新工科背景下水质工程学Ⅱ教学改革及思考★

唐 建 唐恒军 司马卫平 廖 熠 梁 超 梁 锐 万 珊

(四川轻化工大学土木工程学院，四川 自贡 643000)

0 引言

《水质工程学Ⅱ》是给排水科学与工程专业主干和核心课程《水质工程学》中污水处理部分，该部分课程具有内容复杂、较强的理论性和实践性、综合性强等特点。主要涉及的先修课程如《水处理生物学》《水分析化学》《给排水管网系统》《泵与泵站》《水力学》等相关课程的内容，《水质工程学Ⅱ》的学习要求学生对先修课程的主要内容和相关知识点很熟悉。该课程内容主要涉及：污水的理化性质、相关指标及其监测方法；水体污染与自净的基本原理及应用；污水处理基本概念、基本原理、基本方法；主要污水处理工艺及其应用；污水厂污泥处理处置技术；城市污水处理厂设计、运行管理等；同时该课程要求学生在学习过程中及时了解和掌握当前污水处理最新的工艺及其发展方向、最新污水污泥处理相关理念。通过该课程的学习可以为本专业的学生毕业后从事相关排水方面的设计、运行和管理等相关工作打下坚实的基础，同时对本专业学生专业素质的培养和用人单位的认可度起着很重要的作用。基于此，本课程的教学效果和学生的学习效果对本专业人才培养质量、专业素质和实践能力起着至关重要的作用。随着现代城市污水处理新理念和新概念——污水是一种资源和能源的产生以及运行和管理过程与人工智能紧密结合，对本专业学生的专业技能和综合素质提出越来越高的要求。

1 《水质工程学Ⅱ》教学存在的主要问题

1.1 教学内容多，理论教学学时减少

考虑到给排水科学与工程专业的理论性和实用性较强的特点，我校给排水科学与工程专业选用大多数高校所用的教材，即中国建筑工业出版社出版的由张自杰教授主编的《排水工程(下册)》，该教材主要涉及污水处理理论与原理、技术和相关工艺、污泥处理与处置等大量内容。在学校要求培养应用型本科人才的培养目标下，该课程的理论学时压缩为48学时。同时，由于污水处理过程中不断引入新理念、新概念、新工艺、新方法，授课过程中需要不断更新、增加、讲解最新的污水处理新理念、新工艺、新方法，造成理论教学工作量增加；难以在规定的理论学时内完成教学大纲规定的教学任务，导致课堂教学过程中传递大量的教学内容。

1.2 教材内容全面，部分内容与其他课程内容重复，学生掌握难度较大

根据教学大纲要求和《排水工程(下册)》内容，《水质工程学Ⅱ》课程内容主要包括：污水性质及指标、城市污水处理基本原理及工艺与污泥处理处置技术、工业污水处理等16章内容，与本专业开设的部分课程内容存在重复现象，如本课程中的污水深度处理工艺与《水质工程学Ⅰ》中的消毒部分、水的软化、水的除盐与咸水淡化等内容重复；本课程中的污水物理处理中的沉淀理论及构筑物部分与《水质工程学Ⅰ》中的沉淀和澄清部分内容重复；本课程中的污泥处理、处置与资源化利用部分内容与《水工艺设备基础》中的污泥排泥设备、污泥浓缩与脱水设备部分内容存在部分重复。教材中包含污水处理基本原理、工艺设计及水处理构筑物的设计和计算等内容，要求学生同时掌握污水处理基本原理、水处理工艺和处理构筑物的结构以及掌握污水处理工艺和各构筑物单元的设计计算。我校《水质工程学Ⅱ》安排在大三下学期授课，由于大部分学生正处于考研复习的关键阶段，再加上本学期节假日放假较多，导致学生无法集中精力认真听课。学生对污水处理原理和工艺特点、构筑物处理单元特点和结构等基础知识掌握不够深入和系统，造成后续课程设计和毕业设计困难等情况的出现，难以提升教学质量和教学效果，造成学生不具备基本的专业素质和解决实际工程问题的能力。

1.3 学生主动学习能力差，多处于被动学习状态

根据我校的教学安排，《水质工程学Ⅱ》安排在大三下学期进行授课，在此阶段笔者经过一段时间的了解，有考研意向的学生大部分都在进行基础课数学和英语的复习，甚至有的同学在课堂上复习关于考研的书籍，造成本课程的学习效果较差，难以理解和消化课堂上讲授的内容；同时，笔者在教学过程中了解到，很少同学有在课前预习和课后复习的好习惯，只是在课堂学习的过程中被动的接受老师讲的知识，难以理解前后知识的连贯和系统的应用，造成学生在学习本课程的过程中只是接受了碎片化的知识，很难形成系统性的知识体系；有的学生在课堂上玩手机，不注意听讲，对该课程的学习失去了激情和动力，只关心如何应付该课程的考试和毕业。学生这种情况和缺乏主动学习的心态，将导致其对知识的理解程度缺乏深度、广度和系统性，造成未来在工作岗位上难以胜任给排水相关设计工作。

1.4 课程以理论教学为主，轻视实践教学环节

我校给排水科学与工程专业教学环节存在的主要问题是重视理论学习，轻视实践教学环节，造成本专业学生实践能力和应用创新能力难以跟上社会对人才的需求。本课程的实践教学环节主要包括水质工程学实验——污水部分、课程设计、毕业实习、生产实习和毕业设计等几部分组成。《水质工程学Ⅱ》是给排水科学与工程专业指导委员会规定的主干专业课程之一，教学过程应注重理论知识和实践能力的协调统一，培养具备专业素质、实践能力和创新能力的现代化复合型人才。这就要求在实践教学环节过程中，培养学生的动手能力、认知能力、实践能力和创新能力，使学生具备解决实际工程问题的能力。目前，我校《水质工程学》实验教学学时为16学时，其中涉及污水处理部分占8学时左右，教学方式主要采用老师讲解基本原理、工艺特点、构筑物组成及功能、实验操作注意事项等。由于专业学生人数较多，实验设备台套数量较少，造成开设实验数量较少，多数以演示性实验为主。在实验过程中，学生创新能力、实践能力和专业技能难以得到提高。

2 《水质工程学Ⅱ》教学改革与思考

2.1 精简课程教学内容，精心安排教学内容

针对本课程学时减少的情况，重新整合《水质工程学Ⅰ》和《水质工程学Ⅱ》中重复的相关内容，避免相关概念、原理和工艺的重复讲解和学习，将学时充分用于拓宽重点内容的讲解。在该课程的教学过程中，减少相关公式的推导和计算过程的讲授，讲授过程中充分将污水处理理论和工艺结合到实际工程实践过程中。通过教学内容的改革，将《水质工程学Ⅰ》和《水质工程学Ⅱ》重复部分内容进行统一整合，如两门课程的共同内容：沉淀理论原理及工艺、深度处理原理及工艺、消毒原理及工艺整合到《水质工程学Ⅰ》中进行讲授，将污泥处理处置与资源化利用部分内容中涉及的污泥排泥设备、污泥浓缩与脱水设备整合到《水工艺设备基础》课程中进行讲授，从而解决重复部分内容的问题。通过精心安排课程教学内容，将国内外现有的污水处理新理念、新概念、新工艺引入到课堂进行详细的讲授。如将我国建立的第一座新概念污水处理厂引入到课堂教学中，讲授污水处理工艺、能源回收、资源循环、环境友好、污泥处理处置等新理念，使学生在学习过程中充分掌握污水处理基本原理和工艺在现代污水处理中的应用。

2.2 充分调动学生学习积极性，提高学生学习兴趣

针对大部分学生在课堂上看考研书籍、看手机和学习热情不高的特点，在授课过程中要不断地向学生强调该课程在专业学习、课程设计、毕业设计中的重要性。如通过介绍本课程在考研复试中的常见问题、本课程不及格对毕业的影响。同时可以向学生介绍关于本课程的网络教学平台，以此帮助学生利用网络学习、拓宽知识面、进行深度学习等方面打下坚实的基础。在平时讲授该课程过程中，可以适当提一些科研过程中遇到的问题，介绍设计过程中的设计要点和参数，介绍最新版本的设计规范和排水工程设计手册，介绍电子资料查阅和国内外文献数据库的查阅方法，培养学生自学能力和学习兴趣。另一方面，在教学过程中，可以结合当前发生的典型环境水污染事件激发学生的兴趣，如2020年3月黑龙江省伊春市发生的伊春鹿鸣矿业尾矿库泄漏事件，通过讲授主要污染物类型对地表水和土壤的污染、监测方案、取样方案、技术方案等，强调本课程和已修课程在处理典型环境污染事件中的应用；如讲授生物脱氮除磷的内容时，将2007年6月无锡太湖蓝藻爆发事件引入课堂，与学生分析蓝藻爆发的原因、危害及治理技术方案，激发学生学习本课程的兴趣。

2.3 采用知识回顾、课后作业评讲和课堂讨论的教学方式

由于我校《水质工程学Ⅱ》两次课之间相隔时间较长，学生课后无复习和预习的习惯，造成知识遗忘性较大，为了避免这种情况的出现，强化学生对知识的记忆和理解，保证两次课之间的连续性和连贯性，每次上课讲解新内容之前都回顾上次课讲的关键内容，同时采取提问的方式，可促使学生在课后进行复习和理解记忆。由于本课程采用的教材课后无习题，习题练习可以帮助学生在课后进行知识的回顾和理解，提高学生的学习效果。可借鉴《给排水科学与工程专业习题集》中污水处理部分习题，编写各章节的习题，每次课程讲授完毕后，给学生布置相应章节的作业，让学生练习后，教师批阅后记入到平时成绩中，这样既可以让学生通过练习题，强化对已学知识的记忆和理解，也可以让教师掌握学生的学习情况。教师在上课之前对作业中存在的易错点、难点、重点等讲解解题思路和方法，强化学生对知识的理解和记忆。在课堂讲授过程中，可以提一些与课程相关的问题进行讨论和讲解。例如，针对化学合成工业和合成氨工业产生的废水水质的特点，采用何种处理方法进行处理；是否需要预处理；预处理采用什么方法。让学生思考后回答，然后再讲解，提高学生独立思考问题和解决处理实际问题的能力。

2.4 强化实践教学环节的作用

根据学校培养应用型本科人才的背景，同时学院通过购置新的设备仪器，淘汰旧的设备仪器，有利于水质工程学实验的开展，改革后的水质工程学实验教学学时为16个学时，其中涉及污水处理部分为8个学时，共开设4个实验，分别为：污泥沉降比和污泥指数的测定与分析实验；鼓风曝气系统的充氧实验；污水总固体和挥发性固体的测定实验；总悬浮物、挥发性悬浮物和灰分的测定实验。改革后的实验内容与理论课结合更加紧密，有利于提高学生的动手能力和创新能力，加强和提高实验技能和专业技能。生产实习是培养工科学生实践能力、工程思想和创新能力的主要途径，是将理论知识和实际生产结合的主要过程。我校给排水科学与工程专业生产实习安排在大四上学期期末进行，组织学生到污水处理厂了解污水处理能力、工艺、构筑物特点及功能、污水厂运行管理、维护，提高学生将理论与实际工程结合的思想；在参观实习过程中鼓励学生积极与工程师沟通交流；严格撰写实习日志，将每天了解和掌握的内容记录到实习日志本上，并撰写自己的学习心得，切实将生产实习的内容与理论结合，加强对专业知识的理解和掌握，培养和提高学生专业素质、创新能力和解决实际工程问题的能力。

3 结语

《水质工程学Ⅱ》作为给排水科学与工程专业的主干专业课程之一，通过对教学方法、教学内容的不断改革和完善，提高教学质量和教学效果，为培养具备综合专业技能的人才奠定坚实的基础。本文通过对《水质工程学Ⅱ》教学过程中存在的主要问题，从教学内容、教学方式方法以及学生学习积极性的调动、实践教学环节的调整等方面进行了改革和完善，并建立了先进的教学方式方法和科学合理的教学内容，对提高教学质量和教学效果具有重要意义，为新时期培养具备专业素质、创新能力、实践能力的综合人才奠定坚实的基础。