环境工程专业排水管网工程课程教学改革与实践

王育来

(安徽工业大学 能源与环境学院,安徽 马鞍山 243002)

为了与国际工程教育接轨,我校环境工程专业以中国工程教育专业认证协会提出的标准(包含环境工程专业补充标准)为指导体系,进一步调整了排水管网工程课程任务和课程目标,重新构建了课程体系框架和选取了适宜于整个环境污染控制课程体系的内容。笔者针对当前排水管网工程课程教学中学时较为紧张,学生难以将排水管网的理论与工程需求进行耦联,也难以将排水管网的理论知识应用于实践中等难点,开展理论教学与实践教学的改革与实践,以期提升环境专业毕业生的实践能力和培养学生具有解决复杂工程问题的能力。

一、环境工程专业排水管网工程课程大纲修订

排水管网工程是水污染控制课程体系下开设的一门培养学生应用基础能力、工程设计能力和提升实践能力的专业基础课。主要讲授城市污水管道和雨水管渠的计算理论、设计方法;城市合流制管道的计算理论、设计方法;与排水体制相关的流域环境综合整治思路[1]。通过该课程学习,让学生掌握排水工程系统的排水体制、构造和各单元的工作原理;同时让学生掌握排水管道或管渠水力计算方法;使学生具备编制排水系统设计任务书和计算书的能力;培养学生分析问题和解决复杂问题的能力,使其达到从事城市排水工程设计、运行及管理的水平。

依据当前环境工程人才需求和我校环境专业培养目标,学生通过排水管网工程理论学习和课程设计实践后应具备如下能力:(1)获取和应用工程知识的能力。掌握解决复杂环境工程问题的电工、物化、化工、土建等工程基础知识及其应用。(2)复杂环境工程问题的分析能力。要求学生运用数学、物理、化学、工程经济等相关知识分析、判别城市排水系统设计和优化的关键参数。(3)创新地设计/开发解决方案的能力。了解并掌握工程设计的基本方法,能够以报告、图纸或实物的形式呈现设计成果。(4)具有终身学习的意识和能力。能正确认识自我探索和学习的必要性,具有自主学习和终身学习的意识;掌握自主学习的方法,了解知识拓展和能力提高的途径。据此,我们认真进行3本课程教学大纲的修订工作。

二、排水管网工程课程教学内容重构与重难点分析

培养学生解决复杂环境问题的能力是我校环境工程专业建设的主要任务。结合环境工程专业毕业生的服务面向和岗位性质,环境工程专业人才培养按“研究型”、“应用型”和“技能型”进行构建,以适应社会对人才的不同需求。据此,我们将排水管网工程课程内容进行了重构,其重点和难点也发生了相应变化。

基于环境工程专业水污染控制工程课程体系,规避与其他课程内容重复教学。因此,以学生能力培养为目标,根据课程定位和培养目标,社会需求为导向,进行课程内容重构。改变教材先理论讲解后设计、计算的传统,以流域范围污水管道、雨水管渠设计为主线,设置基于流域排水工程所需掌握的基本知识和基本技能内容讲授;并面向环境专业研究对象从污染治理向生态保护与可持续发展转变的发展趋势和人才的需求,突出课程理论在流域环境综合治理和生态恢复中的实用性,新增设“城市排水管网常见问题分析”、“城市防洪与雨洪调蓄”和“海绵城市设计要点及实例”等专题讲授内容。

为适应经济全球化和我国严峻的环境保护形势和任务,提升学生的工程实践能力和创新能力的需求,我校环境工程专业排水管网工程课程重点相应调整为“与经济发展状态相适应的排水体制选择”、“污水管道系统、雨水管渠系统的设计及其水力参数计算”和“与排水系统相关的流域水环境综合整治工程”。相对应地,课程难点调整为“老城区排水改造工程策略及措施”、“复杂系统(如污水管道系统、雨水管渠系统)水力参数优化”和“流域水环境综合整治,特别是流域受污染水体生态恢复/重建工程的技术集成与优化”。

在教学过程中,借助多媒体与网络平台,采用讲授、讨论、案例教学、场景教学、观看视频录像、课后答疑等灵活多样的教学方法,把教学重点和难点以问题提问形式引出,让学生分组讨论,培养学生探索研究能力,引导学生归纳和消化所学知识。同时,充分利用参观实习、工程案例将工程的技术性、实用性、经济性渗透到教学当中。并结合老城区排水管网改造、管网错接/漏接等诊断、海绵城市建设、流域水环境综合治理等案例讨论,深化学生对工程技术的理解。

三、提升教学效果的教学改进与实践

(一)优化教学资源,强化学生解决复杂环境工程问题的能力

为了培养学生具备复杂环境问题的分析能力和创新地设计/开发解决方案的能力,我们对理论授课内容的选取和过程考核方式均作了调整,如将高等教育出版社《水污染控制工程》(上册)与中国建筑出版社《排水工程》(上册)的相关内容进行了整合。特别是基于学生在汇流时间的选取、排水管渠的安全经济管径的选择、排水管渠堵塞等存在的困难,我们优化了教学内容和结构,重点阐述雨水汇流形成过程,雨水在管渠中的迁移过程,同时辅以水力学、工程经济学等相关知识的讲授。这种教学内容的资源整合发挥了不同教材的优势,让学生突破水力参数的选择、方案设计的优化等方面存在的困难取得了较好的成效。

另外,当前城市处于快速发展期,城市内涝灾害频发,城市水环境水质逐步恶化。基于雨水既是资源又是当前环境问题的主要因素,本课程补充了海绵城市设计要点和案例分析的教学,主要讲授了海绵城市建设的规划、海绵城市建设原则、海绵城市生态单元设计及案例分析。着重培养学生解决复杂问题的能力,使学生毕业后能开展城市雨洪有效管理,加强学生对雨水资源的收集和利用等设计方案的理解,也为培养学生解决经济全球化带来的复杂环境问题方案设计的能力,为社会可持续发展应具有的创新技术和理论奠定了基础。

(二)拓展实践方式,培养学生工程实践能力和创新能力

提升学生工程实践能力和创新能力是保障环境工程教育质量提升的重要方面。课程设计是我校环境工程专业排水管网工程课程一个重要的实践环节。近年来,我校排水管网工程课程设计不再局限于传统管渠定线、管渠水力参数计算等情景教学,而是将简单城市等高线变成实际城区DEM图,增设城市用地类型多样性、河流湖库纵横交错的复杂性、水质提升和生态多元化等多方面要求,同时对设计成果也提出了更高要求(如增加了排水系统与受纳水体之间的耦联,受污染水体的生态修复成果)。

另外,我校建立了完善的本科生创新创业训练机制,对于培养学生创新能力具有重要的意义,也为拓展工程实践方式提供新举措。为了进一步提升学生工程实践能力和创新能力,鼓励学生参与关于排水系统和水环境综合治理新技术研发的创新活动,如生态防洪技术,雨污管道混接诊断技术,排水管网污泥处理处置新技术,绿色屋顶新材料,雨水调节池生态修复技术等。创新创业训练强化了学生复杂环境工程问题分析能力和解决环境问题的创新能力,也实现了传统教学模式向能力培养模式的改变,为推进工程教育改革提供了新方向。

(三)开展全方位、多元化课程考核,实行教学质量持续改进

科学、合理的考核方式是提高工程教育教学质量,反映教学成效的重要措施,也是高等院校工程教育教学改革的重要组成部分。执行全方位、多元化的课程考核是排水管网工程课程改革又一重要方面。一方面加强过程考核及加大其占比,在教学过程中实施即时、动态、多层次的考核和评价。过程考核主要体现在课堂学习(如回答问题、讨论积极性、学习笔记等)、专题讨论(如雨洪管理和海绵城市建设PPT制作、陈述、团队合作情况等)、课程作业、实践活动(创新创业活动、参观实习和生产实习)、自主学习等,并将平时成绩(即过程考核成绩)提升至40%。从教学过程重视学生实践能力和创新性培养,引导学生重视学习过程,发挥其学习能动性,实现教学质量的全面提升。

另一方面,课程终结性考核也需在“反馈—改进”环节上得以加强[2]。具体的措施就是在考核结束后,我们对应毕业要求指标点,统计并分析学生各指标点的得分,分析各指标点的达成度,并针对达成度分析提出各指标点的改进措施,以期为下一次授课实施进一步改进提供依据。