基于一流專業建設的“水質工程學” 教學改革探索

蘇冰琴 宋秀蘭 陳啟斌

摘? ? 要：圍繞一流專業的建設要求，結合高校辦學定位、專業特色與區域人才培養需求，提出了以綜合能力培養為導向的給排水科學與工程專業“水質工程學”課程的教學改革方案。從構建核心課程群、運用現代信息技術、創新教學模式、優化實踐教學體系、促進科教融合和加強考核評價機制方面，探索了“水質工程學”課程的教學改革成效。對于深化給排水科學與工程一流專業的課程建設和人才培養具有一定的指導意義。

關鍵詞：一流專業建設;給排水科學與工程;“水質工程學”;教學改革

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）10-0054-04

高等工程教育給排水專業是保障給水排水行業技術和人才需求的核心專業[1]。隨著國家經濟、城鎮建設的快速發展以及科學技術的不斷進步，尤其是在全球性的水污染嚴重等問題突出的背景下，使得給排水行業的內涵隨之擴大，對給排水科學與工程專業的人才在數量與質量上都提出新的要求[2-3]。

太原理工大學于1958年設立給水排水工程專業，至今累計向國家輸送了2000余名本科畢業生。在教育部全面啟動一流本科專業建設“雙萬計劃”的契機下，2019年給排水科學與工程專業入選首批“國家級一流本科專業

建設點”。

如何深化教育改革，推進一流專業建設，是高等教育發展的重要課題[4]。課程是人才培養和專業建設的基本要素和核心單元。開展課程教學改革是推進一流專業建設的重要手段。遵循“科學整合、突出特色、創建一流”的建設思路，結合給排水科學與工程專業的特點，對標國家級一流專業對課程的建設要求，文章對“水質工程學”課程教學改革進行了探索與實踐。

一、“水質工程學”課程教學現狀與問題

作為高校給排水科學與工程專業的一門專業核心課程，“水質工程學”課程內容以水質的凈化與處理理論和

技術為核心，使學生系統了解城市污水的水質特征與水質標準等基本概念，熟悉水體污染與水質處理的實質，掌握污水處理的基本原理、方法及工藝技術，培養學生具備給排水與市政工程領域的科學研究、工程設計及運行管理的基本能力。

本課程的專業性和工程實踐性較強。隨著水資源短缺和水環境污染現象日益嚴重，社會對市政給排水方向的人才需求也越來越多。近年來，海綿城市、污水處理概念、水廠等新概念的提出，以及污水處理新技術的不斷涌現，對該課程的教學改革提出了新的任務和要求。

太原理工大學“水質工程學”課程安排在大三下學期進行。目前“水質工程學”傳統教學主要存在以下問題。

1.教學資源單一，教學內容更新滯后，難以滿足素質培養的要求。“水質工程學”是一門知識體系發展較快、實踐性較強的課程。主要課程內容包括污水處理的標準、原理、方法、技術、工藝等，教學內容繁多。傳統教學中，教師提供的教學資源大多只局限于教材和多媒體課件，視覺效果較弱，對學生的吸引力不足，而且受到學時少的限制，教師難以完整傳授相關知識，更無法引導學生進行深度學習，無法滿足專業核心素質培養的要求。

2.教學模式單一，教學方法陳舊，導致教學效率較低。在傳統教育思維模式下，本課程的主要教學形式是教師臺上授課，學生臺下聽課，課后教師布置習題，學生完成作業的過程。這種學生被動學習的教學模式，在科技迅猛發展的形勢下顯得過于單調乏味，不易吸引學生積極主動進行課程學習。

3.課堂缺乏師生互動，未體現“以學生為中心”的教育理念。傳統課堂中，教師位于教學活動的中心地位，教學更多關注的是“教師教授了什么”，而不是“學生學到了什么”，教師發揮著教學主導作用，課堂師生互動交流效率低，教師對學生的學習進度、聽課質量和教學效果很難把握。從一流專業建設對于培養學生能力的角度來看，現有的教學模式無法滿足社會對創新人才的需求。

二、“水質工程學”課程教學改革的原則與思路

（一）以培養目標為導向，搭建“水質工程學”課程

教學改革框架

太原理工大學的辦學定位是創辦特色鮮明的高水平、國際化、創新型大學。學校的人才培養總目標是培養具有家國情懷、科學素養和專業素質，具有寬廣的國際化視野，敬業樂群、志向高遠、德才兼備、全面發展的優秀人才和行業領軍人才。

根據學校的辦學特點和行業人才需求，結合學校人才培養目標、辦學定位和宗旨，深入研究給排水科學與工程專業發展動向。給排水科學與工程專業的人才培養目標為：培養具備自然科學基礎、學科基礎和專業理論知識，掌握給排水科學與工程專業知識與技術，具備較強的施工、運營管理、設計和研發能力，具有一定的人文社會知識和科學素養，能夠解決給排水復雜工程問題的高素質工程技術人才以及社會主義事業合格建設者和可靠接班人。學生畢業后在所涉及的水資源開發與利用、凈化、輸配、使用以及污（廢）水收集、處理、再生利用以及水環境保護與修復等領域或行業，從事工程設計、專業規劃、建設與投資、運營與管理、科學研究等工作。

鑒于此，“水質工程學”課程建設應以人的發展為根

本，以高等教育內涵式發展為主線，融入素質教育、創新教育等新的理念，突出優勢、拓展領域、補齊短板，整合相關傳統學科資源，為工程技術人才的培養和學科體系的構建奠定基礎。

（二）以專業特色為指引，確定“水質工程學”課程

教學改革思路

根據太原理工大學辦學定位和給排水科學與工程專業的人才培養目標，凝練專業特色為“立足山西、面向全國、銜接國際，服務區域建設、服務行業發展、服務社會進步”。即圍繞水業人才需求，面向山西資源型經濟轉型發展，符合學校高水平、研究型、國際化的辦學方向和定位;秉承辦學醇厚積淀，適應行業發展和技術前沿;培養具有科學素養、創新精神、人文情懷、國際視野，具有解決復雜工程問題能力的高級工程技術人才。

為體現學科知識發展的前沿方向和行業特點，為適應社會發展和給排水產業技術發展新需求，“水質工程學”課程教學改革內容應將相關產業和領域的新成果納

入專業教學中，制定與實踐緊密結合的培養方案和課程體系。

圍繞山西省生態環境建設與保護的總體目標，服務山西產業重點行業，聚焦污染物控制與能源資源化利用、節能產能型廢水生物處理技術研發、水質安全保障等關鍵問題，針對區域發展需求，“水質工程學”逐漸形成“基礎研究—技術研發—工程應用”多尺度、多層次的課程體系。

（三）以產出為導向，構建“水質工程學”課程教學

改革新格局

太原理工大學給排水科學與工程專業修訂的2019版培養方案中明確了本專業學生通過畢業后5年左右的工作實踐或學習深造，應具備的職業能力和成就，主要體現在以下5個方面：（1）遵守職業道德與規范，具有良好的實際工作經驗積累，有意愿并有能力為社會服務;（2）較好地適應本領域的不同崗位，成長為業務水平高、創新能力強的技術或管理骨干、專業負責人或項目負責人，成為用人單位的主要技術力量;（3）在工作中擔任重要角

色，表現出良好的跨專業團隊協調、組織能力和跨文化差異的溝通、交流能力;（4）具有應用現代技術，綜合考慮相關法律、社會和經濟等因素，系統判定、分析和解決本領域的復雜工程問題的能力;（5）主動拓展和更新知識，通

過繼續學習適應職業發展，具有給排水科學與工程相關領域注冊工程師或高級工程師的相應職業能力。

該培養方案的修訂緊跟時代，以工程教育認證為抓手，對標“雙萬計劃”建設目標，結合《高等學校給排水科學與工程本科指導性專業規范》和《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》，全方位貫徹了“以學生為中心，以產出為導向”的理念，為推進一流專業建設和一流課程建設構建了發展格局。

三、“水質工程學”課程教學改革的方案與措施

圍繞國家級一流專業的建設要求，結合高校辦學定位、專業特色與區域人才培養需求，秉承“以學生為中心，以產出為導向”的宗旨，以“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”人才培養為總原則，提出了“水質工程學”課程教學改革實施方案。

（一）整合教學內容，構建“水質工程學”課程群

2018年《普通高等學校本科專業類教學質量國家標

準》中提出了由給排水科學與工程專業16門專業課程組成的核心課程體系。其中，“水質工程學”作為“水質控制”單元的核心課程，該課程覆蓋面廣且涉及物理、化學、生物、化工等多學科，交叉融合了多門專業課程的內容，綜合性非常強。

為實現專業人才培養目標，彰顯專業特色，在一流專業建設的新形勢下對給排水科學與工程專業課程進行梳理和整合，構建以“水質工程學”為核心的專業課程群。以城市水系統流程為主線，以力學、化學、生物學為基礎，將專業知識體系模塊化，以實現水的可持續利用為目標，體現“水質工程學”教學內容的系統性和綜合性，同時突出重點，建立關聯，相輔相成，實現專業課程之間的縱向聯系和貫通，形成縱橫交錯的網狀課程體系。

（二）創新教學方法，探索“水質工程學”多元化教學模式

1.多媒體與傳統教學方式有機結合

“水質工程學”課堂教學采用多媒體課件、板書和實物模型相結合的模式。根據專業培養目標和教學大綱的要求，圍繞教學知識點，完善豐富課件內容，充分發揮多媒體信息量大、直觀、生動的優勢，將各種工藝原理示意圖、工藝流程圖和構筑物單元結構圖等抽象的部分，通過Flash動畫、DV視頻、工程圖片等多種方式表達出來，同時展示實物模型（如活性污泥絮凝體、曝氣池的空氣擴散裝置等），配合模型的立體化和實物效果，使課堂教學生動化、立體化、形象化，增加學生的感性認識，提高學生的注意力和學習興趣。

水處理構筑物的設計計算過程復雜、抽象，很多學生不易理解和掌握。在講課過程中，教師可充分利用板書推導式講解，重點解析例題和練習題，使學生充分理解、掌握比較抽象的概念和理論。

2.開展多種教學方法，培養學生的綜合能力

（1）任務驅動式教學。教師將專業理論聯系實際，根據教學知識點設計問題，將枯燥深奧的理論與趣味性強的常識性知識聯系起來，提出的問題貼近日常生活，引導學生積極參與到教學活動中，增加師生互動，發揮學生在課堂教學中的主體作用。例如，在講解黑臭水體的概念時，結合省內河湖的水環境污染歷史、治理歷程和水質現狀提出問題，加深學生對知識的理解;在講授水環境污染指標時，結合山西省汾河流域的水質情況和水生態功能提出問題，提高學生的學習興趣。（2）工程案例式教學。將工程實踐經驗、教師科研過程、工程領域案例或行業發展和生產工程中的新成果等內容，結合相關知識點，設計成一個個生動形象的案例引入課堂，理論聯系實踐，開展針對性講解，包括：如何設計工藝流程、確定構筑物單元、選取設計參數、設計主要構筑物等，引導學生在任務驅動下查閱設計手冊、規范等資料，進行自主學習和深度學習。案例式教學增加了課程內容的深度和廣度，針對難度較高、工程性較強的知識點，有效提升了知識點的形象性和生動性，延展了學生的專業面，強化了學生的科研素質和工程意識。（3）討論（辯論）式教學。傳統教學中學生被動地接受新知，難以有效地實現知識內化。采用討論式教學方法能夠較大程度地提高學生的學習積極性和參與度，加深對所學知識的理解和掌握。交流討論的內容兼顧開放性和實踐性，針對教學難點和疑點，或者反映學科前沿動態、工程實踐案例分析等相關內容設計選題（如分析傳統活性污泥法所存在的弊端、闡述活性污泥法改進工藝流程等），鼓勵學生積極參與主題討論，以及開展學術辯論，培養學生的創新思維，以及辯證地看待問題的能力。（4）科研探究式教學。以教師的科研課題為基礎，結合“水質工程學”課程中的知識內容，提出一些課外創新研究性課題（如高級氧化技術處理廢水中高濃度有機物的研究、納米零價鐵去除污水中重金屬的研究等），鼓勵學生運用所學的專業理論知識分析任務、查閱文獻、提出方案、設計流程、歸納總結。探究式教學幫助學生理解和把握水質處理技術的發展方向，善于思考，激發科研熱情。（5）創設情景式教學。“水質工程學”課程專業理論性較強，對于教學內容中有關水處理構筑物的構造特點與運行方式等內容，由于很多學生的空間想象力不夠，又很難有機會接觸到構筑物實體，無法清晰地掌握構筑物的工藝流程、構造剖面圖。太原理工大學給排水科學與工程專業的“水質工程學”實驗中心設有多套一體化水處理工藝流程演示模型，如傳統活性污泥法工藝、SBR工藝、氧化溝工藝、生物接觸氧化工藝等，為“水質工程學”的現場教學提供了有利條件。教師有效利用實驗中心的水處理模擬裝置資源，創造“沉浸式”情境教學的場景，帶領學生觀察格柵、沉砂池、沉淀池、曝氣池等構筑物模型，了解其構造特點，掌握水處理工藝流程和運行方式，增加了理論教學的趣味性和實踐性。現場教學過程中師生及時互動交流，加深了學生對理論知識的掌握與內化。

（三）注重能力培養，深化“水質工程學”實踐教學改革

“水質工程學”課程的實踐教學環節包括實驗、課程設計和實習。通過實踐教學可以有效鞏固理論知識，對培養具有創新意識和綜合能力的研究型、應用型人才具有重要作用。

1.加強實驗技能的訓練

結合教師科研課題或具體的工程項目的要求，優化“水質工程學”實驗教學內容，開設綜合設計型實驗。例如，教師擬定實驗選題，要求學生測定鼓風曝氣系統曝氣設備的性能，引導學生自主設計實驗方案。學生需從曝氣池環境因素的測定、曝氣設備性能參數的選擇等方面綜合考慮，獨立設計曝氣實驗方案——調試安裝曝氣實驗儀器——測定分析實驗數據——繪制實驗曲線——總結實驗結論，最終完成實驗操作過程。

教師在實驗過程中鼓勵學生參與實驗準備和實驗設計，包括取水樣、水質分析、儀表調試、制定實驗方案、細化實驗步驟等內容，同時創造條件使學生接觸新工藝、新設備、新技術，培養學生的創新思維、探索精神。

2.強化工程實踐能力

“水質工程學”課程之前安排1周的水處理工藝認識實習，課程之后安排1周的水處理工藝生產實習。通過實習，使學生實地近距離、直觀地了解和學習水處理工藝流程和構筑物構造特點、運行方式，有效彌補課堂教學對事物直觀認識的不足，強化學生對基礎理論知識的理解，擴展學生的工程實踐視野。

近年來，太原理工大學給排水科學與工程專業與多家公司和水處理廠合作，已建立長期穩定、可持續發展的校內外實習實訓基地（包括太原市金世紀陽光水凈化有

限公司、晉中正陽污水處理有限公司、太原呼延水廠、太原楊家堡污水處理廠、西安市污水處理有限公司、太原朗新明污水處理有限公司等），搭建工程實踐鍛煉的平臺，并制定相應的教學培養方案，發揮教學實踐基地的功能，開展“校企雙師制”“項目導向”模式的實踐教學。此外，與多家科研院所（如山西省污泥處置與資源化工程技術中

心、山西省環保產業研究院等）合作，融合共享實踐教學資源，開展以解決復雜工程問題為導向的案例式、探究式等實習教學，強化學生對基礎理論知識的理解，提升學生的工程實踐技能。

3.提高創新設計能力

課程設計是訓練學生工程設計能力、培養學生工程意識的重要環節，在教學中起著承上啟下的作用。“水質工程學”課程設計安排在課程結束后進行，教師結合工程實踐案例或者科研項目，擬定選題，發布課程設計任務書。學生在基本掌握水處理工程設計規范的基礎上，熟悉工程概況，根據污水水量和排放標準確定污水處理工藝，完成工藝構筑物設計計算書，繪制污水處理設計圖紙。

課程設計題目的擬定要與時俱進，反映給排水產業技術發展新需求和當前水處理技術發展新動態，引導鼓勵學生提出創新性設計思路，將新工藝、新技術融入設計環節。課程設計將理論教學與實踐應用相結合，使學生學以致用，加強對專業理論知識的鞏固，強化工程概念，培養學生創新思維，以及熟練運用現代信息工具和CAD軟件繪圖的能力。

（四）深化科教融合，形成“水質工程學”協同育人

教學機制

1.課堂教學中結合水污染控制工程領域知名專家、學者的科研軼事，引導學生發揚攻堅克難、勇于攀登的精神和激發學生投入科研事業的熱情;定期組織開展“水資源保護與利用”“保護水環境”“水質安全與保障”“水污染防治技術”等方面的學術交流和研討會，邀請國內外行業專家（如企業導師、百人專家、客座教授等）舉辦學術講座和科研論壇，使學生及時了解水處理領域的前沿發展動態，培養學生熱愛專業的情懷，拓寬專業視野和國際化視野。

2.以教師的科研課題為依托，踐行科研反哺教學，組織學生進入實驗室參加科研活動，鼓勵學生積極申報各類科研項目和參加科技競賽，例如大學生創新創業計劃項目、學校實驗室開放項目、“節能減排”科技競賽、“挑戰杯”科技競賽以及給排水專業“深水杯”全國大學生科技競賽等，參與科研過程有助于學生將課本上的理論知識與實際工程聯系起來，積極思考、勇于探索，大膽實踐，進一步提升科研素養和創新精神。

3.聘任校外專家作為本專業的企業導師，全程參與、指導各個教學環節（如制定培養計劃、修訂教學大綱、指導課程設計和生產實習等）。在“水質工程學II”課程中企業導師提供了大量的典型工程案例，還作為助教與學生分享工程實踐經歷，討論學科前沿動態，強化了學生的工程概念。

（五）加強過程管理，優化“水質工程學”考核評價體系

以激發學習動力和專業志趣為目標完善“水質工程

學”課程的過程評價制度。“水質工程學”教學改革注重對學生的學習過程和學習結果的雙重評價，加強定量評價和定性評價，豐富考核評價形式（如課堂提問、小組展示、課堂練習、學習筆記、課后作業、交流討論、期中測驗、拓展學習、期末考試等），通過自我評價、師生評價、生生互評等多層次、立體化地反映學習者的學習過程，生成客觀的多種評價機制。

其中，課堂練習的題目內容側重于概念性、理論性較強的基礎知識（如生物膜處理系統的類型與特點、污泥處理的方法與特點等），難易程度適中，主要考核學生對基本理論、基礎概念的掌握程度;課后作業的題目相對靈活，內容更具有實踐性（如根據污水處理廠的原水水質和污水排放水質標準，設計污水處理的方案和工藝流程，并進行污水處理構筑物的水力計算;分析論述某地區發生水質污染的現象及原因，并分析相應的水質防護措施等），學生可以查閱相關規范資料，學以致用，分析解決實際問題，同時又較好地為工程實踐和國家注冊考試進行了銜接。

在加強一流專業建設的新形勢下，各專業對課程建設和人才培養都提出了更高的要求。以培養工程應用型和創新研究型人才為導向，以多元化的現代教學手段為依托，以理論聯系實際為指導思想，文章提出了給排水科學與工程專業“水質工程學”課程的教學改革方案。不僅為本專業更好完成國家級一流專業建設目標奠定了良好的基礎，而且對專業一流人才的培養具有一定的指導意義，為高校同類專業學生培養的課程體系建設和適配政策提供實際的參考和幫助。

給排水科學與工程一流專業課程建設是一項長期工程和系統工程。依據高等教育國家質量標準，對標國家一流專業的建設要求，本專業建設還應突出特色，制訂長期發展規劃，建立長效機制，不斷提升專業課教師的教學理論水平與工程實踐能力，培養出一批適應我國給水排水行業需求的一流工程技術人才。

參考文獻：

[1]崔福義.給排水專業的改革[J].給水排水，2017，53（9）：141.

[2]崔福義，張國珍，袁一星.給排水科學與工程專業主要發展歷程及專業建設活動[J].給水排水，2017，53（8）：140.

[3]張智，岳秀萍，時文歆.給排水科學與工程專業建設與發展[J].給水排水，2017，43（11）：140.

[4]教育部.教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見[J].中華人民共和國教育部公報， 2018（9）：18.

■ 編輯∕丁俊玲