“水處理工程設計”教材“二次開發”實踐研究

摘要：“二次開發”既是教師在使用過程中基于現有教材的相關知識二次整理，也是學生基于現有教材的學習方法的創新，是提高教學效果的重要途徑之一。在多年的教學實踐中以環境類學科的“水處理工程設計”為例，對如何做好“二次開發”活動、“二次開發”的原則、方法、決策過程和實施思路等進行探討。教學活動中，教材是基礎，貫徹實施學科思想是教學目的，“二次開發”實質上是基于教材、圍繞學科思想的教師個性化教學活動，開發方法包括擴展、刪簡、修改/替代等。對2009-2012年級環境類學生的調查問卷表明，85%的學生反映教師的“二次開發”活動對本課程的學習幫助很大。

關鍵詞：“二次開發”；學科思想；水處理工程設計；開發方法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0104-03

教材“二次開發”是指教師和學生在教學活動實施中按照一定課程標準和教學大綱對教材既有內容進行適度增刪、邏輯調整和再加工，并對其他教學素材優化選用和開發，使之更好地適應具體的教育教學情景和學生的學習需求。它以既有教材為依托，既忠于教材的設計思想和邏輯安排，又超越教材狹窄空間，一般來說包括三個層面含義[1-3]：一是對教材靈活、創造性和個性化的運用，二是對相關教學資源的選擇、整合和優化，三是指在已有基礎上對教學素材的自主開發。從這個意義上講，“二次開發”不僅是教學方法和手段的改造與創新，更是基于課程大綱和課程標準、體現個性化教學和因材施教思想、適用于實際教學情境的重新建構。而開展對教材的開發，教師首先要對教材內容和邏輯熟練把握，并在此基礎上體會相關外圍相關知識與教材內容及其所要表達的邏輯性和內在關系，摒棄原有的“照本宣科”式固定化和模式化教學，由內而外挖掘教材所蘊含的學科思想與方法。

工科學生的專業設計課是一門實踐性很強的課程，需要學生在公共課、專業基礎課、實習見習以及大量設計規范、經濟性要求的基礎上對設計材料加以分析，對多種工藝流程進行經濟性和可行性對比，對工藝單元外形、結構、設備安置、功能控制點等關鍵環節進行細化設計。專業設計課不但要教授學生基本設計知識和綜合能力，而且也應一步步引導學生建立良好的、主動的創造性思維方法，這是專業設計課程相對其他課程的最大特點。以核心知識點帶相關知識群，并根據學生具體學習情況反饋調節，最大程度改善學生的學習效果。輔助材料主要應包括國家和行業設計手冊、相關設計實例分析等。

“水處理工程設計”是環境工程/環境科學學科一門重要的專業課，目前多數采用《排水工程》（張自杰主編，中國建筑工業出版社）、《水處理構筑物設計與計算》（韓洪軍主編，中國建筑工業出版社出版）等作為參考教材，內容大多局限于“理論-規范-計算例題”的方式，教學過程中不少學生反映僅采用教材授課可理解性較差、無法獲取完整的設計知識。具體表現為知識點較零散，課程內容連貫性、內在邏輯性把握不好；重點不突出，學習目的不明確等。為此，我們對課程教學的目標重新設定的基礎上，從開發原則、決策方法、開發目標、開發策略和實施技巧等方面進行了實踐研究，以制定方案和實施教學。

一、“二次開發”的原則

教材是實現課程標準的主要框架。對于教材的直接使用者——教師和學生來說，一本好的教材應規劃了課程的全部內容，而且在結構上支持前后連貫和一致，是完成基本教學內容和展現課程提要的重要手段。教材不但呈現了“教什么內容”，還解決了“如何教”、“用什么素材教”、“用什么方法教”等問題。[4]具體而言，在教學過程中的“二次開發”實際上是根據教學框架需要對教材和素材的合理選擇與利用，并在教學過程中動態生成具體教學內容的過程。關鍵點在于對教材專題的編排特點和組織線索的分析，對每一知識點的階段性目標與核心知識的把握。從教師角度而言，應在理解的基礎上有所創新。

1.保證學科思想的貫徹

學科思想是展現課程大綱，并引導學生在符合學科邏輯性思維上建立良好學習方法的重要基石，在“二次開發”過程中可優先采用本學科的類比、聯想和舉例等方法，如在“水處理工程設計”中關于“二沉池”的設計部分講授時，教材編排思路是：二沉池的設置位置—二沉池的類型—二沉池的設計參數，而二沉池的沉淀工作原理、池型與前面章節中的“初沉池”均有一定相似之處，將其作為類比基礎，先簡化處理部分細節，如進水整流單元、出水堰、污泥斗設置和浮渣清除裝置等，然后根據初沉池的主要工作原理讓學生推測二沉池工作原理，并進一步定性推斷二者沉淀對象的差異對具體設計參數、設計池型、排泥方式可能產生的影響，然后再重新審視教材編排內容，分析對比課前推斷與實際內容的相同之處與差異。

二沉池的章節編排在工藝學習和初沉池學習基礎上，教學時應注意考慮引導學生從不同方面對學過的知識、未學知識建立聯系，并加以對照。通過引導問題，使較為抽象和零散的設計問題變得較為具體和生動，學生可以逐步在已有的初沉池知識架構中加以調整，形成二沉池的知識架構，而進行調整的手段恰恰是章節引導問題，學生對引導問題的印象記憶也會較為深刻，同時對初沉池和二沉池的設置差異也有了進一步的理解。從某種意義上說，這是真正理解了教材、合理使用教材的做法。

2.保持適當難度

教師在“二次開發”中應注重對教材的適應和積極領會，并在把握教材的同時開展個性化演繹。但如果設定教學活動難度過高，偏離多數學生的思維水平，那么“二次開發”也就失去原有的意義。仍然以二沉池的設計環節為例，由于二沉池處理對象大部分為無法用等效粒徑描述的絮狀污泥，因此理想沉淀理論的應用受到一定限制，偏差較大。工程上通常采用經驗系數修正方法，可保證誤差在實際應用允許偏差范圍內。由于少數學生對經驗系數的取值提出質疑，教師曾經在講授過程中試圖對理想沉淀理論進行修正，參考力學專業研究生教材，引入非圓形修正系數和高等流體力學中關于紊流修正的Stokes公式，這使得二沉池沉淀理論難度大大增加，超出學生的理解范圍，不但造成教學工作量的增加，也使得學生學習效果下降。

由此可以看出，教師的“二次開發”要從學生認知規律的特點出發，在保證有一定擴展度的前提下，還要使學生“跳一跳，夠得著”，既要保持預定的難度與深度，也要考慮到大多數學習者的知識水平和接受能力；要做到“神似而形不似”，活動既要保證開展的價值，還需要教學對象具備一定基礎和條件來承擔，使之真正成為引發學生思維和探索的重要手段。

3.明確開發目標

“二次開發”是基于對現有教材的相關知識按照一定邏輯關系的重新組合和設計，其核心目標與關鍵所在仍然是體現和忠于學科的思想與方法，教師所采取的措施和實施方案等也都應為這一目標服務?！岸伍_發”中，時刻保持教材的指導地位和基礎性。這就要求教師應在理解和掌握教材整體框架的基礎上，參照課程標準和教學大綱，以及針對教學對象設定階段性教學目標，對具體教學內容進行一定取舍和調整、個性化改造，力求教材和學生的相互適應，從而促進學生的學習過程。因此開發的目標仍然是以突出和明確教學知識點、體現教材思想和邏輯性、提高學生學習效果，即“以人為本”。這個目標應該自始至終貫穿于“二次開發”過程中，并作為基本原則來指導整個教學活動。

二、“二次開發”的方法

教材作為第一手資料，無疑為教師提供了“二次開發”的堅實平臺和廣闊空間，但同時衍生出的問題是具體教材處理方法方式上的復雜多樣。在信息知識爆炸的今天，各種環保問題層出不窮，各種水處理領域的新技術新工藝新設備不斷投入使用，教師應如何遴選素材、有機組織，作出合理性決策、如何決定采用何種方法？下面將“水處理工程設計”課程講授過程中的常用方法總結如下：

1.擴展：強化主題、擴展知識

擴展法主要指的是擴展教輔素材，在教材的基礎上為闡明學科思想和學科知識選擇外延性知識，對教材作進一步的延伸和拓展。具體到維度有橫向和縱向兩種表現形式[2，5]：“延伸”是指教師提供更多同類型的材料，主要表現為橫向知識“量”的變化，主要表現為相似范例的豐富，而“擴展”是增加不同類型的材料，側重增加不同性質的材料，著重提供不同知識點之間的“過渡支撐”，突出和強調素材之間的內在聯系。在講授“水處理工程設計”活動中，基于目前地表水的富營養化污染狀況日趨嚴重，《室外排水設計規范（GB50014-2006）》（2011版）中大幅度增加了污水的脫氮除磷部分內容，并對已建、新建污水廠提出了相應處理能力的要求，而相應篇幅在教材中則體現較少。為了增加該部分知識量，教師特地引入“已建污水廠改建擴建案例”、“新建污水廠脫氮除磷工藝案例”的內容，使得該章節講授內容得以豐富。另外，針對生物脫氮除磷的原理，將“生物脫氮主要發生在缺氧階段，而除磷則主要發生在嚴格厭氧階段”、“生物脫氮主要依靠污泥齡較長的反硝化菌，而除磷主要依靠泥齡較短的聚磷菌”這一機理矛盾加以細化解釋，補充講授生物除磷、生物脫氮的步驟環節，使學生可以更好地理解為何傳統完全混合式曝氣池對氮磷去除效果較低，為何氧化溝工藝回流比的調整即可影響脫氮效果，對各個工藝的優缺點、適用場合也有了較為深刻的認識。

2.刪簡：基于學生的思維水平和學科思想

刪除和簡化是有針對性的，并依據學生的思維水平、學習特點對一些較為簡單的或者過于復雜而實際應用意義較小以及與學科其他課程關系不大內容和活動進行合理刪除或者簡化，或是刪除、簡化一些不合時宜的、陳舊的知識點，而且不影響學科思想貫徹實施的內容和活動。如20世紀六七十年代，我國近海海洋環境容量較大，加之環保行業投入人力物力有限，不少沿海地區曾大規模采用污水排海處理方式。但近年來該方法已經產生明顯的副作用，近海污染日益嚴重，赤潮頻發。沿海各省先后大幅度提高排海水質要求，并明文禁止污水直接排海。“水處理工程設計”中，關于污水排海部分內容的篇幅約10頁，采用“初始軸線-污染云”復雜水質擴散模型計算，學習難度高、實際應用意義不大。教師在講授過程中，刪除了該水質模型計算部分內容，并將“排海擴散器”部分講授大大簡化，只要求學生可以掌握“排海排放管”、“擴散器”尺寸計算。這樣處理既考慮了學生的知識水平，又顧及學科思想的掌握。

3.修改/替代：體現與時俱進

針對部分教材內容可能不能滿足和適應具體學生的學習要求，在使用過程中發現有更好的詮釋方式，或有更合適或更先進的內容替代。例如“生物膜法處理工藝”章節中“空氣驅動生物轉盤”、“與沉淀池結合的生物轉盤”等工藝在實際應用中較少出現，教師在講授過程中僅對其原理加以介紹，而講授重點則放在應用較多的“淹沒式曝氣生物濾池”、“接觸氧化池”等工藝，并引導學生思考：為什么前兩種工藝應用較少？主要制約因素有哪些？而后兩種變形工藝則應用較多？與前兩種的差別在哪些方面？對實際工程的設計有何指導意義？通過修改和替代教學內容，使得學生在掌握工藝特點、參數的前提下提出問題，引導學生思考，并將學生注意力放在與學科思想關系更為密切的內容上；在保證知識前后的系統性前提下最大可能滿足學生對知識的需求，提高教學活動的有效性。

三、“二次開發”的決策過程和效果分析

近年來，隨著水處理設備、施工技術的飛速進步，越來越多的新型水處理工藝得到應用，體現在教材的層面上表現為內容不斷充實，但相應的課時卻沒有變化。這就對教師的決策和教學技巧提出了更高的要求。教師實施本輪開發思路與過程如。

為了解學生對新教法的反饋意見，教師利用課余時間對2009～2012級環境工程、環境科學專業學生進行隨機調查160人次，其中對“二次開發”效果持肯定態度的學生占85%，僅有5%的學生表示對本門課程學習沒有明顯幫助，設計課程考核分數也呈穩中有升趨勢。

參考文獻：

[1]李靜.論教師對教材的“二次開發”[J].考試周刊，2012，（33）：23-28.

[2]俞紅珍.教材的“二次開發”：涵義與本質[J].課程·教材·教法，2005，（12）：12-15.

[3]俞紅珍.教材“二次開發”的教師角色期待[J].中國教育學刊，

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[4]申家鋒.新課程實施中的教材二次開發研究[D].新鄉：河南師范大學，2011.

[5]余華銀，宋馬林.互動式教學：培養統計創新型人才的有效途徑[J].安徽職業技術學院學報，2008，（3）：25-28.

[6]關世民.中學英語“教材二次開發”實驗分析與成效研究[J].教育理論與實踐，2010，（5）：41-43.

（責任編輯：王祝萍）