[3] 成官文.水污染控制工程国家精品课程教育方法和手段的改革与实践[J].理工高教研究，2008(27):134-136.

[4] 齐昕,刘嘉夫,马焕春.多媒体教学在水污染控制工程教学中的应用[J].中国教育技术装备,2014(3):53-54.

[5] 王春婕.多媒体课件辅助教学存在的问题及对策[J].白求恩军医学院学报,2009(7):328-329.

[6] 王竹立.新建构主义:网络时代的学习理论[J].远程教育,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

陈广春，硕士，副教授。