新工科背景下地方应用型高校给排水专业课程改革路径探究

张 磊，周红星，赵金秀

(唐山学院 a.土木工程学院；b.教务处，河北 唐山 063000)

1 研究背景

随着新一轮科技革命和产业变革的到来以及“一带一路”“中国制造2025”等重大国家战略的实施，教育部积极推进“新工科”建设，于2017年发布“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，构成新工科建设“三部曲”，奏响了工程教育人才培养主旋律[1]。同年，在《新工科研究与实践项目指南》中提出，未来国家经济产业转型、新产业发展和新技术创新需要工程实践能力强、创新能力强、具有学科交叉知识背景的工程技术人才。2018年在《关于加快建设发展新工科 实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》中提出，要推动学科交叉融合、推进教学组织模式的创新和综合改革，培养卓越复合型的“新工科”人才。在这种背景下，人才培养模式由专业型向交叉复合型、创新型转变，不仅符合经济社会发展需求，而且体现高等教育基于时代发展的前瞻性[2]。

课程是人才培养的核心要素。合理构建课程体系能够实现教学资源的优化整合和充分利用。2019年，教育部高教司司长吴岩在上海发标题为“以新工科建设领跑中国高等教育变革”的讲话，明确指出深化新工科建设要落实课程改革创新举措，提出“两性一度”课程建设标准。同年，教育部在《关于一流本科课程建设的实施意见》中明确指出，课程要聚焦新工科建设，体现跨专业能力融合、多学科思维融合、产业技术与学科理论融合。给排水专业作为向社会输送工程技术人才的传统工科专业，在新工科背景下努力探索课程改革路径已经势在必行。

2 地方应用型高校给排水专业课程改革的必要性

作为典型的工科专业，给排水专业在新工科建设中呈现出比较迅速的发展态势。国内一些重点工科大学如哈尔滨工业大学、重庆大学、太原理工大学等已瞄准新工科和水技术发展前沿率先进行专业课程改革，以产出为导向，通过引进海外优质资源、发展“互联网+”教育、强化科研反哺教学等途径构建课程建设新格局[3-5]。与之相比，一些以工科为主的地方应用型高校对课程改革的探索则稍显滞后。其影响因素主要有两个方面：一方面，新工科建设强调分类发展，各类高校应在不同层次办出水平和特色，作为地方应用型高校的课程改革理应着眼于区域特点，服务区域发展[6]，但现实是一些地方高校仍存在定位不准、盲目趋同的问题；另一方面是国际化学科式教育模式在一定程度上消解了地方应用型高校服务区域经济社会发展的特点，导致人才培养目标与地方经济社会需求差异较大，课程改革建设也必然受到影响。

为进一步明确新工科背景下地方应用型高校课程建设存在的问题，本文采用问卷调查、电话交谈、实地走访等方式对给排水专业课程建设情况展开调研。通过对调研结果进行分析，归纳出目前存在的问题：一是学科知识架构清晰度不足，缺乏交叉学科知识融合，课程与行业新技术结合度不高；二是实践能力培养不突出，综合性实践环节设置偏少，工程思维锻炼方面需要加强；三是教学方法略显传统，考核方式有些单一。基于此，本文以新工科理念为指导、以教育部高等学校教学指导委员会颁布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》(2018)及高等学校给水排水工程学科专业指导委员会颁布的《高等学校给排水科学与工程本科指导性专业规范》(2012)为依据，探究具有地方应用型高校特色的给排水专业课程改革路径。

3 地方应用型高校给排水专业课程改革的路径

按照新工科建设要求，结合给排水行业需求及地方应用型高校办学特点，课程改革遵循以下原则：以复合型人才培养为目标，由侧重理论向侧重实践转变、由专业教育向多学科交叉融合转变、由学科导向向行业需求导向转变，通过课程体系建设与社会需求融合、课程建设与核心能力培养融合、课程内容与行业技术融合、传统教学与信息技术融合，实现学生专业核心能力提升、知识综合能力提升、实践能力提升及创新能力提升。坚持以课程改革原则为指导，加强理论课课程体系设计和实践课课程体系建设，丰富创新教学手段和方法，建立多元化考核方式，实施路径及时间进度安排如下：第一学年重点将给排水专业、建筑环境与能源应用工程专业等土木大类专业课程打通，提高学生对大类的认知，对自然科学基础知识有一个较为全面的了解；第二和第三两个学年重点开展专业基础、专业核心和交叉学科课程教育，使学生具备扎实的理论知识；第四学年进入实践环节，重点培养和提高学生的工程实践能力，满足学生升学及实践锻炼需求。

3.1 建设以提升专业核心能力和知识综合能力为目标的理论课课程体系

对标新工科建设要求和课程改革原则，以培养适应区域经济社会发展的复合型工程技术人才为目标，以行业和岗位需求为出发点，遵循从简单到复杂、从基础到专业、从单一到交叉融合的知识认知规律，构建“通识-基础-专业-拓展”四模块递进式理论课课程体系(见图1)，同时更新教学科目和内容，提高课程与行业岗位需求符合度。

图1 四模块递进式理论课课程体系

3.1.1 以课程群建设为手段优化理论课课程体系

通过核心课程群、“主线式”课程群、特色拓展课程群建设，整合专业核心知识、梳理学科知识脉络、拓展特色专业方向，构建模块式、递进式、系统化的理论课课程体系，这是理论课课程体系优化的重要手段。

核心课程群的建设原则是“突出特色、强化层次、统筹推进”，教学重点是专业理论、原理及分析方法。据此，核心课程群由通识基础、专业基础和专业3个课程模块、7门核心课程组成，围绕教学重点科学分配各核心课程所占学时、合理安排教学内容，以系统优化的课程体系设计提高整体教学效果，从而使学生的计算、实验研究和工程设计等专业核心能力得到迅速提升。

“主线式”课程群分别以建筑给排水工程、水质工程(A，B)、给水排水管网系统3门课程作为中心课程进行组建，围绕京津冀区域行业岗位的三类技能要求，分模块培养学生的建筑给排水设计施工能力、水质分析和水处理技能及市政管网设计运行管理能力。“主线式”课程群建设要求打破各门课程“各自为政”的教学模式，实现课程间的信息互通和资源共享以及各相关课程与中心课程教学内容的对接。如以给排水管网系统课程为中心课程的“主线式”课程群(见图2)中，通过建设与给排水管网系统课程密切相关的水力学、泵与泵站、水工程施工、水工程造价和智慧水务5门课程模块来丰富与完善课程群，相关任课教师成立课题组，建设课程群网络资源库，按照知识模块进行教学设计，共同制定每个知识模块的教学大纲，将各相关课程的教学内容分散开，结合到给排水管网系统课程的教学内容之中，并考虑各门课程知识内容的先后顺序与穿插，进行教学进度衔接。“主线式”课程群建设及教学安排能够使学生在提升行业岗位技能的同时建立学科脉络知识网，为知识综合运用和实践能力提高打下扎实的理论基础。

图2 以给排水管网系统课程 为中心的“主线式”课程群

特色拓展课程群设定建筑安装和市政环保两个方向，每个方向由4门限选课程构成，立足行业新要求和新业态，解决课程知识体系滞后于行业技术发展问题。建筑安装方向以增加交叉学科知识储备和强化建筑信息模型技术为目标，依托课程群建设培养建筑安装复合型、信息技术型人才。市政环保方向以增加城市水系统智能化相关知识和提升水业智慧运营技能为目标，依托课程群建设培养智能化水务工业技术人才。特色拓展课程群建设的总目标是实现课程教学由专业向交叉融合及由学科导向向行业需求导向的转变，学生可根据自身职业规划选择其中一个方向进行重点学习，从而拓展行业知识储备、拓宽就业面。

3.1.2 结合行业岗位需求更新教学科目和内容

为实现课程体系设计与岗位需求、行业技术发展相融合，本着重实效的原则，对课程科目和教学内容进行调整优化(见表1)。通识基础课程模块增加了劳动教育和美育类课程，促进学生“五育并举”全面发展。专业基础课程模块将原有的给排水概论课程拓展为土木工程概论课程，以丰富学生对学科专业大类的认知；增加了水力学、水分析化学及泵与泵站课程所占比重，将力学方向的课程整合、凝练成1门工程力学课程，使专业基础课程教学更有针对性。专业课程结合专业指导委员会要求，着眼于行业岗位需求进行设置，对部分课程的教学内容进行与时俱进的调整。如目前水污染问题日益严峻，水处理和水的循环利用成为社会热点问题，水质检测企业、环保企业及一些水厂的人员招聘数量逐年增加，据此对水质工程(A，B)相关专业课程进行调整，由原来的理论课80学时+实践课16学时变为理论课96学时+实践课32学时，增加新工艺、新技术、新规范等内容；同时对教学重点也进行了调整，由重理论教学转变为重计算和工程应用。专业拓展课程侧重于知识面的丰富和前沿技术的补充。如建筑安装方向考虑建筑工程相关企业需要具备建筑设备综合知识的人才，据此开设供热工程、安装工程造价课程；面对建筑业信息化发展迅速、BIM人才紧缺的情况，增设BIM技术课程，主要教学内容为BIM机电模块，以契合企业反馈的建筑安装复合型人才需求。又如市政环保方向，面对给排水行业人工智能大数据的发展，除开设水处理工程BIM技术课程外，还将原来的仪表与控制课程融入水质智能监测，同时将智慧给排水内容升级为智慧水务课程，以特色拓展为方向丰富学生的行业知识体系。

表1 理论课课程调整情况

3.2 建设以提升实践能力和创新能力为目标的实践课程体系

新工科要培养工程实践能力强、能够综合运用所学知识解决实际工程问题，同时具有一定创新能力的人才[7-8]。根据这一人才培养方向，构建了“实验+实习+设计”三模块分层递进的实践课课程体系(如表2所示)。在不同年级开展不同层次的实践教学，层层递进、层层深入，使学生由浅入深地获得工程实践技能的提升，解决学生综合实践能力和创新能力不足的问题。

实验模块按照功能目标分成通识基础、专业基础、专业综合、专业创新四个层次(如图3所示)。两个基础模块教学全面培养实验研究的基础技能。专业综合模块为高阶版实验技能训练，全面提升知识综合运用和工程实践综合能力。专业创新模块为挑战版实验技能训练，通过跨学科知识融合，将人文、管理等相关学科知识与专业实验相结合，全面培养实验技能及分析解决问题和自主实验创新的能力。

表2 实践课课程体系

图3 实验模块课程体系

实习模块依据学生的理论学习进度在四个学年分别开展。认识实习安排在理论专业课程学习之前，以工程参观、专家讲座等形式开展，让学生建立专业总体印象。测量实习和运行实习均是在相应的理论课程完成后紧随开展，进行专业知识巩固训练，实现理论与实践技能双提升。大四年级开展的三个实习环节为专业知识运用实习，强调对综合运用知识解决复杂工程问题能力的训练，学生会被定点安排到企业参与实际工程训练，也会针对某一专题开展个性化实践研究，从而更深层次地提高综合实践技能和技术创新能力。

设计模块增加综合性、跨学科内容训练，对给排水管网系统、泵与泵站、水质工程(A，B)、建筑给排水工程4门核心课程进行整合优化，在第7学期集中开设11周的课程设计综合训练，打破课程壁垒，突出学科知识整体性，强调对专业知识融会贯通和综合运用能力的训练。毕业设计依托校企合作单位举办BIM设计大赛，开展跨专业联合毕业设计，通过完成竞赛中的BIM建模、管综优化、施工算量等任务，让学生对建筑安装知识有更全面深入的理解，并不断提升综合设计能力。

3.3 以学生为中心丰富和创新教学模式和方法

新工科建设“天大行动”中明确提出，要落实以学生为中心的教学理念，增强师生互动，改革教学方法，推进信息技术和教育教学深度融合，建设、推广和应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式。据此，以“课堂革命”为契机，发展“线上+线下”混合教学模式，引入虚拟仿真技术，创新教学模式和方法，提高教学效果和教学质量。

在理论课教学模式和方法创新方面，以专业核心课程为切入点进行“线上+线下”混合式教学模式探索，同时引入以问题为导向的启发式、以项目为导向的案例式和以成果为导向的探究式教学方法，通过多样化的教学形式营造开放、自主的学习氛围。以建筑给水排水工程课程为例，课程教学采用学习通平台SPOC模式，即一种开放式的课堂教学形式。教师提出问题引导学生学习，学生带着问题学习思考，最后回到问题，通过抢答、网络投票、主题发言等方式进行课堂翻转，增强师生交流和互动；同时结合工程案例进行案例式教学，通过分析案例，挖掘知识点，加深理解、深入总结。以成果为导向的探究式教学分设课前、课中、课后三个环节。课前利用线上平台调查分析学生的专业知识基础和学习需求，预设教学成果；课中合理选择教学内容，利用自行录制的47个微课视频布置线上学习任务和思考作业，提高学生的自主探究能力，在线下教学中充分发挥学生主观能动性，完成知识的深入理解；课后依据成果实现度，合理设计课后任务，拓展教学范围，训练学生的跨学科思维能力。

在实践教学方式方法创新方面，认识实习和生产实训环节引入虚拟仿真技术，建设3D虚拟仿真实践教学平台，实现“虚实结合、以虚补实”，提高实践教学效果。实践教学过程中，首先安排学生进入企业对水厂安全管理、处理工艺和流程进行全面了解，然后借助实物模型直观地观察水处理构筑物的外观、内部构造和各系统之间的连接关系，对部分运行工况进行实操，最后紧随开展虚拟仿真操作，在仿真软件中对水厂全流程正常工艺运行和事故工况处理进行虚拟实践，补充丰富实践教学内容。在毕业设计环节搭建校企共培平台，引入企业导师的同时让学生深入企业，在教师和企业导师双重指导下完成实际工程设计和实施，通过实际项目训练进行知识整合，实现综合实践能力的提升。

3.4 建立和完善全过程多元化考核方式

学习效果评价是课程建设改革的重要一环，新工科理念强调以学生为中心，跟踪学习过程，注重形成性评价，拓宽评价视角，实施多元评价，鼓励教师、学生不同主体共同参与评价[9]。基于此，在给排水专业课程建设中，对理论和实践课程考核方式进行改革尝试。

理论课程考核强调形成性评价、弱化终结性评价，提高过程考核占比。注重对自主学习过程和知识应用能力的考查，借助网络平台对课前、课中、课后多个环节进行动态监控；对课程作业形式进行改革，将学生在课程学习期间积累的设计作品(即作品集)作为成绩评定的一部分，不再局限于理论计算、问答类型；通过课堂提问、“线上+线下”研讨、期中测试、期末考试等形式丰富考核评价方式，设计相应权重(见表3)。

实践环节采取虚实结合的方式进行考核，构建以成果为导向、自我评价和教师评价相结合的考核方式，包括预习、仿真操作、设备实操、团队协作、数据分析、成果报告六个维度，覆盖实践前、实践中、实践后整个教学过程(见表4)。虚拟仿真平台对学生的每一步操作进行详细记录，学生利用平台进行自我评价，提高过程考核占比的同时使考核结果更具客观性。

4 结语

给排水专业的培养目标是为城市建设输送高水平给排水工程师。课程教学是实现人才培养目标的核心环节。不断研究探索给排水专业课程建设改革新路径，与时俱进优化课程体系、调整课程科目、拓展教学内容、创新教学模式、改革考核方式，培养知识面广、理论扎实、工程实践能力强、综合素质过硬、具有创新能力的复合型人才，既是给排水专业提升人才培养能力、提高人才培养质量的必需，也是新工科背景下地方应用型高校人才培养目标对区域经济社会发展和行业岗位需求的积极回应。

表3 理论课程考核评价方式

表4 实践环节考核评价方式