水工程施工课程教学方法探讨

季斌，樊杰，何芳，王健，郭绍东，常 青

(武汉科技大学 城市建设学院，武汉 430065)

给排水科学与工程专业的设置是以实现良性的水的社会循环为理念，旨在培养高素质应用型人才以解决给排水行业核心问题[1]。水工程施工是高校给排水科学与工程专业开设的一门专业性和实践性很强的课程，也是高年级本科生必须掌握的重要专业必修课，是为排水科学与工程专业开设的典型综合专业课之一。该课程内容丰富，涉及面广，主要内容包括给排水构筑物施工、建筑给排水工程施工、室外给排水管网施工、设备制作安装、施工组织和质量管理等[2]。因此要求教师要能理论联系实际，在大量阅读相关专业书籍的基础上还必须有一定的实际工程经历或操作经验，才能让学生更好地掌握水工程施工知识、提高现场施工适应能力。另外，正确采用教学方法进行教学才能取得理想的教学效果。

一 构建联系法

由于人类学习新知识的过程是基于对大脑神经网络的改变，因此建立新知识点与旧知识体系的联结显得尤为重要，必须注重专业课程及知识点之间的联系性。无论是课堂教学还是现场教学，都应该注重课程跟其他相关课程的知识点之间的联系，引导学生从熟悉的知识领域进行延伸和开拓。水工程施工是一门综合性较强、同多门学科相交叉的专业学科，也是基础专业学科应用于实践工程的重要课程。工程制图、工程力学、水力学、普通化学、水处理微生物学、水泵与水泵站、给水排水工程结构设计、建筑给排水科学与工程、给水排水管网系统和水质工程学等必修课程是水工程施工的前导课程，也是该学习该课程必须掌握的基础课程。而给水排水工程建设监理、水工艺设备基础、给排水工程仪表与控制和水工程经等课程也与这门课息息相关。因此，在该课程的课堂教学上，务必使学生能跟所学的专业知识联系上，在对学生前期专业知识认知的整体把握情况下进行深化和有意义的学习。比如在施工排水的轻型井点系统的讲授过程中，首先交代轻型井点系统是应用于沟槽开挖前地下水位的降低，主要是为给排水管道施工做准备，让学生知道其是给排水管网的施工准备工序，然后对照图纸讲授轻型井点系统的各部分组成和原理，加强学生制图学的理解，在轻型井点的设置和原理计算上，要用到流体力学或水力学的基础知识，在抽水设备上涉及到水泵的相关知识，最后讲授轻型井点的施工工序，由上可知轻型井点系统这个知识点是跟好几门课程相关联的。将这些知识点与学生熟悉的课程知识点有效结合，符合奥苏泊尔的认知同化理论[3]，这种方法属于有意义的学习，有利于学生对知识的认识和掌握。

二 兴趣导学法

兴趣导学法符合启发式教学的原则[4]，旨在教学中提高学生的学习兴趣，激发学生的认知内驱力，培养学生的好奇心和探究欲，引导学生发挥主体作用，从而大大提高学习效率。水工程施工是一门偏工程应用的课程，对于大部分学生是比较枯燥的。因此，正确使用兴趣导学法能够激发学生学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生学习自己感兴趣的知识，从而提高教学的效果。对于本门课程而言，兴趣导学法包括故事或诙谐语言导入法、前沿知识讲授、问题教学法、明确课程目标法和愿景驱动法等。

（一）故事或诙谐语言导入法

利用一个简短的故事或比较风趣的预言等作为引导性材料，过渡到知识点，有助于激发学生对将要学习的知识点的求知欲。在某些施工细节容易出错的方面，讲一些施工现场发生的真实故事，让学生对知识点产生兴趣和深刻的印象。另外，比如在沟槽开挖章节开始前可以表达“大家上大学之前可能不知道给排水干什么的吧，其实可以一言以蔽之，那就是我们不生产水，我们是大自然的搬运工和清洁工”，然后对水的搬运和清洁与专业之间的联系做简要说明，接着说水的搬运或运输需要用到什么，学生肯定会说是给排水管网系统，提问管网系统是由哪些组成，是不是很大一部分埋在土里等，过渡到沟槽的开挖的知识点。这样使用一段诙谐的话语作为“先行组织者”，有助于促进学生学习的迁移和兴趣的提高。

（二）前沿知识讲授

学生大都希望了解更多行业动态和发展趋势，如果能切合所讲授的知识点进行延伸，自然过渡到前沿知识的讲授，往往可以提高学生学习兴趣。尽管水工程施工课程比较偏向实际工程，前沿知识的讲授同样可以使学生对工程技术的发展产生兴趣。比如在讲开槽与不开槽施工法的时候，可以由排水管路的施工过程讲到综合管廊，讲授综合管廊的优势，包括综合管廊中水、电、气和通信管路的设置。讲到盾构法管路施工的时候，为了让学生对盾构法的适用范围有深刻印象，可以略讲过江隧道的施工过程和展示一些现今的施工设备。另外除了专业任课教师外，可以聘请设计院专家及经验丰富的施工人员开设前沿课题讲座，有利于激发学生学习兴趣。逐渐培养学生形成遇到问题—主动查询—分类整理—吸收创新的思维方式，有益于学生开阔视野、扩充学习，了解相关知识领域的发展过程和当今技术前沿。

（三）问题教学法

问题教学法又称为启发式教学法，可以看成是兴趣导学法的延续。现代心理学中，强调“思起于疑”，思考对于教育教学起重要作用[5]。因此在水工程施工教学中合时地提出问题，可以引起学生的注意力和积极的思维活动，使学生获得解决问题的动机和兴趣。比如在讲开槽施工的下管工序的时候，可以提问“大家知道压绳下管法是如何操作的吗”，继而再进行讲授，或者通过多媒体动画演示，可以使得学生对这个知识点有深刻的掌握。在讲不开槽施工方法的过程时，可以提问，“大家知道什么叫不开槽施工方法吗”，而后从沟槽的概念着手，展示重要的不开槽施工方法——顶管法施工，最后回归到不开槽施工的概念和适用范围。在讲授金属管材的时候，可以提问“大家知道什么样的钢管有缝吗？如果有缝是否会漏水”，并进一步讲解有缝钢管即焊接钢管的概念。在采用问题教学法的时候，可以有意识培养学生“追根溯源”或“刨根问底”的学习习惯，如讲解水泥的时候，可以讲解发现水泥的故事，让学生了解石灰石和黏土原来可以碰撞出如此精妙火花的同时，也理解了科学的发现来源于对生活细节的观察、思考和实践。

（四）明确课程目标法

有了目标，才可有方向；目标越具体，方向越明确。在水工程施工课程教学中，让学生课题教学中熟悉水工程施的课程目标，并能了解该课程目标与毕业要求指标点的关系对给排水科学与工程的学生掌握水工程施工的知识和技能而言显得尤为重要。如在第一节课可以告诉学生水工程施工的课程目标是掌握给水排水管道工程的施工方法，掌握给水排水设备制作与安装的基本方法，了解给水排水构筑物的施工方法，熟悉给水排水工程施工过程中施工组织及质量管理的一般程序，熟悉水工程施工三大目标控制，了解水工程施工建设监理的职责，理解和认识在给水排水工程施工过程中所需承担的责任。另外，讲授这些课程目标是如何与毕业要求指标点及专业培养目标对应的。在每节课程的教学内容上，可再次提醒学生该教学内容与课程目标间的关系。如此，可让学生对本专业的培养目标及课程目标非常熟悉，也清楚了具体的学习目标，有助于提高学生对本专业的认识和兴趣。

（五）愿景驱动法

愿景驱动法旨在向学生呈现给排水科学与工程施工行业的美好前景，让学生从心底觉得课程的实用性和重要性，从而提高对该课程的上课兴趣。作为给排水科学与工程专业的压轴课程之一，水工程施工是对通俗基础课程和专业基础课程的总结，也是展现个人综合能力的好机会。可以举例在各类国内国际的大型施工过程中，都能找到水工程施工课程内容的影子，而勘察领域的精英们都有着过硬的施工素质及丰厚的薪资。另外很多执业资格证书的考试，如二级建造师、注册设备工程师等，都会涉及水工程施工课程内容，而这些执业资格证书是作为一名优秀工程师的重要佐证材料。这些愿景可能在学生们心中埋下希望的种子，从而加强对课程的学习兴趣。

另外，可以以本专业毕业生的就业现状来驱动学生学习水工程施工课程的意愿。本专业的人才培养目标之一是本科毕业5 年左右，能够在市政、建筑和水务环保等单位从事施工、勘察设计和运营管理等工作，获得工程师基本训练、中级技术职称、通过国家注册公用设备工程师或二级建造师考试，成为项目中的专业技术骨干(中层技术岗或中层管理岗)，而水工程施工课程的综合性和实践性正好使得其在该目标的达成上起到主要的贡献作用。事实上，本专业毕业生能够从事建筑和市政方面的施工、勘察设计和运营管理等领域的工作，部分毕业生继续攻读硕士研究生(国内外深造)。毕业生进入的施工单位主要为中国建筑集团、钢铁集团、中国铁建集团和中国冶金建设集团；本科毕业进入的勘察设计单位为民营设计院，读完研究生后可进入甲级设计院；本科毕业在环保水务公司从事运营管理工作。武汉科技大学(以下简称“我校”)给排水科学与工程专业毕业生以其扎实的理论基础、较高的专业技能和突出的工作业绩在水环境行业中具有一定的竞争力；毕业生强烈的社会及职业责任心，使得有关用人单位与我校给排水科学与工程专业建立了长期合作关系，也是我校该专业毕业生在就业竞争日趋激烈环境中，始终保持高就业率的有力保证；我校给排水科学与工程专业培养出了一大批优秀校友，通过建立校友长期联络机制和毕业生反馈机制，发挥校友的就业推荐功能，学校与用人单位保持良好的联系与沟通，通过毕业生质量调查、实习实训基地建设等方式，不断拓宽就业渠道，在给排水的规划设计、运营组织管理等领域做出了杰出的贡献，良好的校友资源，提高了本专业毕业生的社会竞争优势；用人单位对我校毕业生表现出的吃苦耐劳、乐于奉献，踏实肯干和爱岗敬业的精神，以及扎实的理论基础、较高的专业技能、较强的组织协调能力和创新精神给予充分肯定。

三 多媒体和案例教学

多媒体是计算机辅助教学中最重要也是最常用的教学资源，多媒体对学习的影响研究直接关系到计算机辅助教学中教学内容的组织与呈现[6]。在课堂教学中，通过多媒体课件、工地照片、模型、施工工艺动画和录像等形式，把书本上的重要内容转化成具体生动的形式，如沉井施工、管子割刀切割金属管道等，有利于学生提高对施工过程的感性认识。多媒体教学中，要注意控制课堂节奏，实时观察学生课堂上的表现，在难以理解或重要的部分应该暂停并辅以板书，或者重复播放。

案例教学是施工课程教学的最重要的方法之一，是理论教学的重要补充。教师们可以在课堂上重现施工场景中遇到的关键问题，指导学生搜集有关资料并让学生讨论后发表意见，对各种意见进行评价后，再回到实际施工过程中具体用到的解决办法，最后对工程现场的经验和教训进行总结[7]，引导学生用专业知识去解决生活中给排水施工遇到的实际问题。这样有助于程序性知识的学习，提高工程实践能力，也有助于学生思维和能力的锻炼，培养应用所学专业知识解决复杂工程问题的能力，理解和认识在实施工程解决方案时所需承担的责任。另外，施工过程中用到的小型部件，可在课堂上展示。比如在讲到管材的时候，可以展示几段塑料管，包括PE、UPVC、ABS 和PPR 等常用管材，让学生互相传递进行观摩，这样有利于加强学生的感性认识。在讲到阀门、水泵等附件设备的时候，可以带学生去观摩模型和校内的泵站等。另外，可以带学生去水工程施工现场观摩或实习，也可以是建筑施工或地铁施工现场，让学生对施工的过程有着切实的体验，还可安排丰富的课外实践活动，由带队老师与活动单位人员对学生进行指导与评价，有助于激发学生对水工程施工的课程的兴趣。

另外，可在水工程施工的课程教学中加入非课程教学形式的实践环节评估。非课程形式的实践环节是大学生能力培养和能力体现的重要渠道。包括社会实践、撰写论文、学科竞赛和志愿者活动等。通过社会实践、学科竞赛和志愿者等大学生实践活动，让学生直接去接触社会和企业生产一线，将学校的专业理论知识与实际结合，提高学生综合运用所学知识解决复杂问题的能力，提高表达与交流能力、批判性思维能力、终身学习能力和团队合作能力等。非课程形式的实践环节主要采用实践成果或活动组织单位评价方式，如获得的奖项、发表的论文和活动服务单位的评语等。

四 翻转课堂

翻转课堂(Flipping Classroom，FC)起源于美国，是多媒体教学的升级版，也是教育界关注的热点问题之一[8]。翻转课堂是对传统教学的一种翻转，学生在课堂下通常是阅读文献或观看视频或通过多媒体进行主动学习；而在课堂上，学生和老师通过讨论、辩论或实验等形式对学生课外所学的知识进行内化和应用。在我国，翻转课堂与移动学习的概念相结合，诞生了基于微信平台的翻转课堂教学模式[9]，大规模在线开放课程(Massive Open Online Course，MOOC)与翻转课堂教学模式的结合[10]，对FC 的发展起到了促进作用。大学生创新思维的培养是我国高等教育较缺乏的，大学生创新思维的培养受到大学校园环境、教学过程、科技竞赛、社团活动和图书馆文化等诸多因素的影响。而课堂教学无疑是大学生创新思维培养的一个重要途径。对给排水科学与工程专业而言，探索翻转课堂教学模式在水工程施工课程的应用，着重培养大学生的创新思维，引导学生从不同的层面和程度去思考自己课前通过网络学到的知识点，达到事半功倍的效果。以水工程施工课程为范例，将学生们所要学习的东西通过微信平台、网络硬盘和课程中心等共享给学生们，学生们在课堂下对所讲知识进行预先学习和反馈，通过课堂上教师的引导的讨论和作业，对学生所学的东西进行启发式教学和引导，从而使得其创新思维得到培养和锻炼。

为实施水工程施工课程的翻转课堂，通过网络平台的建立，形成师生之间的全时空交流，网络教学使学生随时随地都可以进行本课程的学习，并充分利用网络资源，如视频、实验演示和电子教案等，教与学通过网络互动，扩展学生知识面。另外，重视课程的导入，基本原理和内容采用传统的讲授式，推导和推论部分采用同伴教学法(Peer Instruction，PI)，设计揭示学生概念错误和引导学生深入研究的问题，变传统的讲授式为基于概念剖析的自主学习和合作探究，在大班课堂教学中构建一种学生自主学习、合作学习、师生互动的教学情境。以启发式教学为主，在课堂上对网上所学的知识点以实例的形式进行讨论，旨在引导学生去思考专业问题，并与课下所学知识点的结合，实现翻转课堂教学模式对创新思维培养的促进作用。

五 结束语

本文基于教学实践，结合高等教育学和高等教育心理学，系统提出了适用于此课程的具体教学方法，包括构建联系法、兴趣导学法、多媒体和案例教学及翻转课堂。需要注意的是，需要结合以上方法对改门课程进行教学，如可以探索课内、课外，线上、线下的混合教学模式，实践“启发式(兴趣式)+研讨探究+翻转课堂+实践”教学模式，同时开展新工科背景下的校企合作[11]，有利于该课程目标的达成和给排水科学与工程专业培养目标的实现。更重要的是，通过水工程施工课程的学习，学生对给排水科学与工程专业产生了浓厚的兴趣，使学生“学一行，爱一行”；同时，也掌握了此类专业实践课程学习或心技能的学习方法，这些学习方法可以终身受用。