《給水排水管網系統》課程教學改革的探索和實踐

劉紹根

（安徽建筑工業學院 環境與能源工程學院，安徽 合肥 230022）

《給水排水管網系統》課程教學改革的探索和實踐

劉紹根

（安徽建筑工業學院 環境與能源工程學院，安徽 合肥 230022）

《給水排水管網系統》課程是給水排水工程專業必修的主干專業課程，對于培養學生的專業素質和專業技能具有不可替代的作用.針對傳統教學方式存在的缺陷，在教學模式、教學內容、教學方法和實踐教學環節四個方面進行改革，調動了學生學習的積極性和主動性，培養了學生的創新能力，取得了較好的教學效果.

給水排水管網系統；課程教學；課程設計；教學方法

《給水排水管網系統》是給水排水工程專業的主干專業課程之一，系統地論述給水排水管網系統的功能、組成、布置原則、水量計算、水力計算理論和方法、工程優化設計理論和方法及管網系統的運行管理理論和經驗.通過課堂教學和課程設計，使學生系統完整地學習和掌握給水排水管網系統的基本概念、基礎理論和方法，使學生具備給水排水管網系統規劃、設計及運行管理方面的工作能力，同時具備從事給水排水管網科學研究和新技術應用的初步工作能力.

我校從2004年開始，參照高等學校給水排水工程專業指導委員會推薦的給水排水工程專業本科(四年制)培養方案，將原來的給水管網和排水管網合成一門課程——給水排水管網系統，并采用新教材《給水排水管網系統》.近幾年安排的課堂教學時數為48學時,并另外增加2周的課程設計（給水管網課程設計和排水管網課程設計各1周）.在教學實踐中發現課堂教學課時偏少，難以安排工程實例的介紹與分析；而學生要在1周內完成1個課程設計，時間大多不夠用.本文針對《給水排水管網系統》課程教學方面存在的這些問題，轉變教學模式，在教學內容、教學方法、實踐教學環節等方面進行改革，通過課堂教學與課程設計有機融合，在教學課時不變的情況下，獲得更好的教學效果.

1 以建構主義為理論基礎，轉變教學模式

知識經濟時代，高層次人才除應具有專業領域的知識背景之外，更應該具備自主創新能力.創新能力是創造意識、創造思維和創造能力的綜合體現.創造意識是實現創造發明的前提與動力，創造思維和創造能力是創新的保證.而創造意識和創造能力都必須以創造思維為基礎，否則創新將無從談起，即創造思維是創造意識和創造能力的基礎與核心[1].而從思維的取向看，思維可分為聚合思維和發散思維兩類.聚合思維是指思維過程中對信息進行抽象、概括，使之朝著一個方向集中、聚斂，從而找出事物的共同點.形成一種答案、結論或規律.它的主要功能是求同，它有利于人們認識事物的本質和規律.發散思維是指在思維過程中．從多種設想出發，不按常規地尋找變異，使信息朝各種可能的方向輻散、多方面尋求答案，從而引出更多的新信息.在創新性思維中，聚合思維與發散思維是并列的兩個基本要素.聚合思維是發散思維的基礎，而發散思維又為聚合出正確的答案提供可能.人們進行技術革新時，首先要對各種信息進行綜合分析，提煉概括出解決問題的關鍵(聚合)，提出多種設想或方案(發散)，進行對比、篩選找出最佳方案(聚合)，在試用中再提出多種修改方案(發散)…….思維過程是一個聚合——發散——聚合……這樣多次循環、螺旋式上升過程.在這個過程中錯誤的方案不斷被拋棄，不完善的方案被修正，最后聚合出最優化的方案[2，3].

建構主義學習理論認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情景下，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過建構的方式而獲得.建構主義學習理論強調：(1)以學生為中心(它是建構主義理論的核心).學生是信息加工的主體，是知識意義的主動建構者，而非外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象.教學過程中應充分發揮學生的積極性和主動性，讓學生自己去觀察、分析、歸納，去發現規律，而教師只對學生的知識意義建構起幫助和促進作用.(2)注重對學習環境的設計.認為學習是對真實認知環境的體驗，因此，在教學過程中必須加強對學習環境的設計，以幫助學生自己在真實情境下積極有效地完成知識意義的建構，從而達到預期的學習目的.(3)學習不是信息簡單地從外到內的單向輸入，而是通過新信息與學習者原有知識經驗的相互作用而實現的，也就是學習者與學習環境之間互動的過程[1].

目前國內高校所采用的教學模式，側重于聚合思維的培養，而與創新有關的發散思維培養和訓練沒有受到應有重視，這在工科院校中尤為突出.這種教學模式過分強調教師的主導性，而學生的主體性沒有得到應有的重視.教師負責在課堂上將教材中的知識點逐點灌輸給學生，對基本理論給出權威推導過程；而學生被動地聽課、完成作業，缺乏對所學知識自主、自發地進行思考的機會.對學生的思維訓練上，過度強化聚合思維而弱化發散思維，這顯然與創造思維的培養相悖.因此為培養具有創新能力的人才就必須改變教育觀念，以人為本，尋求有利于創造思維和創造能力的培養與訓練的新型教學模式.建構主義的教學模式以學生為中心，在整個教學過程中教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、會話等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和創新精神，最終達到使學生有效地實現對當前所學知識的意義建構的目的[4].建構主義教學模式強調的學習自主性正是培養發散思維的重要前提，教師在教學過程中引導學生進行創造性思維，鼓勵學生獨立進行思考、自由表達自己的看法或提出問題共同討論，為學生營造一個平等、民主、寬松的學習環境，為創新教育提供了有利條件.傳統教學模式向建構主義教學模式轉變，可實現從填鴨式教學向啟發式教學轉變、從講授知識向傳授方法和培養能力轉變.

2 以認知目標為驅動，改革教學內容

建構主義強調學生的自主性，探索性，給予了學生很大的自由度，但并不意味著學習是漫無目的、隨心所欲的，而是要有明確的認知目標.認知目標即意義建構的對象，實際上就是課程要求要達到的目標.高等學校給水排水工程專業指導委員會編制的《給水排水工程專業規范》將給水排水管網系統的教學內容分為核心教學內容和選修教學內容.核心教學內容為基本教學要求內容，通過課堂教學和課程設計，使學生掌握給水排水管網工程設計和運行管理的基本理論和方法，具備從事工程設計工作能力.選修教學內容為提高型教學內容，使學生掌握給水排水管網優化設計基本理論和方法，以及給水排水管網現代化技術發展和應用，具備從事新技術應用和管網系統科學研究的初步工作能力.參照《給水排水工程專業規范》對給水排水管網系統的要求，引導學生根據自己的學習能力與學習興趣，制定適合自己的認知目標，營造個性充分發展的環境.

改革教學內容就是將各門課程或各教學環節中有關的教學內容，通過新的組合方式形成內容冗余度少、結構性好、整體協調的新型課程環節，為學生實現自己的認知目標創造條件.給水排水管網系統教學內容改革的目標有：濃縮現有的教學內容，把專業學科發展的新知識及時、有機地補充到教學內容中去，處理好知識總量激增與高教學制有限的矛盾；擴展緊密相關學科的交叉內容，拓寬相關專業知識面，形成符合學科發展的新體系.具體措施如下：

2.1 課程之間的整合

整理與歸并不同課程中相關的專業內容，使課程內容更簡練、課程結構更緊湊，達到濃縮課程內容之目的.如《給水排水管網系統》中第1章有關給水排水系統的功能、組成及工作原理和給水排水管網系統的功能、組成、類型與體制的教學內容應納入城市水工程概論課程；第3章中給水排水管網水流特性、管渠水頭損失計算、非滿流管渠水力計算和管道的水力等效簡化等教學內容應納入流體力學課程；第3章中水泵與泵站水力特性應納入水泵及水泵站課程.這樣可節省高等學校給水排水工程專業指導委員會《給水排水工程專業規范》推薦的給水排水管網系統課程32核心學時中的8學時.

2.2 增加部分專業知識并調整部分教學內容的講授次序

輸水管設計是城市給水管網規劃設計的重要組成部分，而新教材《給水排水管網系統》（第二版）缺少這方面的內容，應將舊教材《給水工程》(中國建筑工業出版社，1999年，第四版)中輸水管設計計算方面的內容傳授給學生；由于在授課之前把課程設計先布置下去，《給水排水管網系統》第6章設計用水量計算、設計流量分配與管徑設計兩節的內容應提前到第4章之后、第5章之前介紹，以便學生利用課余時間完成課程設計中相關設計計算，使課程設計與課堂教學基本同步.

2.3 及時補充專業學科發展的新知識

用戶對給水管網水質保護越來越關注，現行《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）要求檢測管網水質，故在課堂教學中應充實有關給水管網水質變化與控制方面的內容；初期徑流水質較差，會污染城市或小區水環境，故在講授雨水管渠設計計算時應讓學生了解初期徑流污染成因與控制方面的知識.

2.4 擴展緊密相關學科的交叉內容

給水排水工程是城市的有機組成部分，給水排水工程的規劃、設計與其他單項工程如城市道路、城市防洪、城市消防等單項工程的規劃、設計都是在城市總體布局基礎上平行進行的，要求各單項工程之間相互配合、協調，解決彼此間矛盾，避免沖突，使整個城市各組成部分之間構成有機的整體.所以根據課程教學進度，適時地補充一些與城市道路、城市防洪、城市消防等單項工程有關的背景知識，可以拓寬學生的知識領域.

3 強化主體意識，改革課堂教學

學生的主體性和教師的主導性應緊密結合.教師的主導作用是使教學過程高效率進行的保證，學生的主動探索是學習取得成功的基本條件，兩者不可偏廢.在高等學校，教師的主導作用是通過引導、點撥等方式發揮的；而學生只有通過自主的、探索性的學習，才能真正體現認知主體地位.

為了讓學生真正成為認知主體，對課堂教學進行了如下改革：

3.1 營造平等、民主的課堂氣氛

教師把自己放到與學生平等的位置，以消除學生的敬畏心理，同時也要幫助學生轉變觀念、對自己的學習主體地位有充分、正確的認識.鼓勵學生獨立思考、自由表達自己的看法或提出問題共同討論，營造一個平等、民主、寬松的教學氛圍.

3.2 充分調動學生學習的積極性

在講課中注意使學生的注意力、觀察力、記憶力、想象力都處于積極的狀態；教學內容可帶點探索性，給學生留下自己思考的余地；在一定限度內給學生設置一些問題，以促進學生積極思維，培養學生獨立地分析和解決問題的能力.

3.3 綜合運用各種教學方法

在指導思想上以啟發式代替注入式，強調在傳授知識的同時，重視學生能力的培養.在教學過程中，講授法、討論法、自學指導法等相互配合使用，在有限的時間內獲得最好的教學效果.對課程教學大綱要求學生掌握的基本專業知識、基本原理及抽象程度高的內容，要通過精講、精練，使學生高效率地掌握基本理論和方法；在此基礎上，教師應根據學生學習效果及課程大綱要求設置一些問題（可以與學生容易出現錯誤的知識點有關，也可以是擴展學生認識領域的問題）與學生共同研討，也可鼓勵學生提出問題供大家討論，討論的方式可以是當場討論，也可讓學生把問題帶到課外，而課外討論的結果再反饋到課內，從而實現課堂向課外延伸、課外活動促進課堂教學的師生之間互動，提高學生應用基本知識和基本理論決解決問題的技能；教師可給學生介紹一些給水排水管網系統方面的新知識及給水排水管網系統交叉學科的背景材料，鼓勵學有余力及求知欲較強的同學組成興趣小組，教師與學生通過討論共同擬定題目，學生在教師指導下通過自學教材和參考資料，綜合運用已經學過的知識對問題進行解答，學生在自學過程中可以培養自信心、責任心、創造能力及協作精神；加強學法指導，教會學生學習，使學生不僅掌握系統的知識，而且能獲得獨立地學習與更新知識的方法與能力.

3.4 傳統教學手段與現代化教學手段有機結合

多媒體教學可通過豐富的圖片、錄像等多媒體資料形成聲、光、形、色、動等直接對學生的視覺和聽覺器官共同進行作用的情境，具有信息量大、節省板書時間、界面豐富等優點，可以較好地解決給水排水管網系統課程內容增加、課時減少的矛盾，但在教學實踐中發現，需要嚴密數學推導或邏輯關系很復雜的教學內容采用板書的形式更便于學生理解與掌握，因為經過教師精心提煉的板書內容可以帶動學生的思維，吸引學生思考和集中精力，從而收到良好的教學效果.如學生普遍反映用板書的形式講解給水管網環能量方程組的線形化、環能量方程組算法求解、分區給水管網供水能量分析、給水管網優化設計數學模型及其算法求解等重要知識點，是比較容易理解的.

3.5 完善網絡教學資源建設，促進學生自主學習及個性化發展

利用學校網絡課堂平臺建立師生互動的助學系統，學生可以自己選擇感興趣的學習資料并控制學習進度，使個性化學習和開放式教學得以實現，從而打破了學時、教材和教師等因素的制約，為學生擺脫被動接受知識創造了有利條件.

3.6 改革課程考核方法

只注意死記硬背知識的考試往往會束縛學生創造能力的發展.課程成績由考勤情況、課堂表現、作業完成情況、筆試成績綜合評定，實行多樣化的考核.注重平時的考察，課堂作業、回答問題、課后作業等內容都是評定學生學業成績的依據.將考試注入更多的學習、探索、思考內容，要考出學生獨立分析問題、解決問題的能力.

4 理論與實踐相結合，強化實踐教學環節

工科高等院校是以培養應用型專業人才為目標，在教學上對學生實踐能力的培養更為注重.要讓學生在理論與實際的聯系中理解和掌握知識，積極地運用所獲得的知識去解決實際問題，以便形成專門人才必備的技能和技巧，增強分析問題和解決問題的能力.理論與實際的聯系不僅是學生成為專門人才應作的理論和實踐方面的準備，而且這兩者是相互影響、相互促進的.在理論教學中，在講清基本理論的同時，也要注意講清它的實踐基礎以及它們在解決實際問題時如何運用；而實踐性教學環節應成為運用和檢驗理論學習、加深對理論知識理解的重要途徑和方法.

實踐性教學環節是培養學生工程實踐能力和創新能力的重要途徑.通過實習、課程設計等多環節、多層次的訓練，可以對所幫助學生鞏固課堂教學內容、激發學生的學習興趣及創新思維，從而提高教學的實效性.與給水排水管網系統課程有關的實踐性教學環節主要有生產實習和課程設計.

4.1 靈活安排生產實習的教學內容

生產實習可以加強理論與實踐的聯系，加深學生對所學的專業知識的理解，同時讓學生了解企業的生產過程和給排水工程設施的運行管理并獲得一定企業管理知識和生產技能，促進學生樹立工程意識和經濟意識；安排生產實習的教學內容應充分考慮給水排水管網系統課程教學的需要，根據課堂教學的進度，可邀請設計單位、水工業企業有經驗的專家、管理人員舉行給水排水管網工程規劃設計、給水管網運行調度與管理、排水管道養護等專題講座，也可組織學生到給水排水管道工程施工工地參觀實習.

4.2 課程設計與課堂教學有機融合

給水排水管網系統是一門應用性、實踐性較強的專業技術課程，課程設計不僅能鍛煉學生的實踐能力和創新能力，同時也加深了學生對課堂講授內容的理解和記憶.為調動學生對課堂講授內容的興趣，加深理解所學的理論知識，在授課之前把課程設計的題目、基礎資料及成果要求先布置下去，將課程設計實踐環節貫穿在整個課堂教學過程中，課堂講授與實踐環節同步進行.教師可提供多種類型的課程設計題目，由學生自己選題，為學生創造發現問題、探究問題的機會，使課程學習形式多樣化、個性化.如給水管網課程設計一般是進行一個由6～8個基環構成的城鎮或工業區給水管網的初步設計，學生可先根據選定的題目查閱相關資料，根據課堂教學的進度、利用課堂教學過程中所學的專業理論知識，依次完成給水管網系統用水量計算、給水管網定線、管段設計流量計算、經濟流速的選定、管道直徑的擬定、管網水力計算、水泵所需揚程計算、消防校核、等水壓線的繪制、給水管網平面布置圖和給水管網節點詳圖的繪制等工作.通過課程設計，能夠使學生利用所學的知識，學會應用設計規范、設計手冊，進一步掌握給水排水管網系統的基本理論、設計原理、方法和步驟，達到鞏固、消化所學課程主要內容的目的，培養學生初步具備給水排水管網系統的設計和繪圖能力.

〔1〕黃海峰.基于建構主義的建筑給水排水工程教學模式探討[J].高等建筑教育，2008(6):76-79.

〔2〕范向真.論聚合思維與發散思維能力的培養[J].福建中學教學,2000(6):59-60.

〔3〕李愛芳.談課堂教學中對學生創造性思維能力的培養 [J].佳木斯大學社會科學學報，2004(4):86-87．

〔4〕何克抗．建構主義的教學模式、教學方法與教學設計[J]．北京師范大學學報，1997(5)：74-81.

G642.0

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1673-260X（2012）03-0210-04

安徽建筑工業學院校級重點建設課程《給水排水管網系統》