“給排水科學(xué)與工程概論”翻轉(zhuǎn)課堂實踐研究

李倩 王高駿 任勇翔

[摘 要] “給排水科學(xué)與工程概論”是給排水科學(xué)與工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建基本的專業(yè)知識體系、激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣具有重要意義。針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的以“教”為主導(dǎo)、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足等弊端，結(jié)合實際案例，探討在人才培養(yǎng)質(zhì)量全面提升需求的驅(qū)動下，翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)改革的必要性，創(chuàng)新了以學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)、團(tuán)隊協(xié)作能力提升、個人表達(dá)能力增強(qiáng)、科研創(chuàng)新興趣激發(fā)為核心的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，也為各類學(xué)科改革提供了參考。

[關(guān)鍵詞] 給排水科學(xué)與工程概論;翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)改革;創(chuàng)新能力培養(yǎng)

[基金項目] 2019年度西安建筑科技大學(xué)陜西省一流專業(yè)建設(shè)項目子項目“給排水科學(xué)與工程概論翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐研究”（YLZY0101K03）

[作者簡介] 李 倩（1987—），女，陜西西安人，工學(xué)博士，西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院教授，主要從事污廢水/廢棄物資源能源化研究;王高駿（1990—），男，山東濟(jì)南人，工學(xué)博士，西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院講師，主要從事環(huán)境廢棄物資源化處理技術(shù)研究;任勇翔（1968—），男，陜西銅川人，工學(xué)博士，西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院教授（通信作者），主要從事水處理理論與技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2022）12-0059-04[收稿日期] 2021-06-23

“給排水科學(xué)與工程概論”（以下簡稱“概論”）是給排水科學(xué)與工程專業(yè)面向新生開設(shè)的導(dǎo)論課程，其目的在于引導(dǎo)學(xué)生初步了解專業(yè)內(nèi)涵與知識體系，具備簡單的工程問題分析能力，對激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、開拓專業(yè)思維、牢固知識基礎(chǔ)具有重要意義[1]。但由于學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)薄弱且課時量有限，概論類課程仍采用以教師、教科書、教室為中心的教學(xué)組織形式，很難激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和積極性，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳[2]。

近年來，隨著國家“雙萬計劃”的深入推進(jìn)，以及微課、慕課等互聯(lián)網(wǎng)在線課程的不斷發(fā)展，基于課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)、課堂師生互動答疑的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式已成為教育改革的重要模式之一。相較傳統(tǒng)的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，突破了課堂教學(xué)的時間和空間限制，將“學(xué)”與“教”的主動權(quán)交給學(xué)生，從而提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力與效率[3]。然而，“概論”課程知識點多、覆蓋面廣，學(xué)生對專業(yè)知識系統(tǒng)性自主學(xué)習(xí)和理解能力有限，如何將傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，形成適用于“概論”課程特點的翻轉(zhuǎn)課堂模式仍有待探索。

一、“概論”課程教學(xué)改革的必要性

“概論”課程內(nèi)容主要是專業(yè)知識的宏觀性介紹，旨在引導(dǎo)學(xué)生初步、淺層地了解專業(yè)知識的基本構(gòu)架，進(jìn)而合理把握學(xué)習(xí)重點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣。課程知識點難度相對較小，知識外延的可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的可行性。

（一）知識外延擴(kuò)展

“概論”教材以水的良性社會循環(huán)為主線，涵蓋水資源利用與保護(hù)、給排水管網(wǎng)、水質(zhì)工程、建筑給排水、給排水設(shè)備、水工程施工與經(jīng)濟(jì)等專業(yè)內(nèi)容，由于課時有限，教材通常以基礎(chǔ)的概念、理論及技術(shù)闡述為主。隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，給排水行業(yè)的內(nèi)涵及外延不斷擴(kuò)展，其面向的主要問題已由水量問題轉(zhuǎn)變?yōu)樗|(zhì)水量矛盾并存、污廢水資源化需求迫切、水生態(tài)環(huán)境亟待改善[4]。近年來，黑臭水體、海綿城市、綜合管廊及水處理新技術(shù)成為行業(yè)熱點，但現(xiàn)有教材難以充分體現(xiàn)。因此，在講授基礎(chǔ)知識的同時，通過建立線上教學(xué)資源庫，強(qiáng)化線下交流討論，進(jìn)一步拓展和豐富課程體系，有助于學(xué)生及時了解給排水行業(yè)的前沿動態(tài)及發(fā)展趨勢。

（二）創(chuàng)新能力驅(qū)動

隨著社會對本科人才培養(yǎng)質(zhì)量要求的不斷提升，創(chuàng)新能力已成為人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。基于此，高校各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽及科研訓(xùn)練項目層出不窮。但是，“給排水科學(xué)與工程概論”等工科專業(yè)的核心專業(yè)課程開設(shè)較晚，導(dǎo)致低年級學(xué)生有參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及科研項目的熱情和時間，卻缺乏相關(guān)專業(yè)知識的積累，難以實現(xiàn)創(chuàng)新能力與專業(yè)能力培養(yǎng)的協(xié)同互促，而專業(yè)導(dǎo)論性質(zhì)的“概論”課程在為低年級學(xué)生架起專業(yè)知識與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之間橋梁的這一過程中尤為重要。因此，需要徹底改變“填鴨式”的教學(xué)模式，將學(xué)生“學(xué)”的訴求前置于“教”，用“教”引導(dǎo)學(xué)生自主的“學(xué)”，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生盡早對學(xué)科全貌有充分認(rèn)識與把握，對專業(yè)知識及行業(yè)動態(tài)有系統(tǒng)性了解，實現(xiàn)專業(yè)知識與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的深度融合。

（三）工程實踐需求

在卓越工程師教育培養(yǎng)計劃及新工科建設(shè)等人才培養(yǎng)導(dǎo)向，以及應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量提升需求驅(qū)動下，成果導(dǎo)向教育（Outcome-based Education， OBE）已成為專業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)定依據(jù)。與傳統(tǒng)教學(xué)體系相比，OBE教學(xué)體系更強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程中學(xué)生的參與度，以及與實踐的結(jié)合度[5]。給排水科學(xué)與工程專業(yè)的實踐性較強(qiáng)，但“概論”課程傾向于宏觀講授，缺乏與實際工程銜接的實踐環(huán)節(jié)[6]，因此，更需要在掌握教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上通過專題研討、團(tuán)隊合作等形式，激發(fā)學(xué)生對實際工程問題的深度思考，為培養(yǎng)實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才奠定基礎(chǔ)。

二、“概論”課程翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

（一）設(shè)計原則

“概論”課程面向低年級本科生，學(xué)生理論知識相對薄弱，尚未形成系統(tǒng)的學(xué)科及專業(yè)認(rèn)知。在翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計時，應(yīng)加強(qiáng)課程體系整體設(shè)計，提高課程建設(shè)的規(guī)劃性、系統(tǒng)性，引導(dǎo)學(xué)生多讀書、深思考、善提問、勤實踐。以“教”為基礎(chǔ)，通過短學(xué)時授課，幫助學(xué)生打通專業(yè)知識壁壘;再以“學(xué)”為目的，結(jié)合多元形式教學(xué)，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

（二）基本構(gòu)架

如圖1所示，“概論”課程的翻轉(zhuǎn)課堂包括課堂授課、自主學(xué)習(xí)和專題匯報三個環(huán)節(jié)，其中課堂授課環(huán)節(jié)以主要知識點講授為主，使學(xué)生掌握基本概念、搭建知識框架;自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)則依托線上教學(xué)平臺及網(wǎng)絡(luò)資源，通過作業(yè)及課后思考使學(xué)生在掌握核心知識點的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化專業(yè)學(xué)習(xí)，拓展知識邊界;專題匯報環(huán)節(jié)在課堂授課和自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自主選題、文獻(xiàn)閱讀、信息梳理，并以專題匯報的形式進(jìn)行展示，強(qiáng)化學(xué)生科研創(chuàng)新興趣及綜合能力的培養(yǎng)。

三、案例解析

以西安建筑科技大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)大一學(xué)生為對象，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)組織存在的教學(xué)形式過于單一，導(dǎo)致學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性、主動性差等問題，以及國家對本科生綜合能力培養(yǎng)的新要求，提出了涵蓋課堂授課、自主學(xué)習(xí)和專題匯報三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的“概論”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革具體方案，在分析實施效果的基礎(chǔ)上提出持續(xù)改進(jìn)策略。

（一）實施方案

1.課堂教學(xué)?！案耪摗闭n程采用高等學(xué)校給水排水工程專業(yè)指導(dǎo)委員會規(guī)劃推薦的《給排水科學(xué)與工程概論（第3版）》（李圭白等編）作為專業(yè)教材。該教材較全面地反映了學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，符合初學(xué)者認(rèn)知學(xué)習(xí)規(guī)律，但是對于當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢及前沿動態(tài)涉獵較少。因此，為使學(xué)生對給排水科學(xué)與工程專業(yè)有更為系統(tǒng)的認(rèn)知，幫助低年級學(xué)生在各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中能夠結(jié)合專業(yè)知識選題，同時激發(fā)學(xué)生對實際工程問題的深度思考，在課堂教學(xué)設(shè)計過程中應(yīng)詳細(xì)規(guī)劃每學(xué)時涵蓋的教學(xué)內(nèi)容，以課本內(nèi)容為主，課外知識及工程案例為輔，做到深淺結(jié)合。由于西安建筑科技大學(xué)給排水專業(yè)的“概論”課程僅安排16學(xué)時，實施方案中將12個學(xué)時用于課堂授課，4個學(xué)時用于專題匯報，授課內(nèi)容緊扣水的良性社會循環(huán)這一主線，對教材8個章節(jié)知識點進(jìn)行凝練，并引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注污水資源化、生態(tài)文明建設(shè)等政策導(dǎo)向，以及行業(yè)動態(tài)與新技術(shù)發(fā)展趨勢，幫助學(xué)生初步構(gòu)建專業(yè)知識體系，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.線上平臺。課堂教學(xué)環(huán)節(jié)側(cè)重于關(guān)鍵知識點的梳理和知識體系構(gòu)建，為便于學(xué)生理解，內(nèi)容相對淺顯。而線上教學(xué)則能利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源擴(kuò)展課堂教學(xué)的時間和空間，延展學(xué)生學(xué)習(xí)的縱向深度。在線上教學(xué)平臺建設(shè)過程中，一方面按章節(jié)構(gòu)建線上教學(xué)資源庫，以動畫、視頻等教學(xué)形式為主，并深化行業(yè)發(fā)展新趨勢等內(nèi)容;另一方面建立彈性學(xué)生組織模式，通過線上班級管理，在課堂教學(xué)后有針對性地布置作業(yè)及討論題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，并在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行問題討論和解答，實現(xiàn)線下—線上—線下交互，拓展知識外延與縱深。

3.分組匯報。為進(jìn)一步提升學(xué)生探索創(chuàng)新、團(tuán)隊協(xié)作、個人表達(dá)等方面的能力，鞏固課堂授課和自主學(xué)習(xí)成果，在完成線上線下混合式教學(xué)的基礎(chǔ)上，以分組專題匯報的形式考查學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)效果。首先，按每組3～5名學(xué)生進(jìn)行分組，學(xué)生通過興趣點梳理、信息查閱完成自主選題。隨后，基于所選主題進(jìn)行資料收集、整理及PPT制作。最后，在課堂教學(xué)的專題匯報環(huán)節(jié)進(jìn)行小組陳述并回答提問。授課教師與各組組長根據(jù)每組的匯報表達(dá)、PPT制作、內(nèi)容選擇、問題回答、時間控制等方面進(jìn)行打分。各組組長對組內(nèi)每位同學(xué)的貢獻(xiàn)進(jìn)行賦分，將匯報成績按組長賦分折算后作為每位學(xué)生的最終成績。

（二）實施成效

從學(xué)生選題分布來看，主要以《水質(zhì)工程學(xué)》《水的利用與水源保護(hù)》《給排水管網(wǎng)系統(tǒng)》以及《建筑給水排水》4個章節(jié)為主，其中《水質(zhì)工程學(xué)》和《水的利用與水源保護(hù)》占比最高（見圖2），這兩個章節(jié)的內(nèi)容在專業(yè)知識體系中也占有較大比重。而在主題方面，學(xué)生匯報的主題除了教材內(nèi)容外，海綿城市建設(shè)、人工濕地技術(shù)及污水/污泥資源化技術(shù)這三個方向涉及較多，厭氧氨氧化、同層排水、管網(wǎng)漏損、膜技術(shù)、面源污染、黑臭水體等內(nèi)容也有涉及（見圖3）?？梢钥闯?，通過實施翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生能夠聚焦實際問題，較為準(zhǔn)確地把握行業(yè)熱點問題及技術(shù)發(fā)展趨勢。

從成績評定來看，學(xué)生總體成績主要分布在70～89分之間，其中80～89分占比接近60%（見圖4），表明通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，學(xué)生能夠在混合式教學(xué)基礎(chǔ)上，通過團(tuán)隊協(xié)作較好地完成自主選題內(nèi)容的梳理、凝練及表達(dá)。授課教師打分及各組組長打分呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性（R2=0.7889），說明學(xué)生對專題匯報選題、PPT制作、完成度的認(rèn)知基本與教師一致（見圖5）。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革過程中，學(xué)生對專業(yè)知識自主學(xué)習(xí)的興趣及積極性顯著提升，鍛煉了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、個人表達(dá)等綜合能力。本屆學(xué)生參加學(xué)校各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽、社會實踐及科研訓(xùn)練項目的比例較往屆提升了近10倍。

結(jié)語

隨著本科教育教學(xué)改革的深化以及人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入課程體系勢在必行?！敖o排水科學(xué)與工程概論”作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的入門課程，對幫助學(xué)生打牢專業(yè)基礎(chǔ)具有重要作用。由于“概論”課程內(nèi)容覆蓋面廣但課時量有限，傳統(tǒng)教學(xué)模式往往以“教”為中心，忽視了學(xué)生的主觀能動性，因此，需要對教學(xué)模式進(jìn)行改革?；诨旌鲜浇虒W(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式能夠充分利用線上線下教學(xué)資源優(yōu)勢，結(jié)合學(xué)生團(tuán)隊合作訓(xùn)練，強(qiáng)化新時期人才培養(yǎng)質(zhì)量，對于拓展知識外延、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、激發(fā)自主學(xué)習(xí)興趣、提升個人表達(dá)能力與團(tuán)隊協(xié)作意識具有積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1]范振強(qiáng)，劉崇，陸建紅，等.給排水科學(xué)與工程概論課程融合改革思考[J].教育教學(xué)論壇，2020（13）：192-193.

[2]張艷梅，張衛(wèi)民，孫鑫，等.基于“微課”教學(xué)的“給排水科學(xué)與工程概論”的教改研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2019，38（3）：285-288.

[3]莫永誼.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念下的合作學(xué)習(xí)模式研究[J].學(xué)位與研究生教育，2016（4）：18-22.

[4]崔福義，張曉健，高乃云，等.給排水科學(xué)與工程（給水排水工程）專業(yè)的建設(shè)與發(fā)展[J].給水排水，2013，49（4）：1-3.

[5]張純，汪彩文，汪愛河，等.基于專業(yè)認(rèn)證的給排水科學(xué)與工程專業(yè)工程教育與工程能力培養(yǎng)與實踐[J].高教學(xué)刊，2019（17）：155-156+159.

[6]賈如升，宋新偉，楊杰，等.以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向的給排水科學(xué)與工程專業(yè)實踐教學(xué)[J].中國冶金教育，2018（4）：84-85+89.

Research on the Flipped Classroom Practice of the Course of Introduction to Water Supply and Drainage Science and Engineering

LI Qian， WANG Gao-jun， REN Yong-xiang

（School of Environmental and Municipal Engineering， Xian University of Architecture and Technology， Xian， Shaanxi 710055， China）

Abstract： Introduction to Water Supply and Drainage Science and Engineering is an important professional basic course in water supply and drainage science and engineering major， which is of great significance to guiding students to build a basic professional knowledge system and stimulating their interest in professional learning. In view of the traditional teaching mode， which causes the low-interest of students in learning， and combined with the actual cases， this paper discusses the necessity of the flipped classroom teaching reform driven by the demand for comprehensive improvement of talent training quality. This paper innovates the flipped classroom teaching mode with the focuses of training the students independent learning， the teamwork ability， the personal expression ability， the scientific research innovation interest， which provides a reference for all kinds of discipline reform.

Key words： Introduction to Water Supply and Drainage Science and Engineering; flipped classroom; teaching reform; innovation ability training