新工科背景下给排水科学与工程专业实践教学体系构建

2023-12-30梁丽娥

现代职业教育·高职高专 2023年33期

［摘要］为探索新工科背景下地方应用型院校创新应用型人才培养模式，以给排水科学与工程专业为例，构建了CAD-Revit-BIM-专业计算软件等以BIM为核心的实践教学课程体系，将专业课学习与BIM应用全过程相融合。并对课程实验进行多元化改革、对传统专业见习进行驻场实习改革、校企合作方面建立了动态运维反馈模式，对创新实践教育进行学分化改革。经过这一系列改革探索，将理论与实践有机结合，提高了学生的创新实践能力，为新工科建设人才培养模式提供一定的借鉴。

［关键词］给排水科学与工程；新工科；实践教学；BIM

［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2023）33-0105-04

一、引言

隨着现代化产业结构的转型升级及“中国制造2025”等国家战略的实施，未来新产业发展和技术创新对工程科技人才要求更高[1]。2017年，教育部提出新工科建设计划，旨在培养能够适应新技术、新产业、新经济发展的卓越技术人才[2]，“复旦共识”[3]、“天大行动”[4]和“北京指南”[5]相继形成，打开了人才培养新格局[6]。新工科的理念具有以产业需求为导向、学科交叉融合、面向未来主动布局、综合全面突出创新四大特征[7]。但是，传统的工科专业是以传授既有知识体系为主，在专业设置、人才输出等方面与经济发展及社会需求存在一定的问题，且实践教学薄弱，实践环节越来越少[8]，实践教学内容不科学，不成体系，缺乏激励学生创新实践的开放管理机制[9]，“新工科”的提出，将使传统工科面临新机遇、新挑战。为推动新工科背景下实践教学体系的改革和发展，各高校在教学体系、教学模式、评价体系等方面开展了积极的探索和实证，取得了一定的成果[10-12]。针对应用型本科院校，如何立足应用型人才培养目标，在“新工科”大背景下良好发展？值得思考。这就要求我们必须准确理解新工科建设的思想内涵，找准自己的定位，设计出符合自身特色和发展思路的新工科建设蓝图，引入了新思路、新元素，推动学科发展，适应新经济的发展需求。

给排水科学与工程专业是新兴交叉学科专业，涉及市政、水利、环境、生态、土木等领域，在社会经济发展中起到至关重要的作用。在新工科背景下，培养学科交叉融合、专业知识扎实、创新实践能力强的人才是推动新工科建设的重要一环。因此，本文以延安大学给排水科学与工程专业为例，结合院、校实情，开展了创新实践教学体系构建的探索与研究，旨在探索新工科背景下地方应用型院校创新应用型人才培养模式。

延安大学给排水科学与工程专业于2017年开始招生，根据这五年专业建设及发展状况、市场人才需求，该专业作为工程实践要求极高的交叉型学科，具有较大的发展空间。在“新工科”及专业认证良好大环境下，新专业新起点，严格按照专业认证标准及新工科专业建设要求，制定符合我校办学特色，注重理论知识与实践能力相结合，能够解决生产实际问题、适应社会多样化需求的应用型创新人才培养模式是急需解决的问题。鉴于此，本项目探求新工科背景下，给排水科学与工程专业应用型创新人才培养模式具有非常重要的意义，为地方经济发展输送给排水专业人才，服务革命老区经济，为建设美丽新陕北贡献力量。

二、构建以BIM为核心的实践教学课程体系

为满足国家战略需求，适应以“信息化”和“智能化”为特色的建筑业转型升级，智能建造作为新工科专业应运而生。BIM（Building Information Modeling 建筑模型信息化）技术是工程建设领域的一次革命性技术创新，是当今工程建筑领域的发展趋势，也是智能建造的重要实施手段。BIM技术能够贯穿于工程项目的全生命周期，完成各阶段的工程任务，且能将运维管理数据实时关联，实现了工程项目的协同优化[13]。具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点[14]，是一种高效的项目管理模式[15]，是实现项目精细化管理、信息化管理和高效管理的重要手段，因此被广泛应用。在工程项目实施过程中涉及建筑、结构、给排水、暖通空调、电气、消防及技术经济等专业及工作环节，给排水科学与工程专业作为重要的参与者，对BIM技术的应用需求日渐增强，在人才培养体系中逐渐得到重视。因此，在人才培养过程中不仅要求学生要掌握扎实的基础理论知识，更需要具有一定的创新实践能力。基于此，在常规实践课程的基础上，构建以BIM为核心的实践教学课程体系，将BIM技术系列课程与所有专业课有机融合，有助于学生更好地掌握和应用所学知识，为以后就业奠定良好的基础，同时也提高了专业实践信息化水平、克服了工程实践性缺乏的问题，为给排水科学与工程专业创新实践型人才培养进行了改革。

目前，各高校土建类专业围绕BIM技术积极开展教学实践探索，如进行了BIM相关软件的购置、BIM课程的开设、BIM实验室的建设、BIM师资的培养储备等[16-18]，但将BIM课程与专业课如何有机结合及应用？BIM课程教学效果如何有效评价？BIM技术人才如何得到市场认可？BIM作为新技术如何与创新实践教育相结合？因此，基于以上问题构建了能够与传统理论知识相融合的全过程以BIM为核心的实践教学课程体系。

（一）基础学习阶段

该课程体系是贯穿专业课学习全过程，采用递进融合、案例教学的方式进行。大学一年级以基础课程为主，通过工程制图基础理论课的学习，学生掌握基本的绘图规则，能够独立完成图纸的抄绘，在此基础上开设CAD课程，使学生能够利用计算进行辅助制图，掌握计算机绘图的基本操作，为后续专业课的学习和应用奠定基础。

（二）进阶学习阶段

大学二年级开设Revit课程，该课程是在大一CAD课程学习的基础上，并结合专业基础知识，如建筑概论等，利用Revit软件进行简单构件的建模，将平面图纸转化为三维模型，更直观地理解专业课程内容。

（三）深化学习阶段

进入大学三年级，随着核心专业课的学习，对专业基础知识基本掌握，在此基础上开设BIM技术与应用、虚拟仿真技术这两门课程，是对Revit建模软件的深化，其中BIM软件集合了土建、安装、场布、过程控制（成本、质量、安全）等模块，以案例的形式进行各模块系统学习，最后将建模结果导入虚拟仿真相关软件，学生可以进入虚拟世界，实地感受施工现场、生产运维，至此学生也完成了工程项目设计—施工—运维全过程。在此过程中主要以专业课建筑给水排水工程、给排水管道系统、水质工程学、泵与泵站等课程理论为基础，将BIM软件应用到课程设计中，将理论转化为实践，使课程设计能够保质保量完成。

（四）应用学习阶段

大学四年级，所有专业理论课程授课完成，进入毕业设计环节。毕业设计是对大学阶段所有课程的总结和系统应用，这一阶段，将BIM与鸿业市政软件、安装概预算相结合，完成管网平差计算，管网建模，自来水厂、污水处理厂的设计计算，建模及经济概算，建筑给水排水系统设计计算、建模及经济概算，大大提高了毕业设计成果质量。因此，毕业设计打破了传统的设计计算与CAD绘图、手绘图纸的模式，呈现出来的是设计计算—平面绘图—三维模型—运维模拟—经济概算的模式，使毕业设计更加有质感，学生也提前融入生产一线，达到学以致用、理论与实践相结合的目的，提高了学生的创新实践应用能力，也充分落实了“构思—设计—实现—应用”的国际工程教育理念[3]。

（五）考核评价体系

根据BIM系列课程的特点，设置BIM认证板块。其中CAD和BIM两门课程的考核方式一改传统闭卷考试的形式，而是采用以赛代考、认证考试的方式对学生进行考核，学生通过考试后会获得本行业认证的“全国工业和信息化应用人才测评证书（CAD）”和“鲁班BIM工程师认证证书”，这样大大激发了学生的學习积极性，资格证书的获取也提升了学生就业竞争力，为具备BIM能力储备了大量的人才，也是检验BIM实践课程体系教学效果的良好手段。认证考试是学校与企业建立“生产—教育”一体化模式，共同构建BIM应用工程能力培养体系，由企业出题，学生完成考试，再由企业进行阅卷认证的过程。通过此种方式，加强了校企合作关系，深化了“产—学—研—用”合作道路。同时学院注重学生创新实践能力的培养，对于CAD和BIM认证考试成绩90分以上还可获得创新学分，为完成创新实践教育课程考核积累创新学分。

三、实践教学过程改革

给排水科学与工程专业实践教学环节主要包括课程实验、课程设计、专业实习见习、毕业设计及创新实践教育。其中课程实验、课程设计随理论课程的开展由代课教师一起完成；专业实习、见习主要包括测量实习、认知实习、金工实习、专业见习和毕业实习，通过与校外企业建立校企合作关系，由专门的指导教师带队在实习基地开展。本次主要针对课程实验、专业实习和创新实践教育进行改革探索。

（一）课程实验

给排水科学与工程专业涉及生物、化学、物理等学科领域，专业课课程实验有普通化学、电工学、测量学、材料力学、水力学、水分析化学、水处理微生物、泵与泵站、建筑给水排水工程、水处理等十余门。以往大部分课程实验都采用教师讲解、演示、学生实操的模式进行，部分学生只模仿，不思考，从而导致创新思维能力得不到提升。因此，为了充分调动学生的积极性，达到创新能力训练的目的，改变传统实验方式，增加设计型实验和综合型实验比例。在保证充足的实验资源，确保实验能够分组以团队的形式开展的前提下，由指导教师出题，学生通过查阅文献资料设计实验方案，完成实验操作，最后写出实验报告。整个实验过程以学生为中心，由学生自由探索开展实验。同时学生分组完成实验内容后，指导教师可以根据学生完成情况有针对性地提出一些思考题，由学生进行讨论完成。同时可以充分利用网络资源，利用虚拟仿真技术，将实验由线下搬到线上，如建筑给水排水工程实验、泵与泵站实验、水力学实验等。通过“虚”与“实”的有机结合，使学生对理论知识能够深入理解。

（二）专业实习

本专业自2017年成立以来，积极与当地企业对接，探索产-学-研-用的道路。通过走访当地污水处理厂、自来水厂、水务环保集团、引黄入延工程、建筑工地、环保公司、政府部门等，深入了解企业所需、学生所需、教师所需及市场所需，通过现场参观、座谈等方式建立了产-学-研-用的合作关系，其模式如图2所示。为了进一步提高学生实习见习的质量，避免出现走马观花的现象，与黄河引水公司建立了驻场的实习模式。该模式是由指导教师带队，与实习基地商议将学生分配到引黄入延项目沿线各工程部，深入到生产一线，参与到水厂运维、泵站运维等工作中，企业指派具有丰富经验的技术人员进行辅导，形成师徒关系。通过驻场实习，学生普遍反映效果良好，能够将理论知识与生产实践充分结合，对课本知识有了深入的理解。同时也将课程设计带到生产一线，由生产一线的技术人员和指导教师共同指导完成，大大提高了课程设计的质量。

此外，与当地污水处理厂除常规实习外还建立了运维动态反馈机制，即生产一线产生运维问题及时反馈给教师和学生，教师和学生拿到反馈的问题后作为课后思考题经过讨论确定解决方案，并及时反馈回污水处理厂。通过这种模式提高了学生的学习积极性和解决实际问题的能力，也真正达到了产-学-研-用的目的。

最后，为了能够与企业保持紧密联系和深入合作，聘请了当地一些企业的高级工程师作为学业导师和思政导师，开展“企业导师进课堂”等系列讲座，提升学生对专业的认可度，早日与市场接轨，了解行业发展现状，同时也壮大了教师队伍，提高了教师的工程实践能力。

（三）创新实践教育改革

本專业比较注重学生创新能力培养，鼓励学生积极参与大学生创新创业训练项目、资政育人项目、互联网+项目、各类学科竞赛、撰写学术论文、申请专利等。首先，在大学二年级开设创新教育实践课程，该课程由理论和实践两部分构成，理论12课时由代课教师完成，剩下12课时分配到各个学期，由学生自主申报各类创新项目和各类学科竞赛，指导教师进行指导并收集整理相关资料，第八学期由专门的负责教师对学生大学期间参加的所有创新项目和学科竞赛情况进行收集汇总。其次，专门制定了《创新创业与实践学分认定细则》，对不同种类、不同级别的创新项目进行赋分量化，总分达到1分者视为该课程及格，高于1分继续累加。最后，将此分值兑换成百分制分数作为该课程最后的考试成绩。这一举措极大地激发了学生参加创新活动的积极性，同时学生在参加活动的过程中也得到了很大的锻炼，培养了创新实践能力。目前学生参加的各类创新项目主要有：大学生创新创业训练项目、资政育人项目、互联网+等，参加的学科竞赛主要有：全国大学生工程训练、节能减排、BIM-CIM、“挑战杯”、陕西省大学生工程制图与3D建模大赛、“深水杯”全国大学生给排水科技创新大赛、工业设计大赛等。在学院的大力支持和鼓励下，创新创业训练活动学生参与率达到100%。2019年至现在，获批国家级大创项目6项，省级大创项目5项，校级大创项目8项；资政育人项目4项；互联网+项目校级银奖1项，校级铜奖1项；全国大学生节能减排三等奖1项，延安市首届城市微更新大赛二等奖1项，陕西省大学生工程制图与3D建模大赛三等奖5项；“斯维尔杯”BIM-CIM创新大赛一等奖1项，三等奖2项；全国大学生机械创新设计大赛三等奖1项；全国装配式建筑职业技能竞赛“装配式建筑施工员”赛项三等奖1项；授权实用新型专利7项，外观专利2项；发表学术期刊论文10余篇。学生通过积极参与创新实践教育，充分锻炼了创新思维能力及动手实践能力。

四、结束语

本文通过对本专业的实践教学体系进行改革研究，顺应时代发展需要，构建了以BIM为核心的实践教学体系，在专业课教学过程中与BIM系列课程相互融合，学以致用，并对CAD、Revit、BIM采用以赛代考的形式进行考核。同时对课程实验进行多元化设计、专业实习建立驻场和问题动态反馈机制模式，创新实践教育采用学分制的形式鼓励学生积极参与。通过这一系列举措的实施，给排水科学与工程专业的实践教学环节完整有序开展，学生创新实践能力得到了很大提升，更好地适应新工科的要求。

参考文献：

［1］孙假梦.“一带一路”背景下工程类高校国际化教育改革探索［J］.高教学刊，2018（20）：23-25.

［2］马江雅，丁磊，张新喜，等.新形势下给排水科学与工程特色专业建设探讨［J］.高等建筑教育，2019，28（2）：26-32.

［3］“新工科”建设复旦共识［J］.高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

［4］中华人民共和国教育部.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）［EB/OL］.（2017-04-12）［2023-06-26］.http：//www.moe.edu.cn/s78/A08/moe_745/201704/t2017

0412_302427.html.

［5］新华网.新工科建设指南（“北京指南”）［EB/ OL］.（2017-06-09）［2017-06-13］.http：//education.news.cn/2017-06/13/c_129631611.htm.

［6］叶民，孔寒冰，张炜.新工科：从理念到行动［J］.高等工程教育研究，2018（1）：24-31.

［7］孙英浩，谢慧.新工科理念基本内涵及其特征［J］.黑龙江教育（理论与实践），2019（Z2）：11-15.

［8］张炜，吕正则，吴蓝迪，等.“智能科学和技术”引领工程教育发展新动向：中国工程院李德毅院士访谈录［J］.高等工程教育研究，2017（1）：123-126，132.

［9］周剑峰，韩民.新工科专业实践教学体系构建［J］.教育教学论坛，2017（44）：109-110.

［10］王华，王敏，公伟庆.基于OBE理念的高校创新创业实验室建设与管理［J］.实验技术与管理，2021， 38（11）：278－281.