给排水工程仪表与控制课程混合式教学实践研究

王鹏 董春娟 霍霄妮

摘 要：数字新技术的发展已为水工业自动化和仪表发展带来了深刻变革，新工科理念的提出则对给排水专业人才应具备的知识结构和实践能力提出了更高的要求。给排水工程仪表与控制课程传统教学模式已无法满足人才培养需求，通过采用在线课堂与传统课堂相融合的混合式教学方式，在课堂中直接引入企业导师，通过线上现场工程实践场景的切入，加强行业应用新技术的嵌入和强化工程实践培养，注重理论结合实践，从课前、课中到课后，全面提高学生的学习兴趣，培养学生的探究能力。

关键词：给排水工程；仪表与控制；混合式教学；教学改革

伴随着数字新技术发展的日新月异，大数据、物联网、人工智能等已渗透进了社会的各个行业，与传统的自动化、仪器仪表等产生了深度融合，带动了诸多行业的创新与变革，其在给排水行业中已有多方面的应用，为整个城市水工业的高效运营和优化提供了强有力的保障。未来，给排水行业的发展势必与数字新技术紧密结合，向更加智能化、智慧化的综合控制系统发展。水工业工程技术人员掌握仪表与控制知识，将有助于促进现代控制新技术、新装备在该工程技术领域的应用，加速水工业工程的现代化进程。给排水工程仪表与控制课程是给排水科学与工程专业教指委本科指导性专业规范中唯一一门学习仪表与控制方面知识的课程，其在整个专业的人才培养中就显得尤为重要。

近年，教育部下发的《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》（教高司函〔2017〕6号），旨在解决新经济发展背景下的社会新需求与工程专业人才传统落后培养模式之间的矛盾，培养出更多适应未来新兴产业和新经济需要的工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。新工科理念的提出，既是我国“一带一路”倡议发展的需要，也是推进全球经济和社会发展的重要引擎。因此，课程建设应以学生学习效果为评价指标，以目标为导向，探索以工程实践能力为核心的教学改革，培育符合新工科理念的新型专业人才。

给排水工程仪表与控制课程是一门具有多学科交叉特点的专业课程，即自动化仪表与控制同给排水工艺技术的紧密结合。多学科的交叉渗透及水工业工程覆盖面的扩展，需要更多知识面广且工程能力强的专业人才。在此背景下，给排水专业的人才培养必须以工程实践能力为核心，培育符合新工科理念的新型专业人才。因此，本课程的教学改革必定围绕着工程实践能力进行。

一、传统课堂教学方式存在的问题

目前，传统教学模式已无法满足该专业课程发展和工程能力培养的需求，主要存在以下问题。第一，传统教学以课堂教学为主，没有安排实习，缺少实践环节，导致学生不易理解和掌握所学知识，难以强化工程实践能力。第二，传统教学拘泥于教材，与行业前沿控制技术和企业实际生产情况结合不够紧密。第三，传统教学的知识讲解大多是静态讲述和抽象的性能介绍，使仪表与控制原本需要直观感受、观察、动态操作的概念和内容变得愈加抽象而模糊，缺乏学习的主动性和对实际工程的兴趣。第四，单纯依靠学校教师讲授，教师缺乏实践经验，在涉及工程实际的运行上无法满足工程能力培养这一需求。

二、运用混合式教学模式解决课程发展和工程能力培养需求

在“互联网+”时代，知识与信息的碎片化、传播速度、传播媒介等都发生了剧烈变革，出现了微课、MOOC等新颖的授课方式。它们最大的优势便是突破了时间和空间的限制，学生的心理接受与主动性更强，形成了扁平化、全互通的沟通方式，在引导学生探究问题，实现个性化学习方面具有显著优势。但是任何一种单一的教学模式都有其不足之处，需要将多种教学方式进行融合，发挥各自优势以达到良好的教学效果。因此，本课程采用在线课堂与传统课堂相融合的混合式教学，并在授课中直接引入企业导师，通过线上现场工程实践场景的切入来加强行业应用新技术的嵌入和强化工程实践能力培养。

三、研究思路与步骤

（一）研究基本思路

本课程主要内容有自动控制基础知识、给排水自动化仪表与设备、水泵及管道系统的控制调节、给水处理系统控制技术、污水处理厂的检测与仪表、污水处理厂的监视操作与自动控制6个部分。主要是面向于实际工程的应用类课程，具有较强的学科综合性，对自动控制理论要求高。课程设置应基于控制工程和检测技术基础理论，突出面向水工业领域创新能力。教学过程中，理论和实践并举，并注重新技术的嵌入，着重培养学生的工程实践能力。在教师讲授完相关知识后，引入在线课堂，校企合作的企业导师则立足于本企业的给水厂或污水处理厂等机构，利用在线课堂专门就重要的知识点进行现场讲解，通过全方位在线课堂的讲解和互动，让学生深入了解该仪表设备或控制系统的组成、布置和功能特点及控制过程等，提高学生学习兴趣。在线课堂的引入有效弥补了传统教学的不足，实现了提高学生探究能力和工程实践能力的目的。

（二）研究方法和步骤

1.课前线上预习

在课前预习中设置课前资源包，其中包括教师给出的导学案（学习目的、重难点、仪表结构图或控制原理图等）、微课以及课程相关的行业前沿课外资料等。通过学习平台建立课程群，有授课教师与企业导师为学生答疑解惑。预习时需要依靠学生的自主学习能力，目标是掌握基础知识，建立相关内容的知识框架和拓宽视野。导学案主要是依据教学大纲为学生梳理出知识结构，标出重点、难点，为学生自主预习、自主探究提供引导和帮助。微课则发挥其小而精、知识点针对性强、不受时空限制、可实现方便快速视听的特点，在导学案的基础上进行内容提升，与导学案相辅相成，提高学生的预习效果。与课程相关的行业前沿课外资料则主要是让学生了解本节知识目前在行业前沿中的应用情况，拓宽学生视野，激发学习兴趣。

2.课中混合式教学

对于课程的前两章节基础理论知识，采用传统课堂去进行讲授。考虑到课程的实践性强，因此在对内容的编排和设计上要注重与实际结合，多增加一些相关实例的图片或视频进行阐述和讲解。在后四部分章节中，与工程实践结合紧密的课程内容则在传统课堂的基础上，学校教师先对知识进行讲解，在梳理讲解完成之后，连线校企合作的企业导师，依据企业自身情况在操作现场对涉及的重要知识点进行讲解，确保每个工程运用场景多角度、多方位的展现。学生可以依据学校教师所讲内容与企业导师进行在线互动。为保证在线课堂企业导师的讲解重难点与教学相适应，企业导师的讲解内容需要与学校教师提前讨论，并选择连线在线课堂的场景。此举拉近了课堂与实践现场的距离，实现了从课堂到实践的自由切换。

3.课后考核评估

在经过传统课堂和在线课堂教学之后，教师应对学生进行有针对性的考核评估，从而强化学生的实践认知，提高学生的自学能力。具体考核方式分为笔试（占比40%）和撰写实践报告（占比60%）。笔试内容是对课本基础知识学习和工程能力进行考核。实践报告则是围绕课程主题进行，在经过课前探究式学习、课中的混合式教学、课后知识拓展延伸的基础上进行深入的总结归纳。

针对本课程内容的性质及特点，课程教学实现了在线课堂与传统课堂两种教学方式的有机融合。对于教师而言，不同的教学环节和教学策略得以无缝整合。对于学生而言，不同的学习方式和学习内容得以有效贯通。混合式教学使得课堂与工程实际有了更为直接的联系途径，消除了从课堂到工程实际存在的时间和空间的隔阂，实现了教学场景的迅速切换，搭建了学生与企业导师对话的平台。在课程教学过程中，相比于传统教学，混合式教学能够实现三个转变。第一，课程教学模式由传统课堂教学转变为混合式教学，混合式教学拓宽了校企合作平台，传统课堂与企业工程实践场景的迅速切换、无缝对接，将课堂理论知识通过在线课堂直接引入工程实践中，在课堂上即可强化学生对知识的理解；第二，学生由课程理论学习完成到课程结束后的最终实践，转变为课堂中理论与实践相结合，再到最终的实践总结，提高了学习的趣味性，增强了工程探究能力；第三，教学过程由教师主导、学生被动接受转变为教师引导、学生主动探究。

参考文献：

[1]崔福义，彭永臻，南军，等.给排水工程仪表与控制（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]甘健侯，楊宇，赵波.创新混合教学模式，推进高等教育在线教学改革[J].学术探索，2017（4）.

[3]许航，沈桢，郑晓英，等.给排水工程仪表与控制课程的教学改革与实践[J].教育现代化，2018（53）.

责编：初 心