新工科背景下给水排水管道系统课程的教学改革与实践

邓仁健 周赛军 任伯帜 王 丽 侯保林 胡晓莲

（湖南科技大学土木工程学院 湖南·湘潭 411201）

0 引言

对提高城市居民生活质量、改善人居环境和城市生态文明建设负有历史责任的给排水科学与工程专业，已开始围绕国家重大需求和国民经济发展，从水的城市社会循环角度观察和研究问题。2017年，教育部发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》对新工科建设的内涵、外延和人才培养提出了新的要求和规定。《给水排水管道系统》作为给排水科学与工程专业的主干课程，对其教学改革和实践是给排水科学与工程专业也是满足新工科要求的重要实现途径。传统《给水排水管道系统》的理论知识体系（给水管网和排水管道）、教学组织和教学方法等，与新工科建设、社会、行业和时代发展存在明显的差距。因此，基于新工科的要求，从课程思政、教学方法、教学资源和教学效果评价等方面探讨了该课程建设新途径，旨在为当前地方高校给排水科学与工程专业高素质应用型人才的培养提供参考。

1 课程改革原则

1.1 系统性

以水输送和收集方法为主线，突出管网的水力计算和优化设计理论。聚焦给水、排水管网计算原理和设计技术，兼顾核心参数的设计和计算；根据给水管网和排水管网的统一性和差异性，阐述其特别要求和计算方法，从而培养学生的思辨能力，使学生建立城市给水排水管网的系统性和整体性的观点。

1.2 创新性

为了满足经济社会需求，所有的理论、方法和技术都需要不断的更新；《给水排水管道系统》现有的理论知识、管网模型、计算方法和关键参数等还存在诸多不足，还需不断完善和创新。课堂上，如果只讲授通用成熟的理论，而不阐述其发展过程和内在要求，难免与规范、手册过度重叠，难以满足创新的要求。

1.3 工程性

为了拓展更新和完善课程的知识体系和提升学生的理论分析水平，课堂教学过程中引入一些新方法、新理论、新技术、新材料和新设备等新知识；并应用这些新知识重构给水排水管道或管网的复杂工程问题，提升学生的工程规划设计能力和工程素养。

2 课程改革内容

2.1 课程思政多维化

分层次、讲方法、求实效的将课程思政与和学科思政教育融入人才培养过程中是新工科必然要求。因此，在《给水排水管道系统》课程教学过程中充分挖掘和融合思政元素，也是该课程建设的主要内容之一。

2.1.1 强化课程思政教学观念

探索《给水排水管道系统》课程专业教育属性与新工科专业人才培养属性的契合点，落实课程思政在本课程建设中的引领效果和践行方式，这就要求在教学过程中坚持正确的政治导向，坚持德育和智育相统一，坚持关注国家/地方发展需求和学术研究相统一。从而实现由“智育”向“德育—智育”协同并重课堂教学观念的转变，也是实现专业知识传承与核心价值引领并重的育人机制。

2.1.2 挖掘课程思政元素

考虑新工科建设要求和依托《给水排水管道系统》知识体系，在课堂教学过程中充分挖掘并融入课程思政元素。例如，通过讲授城市黑臭水体危害和供水水质存在风险等，明确具有城市“血管功能”的给水排水管网的重要性和历史使命，进而培养学生的社会责任感和使命感；在给排水管道管材选择教育学生以质量为重，强调工程师应有的职业道德。挖掘并融入课程思政元素还可以与技术、新方法、新设备和超级工程相结合，通过顶管施工方法、水泵等新方法和新设备的采用，提升学生的民族自豪感，坚信在发展和创新中国产设备能够实现世界领先。

2.1.3 案例牵引课程教学

典型工程案例教学方法不仅可以提高专业教学效果，还可以融入课程思政内。通过南水北调、东深供水工程等超级工程来彰显我国制度的优越性；利用城市给排水工程系统规划案例来培养学生在工程实践中要勇于承担对工程建设、自然环境以及社会的责任。解读海绵城市建设、城市综合管廊建设、城市黑臭水体治理实施等工程案例所产生的经济、社会和环境效益，从而让学生深刻明白我国为什么要走绿色可持续发展道路，进而突出城市生态文明建设的重要性和必要性。

2.1.4 构建课程知识体系

在教学过程中介绍输配水行业的新规范、新理论、新技术、新设备和新材料等最新科研成果及发展动态，构建完整的课程体系，使教学和科研相互促进。将大型给水管网模拟及优化调度的理论、给水管网水质控制方法、SWMM模型应用、排水管网功能诊断、海绵城市建设理论等来补充和更新本课程知识单元，提高《给水排水管道系统》教学内容的理论性、系统性和实践性，构建“知识—能力—工程应用”立体化课程体系，为培养学生解决复杂工程问题的能力奠定基础。

2.2 教学方法多样化

新工科建设以学生为中心就是要实现被动“教”到主动“学”的教学模式转变，同时也对教学方法进行改革。结合《给水排水管道系统》教学内容的特点，可以利用信息化教学手段、仿真模拟软件等开展不间断的线上教学。

2.2.1 教学理念改变

利用问题式教学、研讨式交流教学、工程案例解读等方法，将传播专业知识和培养学生能力相结合；将理论授课与课程设计有机的结合，以课程设计的工程案例为切入点，将给水排水管网的规划布置、给水管网模型构建、给水管网工程设计、污水管网设计与计算、雨水管网设计与计算等理论知识、布置原则和参数取值等进行解读和工程应用，构建理论知识—关键参数—工程实践应用多维度教学理念，提高学生的专业知识和工程素养。

2.2.2 课堂上合理使用多媒体

与传统的板书教学方法相比，信息化多媒体教学方法具有信息量大、图文并茂、课堂效率高等优点，因此目前大多数教师使用多媒体上课。但多媒体教学也存在一些问题，如上课节奏过快、信息量太大、重点不明确、学生思维易脱节等。由于《给水排水管道系统》教学内容含有大量的规范和推导计算过程。因此教师应该根据教学内容灵活调整教学方式，合理使用多媒体。对于以文字为主的专业名词、条文规范、设计标准、布置原则等内容应以多媒体教学为主；对于理论推导计算教学内容建议以板书为主，如管道的水力等效简化、环状管网恒定流方程组求解、给水管网分区设计、雨水/污水管网管段设计计算等重要知识点的讲解，教师宜采用板书教学，边写边问，一步一步引导学生理解和掌握。其余部分可以采用多媒体教学，以提高教学效率。

2.2.3 课堂“教、学、做”

针对管网环方程组水力分析与计算等重点和难点内容，利用已有专业模拟软件，在课堂上现场模拟仿真给水管网管道中的流量、流速、水头损失等变化情况及结果，如在给水管网消防校核时，可以模拟不同火灾发生位置对管网各节点水压、管道流量等影响，从而在教学过程中将理论知识、仿真模拟和课程设计实践等有机的结合起来，有利于提高学生的学习兴趣和主动性，同时培养学生分析问题、发现问题和讲解问题的能力，在课堂上实现以“学生为中心”的教学模式。

2.2.4 多维立体化教学模式构建

传统教学观念认为课堂教学知识传播的主要场所，跟不上信息化教学时代的要求。将线上/线下教学理论、实验、专家讲座、课程设计和创新实验等教学科研环节有机结合起来，构建多维立体化教学模式，强调给排水科学与工程专业教学的工程性和创新性为两大导向原则。多维立体化教学模式应该注重教师线上教学能力提升，将因学时限制而未讲解的《给水排水管道系统》教学内容（如给水管网水质管理、改进哈代克罗斯算法、排洪设计、给水排水管网优化设计、给水管网水力与水质分析软件应用等）通过课程网站、微课、讲座、学习小组讨论等方式进行讲解，实现多位立体化教学，实现以学生为中心教学，培养学生学习的主动性和积极性。

2.2.5 复杂工程问题课堂重建

利用专业模拟软件对实际复杂工程问题进行重建，如供水管网工况（最高日最高时、消防时、最大转输时和事故时）水力分析，通过专业软件模拟分析管段流量、流失、水头损失和节点流量及水压等参数的状态变化，分析水流在清水池、水泵、管道及用户输配水过程中的水压变化规律。基于《给水排水管道系统》知识原理和工程应用特点，从理论知识、专业技能、工程实践和综合能力四个维度提升学生的工程素养。

2.3 教学资源多元化

由于《给水排水管道系统》是一门工程应用很强的专业课，在传统教学过程中，教师主要是利课堂和课程设计等进行教学组织和实施，教学资源利用效率较低。新工科背景下，将理论教学、专业模拟软件、工程案例、设计院工程师讲座等多方资源整合于《给水排水管道系统》教学中，推动理论知识—工程实践“双轨”发展，为培养高素质应用型人才创造良好的条件。

2.3.1 资源整合

利用教育部高等学校给排水科学与工程专业教学指导分委员会组建的《给水排水管道系统》课程QQ交流群，针对各高校在“教—学”过程中存在的普遍问题和解决措施开展研讨，实现资源的校级整合；并利用学习通等教学平台，将《给水排水管道系统》课程相关的教案、课件、视频录像、专业模拟软件、试题库资源、工程案例图纸、优秀师资和专业网站等资源进行全方位整合，形成优质的《给水排水管道系统》教学资源库。

2.3.2 教学资源共享

迅猛发展的供水排水行业的新理论、新技术、新方法和新设备给传统的《给水排水管道系统》课堂教学模式和教学资源带来了巨大冲击。在新工科背景和要求下，借助信息化教学平台将各高校、设计研究院和水务公司中与《给水排水管道系统》课程相关零散、碎片化的教学资源，如不同高校的先进授课经验和学习方法、新标准、新规范、专业模拟软件、管网规划设计工程案例图纸、管网运行和维护经验、管网防漏捡漏技术等，进行系统的资源整合，构建多维度全方位的《给水排水管道系统》教学云库，形成“理论知识—设计计算方法—工程应用”知识体系。

2.4 教学效果评价多元化

对《给水排水管道系统》教学评价体系进行改革，强调教师评议和学生评价为核心，有利于达到新工科对复合型人才培养的要求。

2.4.1 教师评议

教师应该用多环节累加式考核评价方法，使考试评判标准不局限于教材理论知识的掌握程度，更注重能力的考察。通过课堂提问、作业习题、给水排水管网工程案例大作业等环节，全过程评价与培养学生在《给水排水管道系统》中的思辨能力、逻辑分析等综合能力；设置课程设计答辩环节，评议学生对《给水排水管道系统》工程问题的认知深度、逻辑思维能力和表达能力，推动实现《给水排水管道系统》复合应用型人才的培养目标。

2.4.2 学生评价

在教学评价过程中，借助信息化教学平台的优势，在学习通等平台发布知识问卷、课程作业、QQ群聊答疑、教学视频观看情况等线上线下全过程获取学生的学情动态和需求，实时研判教学效果与新工科培养目标的差距，有目的性补齐学生的各项素养不足。

2.4.3 督导与社会反馈

教学效果评价需要教师与学校、社会评价联动实施，因此加强学校与用人单位的交流评价是非常不要的。在新工程背景下，调查近五年毕业学生的现实表现和用人单位的人才需求，制定合理的课程评价目标，从而构建社会督导和反馈的课程评价机制。同时利用大数据优势，提高数据的准确性并缩短评价周期，保证反馈意见及时应用到《给水排水管道系统》课程教学改革中。

3 小结

新工科背景下，将课程思政和学科思政融入到《给水排水管道系统》教学改革过程中，并依托信息化教学平台对《给水排水管道系统》的教学资源进行整合，重新构建了《给水排水管道系统》知识体系、教学组织方法和评价体系，为培养高素质应用型人才奠定了坚实基础。