《水资源利用与保护》课程教学方法改革研究——以山东建筑大学给排水科学与工程专业为例

陈淑芬,刘静,伏苓

(山东建筑大学 市政与环境工程学院,山东 济南 250101)



《水资源利用与保护》课程教学方法改革研究

——以山东建筑大学给排水科学与工程专业为例

陈淑芬,刘静,伏苓

(山东建筑大学 市政与环境工程学院,山东 济南 250101)

《水资源利用与保护》是给排水科学与工程专业的一门主干必修课程，是以实现水资源可持续利用，满足社会、经济、环境、生态需求为目的而设置的课程。文章以山东建筑大学给排水科学与工程专业为例，分析了《水资源利用与保护》课程在教学过程中存在的课程教学模式单一、教学时数少、实习教学环节缺乏、教材内容滞后、考核形式单一等存在的问题及现状；阐述了《水资源利用与保护》课程的特点及重要性；提出了通过改变授课方式、改变考核方式等教学改革措施，合理组织课堂内外的教学设计，对《水资源利用与保护》的教学改革进行了认真探讨。

水资源利用与保护；给排水科学与工程专业；课程特点；教学设计

0　引言

水资源是人类赖以生存繁衍的宝贵资源，是国民经济发展不可替代的自然资源与环境要素，是实现可持续发展的重要物质基础。多年来，人类对水资源无序的掠夺性开采与不合理利用所产生的与水有关的生态、环境及地质灾害问题已成为制约可持续发展和影响人类健康与安全的重要因素。随着人口的急剧增加和社会经济的迅速发展，以水资源短缺与污染为主要特征的水资源危机已受到国际水资源与水环境领域的广泛关注[1]。目前，不合理的水资源开发利用造成的主要问题包括：水资源巨大浪费与水资源短缺并存、水资源污染导致“水质型”缺水显著、生态环境恶化、环境地质问题突出。为实现水资源的可持续利用，满足社会经济环境的用水需求，《水资源利用与保护》课程应社会发展与环境变化之需求而引入给排水科学与工程专业，山东建筑大学市政与环境工程学院于2002年开始将该课程列入本专业的教学计划中，现已成为本专业的一门主干必修课程。

为解决不断出现的各种水资源问题，许多创新性技术和方法等不断出现，与现实存在的教材更替慢，教学时数压缩，实习教学环节缺乏等出现很大矛盾，与知识更新速度及培养目标不匹配。为此，许多高校对该门课程进行了相关的课程教学改革探讨。张荔对该门课程进行设计、制定与实施教学案例探讨，提出了新型案例教学模式[2]；熊正为等利用多媒体教学手段，开发电化实验与模拟工程系统等教学方法，有效弥补实验条件不足，系统与完善专业实验，强化学生工程性训练环节[3]；崔亚莉等强调教学实践环节的重要性，提出要抓好地下水数值模拟上机实验、读书报告以及综合作业等教学环节[4]。高素霞等通过充实教学内容、改革教学手段、加强实践教学等教改方法，提高学生的工程设计能力[5]。赵玲萍等就该门课程的教学内容、教学方法及考核方式等做了探讨，以期提高教学质量[6]。

上述不同高校的教改方法给我们山东建筑大学《水资源利用与保护》课程教改提供了许多启示，同时，结合我们自己的特点去探索适合于本校学生的教改方法。文章以该课程中融入节水方法探讨、将Excel应用于皮尔逊Ⅲ型曲线分析水文频率计算等教学环节为例，通过改变授课方式和考核方式，克服当前教学中出现的问题，研究提高培养与挖掘大学生的实践与创新能力的教改方法。

1　水资源利用与保护课程教学现状及存在的问题

随着人们对水资源研究的不断深入，信息论、系统工程论等各种现代化理论在水资源系统研究中得到广泛应用，各类确定性与非确定性识别与模拟水资源系统的方法、模型不断涌现；与此同时，水资源量与质的综合评价方法、节水技术的开发与应用、污水再生、回用技术以及水体污染控制与修复等新方法、新技术、新工艺的推出有风起云涌之势。作为高等院校给排水科学与工程专业的学生应该学到最新的专业概念、最新的技术、工艺及优化管理等方面的知识。此外，学生的知识与技能应集中于对水资源优化管理的决策和解决水资源与水环境问题的实践上，达到学以致用。但现状教学与实际需求存在许多问题，主要表现在以下几个方面。

1.1课堂教学模式单一

《水资源利用与保护》课程通常以课堂授课为主，尽管各高校电化授课比较普遍，但有的老师以文字为主的PPT居多，授课过程中充当解说员，存在老师主导授课，学生被动听课的惯常问题，难以调动学生的学习兴趣和积极性。

1.2教学时数少

按照高校“ 厚基础、宽口径、强能力、高素质”的培养目标以及高校给排水工程学科专业指导委员会编制的专业规范要求，本学院《水资源利用与保护》课程学时由原来的56学时缩减为48学时，而授课内容与知识信息量却基本没有变化，这就对教师提出了更高的要求。

1.3实习教学环节缺乏

该课程应用性强，与实践工程有着紧密的联系，但自开设课程至今缺少相关的课程设计安排。取水工程课程设计没有设置专门的设计周，作为一个大作业，学生在设计中缺乏整体时间进行集中系统的构造设计，因而上交的作业往往随意性较强，泵站选型及布置不合理，很少作品能够体现出该设计的系统性与完整性。

近年来，国家在政策制定过程中加大了对农业的倾斜力度，农业也提升到了前所未有的战略高度。随着农业科技水平的不断提升和现代农业新技术的应用，传统的农业生产形式得到了彻底的转型和升级，农业也迎来了全新的发展机遇。

1.4教材内容滞后

随着水资源研究的不断深入，一些新的水资源优化配置方法、污水再用新技术、节水新方法、水资源模拟与模型的建立、信息化的运行等水资源利用与保护的理论和方法均在不断发展与完善，一些专业术语和符号的规范统一化、一些新的分析计算方法等逐渐走向规范化，但教材的更新周期往往落后于科学进展，因而，紧扣世界水资源利用与保护的发展主题给老师提出了新的挑战。

1.5考核形式单一

目前，各高校考核多以闭卷笔试为主，题型主要有名词解释、填空题、判断题、简答题和计算题。其中的记忆性与理解性知识居多，考核创新性与创造性知识不足，与培养、挖掘大学生的实践与创新能力的要求不匹配。

2　水资源利用与保护课程特点及作用

2.1课程特点

(1) 理论性强 《水资源利用与保护》的课程内容包括：水资源的循环、赋存与分布，水资源评价的理论与方法，供需平衡分析，取水构筑物的选址与运行参数，节水理论、技术与评价体系，水资源保护与管理的方法与措施等，其内容涉及不同领域与学科的理论和技术，如水文学、水文地质学、地下水动力学、统计学、取水工程、环境科学、水处理技术等，具有理论丰富，知识面广，内容复杂，但各部分内容关联性较差的特点[3-4]。

(2) 应用性强 本课程中节水技术的开发与应用，中水工程的开展与推广，取水工程的位置选取、构筑物类型与构造的确定，开采试验方法评价地下水允许开采量等内容均与工程应用和实际生产紧密结合，是保证水资源可持续利用的重要实践应用内容。

2.2课程的作用

给排水科学与工程专业是我国给水排水行业高级人才培养和科技发展的重要支撑，是从事给水排水工程的设计、施工、运行和管理等工作，服务于城镇及建筑给排水等领域，其核心任务是从事水的采集、输配与水质控制，是参与社会水循环的主导专业。为满足日益扩大的用水需求，许多大规模蓄水、调水与引水工程出现，使局部径流条件发生重大或根本性改变，严重地干扰了水的自然循环过程，甚至危及到流域的水安全和生态安全[8]。水安全是关乎国家长治久安的大事，治水兴水是民族之大业。当前，我国水资源环境面临水资源短缺、水质型缺水、水生态损害等严俊形势，培养学生掌握水资源保护与利用的最新发展理念、知识与技术，并将其转化为治水兴水的实践，为中国实现水安全提供保障。

通过该课程的学习，使该专业的学生在全局上能够把握水资源的合理开发与利用原则，初步具备应用水资源的形成规律进行水资源评价与分析的能力，具有服务于水资源利用与保护等领域的设计、评价、保护、管理等方面的工作能力和创新能力，为今后从事水的利用和水源保护及取水工程的设计、施工管理和科学研究等工作打下基础。因此，要求学生具有将课堂知识与实践相结合，对已知和未知的知识进行检验与更新，以便更好地服务于水资源与水环境领域[9-11]。

3　水资源利用与保护课程教学改革措施

美国著名的教育心理学家加涅在《教学设计原理》中指出，教学设计是规划教学系统的过程，强调教学系统是资源和程序做出有利于学习的安排，强调刺激与诱导学生内部心理环节，通过呈现刺激材料及诱导学习等教学事件，提高学生的学习注意力，促进知识的记忆与迁移[12]。因此，合理的教学设计是将已有的教学资源合理利用、课内课外有机结合，为学生学习设计教学。针对不同的教学内容，如何充分利用已有的教学条件与设备，加强课程学习，激发学生探求知识的欲望，都是教学设计要解决的问题。

文章根据《水资源利用与保护》的课程内容、特点及目前教学中存在的主要问题，考虑到现有的教学条件与实验设备，分别对授课方式和考核方式进行了改革探索与应用。经过近几年的教学探索，发现上述的教学设计，除了能够克服当前教学存在的主要问题，有效完成教学任务，还极大地提高了学生课堂的学习效率、课后参与实践的热情，燃起爱水、保水与节水意识，促进学生们对节水技术、处理技术等的探求欲望。

3.1改变授课方式

(1) 注重问题导入式授课强调的是在教学过程中要注重学生是认知过程的主体，教学方法需以学生为中心，由教师的诱导、启迪、启示等方法开启学生发现、发生、展开、发散、探索等自主学习、自主创新能力培养的教学方式，是当前教育领域广泛讨论并极具影响力的理论与实践问题。

孔子曰：“不愤不启，不悱不发。”抓住学生思维过程中的矛盾，启发诱导，层层分析，步步深入，最后导出正确的结论。课程教学设计中，本着导入要新、精要讲解、巧设问题的原则，针对每堂课的教学内容，预先设定几个相关问题，诱导学习，精心组织授课内容。例如，水资源量的评价部分，对于很多学生来说，脑子里面可能有着一个模糊的概念，但是，究竟如何评价一个地区的水资源量、用什么方法、用什么参数表达等问题如何找到切入点，先修课程的相关内容(如径流深、径流系数、空隙性、裘布依公式、达西定律等)如何应用于量的评价等，上述诸多问题对于学生来说既有新知识的导入，又有已学知识的融会贯通，既提高了学生的学习兴趣，又提高了学生融会贯通将知识融入实践的能力。

(2) 刺激材料的收集与呈现水体污染及由于不合理的水资源开发利用而导致的各种生态损失与水文地质灾害等问题是当前水资源与水环境所面临的现状。及时收集水体污染、水环境破坏的最新文献与图片资料，包括地表水与地下水被污染的图片及年报数据、由地下水过量开采所导致的地面塌陷灾害等视频及相关材料，通过PPT展示给学生；通过实地考察护城河、大明湖及学校周围等城市水体状况，让学生直观目睹水体污染现状，判断污染等级。通过视觉感官及心理方面的感受不但增强了学生的水质安全忧患意识和环保意识，引起学生对水资源问题的极大关注，对强化与增进其学习的内在动力是非常有帮助的[13-14]。

(3) 探索讨论式教学《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》提出积极实行讨论式教学，说明讨论式教学是当今教学改革的必然选择。在《水资源保护与利用》课程教学过程中，由于课时有限，如何将大量课程内容在短时间内有效传递，教学组成员积极探讨讨论式教学模式。针对《水资源利用与保护》的一些应用性强的问题，曾组织不同类型的兴趣小组，例如水质检测小组、节水指标讨论小组、数据分析与处理小组等，小组成员带着课堂提出与讨论的问题，充分利用课余时间，在一起讨论相关方案与内容。

水质监测小组根据以前开设的实验课程，选择某一种或两种水质指标，通过查阅实验方法、实验仪器、水质标准、不同物质不同方法的检出限等文献，分析不同方法的优缺点，讨论不同污染物质实验方法中的某些注意事项，例如磷是水质评价的重要指标，并且，测定正磷酸盐的含量时可以采用离子色谱法、钼锑抗分光光度法和氧化亚锡还原钼蓝法[15]，这些方法中具有哪些要求，哪些简便易行，哪些灵明度高等，不同组的同学们在问题交流中洞开了眼界，捕捉到了水质研究的前沿信息，在质疑中提高了学生思考问题的能力。

数据分析与处理小组就《水资源利用与保护》课程中涉及到水文频率曲线、抽水实验曲线等许多处理数据的问题进行了分组讨论与试验，以绘制水文频率曲线为例，利用教材中常规的方法必须经过若干次参数调整才能得到满意的拟合曲线，其工作量大且存在较大的目估误差。但随着计算机应用技术的不断发展,一些通用软件如EXCEL等具有强大的统计计算与绘图功能，其内置的面向对象的VBA应用软件已经成为优秀的开发平台，并且，已经有应用于水文频率计算的成功案例[16-17]。基于此，布置学生应用EXCEL软件绘制海森几率格纸和P—Ⅲ理论曲线。小组通过对比老方法——频率格纸法，发现使用新方法可以很快得到满意的参数和拟合曲线，极大地提高了解决问题的效率，等等。同学们通过小程序的开发与应用，既提高了专业绘制曲线的能力与计算机的应用能力，也提高了学生分析与解决问题的能力。总之，成立兴趣小组，可充分利用课余时间，克服因教学时数不足而带来的问题，使学生在实践中掌握知识与技能，有效促进学生综合素质的形成[19]。

(4) 充分利用多媒体技术 感性认识是想象与创造的基础和源泉，教育心理学指出成功的教学离不开情景，真实的情景是学生接受新知识、输入新信息的重要渠道。本课程与实践工程密切相关，但许多知识是抽象的，例如：利用数值法评价地下水允许开采量中，有地下含水层结构概化、地下水流态概化、边界条件概化等水文地质条件概化知识；管井施工中泥浆循环护壁去屑的循环流程如何进行；取水工程或水处理工程的一些隐蔽构造等，这些内容仅凭想象很难理解，而现有的实习条件难以满足现场教学要求。因此，授课老师发挥多媒体的技术优势，弥补实习条件的不足，利用多媒体技术模拟含水层结构、地下水流态与泥浆循环流程，展示各种水工程的剖面结构及工艺流程等方面内容，积极创设不同实体的模拟情景，以增强学生的感性认识，加深对相关知识的理解，将理论与实践有机结合。

3.2改变考核方式

为强化学生巩固与加深理解所学理论知识，闭卷笔试形式还是重要的考核方式。但为培养学生运用理论解决实际问题，提高学生的实践与创新能力，通过近几年教学经验，发现撰写小论文是一个非常好的考核手段，通过提高其成绩占比(通常为30%)，来强化学生的重视程度。小论文的布置方法通常是结合最新的水资源利用与保护的一些热点与教材中的一些难点问题，给学生拟定相关的主题，让学生利用课后时间，通过网上图书馆或者借阅图书资料等查阅文献，自己组织文章结构与逻辑关系。曾经布置的小论文题目有“水权制度的理解”、“探讨工业节水指标体系优缺点”、“节水激励机制探讨”等，以“探讨工业节水指标体系优缺点”为例，同学们查阅现有的节水指标体系，并就每个指标体系可能有的优点与缺点分别论述。根据小论文的批改，发现还是有很多亮点，例如，有的同学提出“万元工业产值取水量”这一节水指标，优点是简单明了，与国民经济发展计划紧密结合；缺点是受市场供求与时空影响明显，不同地域、不同时间、供求紧张与否等因素会影响万元产值取水量的大小。这个优缺点的提出，说明学生上网查阅资料或者真正动脑思考了，只要用心查阅资料或思考就会有收获。小论文的撰写，在提高学生学术修养与组织撰写能力外，不仅弥补了因教材更替慢而获取的紧扣时代发展的理论与知识，还及大地提高了学生的创新能力，是一个值得推广的考核方式。

4　结语

通过对《水资源利用与保护》课程教学改革的探讨与尝试，克服了因压缩教学时数与教材更新周期慢的问题，使学生能紧跟新技术、新理念、新工艺的发展方向，在激发学生的学习兴趣，深化所学专业知识，培养学生动手、动脑、创新能力等方面均取得了一定成效，但仍有一些问题如取水工程设计在不安排专门设计周的条件下，如何提高其设计质量与品质等是今后教学改革过程中需要不断完善与提高的环节。

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(学科责编：王光银)

ResearchonthereformofteachingmethodsinWaterResourcesUtilizationandConservation:AcasestudyofShandongJianzhuUniversity

ChenShufen,LiuJing,FuLing

(SchoolofMunicipalandEnvironmentEngineering,ShandongJianzhuUniversity,ShandongJinan, 250014,China)

WaterResourcesUtilizationandConservationisamainspecializedcourseforwatersupplyanddrainageengineering,andthegoalofthiscourseistorealizethesustainableutilizationofwaterresourcesandmeetthedemandofsocial,economic,environmentandecology.BytakingthewatersupplyanddrainageengineeringofShandongJianzhuUniversityasanexample,thepaperanalyzestheexistingproblemsandthepresentsituationintheteachingprocessofWaterResourcesUtilizationandConservation,suchasteachingmodelofsingle,lessteachingtime,lackingofpracticeteachinglink,laggingoftheteachingmaterialcontent,theinspectionformasingle,etc.ItexpoundsthecharacteristicsandimportanceofWaterResourcesUtilizationandConservation,proposestheteachingreformmeasuresbychangingtheteachingandexaminationmethodstoorganizetheteachingdesignin&outofclass,thusdoingcarefulresearchonthereformofteachingmethods.

waterresourcesutilizationandconservation;watersupplyanddrainageengineering;coursecharacteristics;teachingdesign

2015-12-11

陈淑芬(1968-),女,副教授,博士,主要从事水处理技术与水资源优化等方面的研究.E-mail:ccssff266121@sdjzu.edu.cn

1673-7644(2016)02-0200-05

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