“水污染控制工程”课程设计改革

蒋山泉， 孙向卫， 王 红， 凌立新

(1.重庆文理学院，重庆 402160；2.重庆市珊瑚中学，重庆 400060)

“水污染控制工程”课程设计改革

蒋山泉1， 孙向卫1， 王 红2， 凌立新1

(1.重庆文理学院，重庆 402160；2.重庆市珊瑚中学，重庆 400060)

课程设计是“水污染控制工程”教学的重要实践性环节。基于多年教学实践，分析课程设计教学中存在的问题，提出改革措施，并探讨课题设定、任务安排与指导、成绩评定等方面的改革与实践，从而带动课程教学的全面发展。改革实践表明，课程设计极大地提高了学生对水污染控制专业的理解和认知，改变了思维方式，增强了分析能力和创新能力。

环境科学； 水污染控制工程； 课程设计

一、引言

随着社会经济发展和城市化步伐加快，环境污染问题严重，尤其是水污染问题日益突出。为适应环保需要，许多高校将“水污染控制工程”作为环境类专业核心基础课。课程设计是工科本科专业实践教学的重要环节，是教学课程体系的一个有机组成部分。有组织、有计划的课程设计有利于督促学生深入学习专业基础课程，有利于提高学生对专业知识的理解掌握，有利于学生实践能力的提高，有利于高素质人才的培养[1]。“水污染控制工程”是典型的工科专业基础课，具有很强的理论性与实践性，通过课程设计训练，可以提高学生对水污染防控理论与技术的理解，掌握工程设计基本技能，有助于培养环境工程人才。笔者结合多年的教学实践经验，探讨“水污染控制工程”理论与实践教学面临的问题及教学方法改革。

二、“水污染控制工程”课程设计教学存在的主要问题

(一)缺少专业背景

我校环境科学(工程)专业源于师范化学，善长化学分析、环境监测，环境工程专业背景不足，缺少土木工程、环境机械、制图测绘等工程基础，导致设计素材匮乏。学生面临课程设计和毕业设计时常感无米下炊。

(二)课程安排不合理

课程设计长期未列入教学大纲，未安排课时，是否安排课时完全取决于任课教师。目前课程设计作为专业建设的重要手段尚处于摸索、改进阶段，相关课程安排、教学大纲均处于转型试验期。在“水污染控制工程”课程体系建设中可借鉴的经验不多，将其作为课程改革和考试改革的突破口，为我校向应用型本科院校转型作一新的尝试。

(三)师资力量欠缺

工科教师需要具有广博的知识和创新能力，课堂教学才会生动活泼、多姿多彩、引人入胜，指导设计才会专业规范、准确严谨、循循善诱。理论素养和专业经验的提升需要长期锻炼，青年教师的成长非一朝一夕。我校广泛开展青年教师学历提升与“双师”型教师培养工程，鼓励教师参与国家相关资格证书考试，多渠道推进应用型教师的培养，促进青年教师快速成长。

三、“水污染控制工程”课程设计改革目标及内容

(一)课程设计改革目标

“水污染控制工程”是专业基础课，具有工程设计类课程特点，主要是全面系统地介绍相关技术、政策，使学生掌握多种水污染控制原理、技术和设备计算，培养学生能运用工程观点分析、处理实际问题的能力，是市政工程、环境工程、环境科学(工程)等专业必修课。课程设计是“水污染控制工程”的重要实践教学环节，很多院校甚至将课程设计从“水污染控制工程”中分开，单独授课。

课程设计的目的是使学生在掌握“水污染控制工程”基本原理、基本理论和设计方法的基础上有针对性地模拟设计，让学生在课程设计过程中学会查阅资料、使用手册、选用数据和公式、合理确定工艺流程、正确进行设计计算、运用技术经济观点来评价设计结果，通过文字、数字、表格、图纸来表达设计思想，培养学生认真严谨的工作态度和工作作风[2-4]。

(二)加强专业基础知识传授

选择偏向工程类教材，如张自杰主编的《排水工程》列为首选，高廷耀主编的《水污染控制工程》[5]也是很好的参考教材。

课程设计是水污染控制基础理论、相关专业知识的综合应用，更直观地反映了学生的动手、动脑能力，涉及众多课程和知识，如cad制图、水污染控制实验、环保机械、环境检测、环境规划、环境评价、认知实习、毕业实习、环境工程CAD、工程测绘、土木基础等。以社会需要为导向，根据学生实际，通过加强课程衔接和实践，建立以基础理论、基本能力相结合的工程设计知识体系[6-7]。

(三)科学设置课程设计任务

“水污染控制工程”在环境、市政类专业已开设多年，但缺乏相关课程设计教材及参考资料。我校刚开设“环境工程原理”课程时，主要借鉴水污染处理工程案例以及环境工程和给排水硕士、学士毕业设计，使用的规范和标准主要参照《水处理工程师手册》《给排水手册》《室外排水设计规范》《城镇污水处理厂污染物排放标准》等。

通过工艺过程把学生分成不同小组，布置设计任务书，包括设计要求、设计指标和设计参数。要求学生给出设计方案，包括计算说明书和设计图件等。

课程设计服务于“水污染控制工程”课程体系，以污水厂及相关构筑物为蓝本展开。典型的设计题目是某污水处理厂(处理站)设计，其深度大于设计方案，相当于工程初步设计阶段。初步设计通常包括六个方面：工艺、建筑、结构、电气、选型、造价。其中工艺是重点，尤其强调详细的污水处理工艺选择论证以及构筑物设计与计算，并通过计算说明书和作图表达出来。学生上交课程设计作业包括一书(计算说明书)六图(平面布置图、工艺流程图、高程图、主体构筑物、污泥处理构筑物、初沉或二沉池)。

处理工艺选择活性污泥法、各类氧化沟法、各种SBR法及变型SBR法、生物接触氧化等工艺为主。为避免学生雷同和抄袭，设置不同水量、水质等指标，便于学生设计出不同的设计方案。

以污水处理厂为例说明设计任务内容。设计任务书需指定污水处理厂设计内容，主要包括：设计依据，城市概况及自然条件资料，污水水量、水质以及污水排放规律，工程设计[8]。其中工程设计部分是重点，通常包括：(1)厂址选择，与城市现状和总体规划的选址原则，说明所选厂址地形、地质条件、水文条件以及占地面积。(2)污水水质、水量，明确污水平均流量、高峰流量、现状流量、发展流量等资料；确定污水处理厂设计规模；根据城市或企业排污状况，在分析主要污染源和污水现状监测等资料的基础上确定污水厂设计进水水质指标。(3)工艺流程选择与布置，工艺方案要具有合理性、先进性、科学性、优越性和安全性论证。(4)各处理设备的选型。(5)处理后污水和污泥的出路。(6)厂内供电、建筑以及道路简要说明。(7)污水处理厂总体布局及布置图的绘制。(8)水处理构筑物的设计和制图。(9)高程设计及制图。(10)工程经济分析。

(四)设计任务多样化

目前我校水污染控制工艺主要是生物处理工艺，其常见工艺只有几种。我校环境科学专业每个年级学生有60～70人，要想做到一人一题，难度相当大。为了解决题目重复问题，我们彻底改变原来全班统一的命题模式，合理安排题目，做到类型多样化。将学生以处理工艺分组，小组内部以水量水质分配任务，任务相似而不相同，大大扩展了命题空间。为让学生尽可能多地接触不同类型的处理工艺，扩展其知识结构，在不脱离教师指定的范围和专业情况下，鼓励学生自己选择题目。这样既可避免题目雷同产生抄袭现象，又能充分调动学生的积极性和创造力，激发设计灵感；设计尽量与本地急需的水环境污染治理项目相结合，设计题目密切关注实际工程中存在的普遍性或典型性问题，如城镇小区生活污水处理、农村养殖废水处理、电镀废水处理、污水土地处理工艺、新农村建设等。同时鼓励有兴趣的同学参与老师承担的一些纵向、横向课题或技术服务等项目，并从中选取设计题目。让学生贴近实际搞设计，关注现实需要来选题目，既可提高他们的理论水平、增加工程实践能力，又使抽象空洞的内容变得直观、形象，从而激发广大学生的学习兴趣。

(五)工程设计工具应用

通过课程设计培养学生查阅文献的能力，养成遵守工程手册和标准的习惯，引导学生积极查阅资料和有关教科书，在设计中学会正确使用规范和标准，强化学生的工程设计意识。

强调计算机的辅助设计应用，采用CAD绘图，这对“CAD工程制图”教学提出了更高要求。使用AutoCAD软件绘图格式必须科学、准确，符合工程制图一般规范。通过计算机绘图的实际训练，提高学生的绘图水平，熟悉图幅图框设置、比例缩放及线型选取、文字编辑、尺寸标注等绘图基本技能，同时对水污染控制工程设计特有的水工构筑物、设备、仪表、管道等绘图要求有了进一步认识，有利于提升学生的理论素养和实践能力。

(六)加强过程控制

教师下达任务书以后应及时引导学生模拟工程设计，激发学生的内在潜力。要突出重难点，需要特别关注工艺选择、构筑物设计、高程计算、平面布置；针对学生的工艺选择，结合工程实践，评价各类工艺优劣及适用范围，引导学生查阅资料，针对具体参数作出正确的工艺选择；制图是一薄弱环节，水处理构筑物绘制往往不规范，需要老师及时纠正，并提供标准构筑物等图件比对学习。通过教师教授、示范如何使用设计手册等，帮助学生养成良好的查阅工具书习惯；结合“水处理工程模拟实验”课程，通过计算机模拟设计手段，将学生的设计方案与计算机模拟设计结果相对照，找出差异，发现不足，提升学习趣味性；集中答疑，课堂安排时间，集中回答课程设计的常见问题和错误；组织设计小组会议，鼓励小组成员积极参与探讨设计问题，鼓励集体查阅资料、构思、计算和作图等。

(七)考核标准与答辩

设计完成后，每位同学须上交设计说明书，附上设计图件等，并将课程设计成绩列为“水污染控制工程”课程期末考试成绩的一部分。

课程设计成绩由任课教师根据学生提交的设计说明书、相关设计图表以及课堂考勤等进行评定。评定标准分A、B、C、D四个等级：A，见解独到，工艺新颖；设计说明书撰写规范，内容真实全面；作图表达科学，制图清晰，计算准确无误。B，工艺选择适当，工艺流程合理；设计说明书撰写比较清楚；图表内容全面，制图较规范，计算无失误。C，工艺选择基本合理，高程布置基本合理，设计说明书、计算书撰写欠规范；图纸表达内容不全面，制图水平一般，计算无重大错误。D，工艺选择不当，设计说明书格式不规范；图纸数量不足且表达内容模糊不清；计算中有较大错误。

同时引入答辩机制，参照毕业答辩方式，将设计答辩纳入考核指标，幻灯片制作和答辩成绩等作为课程设计成绩的一部分。

(八)模板选择

由于工程设计特有的思路和格式规范，同学们刚接触设计工作时普遍感觉陌生。此外，水污染控制工程教材的课后练习和污水处理工程设计的流程、方法有很大差异，同学们没有设计模板作为参考，设计无从下手。模仿型设计训练是创新型设计训练的必由之路，如果模板内容艰深、知识过于专业，对初学者来说不适合。我们选择一些合适的设计模板和任务书一并下发，模板的选择原则是实用、简洁、深浅适度、兼具理论和实践意义。模板来源于往届优秀毕业生的毕业设计、注册环保资格考试案例、各大环保论坛和网站下载的污水厂施工设计以及与我院有联系的环保工程设计公司的设计方案等。这些设计模板不但是学生的良师益友，也是教师教学、讲评的参考教材。这些设计原始素材大多来源于工程实践，虽具有较高的理论价值和实际价值，但离课堂教学尚有一定距离，使用前需加工整理，使之规范、清晰，才能成为教学的样板或模板。设计模板与设计任务有一定的相似之处，它是重要的参考资料，具有显而易见的指导作用，同时降低了设计难度，对初涉工程设计的同学来说必不可少。

四、结语

“水污染控制工程”课程设计在环境科学人才培养体系中占有重要地位，有必要单独开课。建议引入导师制，进一步加强过程指导，并结合教师的科研分门别类指导设计小组。

课程设计有别于毕业设计，定位应适当。毕业设计以创新性设计为主，课程设计应以模仿性设计训练为主。课程设计作为毕业论文或毕业设计的铺垫，在深度、广度和创新性等方面的要求应略低于毕业设计。

为激发学生的学习兴趣和效率，提高其动手、动脑能力，造就应用型的环境工程本科人才，教学内容必须推陈出新，面向实际，面向学生。课程设计选题和模板应不断更新和整理完善，应重点关注生物膜工艺、人工湿地、土地处理、一体化处理设施、工业废水物化处理等工艺。

通过课程设计，我们把相对比较独立的专业核心课程结合起来，将专业理论知识串联起来，让学生在模仿、模拟性的设计中融会贯通。这不仅使学生接触和理解污水处理工程系统设计的主要流程，掌握污水处理工程设计一般方法，而且激发学生对环境工程的求知欲和创造力，进而实现理论和实际相结合的目的，为应用型人才培养打下坚实的基础。

[1] 施云芬,孙旭辉,刘景明.环境工程专业课程设计改革的探索与实践[J].中国电力教育,2009,129(1):115-116.

[2] 唐海,徐建平,徐大勇,等.环境工程原理课程设计教学的改革与实践[J].高师理科学刊,2013,33(4):102-104.

[3] 王晓霞.水污染控制工程课程设计指导方法改进探讨[J].化工高等教育,2011,122(6):38-40.

[4] 戴春皓,秦普丰,彭慧.建立环境工程专业新型课程设计体系的探索与思考[J].教育教学论坛,2014(3):219-220.

[5] 高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1999.

[6] 闵敏,严金龙，杨百忍.“卓越计划”背景下的环境工程课程设计教学改革[J].产业与科技论坛,2015,14(1):148-149.

[7] 杨一琼,王吟,张晓东,等.基于就业为导向的《水污染控制工程》课程设计建设初探[J].教育教学论坛,2016,4(1):117-118.

[8] 张自杰.排水工程:下[M].北京:中国建筑工业出版社,2000：415-417.

(责任编辑：李晓梅)

Reform of Curriculum Design for Water Pollution Control Engineering

JIANG Shanquan1, SUN Xiangwei1, WANG Hong2, LING Lixing1

( 1.Chongqing University of Art and Sciences, Chongqing 402160, China; 2.Shanhu Middle School, Chongqing 400060, China)

Curriculum design of “Water Pollution Control Engineering” is a very important aspect of practical teaching. Based on many years of teaching practice, the existing problems of the curriculum design were analyzed and the development countermeasures in future were presented. Task setting, task arrangement and guidance, performance evaluation, etc, were discussed in the teaching process so as to promote the comprehensive development of the curriculum.The teaching results show that these optimum measures enabled students from the theoretical height of the water pollution control engineering practice to improve the depth of understanding, thinking, analytical skills and innovative ability.

environmental science; water pollution control engineering; curriculum design

2016-10-28；

2016-12-24 基金项目：重庆市教委自然科学基金项目“基于off-on机理的罗丹明衍生物荧光探针的合成及识别性质研究”(KJ131203)；重庆市教委自然科学基金项目“基于CHEMT方法应用HPLC对三峡库区水体中藻类丰度和种群结构的研究”(KJ101214)；重庆文理学院教改项目“专业英语教学模式的构建与研究”

蒋山泉(1969—)，男，重庆市人，重庆文理学院材料与化工学院副教授，博士，环境材料与修复技术实验室成员，研究方向：应用化学。

G642.0

A

1674-0297(2017)03-0119-04