“新工科”背景下给排水科学与工程专业教学模式的改革研究

    许霞 薛银刚 蒋善庆 张秋亚

    摘 要：新经济对工科人才培养提出了新的要求。为了适应新工科下创新型人才培养的要求，对高校传统教学模式提出了巨大挑战。结合新工科的要求，改变传统教学模式，通过多样化的课堂模式、先进技术的应用来提高给排水科学与工程专业课程教学和实践教学质量，以适应新经济下创新型人才培养的需求。

    关键词：教学模式;给排水;人才培养;新工科

    在新经济背景下，教育部大力提倡“新工科”建设。2017年的“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，组成了新工科建设的“三部曲”，开启了工程教育改革的新路径。“新工科”并不是“横空出世”，近几年相关的工作一直都在探索推进。“新工科”人才培养要解决的是我国多年来累积的人才实践不足、技能缺乏、中國制造2025面临重大挑战等问题。在“新工科”中，“新”包含三方面含义，即新兴、新型和新生，即意味着新经济下将催生一批新学科和交叉学科的产生，传统的学科将进行转型、改造和升级。在此背景下，对于工科人才的培养，更多强调创新、复合及应用型人才的培养。针对当下趋势，各高校也积极行动，旨在推动“新工科”建设，提高本科课程教学质量，充分利用各种资源，通过课程的改革措施，以期提高教学质量，培养新经济下复合创新型人才。

    给排水科学与工程专业是基于化学、生物学和水力学等为专业基础，研究和探索水的良性社会循环，服务于给排水行业的工程技术学科。在“新工科”背景下，常州大学给排水科学与工程专业以地方经济和社会发展的人才需要为导向，结合学校“大工程观导向的高等工程教育新模式”办学特色，体现“卓越工程师”教育理念下工程应用型人才培养原则，在此培养目标下，迫切需要适合新工科理念的创新、复合及应用型给排水人才的教学模式，以达到给排水科学与工程专业的培养目标。

    1 课程教学的改革

    1.1 教学理念

    新经济、新形势下我国对工科人才需求发生了很大的变化，传统工科教育是以教师、课本为中心的教学理念，学生被动接受知识的传授，这种理念和模式已经不足以达到“新工科”下人才培养的要求。新形势下，应该及时转变教学理念，以学生为中心，突出学生的主题地位，加强学生独立及自主学习的习惯。新工科促使高校授课坚持立德树人，德学兼修，着力培养工科学生的工匠精神，全面落实“学生中心、成果导向、持续改进”的国际工程教育专业认证理念，提升工程人才的培养水平。

    1.2 教学模式

    传统教学是以教师讲授、学生倾听的形式开展的教学模式，教学资源闭塞、教学过于整齐划一、效率低下，而且教师在课堂上所讲授的知识内容也很有限。新经济下，将互联网技术与教育相融合形成“互联网+”混合式教学。这种教学模式将传统教学与在线教学相结合，在丰富教学手段和拓宽教学资源的同时，也极大地延展了教学的空间维度，为师生提供更多教与学的可能性[1]。

    此外，采用翻转课堂和研讨式教学模式，以学生课前或课外预习或观看教师的视频课程，自主学习，强化学生的中心地位，培养良好地主动学习的习惯;教师不再占用所有课堂时间来传授知识，而是将课堂变成教师和学生或是学生和学生之间的互动场所来进行答疑解惑、合作探讨并完成课程作业，从而提高教学效果和质量。在课堂教学过程中，案例教学也是一种手段，提出课程中与实际相结合的一个主题，同时设计一些实际存在的问题，特别是与课程及专业相关的最新的研究热点，通过学生在课外收集文献资料，归纳总结，制作PPT汇报，然后组织学生进行课堂的探讨。在整个过程中，培养了学生查阅资料的能力，了解了前沿的相关研究内容，同时也让学生对课程的理论知识有了更深入地理解。这种新的案例教育理念下的探究式教学适应新工科建设背景下的要求，为创新型人才培养做出重要贡献[2]。

    2 实践教学模式的改革

    给排水科学与工程专业的实践教学由课程设计、实验和专业实习三部分组成。实验包含课程实验和实验课程，课程设计及实验均在校内课程设计教师和教学实验室完成，专业实习通常安排在校外的合作实习基地展开，包含认识实习、生产实习和毕业实习。

    2.1 课程设计

    给排水科学与工程课程设计是专业培养人才中的重要一环，是一个解决复杂问题的过程，是能够较好完成毕业设计的前提，课程设计过程直接影响学生的培养质量。给排水科学与工程课程设计主要包括《泵与泵站课程设计》《给水管网系统课程设计》《建筑给排水课程设计》《水质工程学课程设计》等。传统的手写设计报告和手绘课程设计图纸，虽然在一定程度能够防止抄袭并让学生对内容有更深刻的了解，但是这种模式并不能满足工程教育认证中所提出的“使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具”要求。在课程设计中，如果可以尽量能做到一生一题，避免部分学生抄袭及不主动思考的行为，在此前提下，使用现代工程工具和信息技术工具提高学生文字编辑和绘图的基本功。课程设计说明书中明确文字编辑要求和规范，绘图方面明确软件应用，通过规范化绘图要求提高学生的软件应用能力和绘图规范性。学生在刚开始的设计过程中大部分以模仿为主，但这种方式不能对设计内容有深入了解，很难提高其专业的设计及计算能力[3]。理论与实践双融合可以有效解决这个问题。学生以理论知识为基础，同时需要结合给排水科学与工程相关工作规范和工程经验开展。学生必须掌握理论，熟悉规范，完成相关的设计要求。

    2.2 实验教学

    给排水科学与工程在大学四年中涉及的专业课程实验教学包括工程力学、物理化学、水力学、泵与泵站、水分析化学、水质工程学等数十门课程的实验项目。传统实验教学的开展是根据老师的口头讲解和演示操作，学生通过模仿按部就班的操作实验装置并完成实验步骤，最后整理总结并形成实验报告。这种实验教学无法锻炼学生的独立创新思维，不利于创新型应用人才的培养。首先，丰富实验类型，验证性实验可以小组形式展开，比如实验小组以3—4人组成，尽量保证每个成员能参与操作。同时加大设计性实验比例，根据罗列的实验项目，根据实验内容以小组为单位进行实验方案的设计。通过学生对文献资料的查阅和探讨，整理出实验技术路线，并列出详细的实验进度安排，并根据实验技术路线落实实验过程，完成设计性实验，最后各组完成实验报告并进行PPT汇报，通过这种方式使学生变被动为主动，提高学生参与实验的积极性，培养学生独立思考的能力。其次，丰富实验模式。可以尝试将虚拟现实（Virtual Reality，VR）和增强现实（Augmented Reality，AR）等新技术应用在实验教学中，解决了实验或实践中存在的“看不见、摸不着、进不去、想不通”的关键难题[4]。通过虚拟和实际操作相结合的方法进行实验教学，加深学生对专业知识的理解。

    2.3 专业实习

    专业实习锻炼和提升了学生实践能力，是培养应用型本科专业技术人才的核心环节之一。而近年我国高等教育实现跨越式发展，学生规模急剧增加，而实习教学却成为人才培养中较薄弱的环节之一。首先要重视专业实习在人才培养方案中的地位，其可以讓学生更好地理论结合实践，强化专业知识。同时高校应该主动集聚社会资源参与人才培养，积极做好实习单位和实际基地建设工作，加强实习教师工作职责。给排水科学与工程专业设置认识实习、生产实习和毕业实习三个层次的实习教学环节。认识实习一般采用集中参观的形式，学生通过对给水工程、排水工程及建筑给排水工程的现场参观了解，建立对本专业的初步印象。生产实习主要通过参观和顶岗相结合的形式进行，通过将学生分散至实习单位，在规定的岗位上进行顶岗实习，使学生完全履行岗位的所有职责，对学生的能力锻炼起到很大的作用，通过理论和实践相结合的方式巩固课程知识。毕业实习主要是学生结合自己的就业意向和毕业设计选题，选择适当的单位进行分散顶岗实习，运用所掌握的专业知识解决实习单位具体工程问题[5]。同时加强学生实习的“过程化”评价，努力够构建多样化的实习考核评价体系，突出实习的“过程化”评价。

    3 结语

    传统的以教师、课本为中心的教学理念，以板书和公式化的PPT为主导的课堂教学模式已经无法满足新工科建设下的需求。新工科背景下创新型人才的培养对教学模式提出了更高的要求，通过多样化的课程教学模式、“过程化”评价的实践考核体系、先进技术在教学中的应用来提高给排水科学与工程专业课程和实践的教学质量，真正做到以学生为中心，以学促创，以创促学，以适应新经济下创新型人才培养的需求。

    参考文献：

    [1]孟二从，余亚琳，伞磊，黎强.基于“互联网+”的工科课程混合式教学模式探索与实践.大学教育，2020（8）：59-61.

    [2]凌意瀚，杨洋，牛继南，张平.新工科背景下的材料科学基础课程案例教学模式思考.教育教学论坛，2020，（24）：253-254.

    [3]张华，陆燕勤，林华，刘立恒，张杏锋.给排水科学与工程专业毕业设计的教学实践探讨——以排水工程设计方向为例.科教导刊，2019，7（21）：64-65.

    [4]蔡方，熊焰，司忠业.虚拟现实技术辅助绿色工程教育的探索与实践.化工高等教育，2020，（2）：19-24.

    [5]张铁坚，张立勇，郭华，任轶蕾，刘俊良.地方高校土建类专业“12345”企业实习教学体系探索——以河北农业大学给排水科学与工程专业为例.高等建筑教育，2020，29（3）：168-174.