基于一流专业建设的“水质工程学” 教学改革探索

苏冰琴 宋秀兰 陈启斌

摘    要：围绕一流专业的建设要求，结合高校办学定位、专业特色与区域人才培养需求，提出了以综合能力培养为导向的给排水科学与工程专业“水质工程学”课程的教学改革方案。从构建核心课程群、运用现代信息技术、创新教学模式、优化实践教学体系、促进科教融合和加强考核评价机制方面，探索了“水质工程学”课程的教学改革成效。对于深化给排水科学与工程一流专业的课程建设和人才培养具有一定的指导意义。

关键词：一流专业建设;给排水科学与工程;“水质工程学”;教学改革

中图分类号：G640      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2021）10-0054-04

高等工程教育给排水专业是保障给水排水行业技术和人才需求的核心专业[1]。随着国家经济、城镇建设的快速发展以及科学技术的不断进步，尤其是在全球性的水污染严重等问题突出的背景下，使得给排水行业的内涵随之扩大，对给排水科学与工程专业的人才在数量与质量上都提出新的要求[2-3]。

太原理工大学于1958年设立给水排水工程专业，至今累计向国家输送了2000余名本科毕业生。在教育部全面启动一流本科专业建设“双万计划”的契机下，2019年给排水科学与工程专业入选首批“国家级一流本科專业

建设点”。

如何深化教育改革，推进一流专业建设，是高等教育发展的重要课题[4]。课程是人才培养和专业建设的基本要素和核心单元。开展课程教学改革是推进一流专业建设的重要手段。遵循“科学整合、突出特色、创建一流”的建设思路，结合给排水科学与工程专业的特点，对标国家级一流专业对课程的建设要求，文章对“水质工程学”课程教学改革进行了探索与实践。

一、“水质工程学”课程教学现状与问题

作为高校给排水科学与工程专业的一门专业核心课程，“水质工程学”课程内容以水质的净化与处理理论和

技术为核心，使学生系统了解城市污水的水质特征与水质标准等基本概念，熟悉水体污染与水质处理的实质，掌握污水处理的基本原理、方法及工艺技术，培养学生具备给排水与市政工程领域的科学研究、工程设计及运行管理的基本能力。

本课程的专业性和工程实践性较强。随着水资源短缺和水环境污染现象日益严重，社会对市政给排水方向的人才需求也越来越多。近年来，海绵城市、污水处理概念、水厂等新概念的提出，以及污水处理新技术的不断涌现，对该课程的教学改革提出了新的任务和要求。

太原理工大学“水质工程学”课程安排在大三下学期进行。目前“水质工程学”传统教学主要存在以下问题。

1.教学资源单一，教学内容更新滞后，难以满足素质培养的要求。“水质工程学”是一门知识体系发展较快、实践性较强的课程。主要课程内容包括污水处理的标准、原理、方法、技术、工艺等，教学内容繁多。传统教学中，教师提供的教学资源大多只局限于教材和多媒体课件，视觉效果较弱，对学生的吸引力不足，而且受到学时少的限制，教师难以完整传授相关知识，更无法引导学生进行深度学习，无法满足专业核心素质培养的要求。

2.教学模式单一，教学方法陈旧，导致教学效率较低。在传统教育思维模式下，本课程的主要教学形式是教师台上授课，学生台下听课，课后教师布置习题，学生完成作业的过程。这种学生被动学习的教学模式，在科技迅猛发展的形势下显得过于单调乏味，不易吸引学生积极主动进行课程学习。

3.课堂缺乏师生互动，未体现“以学生为中心”的教育理念。传统课堂中，教师位于教学活动的中心地位，教学更多关注的是“教师教授了什么”，而不是“学生学到了什么”，教师发挥着教学主导作用，课堂师生互动交流效率低，教师对学生的学习进度、听课质量和教学效果很难把握。从一流专业建设对于培养学生能力的角度来看，现有的教学模式无法满足社会对创新人才的需求。

二、“水质工程学”课程教学改革的原则与思路

（一）以培养目标为导向，搭建“水质工程学”课程

教学改革框架

太原理工大学的办学定位是创办特色鲜明的高水平、国际化、创新型大学。学校的人才培养总目标是培养具有家国情怀、科学素养和专业素质，具有宽广的国际化视野，敬业乐群、志向高远、德才兼备、全面发展的优秀人才和行业领军人才。

根据学校的办学特点和行业人才需求，结合学校人才培养目标、办学定位和宗旨，深入研究给排水科学与工程专业发展动向。给排水科学与工程专业的人才培养目标为：培养具备自然科学基础、学科基础和专业理论知识，掌握给排水科学与工程专业知识与技术，具备较强的施工、运营管理、设计和研发能力，具有一定的人文社会知识和科学素养，能够解决给排水复杂工程问题的高素质工程技术人才以及社会主义事业合格建设者和可靠接班人。学生毕业后在所涉及的水资源开发与利用、净化、输配、使用以及污（废）水收集、处理、再生利用以及水环境保护与修复等领域或行业，从事工程设计、专业规划、建设与投资、运营与管理、科学研究等工作。

鉴于此，“水质工程学”课程建设应以人的发展为根

本，以高等教育内涵式发展为主线，融入素质教育、创新教育等新的理念，突出优势、拓展领域、补齐短板，整合相关传统学科资源，为工程技术人才的培养和学科体系的构建奠定基础。

（二）以专业特色为指引，确定“水质工程学”课程

教学改革思路

根据太原理工大学办学定位和给排水科学与工程专业的人才培养目标，凝练专业特色为“立足山西、面向全国、衔接国际，服务区域建设、服务行业发展、服务社会进步”。即围绕水业人才需求，面向山西资源型经济转型发展，符合学校高水平、研究型、国际化的办学方向和定位;秉承办学醇厚积淀，适应行业发展和技术前沿;培养具有科学素养、创新精神、人文情怀、国际视野，具有解决复杂工程问题能力的高级工程技术人才。

为体现学科知识发展的前沿方向和行业特点，为适应社会发展和给排水产业技术发展新需求，“水质工程学”课程教学改革内容应将相关产业和领域的新成果纳

入专业教学中，制定与实践紧密结合的培养方案和课程体系。

围绕山西省生态环境建设与保护的总体目标，服务山西产业重点行业，聚焦污染物控制与能源资源化利用、节能产能型废水生物处理技术研发、水质安全保障等关键问题，针对区域发展需求，“水质工程学”逐渐形成“基础研究—技术研发—工程应用”多尺度、多层次的课程体系。

（三）以产出为导向，构建“水质工程学”课程教学

改革新格局

太原理工大学给排水科学与工程专业修订的2019版培养方案中明确了本专业学生通过毕业后5年左右的工作实践或学习深造，应具备的职业能力和成就，主要体现在以下5个方面：（1）遵守职业道德与规范，具有良好的实际工作经验积累，有意愿并有能力为社会服务;（2）较好地适应本领域的不同岗位，成长为业务水平高、创新能力强的技术或管理骨干、专业负责人或项目负责人，成为用人单位的主要技术力量;（3）在工作中担任重要角

色，表现出良好的跨专业团队协调、组织能力和跨文化差异的沟通、交流能力;（4）具有应用现代技术，综合考虑相关法律、社会和经济等因素，系统判定、分析和解决本领域的复杂工程问题的能力;（5）主动拓展和更新知识，通

过继续学习适应职业发展，具有给排水科学与工程相关领域注册工程师或高级工程师的相应职业能力。

该培养方案的修订紧跟时代，以工程教育认证为抓手，对标“双万计划”建设目标，结合《高等学校给排水科学与工程本科指导性专业规范》和《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，全方位贯彻了“以学生为中心，以产出为导向”的理念，为推进一流专业建设和一流课程建设构建了发展格局。

三、“水质工程学”课程教学改革的方案与措施

围绕国家级一流专业的建设要求，结合高校办学定位、专业特色与区域人才培养需求，秉承“以学生为中心，以产出为导向”的宗旨，以“厚基础、宽口径、强能力、高素质”人才培养为总原则，提出了“水质工程学”课程教学改革实施方案。

（一）整合教学内容，构建“水质工程学”课程群

2018年《普通高等学校本科专业类教学质量国家标

准》中提出了由给排水科学与工程专业16门专业课程组成的核心课程体系。其中，“水质工程学”作为“水质控制”单元的核心课程，该课程覆盖面广且涉及物理、化学、生物、化工等多学科，交叉融合了多门专业课程的内容，综合性非常强。

为实现专业人才培养目标，彰显专业特色，在一流专业建設的新形势下对给排水科学与工程专业课程进行梳理和整合，构建以“水质工程学”为核心的专业课程群。以城市水系统流程为主线，以力学、化学、生物学为基础，将专业知识体系模块化，以实现水的可持续利用为目标，体现“水质工程学”教学内容的系统性和综合性，同时突出重点，建立关联，相辅相成，实现专业课程之间的纵向联系和贯通，形成纵横交错的网状课程体系。

（二）创新教学方法，探索“水质工程学”多元化教学模式

1.多媒体与传统教学方式有机结合

“水质工程学”课堂教学采用多媒体课件、板书和实物模型相结合的模式。根据专业培养目标和教学大纲的要求，围绕教学知识点，完善丰富课件内容，充分发挥多媒体信息量大、直观、生动的优势，将各种工艺原理示意图、工艺流程图和构筑物单元结构图等抽象的部分，通过Flash动画、DV视频、工程图片等多种方式表达出来，同时展示实物模型（如活性污泥絮凝体、曝气池的空气扩散装置等），配合模型的立体化和实物效果，使课堂教学生动化、立体化、形象化，增加学生的感性认识，提高学生的注意力和学习兴趣。

水处理构筑物的设计计算过程复杂、抽象，很多学生不易理解和掌握。在讲课过程中，教师可充分利用板书推导式讲解，重点解析例题和练习题，使学生充分理解、掌握比较抽象的概念和理论。

2.开展多种教学方法，培养学生的综合能力

（1）任务驱动式教学。教师将专业理论联系实际，根据教学知识点设计问题，将枯燥深奥的理论与趣味性强的常识性知识联系起来，提出的问题贴近日常生活，引导学生积极参与到教学活动中，增加师生互动，发挥学生在课堂教学中的主体作用。例如，在讲解黑臭水体的概念时，结合省内河湖的水环境污染历史、治理历程和水质现状提出问题，加深学生对知识的理解;在讲授水环境污染指标时，结合山西省汾河流域的水质情况和水生态功能提出问题，提高学生的学习兴趣。（2）工程案例式教学。将工程实践经验、教师科研过程、工程领域案例或行业发展和生产工程中的新成果等内容，结合相关知识点，设计成一个个生动形象的案例引入课堂，理论联系实践，开展针对性讲解，包括：如何设计工艺流程、确定构筑物单元、选取设计参数、设计主要构筑物等，引导学生在任务驱动下查阅设计手册、规范等资料，进行自主学习和深度学习。案例式教学增加了课程内容的深度和广度，针对难度较高、工程性较强的知识点，有效提升了知识点的形象性和生动性，延展了学生的专业面，强化了学生的科研素质和工程意识。（3）讨论（辩论）式教学。传统教学中学生被动地接受新知，难以有效地实现知识内化。采用讨论式教学方法能够较大程度地提高学生的学习积极性和参与度，加深对所学知识的理解和掌握。交流讨论的内容兼顾开放性和实践性，针对教学难点和疑点，或者反映学科前沿动态、工程实践案例分析等相关内容设计选题（如分析传统活性污泥法所存在的弊端、阐述活性污泥法改进工艺流程等），鼓励学生积极参与主题讨论，以及开展学术辩论，培养学生的创新思维，以及辩证地看待问题的能力。（4）科研探究式教学。以教师的科研课题为基础，结合“水质工程学”课程中的知识内容，提出一些课外创新研究性课题（如高级氧化技术处理废水中高浓度有机物的研究、纳米零价铁去除污水中重金属的研究等），鼓励学生运用所学的专业理论知识分析任务、查阅文献、提出方案、设计流程、归纳总结。探究式教学帮助学生理解和把握水质处理技术的发展方向，善于思考，激发科研热情。（5）创设情景式教学。“水质工程学”课程专业理论性较强，对于教学内容中有关水处理构筑物的构造特点与运行方式等内容，由于很多学生的空间想象力不够，又很难有机会接触到构筑物实体，无法清晰地掌握构筑物的工艺流程、构造剖面图。太原理工大学给排水科学与工程专业的“水质工程学”实验中心设有多套一体化水处理工艺流程演示模型，如传统活性污泥法工艺、SBR工艺、氧化沟工艺、生物接触氧化工艺等，为“水质工程学”的现场教学提供了有利条件。教师有效利用实验中心的水处理模拟装置资源，创造“沉浸式”情境教学的场景，带领学生观察格栅、沉砂池、沉淀池、曝气池等构筑物模型，了解其构造特点，掌握水处理工艺流程和运行方式，增加了理论教学的趣味性和实践性。现场教学过程中师生及时互动交流，加深了学生对理论知识的掌握与内化。

（三）注重能力培养，深化“水质工程学”实践教学改革

“水质工程学”课程的实践教学环节包括实验、课程设计和实习。通过实践教学可以有效巩固理论知识，对培养具有创新意识和综合能力的研究型、应用型人才具有重要作用。

1.加強实验技能的训练

结合教师科研课题或具体的工程项目的要求，优化“水质工程学”实验教学内容，开设综合设计型实验。例如，教师拟定实验选题，要求学生测定鼓风曝气系统曝气设备的性能，引导学生自主设计实验方案。学生需从曝气池环境因素的测定、曝气设备性能参数的选择等方面综合考虑，独立设计曝气实验方案——调试安装曝气实验仪器——测定分析实验数据——绘制实验曲线——总结实验结论，最终完成实验操作过程。

教师在实验过程中鼓励学生参与实验准备和实验设计，包括取水样、水质分析、仪表调试、制定实验方案、细化实验步骤等内容，同时创造条件使学生接触新工艺、新设备、新技术，培养学生的创新思维、探索精神。

2.强化工程实践能力

“水质工程学”课程之前安排1周的水处理工艺认识实习，课程之后安排1周的水处理工艺生产实习。通过实习，使学生实地近距离、直观地了解和学习水处理工艺流程和构筑物构造特点、运行方式，有效弥补课堂教学对事物直观认识的不足，强化学生对基础理论知识的理解，扩展学生的工程实践视野。

近年来，太原理工大学给排水科学与工程专业与多家公司和水处理厂合作，已建立长期稳定、可持续发展的校内外实习实训基地（包括太原市金世纪阳光水净化有

限公司、晋中正阳污水处理有限公司、太原呼延水厂、太原杨家堡污水处理厂、西安市污水处理有限公司、太原朗新明污水处理有限公司等），搭建工程实践锻炼的平台，并制定相应的教学培养方案，发挥教学实践基地的功能，开展“校企双师制”“项目导向”模式的实践教学。此外，与多家科研院所（如山西省污泥处置与资源化工程技术中

心、山西省环保产业研究院等）合作，融合共享实践教学资源，开展以解决复杂工程问题为导向的案例式、探究式等实习教学，强化学生对基础理论知识的理解，提升学生的工程实践技能。

3.提高创新设计能力

课程设计是训练学生工程设计能力、培养学生工程意识的重要环节，在教学中起着承上启下的作用。“水质工程学”课程设计安排在课程结束后进行，教师结合工程实践案例或者科研项目，拟定选题，发布课程设计任务书。学生在基本掌握水处理工程设计规范的基础上，熟悉工程概况，根据污水水量和排放标准确定污水处理工艺，完成工艺构筑物设计计算书，绘制污水处理设计图纸。

课程设计题目的拟定要与时俱进，反映给排水产业技术发展新需求和当前水处理技术发展新动态，引导鼓励学生提出创新性设计思路，将新工艺、新技术融入设计环节。课程设计将理论教学与实践应用相结合，使学生学以致用，加强对专业理论知识的巩固，强化工程概念，培养学生创新思维，以及熟练运用现代信息工具和CAD软件绘图的能力。

（四）深化科教融合，形成“水质工程学”协同育人

教学机制

1.课堂教学中结合水污染控制工程领域知名专家、学者的科研轶事，引导学生发扬攻坚克难、勇于攀登的精神和激发学生投入科研事业的热情;定期组织开展“水资源保护与利用”“保护水环境”“水质安全与保障”“水污染防治技术”等方面的学术交流和研讨会，邀请国内外行业专家（如企业导师、百人专家、客座教授等）举办学术讲座和科研论坛，使学生及时了解水处理领域的前沿发展动态，培养学生热爱专业的情怀，拓宽专业视野和国际化视野。

2.以教师的科研课题为依托，践行科研反哺教学，组织学生进入实验室参加科研活动，鼓励学生积极申报各类科研项目和参加科技竞赛，例如大学生创新创业计划项目、学校实验室开放项目、“节能减排”科技竞赛、“挑战杯”科技竞赛以及给排水专业“深水杯”全国大学生科技竞赛等，参与科研过程有助于学生将课本上的理论知识与实际工程联系起来，积极思考、勇于探索，大胆实践，进一步提升科研素养和创新精神。

3.聘任校外专家作为本专业的企业导师，全程参与、指导各个教学环节（如制定培养计划、修订教学大纲、指导课程设计和生产实习等）。在“水质工程学II”课程中企业导师提供了大量的典型工程案例，还作为助教与学生分享工程实践经历，讨论学科前沿动态，强化了学生的工程概念。

（五）加强过程管理，优化“水质工程学”考核评价体系

以激发学习动力和专业志趣为目标完善“水质工程

学”课程的过程评价制度。“水质工程学”教学改革注重对学生的学习过程和学习结果的双重评价，加强定量评价和定性评价，丰富考核评价形式（如课堂提问、小组展示、课堂练习、学习笔记、课后作业、交流讨论、期中测验、拓展学习、期末考试等），通过自我评价、师生评价、生生互评等多层次、立体化地反映学习者的学习过程，生成客观的多种评价机制。

其中，课堂练习的题目内容侧重于概念性、理论性较强的基础知识（如生物膜处理系统的类型与特点、污泥处理的方法与特点等），难易程度适中，主要考核学生对基本理论、基础概念的掌握程度;课后作业的题目相对灵活，内容更具有实践性（如根据污水处理厂的原水水质和污水排放水质标准，设计污水处理的方案和工艺流程，并进行污水处理构筑物的水力计算;分析论述某地区发生水质污染的现象及原因，并分析相应的水质防护措施等），学生可以查阅相关规范资料，学以致用，分析解决实际问题，同时又较好地为工程实践和国家注册考试进行了衔接。

在加强一流专业建设的新形势下，各专业对课程建设和人才培养都提出了更高的要求。以培养工程应用型和创新研究型人才为导向，以多元化的现代教学手段为依托，以理论联系实际为指导思想，文章提出了给排水科学与工程专业“水质工程学”课程的教学改革方案。不仅为本专业更好完成国家级一流专业建设目标奠定了良好的基础，而且对专业一流人才的培养具有一定的指导意义，为高校同类专业学生培养的课程体系建设和适配政策提供实际的参考和帮助。

给排水科学与工程一流专业课程建设是一项长期工程和系统工程。依据高等教育国家质量标准，对标国家一流专业的建设要求，本专业建设还应突出特色，制订长期发展规划，建立长效机制，不断提升专业课教师的教学理论水平与工程实践能力，培养出一批适应我国给水排水行业需求的一流工程技术人才。

参考文献：

[1]崔福义.给排水专业的改革[J].给水排水，2017，53（9）：141.

[2]崔福义，张国珍，袁一星.给排水科学与工程专业主要发展历程及专业建设活动[J].给水排水，2017，53（8）：140.

[3]张智，岳秀萍，时文歆.给排水科学与工程专业建设与发展[J].给水排水，2017，43（11）：140.

[4]教育部.教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见[J].中华人民共和国教育部公报， 2018（9）：18.

■ 编辑∕丁俊玲