新工科背景下給水排水管道系統(tǒng)課程的教學(xué)改革與實踐

鄧仁健 周賽軍 任伯幟 王 麗 侯保林 胡曉蓮

（湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南·湘潭 411201）

0 引言

對提高城市居民生活質(zhì)量、改善人居環(huán)境和城市生態(tài)文明建設(shè)負有歷史責任的給排水科學(xué)與工程專業(yè)，已開始圍繞國家重大需求和國民經(jīng)濟發(fā)展，從水的城市社會循環(huán)角度觀察和研究問題。2017年，教育部發(fā)布的《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》對新工科建設(shè)的內(nèi)涵、外延和人才培養(yǎng)提出了新的要求和規(guī)定?！督o水排水管道系統(tǒng)》作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的主干課程，對其教學(xué)改革和實踐是給排水科學(xué)與工程專業(yè)也是滿足新工科要求的重要實現(xiàn)途徑。傳統(tǒng)《給水排水管道系統(tǒng)》的理論知識體系（給水管網(wǎng)和排水管道）、教學(xué)組織和教學(xué)方法等，與新工科建設(shè)、社會、行業(yè)和時代發(fā)展存在明顯的差距。因此，基于新工科的要求，從課程思政、教學(xué)方法、教學(xué)資源和教學(xué)效果評價等方面探討了該課程建設(shè)新途徑，旨在為當前地方高校給排水科學(xué)與工程專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供參考。

1 課程改革原則

1.1 系統(tǒng)性

以水輸送和收集方法為主線，突出管網(wǎng)的水力計算和優(yōu)化設(shè)計理論。聚焦給水、排水管網(wǎng)計算原理和設(shè)計技術(shù)，兼顧核心參數(shù)的設(shè)計和計算；根據(jù)給水管網(wǎng)和排水管網(wǎng)的統(tǒng)一性和差異性，闡述其特別要求和計算方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，使學(xué)生建立城市給水排水管網(wǎng)的系統(tǒng)性和整體性的觀點。

1.2 創(chuàng)新性

為了滿足經(jīng)濟社會需求，所有的理論、方法和技術(shù)都需要不斷的更新；《給水排水管道系統(tǒng)》現(xiàn)有的理論知識、管網(wǎng)模型、計算方法和關(guān)鍵參數(shù)等還存在諸多不足，還需不斷完善和創(chuàng)新。課堂上，如果只講授通用成熟的理論，而不闡述其發(fā)展過程和內(nèi)在要求，難免與規(guī)范、手冊過度重疊，難以滿足創(chuàng)新的要求。

1.3 工程性

為了拓展更新和完善課程的知識體系和提升學(xué)生的理論分析水平，課堂教學(xué)過程中引入一些新方法、新理論、新技術(shù)、新材料和新設(shè)備等新知識；并應(yīng)用這些新知識重構(gòu)給水排水管道或管網(wǎng)的復(fù)雜工程問題，提升學(xué)生的工程規(guī)劃設(shè)計能力和工程素養(yǎng)。

2 課程改革內(nèi)容

2.1 課程思政多維化

分層次、講方法、求實效的將課程思政與和學(xué)科思政教育融入人才培養(yǎng)過程中是新工科必然要求。因此，在《給水排水管道系統(tǒng)》課程教學(xué)過程中充分挖掘和融合思政元素，也是該課程建設(shè)的主要內(nèi)容之一。

2.1.1 強化課程思政教學(xué)觀念

探索《給水排水管道系統(tǒng)》課程專業(yè)教育屬性與新工科專業(yè)人才培養(yǎng)屬性的契合點，落實課程思政在本課程建設(shè)中的引領(lǐng)效果和踐行方式，這就要求在教學(xué)過程中堅持正確的政治導(dǎo)向，堅持德育和智育相統(tǒng)一，堅持關(guān)注國家/地方發(fā)展需求和學(xué)術(shù)研究相統(tǒng)一。從而實現(xiàn)由“智育”向“德育—智育”協(xié)同并重課堂教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變，也是實現(xiàn)專業(yè)知識傳承與核心價值引領(lǐng)并重的育人機制。

2.1.2 挖掘課程思政元素

考慮新工科建設(shè)要求和依托《給水排水管道系統(tǒng)》知識體系，在課堂教學(xué)過程中充分挖掘并融入課程思政元素。例如，通過講授城市黑臭水體危害和供水水質(zhì)存在風險等，明確具有城市“血管功能”的給水排水管網(wǎng)的重要性和歷史使命，進而培養(yǎng)學(xué)生的社會責任感和使命感；在給排水管道管材選擇教育學(xué)生以質(zhì)量為重，強調(diào)工程師應(yīng)有的職業(yè)道德。挖掘并融入課程思政元素還可以與技術(shù)、新方法、新設(shè)備和超級工程相結(jié)合，通過頂管施工方法、水泵等新方法和新設(shè)備的采用，提升學(xué)生的民族自豪感，堅信在發(fā)展和創(chuàng)新中國產(chǎn)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)世界領(lǐng)先。

2.1.3 案例牽引課程教學(xué)

典型工程案例教學(xué)方法不僅可以提高專業(yè)教學(xué)效果，還可以融入課程思政內(nèi)。通過南水北調(diào)、東深供水工程等超級工程來彰顯我國制度的優(yōu)越性；利用城市給排水工程系統(tǒng)規(guī)劃案例來培養(yǎng)學(xué)生在工程實踐中要勇于承擔對工程建設(shè)、自然環(huán)境以及社會的責任。解讀海綿城市建設(shè)、城市綜合管廊建設(shè)、城市黑臭水體治理實施等工程案例所產(chǎn)生的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，從而讓學(xué)生深刻明白我國為什么要走綠色可持續(xù)發(fā)展道路，進而突出城市生態(tài)文明建設(shè)的重要性和必要性。

2.1.4 構(gòu)建課程知識體系

在教學(xué)過程中介紹輸配水行業(yè)的新規(guī)范、新理論、新技術(shù)、新設(shè)備和新材料等最新科研成果及發(fā)展動態(tài)，構(gòu)建完整的課程體系，使教學(xué)和科研相互促進。將大型給水管網(wǎng)模擬及優(yōu)化調(diào)度的理論、給水管網(wǎng)水質(zhì)控制方法、SWMM模型應(yīng)用、排水管網(wǎng)功能診斷、海綿城市建設(shè)理論等來補充和更新本課程知識單元，提高《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)內(nèi)容的理論性、系統(tǒng)性和實踐性，構(gòu)建“知識—能力—工程應(yīng)用”立體化課程體系，為培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力奠定基礎(chǔ)。

2.2 教學(xué)方法多樣化

新工科建設(shè)以學(xué)生為中心就是要實現(xiàn)被動“教”到主動“學(xué)”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，同時也對教學(xué)方法進行改革。結(jié)合《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)內(nèi)容的特點，可以利用信息化教學(xué)手段、仿真模擬軟件等開展不間斷的線上教學(xué)。

2.2.1 教學(xué)理念改變

利用問題式教學(xué)、研討式交流教學(xué)、工程案例解讀等方法，將傳播專業(yè)知識和培養(yǎng)學(xué)生能力相結(jié)合；將理論授課與課程設(shè)計有機的結(jié)合，以課程設(shè)計的工程案例為切入點，將給水排水管網(wǎng)的規(guī)劃布置、給水管網(wǎng)模型構(gòu)建、給水管網(wǎng)工程設(shè)計、污水管網(wǎng)設(shè)計與計算、雨水管網(wǎng)設(shè)計與計算等理論知識、布置原則和參數(shù)取值等進行解讀和工程應(yīng)用，構(gòu)建理論知識—關(guān)鍵參數(shù)—工程實踐應(yīng)用多維度教學(xué)理念，提高學(xué)生的專業(yè)知識和工程素養(yǎng)。

2.2.2 課堂上合理使用多媒體

與傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法相比，信息化多媒體教學(xué)方法具有信息量大、圖文并茂、課堂效率高等優(yōu)點，因此目前大多數(shù)教師使用多媒體上課。但多媒體教學(xué)也存在一些問題，如上課節(jié)奏過快、信息量太大、重點不明確、學(xué)生思維易脫節(jié)等。由于《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)內(nèi)容含有大量的規(guī)范和推導(dǎo)計算過程。因此教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活調(diào)整教學(xué)方式，合理使用多媒體。對于以文字為主的專業(yè)名詞、條文規(guī)范、設(shè)計標準、布置原則等內(nèi)容應(yīng)以多媒體教學(xué)為主；對于理論推導(dǎo)計算教學(xué)內(nèi)容建議以板書為主，如管道的水力等效簡化、環(huán)狀管網(wǎng)恒定流方程組求解、給水管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計、雨水/污水管網(wǎng)管段設(shè)計計算等重要知識點的講解，教師宜采用板書教學(xué)，邊寫邊問，一步一步引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握。其余部分可以采用多媒體教學(xué)，以提高教學(xué)效率。

2.2.3 課堂“教、學(xué)、做”

針對管網(wǎng)環(huán)方程組水力分析與計算等重點和難點內(nèi)容，利用已有專業(yè)模擬軟件，在課堂上現(xiàn)場模擬仿真給水管網(wǎng)管道中的流量、流速、水頭損失等變化情況及結(jié)果，如在給水管網(wǎng)消防校核時，可以模擬不同火災(zāi)發(fā)生位置對管網(wǎng)各節(jié)點水壓、管道流量等影響，從而在教學(xué)過程中將理論知識、仿真模擬和課程設(shè)計實踐等有機的結(jié)合起來，有利于提高學(xué)生的學(xué)習興趣和主動性，同時培養(yǎng)學(xué)生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和講解問題的能力，在課堂上實現(xiàn)以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式。

2.2.4 多維立體化教學(xué)模式構(gòu)建

傳統(tǒng)教學(xué)觀念認為課堂教學(xué)知識傳播的主要場所，跟不上信息化教學(xué)時代的要求。將線上/線下教學(xué)理論、實驗、專家講座、課程設(shè)計和創(chuàng)新實驗等教學(xué)科研環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，構(gòu)建多維立體化教學(xué)模式，強調(diào)給排水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)的工程性和創(chuàng)新性為兩大導(dǎo)向原則。多維立體化教學(xué)模式應(yīng)該注重教師線上教學(xué)能力提升，將因?qū)W時限制而未講解的《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)內(nèi)容（如給水管網(wǎng)水質(zhì)管理、改進哈代克羅斯算法、排洪設(shè)計、給水排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計、給水管網(wǎng)水力與水質(zhì)分析軟件應(yīng)用等）通過課程網(wǎng)站、微課、講座、學(xué)習小組討論等方式進行講解，實現(xiàn)多位立體化教學(xué)，實現(xiàn)以學(xué)生為中心教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習的主動性和積極性。

2.2.5 復(fù)雜工程問題課堂重建

利用專業(yè)模擬軟件對實際復(fù)雜工程問題進行重建，如供水管網(wǎng)工況（最高日最高時、消防時、最大轉(zhuǎn)輸時和事故時）水力分析，通過專業(yè)軟件模擬分析管段流量、流失、水頭損失和節(jié)點流量及水壓等參數(shù)的狀態(tài)變化，分析水流在清水池、水泵、管道及用戶輸配水過程中的水壓變化規(guī)律。基于《給水排水管道系統(tǒng)》知識原理和工程應(yīng)用特點，從理論知識、專業(yè)技能、工程實踐和綜合能力四個維度提升學(xué)生的工程素養(yǎng)。

2.3 教學(xué)資源多元化

由于《給水排水管道系統(tǒng)》是一門工程應(yīng)用很強的專業(yè)課，在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師主要是利課堂和課程設(shè)計等進行教學(xué)組織和實施，教學(xué)資源利用效率較低。新工科背景下，將理論教學(xué)、專業(yè)模擬軟件、工程案例、設(shè)計院工程師講座等多方資源整合于《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)中，推動理論知識—工程實踐“雙軌”發(fā)展，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才創(chuàng)造良好的條件。

2.3.1 資源整合

利用教育部高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會組建的《給水排水管道系統(tǒng)》課程QQ交流群，針對各高校在“教—學(xué)”過程中存在的普遍問題和解決措施開展研討，實現(xiàn)資源的校級整合；并利用學(xué)習通等教學(xué)平臺，將《給水排水管道系統(tǒng)》課程相關(guān)的教案、課件、視頻錄像、專業(yè)模擬軟件、試題庫資源、工程案例圖紙、優(yōu)秀師資和專業(yè)網(wǎng)站等資源進行全方位整合，形成優(yōu)質(zhì)的《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)資源庫。

2.3.2 教學(xué)資源共享

迅猛發(fā)展的供水排水行業(yè)的新理論、新技術(shù)、新方法和新設(shè)備給傳統(tǒng)的《給水排水管道系統(tǒng)》課堂教學(xué)模式和教學(xué)資源帶來了巨大沖擊。在新工科背景和要求下，借助信息化教學(xué)平臺將各高校、設(shè)計研究院和水務(wù)公司中與《給水排水管道系統(tǒng)》課程相關(guān)零散、碎片化的教學(xué)資源，如不同高校的先進授課經(jīng)驗和學(xué)習方法、新標準、新規(guī)范、專業(yè)模擬軟件、管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計工程案例圖紙、管網(wǎng)運行和維護經(jīng)驗、管網(wǎng)防漏撿漏技術(shù)等，進行系統(tǒng)的資源整合，構(gòu)建多維度全方位的《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)云庫，形成“理論知識—設(shè)計計算方法—工程應(yīng)用”知識體系。

2.4 教學(xué)效果評價多元化

對《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)評價體系進行改革，強調(diào)教師評議和學(xué)生評價為核心，有利于達到新工科對復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求。

2.4.1 教師評議

教師應(yīng)該用多環(huán)節(jié)累加式考核評價方法，使考試評判標準不局限于教材理論知識的掌握程度，更注重能力的考察。通過課堂提問、作業(yè)習題、給水排水管網(wǎng)工程案例大作業(yè)等環(huán)節(jié)，全過程評價與培養(yǎng)學(xué)生在《給水排水管道系統(tǒng)》中的思辨能力、邏輯分析等綜合能力；設(shè)置課程設(shè)計答辯環(huán)節(jié)，評議學(xué)生對《給水排水管道系統(tǒng)》工程問題的認知深度、邏輯思維能力和表達能力，推動實現(xiàn)《給水排水管道系統(tǒng)》復(fù)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標。

2.4.2 學(xué)生評價

在教學(xué)評價過程中，借助信息化教學(xué)平臺的優(yōu)勢，在學(xué)習通等平臺發(fā)布知識問卷、課程作業(yè)、QQ群聊答疑、教學(xué)視頻觀看情況等線上線下全過程獲取學(xué)生的學(xué)情動態(tài)和需求，實時研判教學(xué)效果與新工科培養(yǎng)目標的差距，有目的性補齊學(xué)生的各項素養(yǎng)不足。

2.4.3 督導(dǎo)與社會反饋

教學(xué)效果評價需要教師與學(xué)校、社會評價聯(lián)動實施，因此加強學(xué)校與用人單位的交流評價是非常不要的。在新工程背景下，調(diào)查近五年畢業(yè)學(xué)生的現(xiàn)實表現(xiàn)和用人單位的人才需求，制定合理的課程評價目標，從而構(gòu)建社會督導(dǎo)和反饋的課程評價機制。同時利用大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，提高數(shù)據(jù)的準確性并縮短評價周期，保證反饋意見及時應(yīng)用到《給水排水管道系統(tǒng)》課程教學(xué)改革中。

3 小結(jié)

新工科背景下，將課程思政和學(xué)科思政融入到《給水排水管道系統(tǒng)》教學(xué)改革過程中，并依托信息化教學(xué)平臺對《給水排水管道系統(tǒng)》的教學(xué)資源進行整合，重新構(gòu)建了《給水排水管道系統(tǒng)》知識體系、教學(xué)組織方法和評價體系，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定了堅實基礎(chǔ)。