“人工智能+”背景下應用型本科院校給排水科學與工程專業(yè)課程優(yōu)化思考

【摘要】針對人工智能如何更好地融入給排水科學與工程專業(yè)（以下簡稱“給排水專業(yè)”）課程的問題，文章提出，以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為基礎，引入適合給排水行業(yè)的人工智能大模型，以提升專業(yè)規(guī)劃、設計、施工和運營等課程的智能化水平；發(fā)揮應用型本科院校辦學特色，積極與給排水行業(yè)、企事業(yè)單位緊密合作，探索人工智能技術與給排水專業(yè)課程的融合點；根據(jù)人工智能大模型迭代發(fā)展水平，明晰其在給排水專業(yè)課程中的應用場景和邊界，構建安全、可靠、穩(wěn)定和值得信賴的“人工智能+給排水”專業(yè)課程體系。

【關鍵詞】人工智能；給排水科學與工程專業(yè)；課程優(yōu)化

【引用格式】李振華，黃金陽.“人工智能+”背景下應用型本科院校給排水科學與工程專業(yè)課程優(yōu)化思考[J].黑龍江教育（理論與實踐），2025，79（4）：54-56.

【中圖分類號】G642.0【文獻標識碼】A【文章編號】1002-4107（2025）04-0054-03

一、引言

近年來，隨著OpenAI（美國人工智能研究公司）的ChatGPT和Sora的發(fā)布，人工智能的技術突破和快速演進及其呈現(xiàn)的強智能化水平給人類知識結構和各行業(yè)帶來重大影響。人們擔心之前獲得的知識和技能在人工智能大模型產(chǎn)品面前能否被淘汰，憂慮自己從事的行業(yè)能否最終被人工智能所取代，唯恐人工智能從根本上顛覆現(xiàn)有勞動分工而導致自己失業(yè)。

那么，在人工智能技術遠超預期的快速發(fā)展之時，教育行業(yè)該如何迎接智能時代的到來，“人工智能+教育”該如何發(fā)展？對于當前依然作為專業(yè)知識傳承與創(chuàng)新的主要載體之一的高校課程來說，現(xiàn)階段該如何與人工智能相結合？從人類適應未來時代要求和滿足行業(yè)需求的角度來看，高校的傳統(tǒng)教學內容是否需要重新審視？“人工智能+”對各行業(yè)專業(yè)人才的新需求是何標準？如何將人工智能技術這把“金鑰匙”有效深入到教育教學和管理全過程、全環(huán)節(jié)？這些問題是當前“人工智能+”背景下各高校亟須深入研究的問題。廈門大學嘉庚學院是一所應用型本科院校，在“人工智能+”背景下，其結合現(xiàn)階段給排水專業(yè)實際，對“人工智能+給排水”專業(yè)課程建設進行了探索，以期實現(xiàn)專業(yè)課程的優(yōu)化與升級。

二、“人工智能+給排水”專業(yè)優(yōu)化的必然性

給排水專業(yè)是高校工學門類土木類本科專業(yè)之一，以水的社會循環(huán)為研究對象，為實現(xiàn)水的良性社會循環(huán)和水資源可持續(xù)利用提供人才與技術支撐[1]。作為一門傳統(tǒng)工科專業(yè)，從當前的專業(yè)說明來看，給排水專業(yè)與人工智能的關聯(lián)性似乎不是那么強，融合難度也比較大。但給排水專業(yè)作為高校的獨立本科專業(yè)，在建立伊始就是一門具有顯著多學科交叉特點的本科專業(yè)[2]，并在發(fā)展過程中不斷融合新知識、新技術和新工藝，為人類提供優(yōu)質的水服務和有力的水安全保障，同時，實現(xiàn)水的良性社會循環(huán)。因此，隨著人工智能時代的到來，“人工智能+給排水”必將深度融合，讓人類充分享受人工智能新技術帶來的福祉。由此可見，在“人工智能+”背景下，給排水專業(yè)需要主動呼應智能時代的新要求，積極順應人工智能新技術的發(fā)展，努力尋找人工智能技術與給排水行業(yè)的結合點，在已有給排水工程自動化和智慧化等的基礎上，探索專業(yè)的優(yōu)化升級。

縱觀高校給排水專業(yè)發(fā)展歷程可以看出，每個時期的新技術、每次科技革命和產(chǎn)業(yè)變革都會為給排水專業(yè)帶來新的發(fā)展。但高校給排水專業(yè)在融入歷次科技革命的新技術時，如電子技術、自動化技術、基于光與電的水質分析技術等，都保持了應有的“定力”，也就是在新技術來臨時，高校給排水專業(yè)并沒有全面否定之前的專業(yè)人才培養(yǎng)體系，而是結合歷次新技術的特點，以及給排水行業(yè)發(fā)展中因新技術的產(chǎn)生而衍生出的對給排水技術人才新知識和新能力的要求，順勢進行了行業(yè)專業(yè)教育的優(yōu)化升級，不斷提高給排水專業(yè)人才培養(yǎng)體系與社會需求的適配度。因此，在以人工智能技術為突破口的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革到來時，高校給排水專業(yè)應積極擁抱科技和產(chǎn)業(yè)變革，順應經(jīng)濟和社會發(fā)展提出的更加安全、更加高效、更加智能的“水需求”，以及“人工智能+給排水”專業(yè)的發(fā)展趨勢，適時必要地實現(xiàn)人工智能加持下的專業(yè)課程的優(yōu)化升級。

三、應用型本科院校“人工智能+給排水”專業(yè)課程優(yōu)化升級思路

當前，人工智能及相關新技術發(fā)展迅猛，部分研究型高校已展開了面向“給排水+智能化”方向的課程設置和人才培養(yǎng)計劃修訂的探索[3]。然而，當應用型本科院校參照研究型高校進行“人工智能+給排水”專業(yè)培養(yǎng)計劃修訂時會發(fā)現(xiàn)，在目前專業(yè)課學時和學分都比較緊張的情況下，若再單獨加入人工智能相關課程模塊，就必須對專業(yè)知識體系中核心知識領域的課程進行大幅度壓縮。但是相比研究型高校，應用型本科院校學生的基礎要稍弱一些，此外，人工智能新技術領域的課程與給排水專業(yè)傳統(tǒng)培養(yǎng)計劃中的課程在內容上有少部分存在難以彌合的“鴻溝”，而且當前與人工智能技術相關的課程還未形成體系且相對零散，這些因素的疊加可能導致應用型本科院校難以充分利用人工智能新技術為專業(yè)服務，使學生對“人工智能+給排水”專業(yè)課程的獲得感不強。因此，應用型本科院校“人工智能+給排水”專業(yè)課程教學需立足自身實際，發(fā)揮培養(yǎng)應用型人才的特色，順勢實現(xiàn)給排水專業(yè)課程的優(yōu)化升級。

（一）以專業(yè)基礎核心知識單元和知識點為中心

無論是當前或未來深度影響給排水行業(yè)的人工智能新技術，還是以往被推廣并已在給排水行業(yè)大范圍使用的工業(yè)自動化技術，都可以被認為是利用機器、電子和計算機技術執(zhí)行給排水工程任務，都是為了精簡勞動過程、提升生產(chǎn)效率、減少企業(yè)成本、全面提升行業(yè)質量。從這一角度而言，“人工智能+”背景下的給排水專業(yè)課程升級改革，并不是讓教與學像從使用算盤計算過渡到用計算機，使計算機基本取代了傳統(tǒng)的算盤那樣[4]。此外，從目前的人工智能大模型發(fā)展來看，與人工智能互動時，Prompt（人工智能提示詞）的設定尤為重要，其會直接影響人工智能大模型生產(chǎn)出的結果[5]，而在未來“人工智能+給排水”大模型互動中，提示詞必定是來源于給排水專業(yè)的基礎核心知識點。因此，給排水專業(yè)課程教學是可以找到與人工智能技術的結合點的，并進行很好的融合。在面對眼花繚亂的人工智能新技術和大模型產(chǎn)品時，給排水專業(yè)教育教學不能迷失方向，不能為實現(xiàn)人工智能技術在給排水專業(yè)的硬著陸而對給排水專業(yè)核心知識進行隨意刪減，進而沉醉于人工智能的程序設計、大模型構建中。這會導致培養(yǎng)出的學生既沒有掌握給排水專業(yè)的核心知識，又對人工智能技術一知半解，還會因給排水專業(yè)基礎核心知識的不足而出現(xiàn)未來無法高效使用人工智能大模型工具且對人工智能大模型生成的給排水專業(yè)結果的真假難以分辨的問題，也就是說無法利用給排水專業(yè)核心知識去交叉驗證人工智能輸出結果的準確性，從而無法滿足給排水行業(yè)智能化發(fā)展的實際需求。

（二）引入適合給排水行業(yè)的人工智能大模型產(chǎn)品

應充分利用人工智能新技術真真切切為給排水行業(yè)服務，為人類帶來更多的水便利和水福祉，而不是因為人工智能的出現(xiàn)顛覆或拋棄多年積淀形成的給排水專業(yè)培養(yǎng)方案。相較于20世紀80和90年代，21世紀以來的高校給排水專業(yè)教育教學中已大量使用計算機對專業(yè)進行了加持。人工智能新技術是基于計算機和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而來的，因而現(xiàn)階段可以在已充分利用計算機或自動化技術的相關給排水專業(yè)課程和有關知識點中積極探尋“人工智能+給排水”的結合點。例如，目前在給排水工程圖的繪制和建模教學中主要使用AutoCAD和BIM程序，盡管相比手工制圖時代已有很大的飛躍，但AutoCAD和BIM程序目前還存在操作比較繁復，且“不夠聰明”的問題，二者在智能化操作方面還有很大的提升空間。若能實現(xiàn)人工智能新技術與CAD、BIM的深度融合，通過使用深度學習和強化學習算法，在數(shù)據(jù)驅動的基礎上進行“人工智能+CAD/BIM”的持續(xù)優(yōu)化，讓CAD和BIM能更快更好地理解和領悟操作者的意圖，不僅可以極大地提升給排水專業(yè)學生繪圖和建模的速度，也可以大幅度降低給排水工程師的工作強度。目前，“給排水工程儀表與控制”課程教學基于工業(yè)自動化，將以可編程控制器PLC為基礎的集散控制DCS系統(tǒng)作為主要內容，雖然DCS系統(tǒng)自動化程度高，已大大減少了給排水工程運行的人力消耗，但如何實現(xiàn)給排水工業(yè)自動化過程的智能化還有很長的路要走，尤其在故障診斷系統(tǒng)和預測控制方面亟須與人工智能新技術進行有機結合。

（三）探索人工智能技術與專業(yè)課程的融合點

給排水專業(yè)是為人類提供更加優(yōu)質高效“水服務”的行業(yè)，因而相關智能新技術會很快滲透到給排水行業(yè)。與給排水相關的企事業(yè)單位直接面對市場，而人工智能技術使市場最大的獲益點轉變?yōu)樘嵘こ绦剩档凸こ坛杀尽ζ笫聵I(yè)單位一線的給排水工程師而言，人工智能技術會極大地減小其勞動強度，提高工作效率。所以，相比高校，給排水企事業(yè)單位迎接人工智能時代的推動力更大，積極性更高。應用型本科院校給排水專業(yè)可開展廣泛調研，尤其是對校友使用的由人工智能技術衍生出的“專業(yè)神器”進行搜集與匯總，再適時補充進各專業(yè)課程或有關知識點對應的章節(jié)中，讓給排水專業(yè)學生也善用人工智能新技術，在走上工作崗位面對這些人工智能的“新神器”時，不再產(chǎn)生不適和違和感，同時，也可以極大地減輕給排水用人單位對新員工的培訓投入。此外，自以電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)等廣泛應用為代表的第三次科技革命以來，人類的經(jīng)驗和知識不再首先被編入教材，而是優(yōu)先沉淀進各種計算機程序和APP中，也就是俗稱的軟件中。人工智能大模型是人類智慧的物化結果，當前的人工智能新技術也是基于計算機、手機等電子終端展開的，因此，可以預見的是應用于給排水行業(yè)的人工智能新算法、新模型等也將首先出現(xiàn)在這些人工智能衍生的大模型新產(chǎn)品、新軟件中，而高校的教材收錄和編寫大概率會出現(xiàn)一定的滯后，因此，高校給排水專業(yè)應積極與行業(yè)內的單位緊密合作，發(fā)掘人工智能技術與給排水專業(yè)課程的適應性和結合點是十分必要的。

（四）明晰人工智能大模型在給排水專業(yè)課程中的應用場景和邊界

技術天然具有“兩面性”的屬性，人工智能新技術也不例外。人工智能的本質是人造機器智能，從目前以大模型為代表的生成式人工智能輸出結果來看，其生產(chǎn)內容存在諸多不夠嚴謹?shù)牡胤剑瑩Q句話說，人工智能大模型應用也是有風險的，即使這種風險點可能很小，但當其應用于大型工程中時會被放大。例如，隸屬水務行業(yè)的給排水工程在任何國家都是一個必須保障絕對安全的民生工程，因而給排水專業(yè)利用人工智能大模型的前提是其生成的結果必須嚴謹正確，不能為單方面追求高效和智能而放棄行業(yè)安全穩(wěn)定的第一原則。這就需要人工智能大模型不斷進行學習，多次迭代，但目前人工智能大模型生成結果的方式主要采用概率（也叫聯(lián)合概率分布）分析推測答案，也就是說人工智能大模型生成的結果是基于大模型訓練的概率推理，至少當前大多數(shù)人工智能大模型是基于概率統(tǒng)計學規(guī)律進行推算的。所以，給排水專業(yè)需要根據(jù)人工智能大模型生成結果的準確率和給排水行業(yè)內各要素或工程的風險等級，聯(lián)合評估人工智能大模型在給排水行業(yè)的應用場景，同時評定其應用邊界，并在課程優(yōu)化升級時明確標識出來。此外，像人類在工作中可能出錯一樣，人工智能大模型也不可能做到百分之百準確，此時就需要給排水專業(yè)人員的介入，對人工智能大模型進行糾偏或糾錯，并讓其再次學習，實實在在地讓人工智能大模型逐步從“工具”向“伙伴”轉變，并實現(xiàn)給排水專業(yè)人員與人工智能大模型相互促進、相互伴生，人機協(xié)作，讓人工智能大模型生產(chǎn)結果的準確率未來無窮接近百分百。此外，“人工智能+給排水”系統(tǒng)在其全生命周期內必須做到以人為本、可靠、可解釋、符合道德，且具有包容性，充分尊重、保護隱私。

四、結束語

給排水專業(yè)課程教學需順應“人工智能+給排水”的新要求，努力實現(xiàn)專業(yè)課程的優(yōu)化升級。文章以給排水專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案為基礎，充分引入適合給排水行業(yè)的人工智能大模型產(chǎn)品以提升專業(yè)規(guī)劃、設計、施工和運營等課程的智能化水平，并力爭能高水平智能化解決專業(yè)難點和痛點；同時，發(fā)揮應用型本科院校辦學特色，積極與給排水行業(yè)、企事業(yè)單位緊密合作，探索人工智能與給排水專業(yè)課程的融合點，共同制定專業(yè)人才培養(yǎng)計劃，防止給排水專業(yè)教育教學與行業(yè)人才需求脫節(jié)。此外，還應根據(jù)人工智能大模型的發(fā)展水平明晰其在給排水專業(yè)課程中的應用場景和應用邊界，以期構建安全、可靠、穩(wěn)定和值得信賴的“人工智能+給排水”專業(yè)課程體系。

【參考文獻】

[1]教育部高等學校給排水科學與工程專業(yè)教學指導分委員會.高等學校給排水科學與工程本科專業(yè)指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2023：2.

[2]趙志偉，李莉，崔福義，等.面向水系統(tǒng)智能化發(fā)展的人才培養(yǎng)知識體系構建研究[J].給水排水，2021，57（增刊2）：527.

[3]曾曉嵐，崔福義，時文歆，等.人工智能+給排水科學與工程專業(yè)復合型人才的行業(yè)需求調研[J].中國給水排水，2021，37（24）：14.

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[5]沈強，羅先奎.思想政治教育生成式人工智能語料庫建構邏輯和實施進路探析[J].黑龍江教育（理論與實踐），2024，78（7）：54.

■編輯∕王力

【收稿日期】2024-05-10【修回日期】2024-05-31

【作者簡介】李振華，男，副教授，博士，研究方向為水污染控制；黃金陽，男，副教授，博士，研究方向為水處理藥劑的制備。

【基金項目】漳州市自然科學基金項目“剩余污泥無害化處理與資源化循環(huán)利用研究”（ZZ2021J35）