以学生为主体,能力培养为目标的《环境工程学》课程设计

[摘要]本文以《环境工程学》课程中的《沉淀》章节为例，利用“说课”的形式，从教材分析，教法与学法和教学过程的安排三个方面详细阐述了这节课的安排。以体现《环境工程学》以学生为主体，能力培养为目标的课程设计思路。

[关键词]环境工程学 沉淀 教材 教法 学法

《环境工程学》课程系统的介绍了环境污染控制的基本理论，包括水质净化与水污染控制工程，大气污染控制工程，固体废物处理与资源化等的防治技术的原理和方法。要求学生初步掌握污染控制和公害防治的基本原理和基本方法。

在绍兴文理学院，该课程主要面向环境科学系大二下学期的本科生。这一阶段的学生在知识方面已经学习了有机无机化学，生物化学，微生物学等专业基础知识，但个体差异十分明显。在技能方面学生思维活跃，积极性高，理解及操作能力较强，学生对实验和科研的兴趣非常浓厚。在情感方面求知欲望强烈，喜欢探求真理，具有积极的情感态度。因此我们为这门课制定了以能力培养为目的的学习目标。本文以《沉淀》这一章节的内容为例，以说课的形式阐述本门课的课程设计思路。

一、教材分析

（一）教材

本门课选择的教材是蒋展鹏主编的《环境工程学》，这本教材的特点是内容比较全面，主要介绍一些基本理论和基本方法，学生学起来会比较轻松，但工程知识比较少，而环境工程本身又是一门应用性的学科，因此我们又为这门课选择了两本参考书《环境工程原理》，侧重介绍污染控制技术涉及的物理，化学，流体力学的原理。另一本参考书是《给排水设计手册》侧重介绍各种控制技术的工程应用实例。这两本书的相应内容都扫描下来，按章节放在课程网站上，课堂讲授相应内容的时候，提及网站，便于学生在课后自主学习。

（二）教学内容的地位和作用

《沉淀》是课本第一篇水污染控制技术第三章废水物理化学处理方法的第二节的内容。

本节课是在学习了格栅之后编排的，主要考虑到在水处理的流程中，第一步工艺是格栅，第二步工艺就是沉淀。通过本节的学习，即衔接了上一节的内容，又为学习后面混凝，活性污泥法，剩余污泥处理处置技术奠定基础。沉淀工艺也是污水处理中用得最多的一类物化方法。学习这部分有着非常重要的意义。这一节共分五个方面的内容（1）沉淀的功能及基本类型（2）沉淀试验及沉淀曲线分析（3）理想沉淀池效率分析（4）实际沉淀池与理想沉淀池的差别（5）沉淀处理工艺，共分三个学时完成，其中沉淀的功能及基本类型比较简单，作为自主学习的内容，安排学生自学，本文主要阐述第一课时的内容即（2）沉淀试验及沉淀曲线分析（3）理想沉淀池效率分析。

（三）培养目标

根据《教学大纲》的要求和学生已有的知识基础和认知能力，本节课的知识目标为了解沉淀的四种类型，掌握沉淀柱实验中颗粒去除效率的计算方法，掌握理想沉淀池中颗粒去除效率的计算方法，灵活运用去除效率计算公式设计沉淀池。能力目标为在此过程中培养学生自主学习的能力，锻炼学生通过设计实验解决实际工程问题的能力。以培养学生的科学创新精神，和自主学习的能力。

（四）教学重点与难点

本节课教学的重点是沉淀柱和理想沉淀池中实验中颗粒去除效率的计算方法。教学的难点是颗粒物去除效率E公式的推导，E-u曲线的绘制及面积计算，如何根据E-u曲线设计理想沉淀池。

二、教法与学法分析

（一）教法

首先通过精讲与启发诱导的教学方法讲授沉淀柱及理想沉淀池实验的分析方法，推导颗粒去除效率的计算方法，突出重点。再通过设计问题和组织课堂讨论帮助学生掌握理想沉淀池的设计，解决难点。

（二）学法

对于只需要了解的内容，采用自主学习法。对于需要掌握的内容学生需要在老师的引导下，一步一步的解决问题，对于需要灵活运用的内容则需要学生自主探索，讨论交流，借此培养学生动脑，动口和动手能力，是学生成为学习的主体。

三、教学过程安排

基于上述分析，为了有效的实现教学目标，本节课的教学过程在设计上注重突出重点，化解难点，具体分为如下四个环节

（一）以实际问题为切入点，引入课题

首先举一个实际的例子，我们从污水厂取来一桶废水，其中含有树叶，泥沙，色素有机物和无机盐，现要求大家处理这桶废水，大家拟采用什么方法。这个问题大家都回答出来，首先采用过滤去除一些粒径较大的悬浮物，即上一节课的内容――格栅。再通过沉淀的方法去除粒径小但是密度大的颗粒污染物。学生们回答沉淀之后，再提一个新问题，对于500mL的水样，我们是用500mL的量筒还是烧杯？同学们有的回答是量筒有的回答是烧杯。那选择量筒还是烧杯的依据是什么？这个时候引入一个概念：即颗粒物的去除率，以E表示。并介绍本节课的重点，即沉淀过程中颗粒物的去除率是如何求解的。

（二）通过板书与动画演示，层层推导，突出重点

在水处理实践中遇到的颗粒形状、大小，密度各不相同，在实际应用时，一般通过沉淀实验来判定水样的沉降性能。沉淀柱过程的去除率的求解涉及到的是公式的推导，这部分的内容我们采用动画与板书相结合的形式，层层推导。首先利用动画演示沉淀过程中不同类型的颗粒的运动情况，再通过板书详细分析每一类型的颗粒物的去除率，最后推导总的去除率，在这个过程中提一些小问题，一方面检查学生自主学习的情况，另一方面在教师推导的过程中，调动学生的思考的积极性，而不是被动的吸收。

在水处理工程中，通过沉淀池来分离去除颗粒物的，因此在沉淀柱实验的基础上，本节课的第二部分内容，推导沉淀池的去除效率计算方法。在这一部分讲授过程中除了采用动画与板书之外，还可以利用知识的迁移性降低这部分内容的学习难度。沉淀柱主要是研究颗粒在一维方向上的运动，沉淀池则考虑颗粒在二维方向上的运动。因此在讲解沉淀池中颗粒的运动时，侧重讲解横向运动，纵向运动规律与沉淀柱中的类似，可采用提问的方式由学术描述，教师板书。

（三）以实际工程问题为例，讲解公式的应用方法，化解难点

上述两个重要公式的讲解主要采用推导法，但学习这两个公式的目的是为了应用，因此在课堂的后15min，举了一个具体的工程例子，安排学生就近分组讨论10min，最后再由教师进行总结。这也是这节课创新的一个地方。因为这个问题并不是学生直接套用公式就能解决的，它其实是一个逆向推导的过程，可以根据q=Q/A求A？，所以问题就转化为求q，q在数值上等于u，怎么求u？学生在讨论的时候一般会卡在这儿，教师在他们讨论时可以给一些提示，u其实是可以根据E-u曲线求的（解决难点），那问题就转为E-u曲线的绘制，如何绘制E-u曲线，就是我们这节课第一部分讲的内容。最后再帮大家梳理一下这道题的解题思路，重现知识结构，作为这节课的总结，加深学生印象。

（四）在课程网站上提供拓展学习资料，补充课堂知识

在课程网站提供这一章节的拓展资料，一部分是有关于沉淀的流体力学方面的基础，另一部分是沉淀部分的工程设计实例，供感兴趣的同学自主学习。

（五）借助课后作业和网站的测试题，考核学生的学习效果

课后习题便于学生自我考核学习效果，进一步巩固和夯实知识基础。而网站上的测试题，在第三章讲授结束之后，会让学生到网站上完成测试题，测试题包括填空和选择题两个题型，针对沉淀这一节的题目内容主要检查学生自主学习的情况。

四、总结

本节课的安排充分体现了以学生为主体，以能力培养为目标的教学理念，这一教学理念也贯穿于整个《环境工程学》的课程设计安排中。

经费来源：绍兴文理学院重点建设课程：编号040702

（作者单位：绍兴文理学院生命科学学院浙江绍兴）