《给水排水管网系统》课程教学改革的探索和实践

刘绍根

（安徽建筑工业学院 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230022）

《给水排水管网系统》课程教学改革的探索和实践

刘绍根

（安徽建筑工业学院 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230022）

《给水排水管网系统》课程是给水排水工程专业必修的主干专业课程，对于培养学生的专业素质和专业技能具有不可替代的作用.针对传统教学方式存在的缺陷，在教学模式、教学内容、教学方法和实践教学环节四个方面进行改革，调动了学生学习的积极性和主动性，培养了学生的创新能力，取得了较好的教学效果.

给水排水管网系统；课程教学；课程设计；教学方法

《给水排水管网系统》是给水排水工程专业的主干专业课程之一，系统地论述给水排水管网系统的功能、组成、布置原则、水量计算、水力计算理论和方法、工程优化设计理论和方法及管网系统的运行管理理论和经验.通过课堂教学和课程设计，使学生系统完整地学习和掌握给水排水管网系统的基本概念、基础理论和方法，使学生具备给水排水管网系统规划、设计及运行管理方面的工作能力，同时具备从事给水排水管网科学研究和新技术应用的初步工作能力.

我校从2004年开始，参照高等学校给水排水工程专业指导委员会推荐的给水排水工程专业本科(四年制)培养方案，将原来的给水管网和排水管网合成一门课程——给水排水管网系统，并采用新教材《给水排水管网系统》.近几年安排的课堂教学时数为48学时,并另外增加2周的课程设计（给水管网课程设计和排水管网课程设计各1周）.在教学实践中发现课堂教学课时偏少，难以安排工程实例的介绍与分析；而学生要在1周内完成1个课程设计，时间大多不够用.本文针对《给水排水管网系统》课程教学方面存在的这些问题，转变教学模式，在教学内容、教学方法、实践教学环节等方面进行改革，通过课堂教学与课程设计有机融合，在教学课时不变的情况下，获得更好的教学效果.

1 以建构主义为理论基础，转变教学模式

知识经济时代，高层次人才除应具有专业领域的知识背景之外，更应该具备自主创新能力.创新能力是创造意识、创造思维和创造能力的综合体现.创造意识是实现创造发明的前提与动力，创造思维和创造能力是创新的保证.而创造意识和创造能力都必须以创造思维为基础，否则创新将无从谈起，即创造思维是创造意识和创造能力的基础与核心[1].而从思维的取向看，思维可分为聚合思维和发散思维两类.聚合思维是指思维过程中对信息进行抽象、概括，使之朝着一个方向集中、聚敛，从而找出事物的共同点.形成一种答案、结论或规律.它的主要功能是求同，它有利于人们认识事物的本质和规律.发散思维是指在思维过程中．从多种设想出发，不按常规地寻找变异，使信息朝各种可能的方向辐散、多方面寻求答案，从而引出更多的新信息.在创新性思维中，聚合思维与发散思维是并列的两个基本要素.聚合思维是发散思维的基础，而发散思维又为聚合出正确的答案提供可能.人们进行技术革新时，首先要对各种信息进行综合分析，提炼概括出解决问题的关键(聚合)，提出多种设想或方案(发散)，进行对比、筛选找出最佳方案(聚合)，在试用中再提出多种修改方案(发散)…….思维过程是一个聚合——发散——聚合……这样多次循环、螺旋式上升过程.在这个过程中错误的方案不断被抛弃，不完善的方案被修正，最后聚合出最优化的方案[2，3].

建构主义学习理论认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情景下，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过建构的方式而获得.建构主义学习理论强调：(1)以学生为中心(它是建构主义理论的核心).学生是信息加工的主体，是知识意义的主动建构者，而非外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象.教学过程中应充分发挥学生的积极性和主动性，让学生自己去观察、分析、归纳，去发现规律，而教师只对学生的知识意义建构起帮助和促进作用.(2)注重对学习环境的设计.认为学习是对真实认知环境的体验，因此，在教学过程中必须加强对学习环境的设计，以帮助学生自己在真实情境下积极有效地完成知识意义的建构，从而达到预期的学习目的.(3)学习不是信息简单地从外到内的单向输入，而是通过新信息与学习者原有知识经验的相互作用而实现的，也就是学习者与学习环境之间互动的过程[1].

目前国内高校所采用的教学模式，侧重于聚合思维的培养，而与创新有关的发散思维培养和训练没有受到应有重视，这在工科院校中尤为突出.这种教学模式过分强调教师的主导性，而学生的主体性没有得到应有的重视.教师负责在课堂上将教材中的知识点逐点灌输给学生，对基本理论给出权威推导过程；而学生被动地听课、完成作业，缺乏对所学知识自主、自发地进行思考的机会.对学生的思维训练上，过度强化聚合思维而弱化发散思维，这显然与创造思维的培养相悖.因此为培养具有创新能力的人才就必须改变教育观念，以人为本，寻求有利于创造思维和创造能力的培养与训练的新型教学模式.建构主义的教学模式以学生为中心，在整个教学过程中教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的[4].建构主义教学模式强调的学习自主性正是培养发散思维的重要前提，教师在教学过程中引导学生进行创造性思维，鼓励学生独立进行思考、自由表达自己的看法或提出问题共同讨论，为学生营造一个平等、民主、宽松的学习环境，为创新教育提供了有利条件.传统教学模式向建构主义教学模式转变，可实现从填鸭式教学向启发式教学转变、从讲授知识向传授方法和培养能力转变.

2 以认知目标为驱动，改革教学内容

建构主义强调学生的自主性，探索性，给予了学生很大的自由度，但并不意味着学习是漫无目的、随心所欲的，而是要有明确的认知目标.认知目标即意义建构的对象，实际上就是课程要求要达到的目标.高等学校给水排水工程专业指导委员会编制的《给水排水工程专业规范》将给水排水管网系统的教学内容分为核心教学内容和选修教学内容.核心教学内容为基本教学要求内容，通过课堂教学和课程设计，使学生掌握给水排水管网工程设计和运行管理的基本理论和方法，具备从事工程设计工作能力.选修教学内容为提高型教学内容，使学生掌握给水排水管网优化设计基本理论和方法，以及给水排水管网现代化技术发展和应用，具备从事新技术应用和管网系统科学研究的初步工作能力.参照《给水排水工程专业规范》对给水排水管网系统的要求，引导学生根据自己的学习能力与学习兴趣，制定适合自己的认知目标，营造个性充分发展的环境.

改革教学内容就是将各门课程或各教学环节中有关的教学内容，通过新的组合方式形成内容冗余度少、结构性好、整体协调的新型课程环节，为学生实现自己的认知目标创造条件.给水排水管网系统教学内容改革的目标有：浓缩现有的教学内容，把专业学科发展的新知识及时、有机地补充到教学内容中去，处理好知识总量激增与高教学制有限的矛盾；扩展紧密相关学科的交叉内容，拓宽相关专业知识面，形成符合学科发展的新体系.具体措施如下：

2.1 课程之间的整合

整理与归并不同课程中相关的专业内容，使课程内容更简练、课程结构更紧凑，达到浓缩课程内容之目的.如《给水排水管网系统》中第1章有关给水排水系统的功能、组成及工作原理和给水排水管网系统的功能、组成、类型与体制的教学内容应纳入城市水工程概论课程；第3章中给水排水管网水流特性、管渠水头损失计算、非满流管渠水力计算和管道的水力等效简化等教学内容应纳入流体力学课程；第3章中水泵与泵站水力特性应纳入水泵及水泵站课程.这样可节省高等学校给水排水工程专业指导委员会《给水排水工程专业规范》推荐的给水排水管网系统课程32核心学时中的8学时.

2.2 增加部分专业知识并调整部分教学内容的讲授次序

输水管设计是城市给水管网规划设计的重要组成部分，而新教材《给水排水管网系统》（第二版）缺少这方面的内容，应将旧教材《给水工程》(中国建筑工业出版社，1999年，第四版)中输水管设计计算方面的内容传授给学生；由于在授课之前把课程设计先布置下去，《给水排水管网系统》第6章设计用水量计算、设计流量分配与管径设计两节的内容应提前到第4章之后、第5章之前介绍，以便学生利用课余时间完成课程设计中相关设计计算，使课程设计与课堂教学基本同步.

2.3 及时补充专业学科发展的新知识

用户对给水管网水质保护越来越关注，现行《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求检测管网水质，故在课堂教学中应充实有关给水管网水质变化与控制方面的内容；初期径流水质较差，会污染城市或小区水环境，故在讲授雨水管渠设计计算时应让学生了解初期径流污染成因与控制方面的知识.

2.4 扩展紧密相关学科的交叉内容

给水排水工程是城市的有机组成部分，给水排水工程的规划、设计与其他单项工程如城市道路、城市防洪、城市消防等单项工程的规划、设计都是在城市总体布局基础上平行进行的，要求各单项工程之间相互配合、协调，解决彼此间矛盾，避免冲突，使整个城市各组成部分之间构成有机的整体.所以根据课程教学进度，适时地补充一些与城市道路、城市防洪、城市消防等单项工程有关的背景知识，可以拓宽学生的知识领域.

3 强化主体意识，改革课堂教学

学生的主体性和教师的主导性应紧密结合.教师的主导作用是使教学过程高效率进行的保证，学生的主动探索是学习取得成功的基本条件，两者不可偏废.在高等学校，教师的主导作用是通过引导、点拨等方式发挥的；而学生只有通过自主的、探索性的学习，才能真正体现认知主体地位.

为了让学生真正成为认知主体，对课堂教学进行了如下改革：

3.1 营造平等、民主的课堂气氛

教师把自己放到与学生平等的位置，以消除学生的敬畏心理，同时也要帮助学生转变观念、对自己的学习主体地位有充分、正确的认识.鼓励学生独立思考、自由表达自己的看法或提出问题共同讨论，营造一个平等、民主、宽松的教学氛围.

3.2 充分调动学生学习的积极性

在讲课中注意使学生的注意力、观察力、记忆力、想象力都处于积极的状态；教学内容可带点探索性，给学生留下自己思考的余地；在一定限度内给学生设置一些问题，以促进学生积极思维，培养学生独立地分析和解决问题的能力.

3.3 综合运用各种教学方法

在指导思想上以启发式代替注入式，强调在传授知识的同时，重视学生能力的培养.在教学过程中，讲授法、讨论法、自学指导法等相互配合使用，在有限的时间内获得最好的教学效果.对课程教学大纲要求学生掌握的基本专业知识、基本原理及抽象程度高的内容，要通过精讲、精练，使学生高效率地掌握基本理论和方法；在此基础上，教师应根据学生学习效果及课程大纲要求设置一些问题（可以与学生容易出现错误的知识点有关，也可以是扩展学生认识领域的问题）与学生共同研讨，也可鼓励学生提出问题供大家讨论，讨论的方式可以是当场讨论，也可让学生把问题带到课外，而课外讨论的结果再反馈到课内，从而实现课堂向课外延伸、课外活动促进课堂教学的师生之间互动，提高学生应用基本知识和基本理论决解决问题的技能；教师可给学生介绍一些给水排水管网系统方面的新知识及给水排水管网系统交叉学科的背景材料，鼓励学有余力及求知欲较强的同学组成兴趣小组，教师与学生通过讨论共同拟定题目，学生在教师指导下通过自学教材和参考资料，综合运用已经学过的知识对问题进行解答，学生在自学过程中可以培养自信心、责任心、创造能力及协作精神；加强学法指导，教会学生学习，使学生不仅掌握系统的知识，而且能获得独立地学习与更新知识的方法与能力.

3.4 传统教学手段与现代化教学手段有机结合

多媒体教学可通过丰富的图片、录像等多媒体资料形成声、光、形、色、动等直接对学生的视觉和听觉器官共同进行作用的情境，具有信息量大、节省板书时间、界面丰富等优点，可以较好地解决给水排水管网系统课程内容增加、课时减少的矛盾，但在教学实践中发现，需要严密数学推导或逻辑关系很复杂的教学内容采用板书的形式更便于学生理解与掌握，因为经过教师精心提炼的板书内容可以带动学生的思维，吸引学生思考和集中精力，从而收到良好的教学效果.如学生普遍反映用板书的形式讲解给水管网环能量方程组的线形化、环能量方程组算法求解、分区给水管网供水能量分析、给水管网优化设计数学模型及其算法求解等重要知识点，是比较容易理解的.

3.5 完善网络教学资源建设，促进学生自主学习及个性化发展

利用学校网络课堂平台建立师生互动的助学系统，学生可以自己选择感兴趣的学习资料并控制学习进度，使个性化学习和开放式教学得以实现，从而打破了学时、教材和教师等因素的制约，为学生摆脱被动接受知识创造了有利条件.

3.6 改革课程考核方法

只注意死记硬背知识的考试往往会束缚学生创造能力的发展.课程成绩由考勤情况、课堂表现、作业完成情况、笔试成绩综合评定，实行多样化的考核.注重平时的考察，课堂作业、回答问题、课后作业等内容都是评定学生学业成绩的依据.将考试注入更多的学习、探索、思考内容，要考出学生独立分析问题、解决问题的能力.

4 理论与实践相结合，强化实践教学环节

工科高等院校是以培养应用型专业人才为目标，在教学上对学生实践能力的培养更为注重.要让学生在理论与实际的联系中理解和掌握知识，积极地运用所获得的知识去解决实际问题，以便形成专门人才必备的技能和技巧，增强分析问题和解决问题的能力.理论与实际的联系不仅是学生成为专门人才应作的理论和实践方面的准备，而且这两者是相互影响、相互促进的.在理论教学中，在讲清基本理论的同时，也要注意讲清它的实践基础以及它们在解决实际问题时如何运用；而实践性教学环节应成为运用和检验理论学习、加深对理论知识理解的重要途径和方法.

实践性教学环节是培养学生工程实践能力和创新能力的重要途径.通过实习、课程设计等多环节、多层次的训练，可以对所帮助学生巩固课堂教学内容、激发学生的学习兴趣及创新思维，从而提高教学的实效性.与给水排水管网系统课程有关的实践性教学环节主要有生产实习和课程设计.

4.1 灵活安排生产实习的教学内容

生产实习可以加强理论与实践的联系，加深学生对所学的专业知识的理解，同时让学生了解企业的生产过程和给排水工程设施的运行管理并获得一定企业管理知识和生产技能，促进学生树立工程意识和经济意识；安排生产实习的教学内容应充分考虑给水排水管网系统课程教学的需要，根据课堂教学的进度，可邀请设计单位、水工业企业有经验的专家、管理人员举行给水排水管网工程规划设计、给水管网运行调度与管理、排水管道养护等专题讲座，也可组织学生到给水排水管道工程施工工地参观实习.

4.2 课程设计与课堂教学有机融合

给水排水管网系统是一门应用性、实践性较强的专业技术课程，课程设计不仅能锻炼学生的实践能力和创新能力，同时也加深了学生对课堂讲授内容的理解和记忆.为调动学生对课堂讲授内容的兴趣，加深理解所学的理论知识，在授课之前把课程设计的题目、基础资料及成果要求先布置下去，将课程设计实践环节贯穿在整个课堂教学过程中，课堂讲授与实践环节同步进行.教师可提供多种类型的课程设计题目，由学生自己选题，为学生创造发现问题、探究问题的机会，使课程学习形式多样化、个性化.如给水管网课程设计一般是进行一个由6～8个基环构成的城镇或工业区给水管网的初步设计，学生可先根据选定的题目查阅相关资料，根据课堂教学的进度、利用课堂教学过程中所学的专业理论知识，依次完成给水管网系统用水量计算、给水管网定线、管段设计流量计算、经济流速的选定、管道直径的拟定、管网水力计算、水泵所需扬程计算、消防校核、等水压线的绘制、给水管网平面布置图和给水管网节点详图的绘制等工作.通过课程设计，能够使学生利用所学的知识，学会应用设计规范、设计手册，进一步掌握给水排水管网系统的基本理论、设计原理、方法和步骤，达到巩固、消化所学课程主要内容的目的，培养学生初步具备给水排水管网系统的设计和绘图能力.

〔1〕黄海峰.基于建构主义的建筑给水排水工程教学模式探讨[J].高等建筑教育，2008(6):76-79.

〔2〕范向真.论聚合思维与发散思维能力的培养[J].福建中学教学,2000(6):59-60.

〔3〕李爱芳.谈课堂教学中对学生创造性思维能力的培养 [J].佳木斯大学社会科学学报，2004(4):86-87．

〔4〕何克抗．建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J]．北京师范大学学报，1997(5)：74-81.

G642.0

A

1673-260X（2012）03-0210-04

安徽建筑工业学院校级重点建设课程《给水排水管网系统》