環(huán)境工程專業(yè)排水管網(wǎng)工程課程教學改革與實踐

王育來

(安徽工業(yè)大學 能源與環(huán)境學院,安徽 馬鞍山 243002)

為了與國際工程教育接軌,我校環(huán)境工程專業(yè)以中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會提出的標準(包含環(huán)境工程專業(yè)補充標準)為指導體系,進一步調整了排水管網(wǎng)工程課程任務和課程目標,重新構建了課程體系框架和選取了適宜于整個環(huán)境污染控制課程體系的內容。筆者針對當前排水管網(wǎng)工程課程教學中學時較為緊張,學生難以將排水管網(wǎng)的理論與工程需求進行耦聯(lián),也難以將排水管網(wǎng)的理論知識應用于實踐中等難點,開展理論教學與實踐教學的改革與實踐,以期提升環(huán)境專業(yè)畢業(yè)生的實踐能力和培養(yǎng)學生具有解決復雜工程問題的能力。

一、環(huán)境工程專業(yè)排水管網(wǎng)工程課程大綱修訂

排水管網(wǎng)工程是水污染控制課程體系下開設的一門培養(yǎng)學生應用基礎能力、工程設計能力和提升實踐能力的專業(yè)基礎課。主要講授城市污水管道和雨水管渠的計算理論、設計方法;城市合流制管道的計算理論、設計方法;與排水體制相關的流域環(huán)境綜合整治思路[1]。通過該課程學習,讓學生掌握排水工程系統(tǒng)的排水體制、構造和各單元的工作原理;同時讓學生掌握排水管道或管渠水力計算方法;使學生具備編制排水系統(tǒng)設計任務書和計算書的能力;培養(yǎng)學生分析問題和解決復雜問題的能力,使其達到從事城市排水工程設計、運行及管理的水平。

依據(jù)當前環(huán)境工程人才需求和我校環(huán)境專業(yè)培養(yǎng)目標,學生通過排水管網(wǎng)工程理論學習和課程設計實踐后應具備如下能力:(1)獲取和應用工程知識的能力。掌握解決復雜環(huán)境工程問題的電工、物化、化工、土建等工程基礎知識及其應用。(2)復雜環(huán)境工程問題的分析能力。要求學生運用數(shù)學、物理、化學、工程經濟等相關知識分析、判別城市排水系統(tǒng)設計和優(yōu)化的關鍵參數(shù)。(3)創(chuàng)新地設計/開發(fā)解決方案的能力。了解并掌握工程設計的基本方法,能夠以報告、圖紙或實物的形式呈現(xiàn)設計成果。(4)具有終身學習的意識和能力。能正確認識自我探索和學習的必要性,具有自主學習和終身學習的意識;掌握自主學習的方法,了解知識拓展和能力提高的途徑。據(jù)此,我們認真進行3本課程教學大綱的修訂工作。

二、排水管網(wǎng)工程課程教學內容重構與重難點分析

培養(yǎng)學生解決復雜環(huán)境問題的能力是我校環(huán)境工程專業(yè)建設的主要任務。結合環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生的服務面向和崗位性質,環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)按“研究型”、“應用型”和“技能型”進行構建,以適應社會對人才的不同需求。據(jù)此,我們將排水管網(wǎng)工程課程內容進行了重構,其重點和難點也發(fā)生了相應變化。

基于環(huán)境工程專業(yè)水污染控制工程課程體系,規(guī)避與其他課程內容重復教學。因此,以學生能力培養(yǎng)為目標,根據(jù)課程定位和培養(yǎng)目標,社會需求為導向,進行課程內容重構。改變教材先理論講解后設計、計算的傳統(tǒng),以流域范圍污水管道、雨水管渠設計為主線,設置基于流域排水工程所需掌握的基本知識和基本技能內容講授;并面向環(huán)境專業(yè)研究對象從污染治理向生態(tài)保護與可持續(xù)發(fā)展轉變的發(fā)展趨勢和人才的需求,突出課程理論在流域環(huán)境綜合治理和生態(tài)恢復中的實用性,新增設“城市排水管網(wǎng)常見問題分析”、“城市防洪與雨洪調蓄”和“海綿城市設計要點及實例”等專題講授內容。

為適應經濟全球化和我國嚴峻的環(huán)境保護形勢和任務,提升學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力的需求,我校環(huán)境工程專業(yè)排水管網(wǎng)工程課程重點相應調整為“與經濟發(fā)展狀態(tài)相適應的排水體制選擇”、“污水管道系統(tǒng)、雨水管渠系統(tǒng)的設計及其水力參數(shù)計算”和“與排水系統(tǒng)相關的流域水環(huán)境綜合整治工程”。相對應地,課程難點調整為“老城區(qū)排水改造工程策略及措施”、“復雜系統(tǒng)(如污水管道系統(tǒng)、雨水管渠系統(tǒng))水力參數(shù)優(yōu)化”和“流域水環(huán)境綜合整治,特別是流域受污染水體生態(tài)恢復/重建工程的技術集成與優(yōu)化”。

在教學過程中,借助多媒體與網(wǎng)絡平臺,采用講授、討論、案例教學、場景教學、觀看視頻錄像、課后答疑等靈活多樣的教學方法,把教學重點和難點以問題提問形式引出,讓學生分組討論,培養(yǎng)學生探索研究能力,引導學生歸納和消化所學知識。同時,充分利用參觀實習、工程案例將工程的技術性、實用性、經濟性滲透到教學當中。并結合老城區(qū)排水管網(wǎng)改造、管網(wǎng)錯接/漏接等診斷、海綿城市建設、流域水環(huán)境綜合治理等案例討論,深化學生對工程技術的理解。

三、提升教學效果的教學改進與實踐

(一)優(yōu)化教學資源,強化學生解決復雜環(huán)境工程問題的能力

為了培養(yǎng)學生具備復雜環(huán)境問題的分析能力和創(chuàng)新地設計/開發(fā)解決方案的能力,我們對理論授課內容的選取和過程考核方式均作了調整,如將高等教育出版社《水污染控制工程》(上冊)與中國建筑出版社《排水工程》(上冊)的相關內容進行了整合。特別是基于學生在匯流時間的選取、排水管渠的安全經濟管徑的選擇、排水管渠堵塞等存在的困難,我們優(yōu)化了教學內容和結構,重點闡述雨水匯流形成過程,雨水在管渠中的遷移過程,同時輔以水力學、工程經濟學等相關知識的講授。這種教學內容的資源整合發(fā)揮了不同教材的優(yōu)勢,讓學生突破水力參數(shù)的選擇、方案設計的優(yōu)化等方面存在的困難取得了較好的成效。

另外,當前城市處于快速發(fā)展期,城市內澇災害頻發(fā),城市水環(huán)境水質逐步惡化。基于雨水既是資源又是當前環(huán)境問題的主要因素,本課程補充了海綿城市設計要點和案例分析的教學,主要講授了海綿城市建設的規(guī)劃、海綿城市建設原則、海綿城市生態(tài)單元設計及案例分析。著重培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力,使學生畢業(yè)后能開展城市雨洪有效管理,加強學生對雨水資源的收集和利用等設計方案的理解,也為培養(yǎng)學生解決經濟全球化帶來的復雜環(huán)境問題方案設計的能力,為社會可持續(xù)發(fā)展應具有的創(chuàng)新技術和理論奠定了基礎。

(二)拓展實踐方式,培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力

提升學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力是保障環(huán)境工程教育質量提升的重要方面。課程設計是我校環(huán)境工程專業(yè)排水管網(wǎng)工程課程一個重要的實踐環(huán)節(jié)。近年來,我校排水管網(wǎng)工程課程設計不再局限于傳統(tǒng)管渠定線、管渠水力參數(shù)計算等情景教學,而是將簡單城市等高線變成實際城區(qū)DEM圖,增設城市用地類型多樣性、河流湖庫縱橫交錯的復雜性、水質提升和生態(tài)多元化等多方面要求,同時對設計成果也提出了更高要求(如增加了排水系統(tǒng)與受納水體之間的耦聯(lián),受污染水體的生態(tài)修復成果)。

另外,我校建立了完善的本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練機制,對于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力具有重要的意義,也為拓展工程實踐方式提供新舉措。為了進一步提升學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力,鼓勵學生參與關于排水系統(tǒng)和水環(huán)境綜合治理新技術研發(fā)的創(chuàng)新活動,如生態(tài)防洪技術,雨污管道混接診斷技術,排水管網(wǎng)污泥處理處置新技術,綠色屋頂新材料,雨水調節(jié)池生態(tài)修復技術等。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練強化了學生復雜環(huán)境工程問題分析能力和解決環(huán)境問題的創(chuàng)新能力,也實現(xiàn)了傳統(tǒng)教學模式向能力培養(yǎng)模式的改變,為推進工程教育改革提供了新方向。

(三)開展全方位、多元化課程考核,實行教學質量持續(xù)改進

科學、合理的考核方式是提高工程教育教學質量,反映教學成效的重要措施,也是高等院校工程教育教學改革的重要組成部分。執(zhí)行全方位、多元化的課程考核是排水管網(wǎng)工程課程改革又一重要方面。一方面加強過程考核及加大其占比,在教學過程中實施即時、動態(tài)、多層次的考核和評價。過程考核主要體現(xiàn)在課堂學習(如回答問題、討論積極性、學習筆記等)、專題討論(如雨洪管理和海綿城市建設PPT制作、陳述、團隊合作情況等)、課程作業(yè)、實踐活動(創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動、參觀實習和生產實習)、自主學習等,并將平時成績(即過程考核成績)提升至40%。從教學過程重視學生實踐能力和創(chuàng)新性培養(yǎng),引導學生重視學習過程,發(fā)揮其學習能動性,實現(xiàn)教學質量的全面提升。

另一方面,課程終結性考核也需在“反饋—改進”環(huán)節(jié)上得以加強[2]。具體的措施就是在考核結束后,我們對應畢業(yè)要求指標點,統(tǒng)計并分析學生各指標點的得分,分析各指標點的達成度,并針對達成度分析提出各指標點的改進措施,以期為下一次授課實施進一步改進提供依據(jù)。