給排水工程儀表與控制課程混合式教學(xué)實(shí)踐研究

王鵬 董春娟 霍霄妮

摘 要：數(shù)字新技術(shù)的發(fā)展已為水工業(yè)自動(dòng)化和儀表發(fā)展帶來了深刻變革，新工科理念的提出則對(duì)給排水專業(yè)人才應(yīng)具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)和實(shí)踐能力提出了更高的要求。給排水工程儀表與控制課程傳統(tǒng)教學(xué)模式已無法滿足人才培養(yǎng)需求，通過采用在線課堂與傳統(tǒng)課堂相融合的混合式教學(xué)方式，在課堂中直接引入企業(yè)導(dǎo)師，通過線上現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐場(chǎng)景的切入，加強(qiáng)行業(yè)應(yīng)用新技術(shù)的嵌入和強(qiáng)化工程實(shí)踐培養(yǎng)，注重理論結(jié)合實(shí)踐，從課前、課中到課后，全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

關(guān)鍵詞：給排水工程；儀表與控制；混合式教學(xué)；教學(xué)改革

伴隨著數(shù)字新技術(shù)發(fā)展的日新月異，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等已滲透進(jìn)了社會(huì)的各個(gè)行業(yè)，與傳統(tǒng)的自動(dòng)化、儀器儀表等產(chǎn)生了深度融合，帶動(dòng)了諸多行業(yè)的創(chuàng)新與變革，其在給排水行業(yè)中已有多方面的應(yīng)用，為整個(gè)城市水工業(yè)的高效運(yùn)營(yíng)和優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的保障。未來，給排水行業(yè)的發(fā)展勢(shì)必與數(shù)字新技術(shù)緊密結(jié)合，向更加智能化、智慧化的綜合控制系統(tǒng)發(fā)展。水工業(yè)工程技術(shù)人員掌握儀表與控制知識(shí)，將有助于促進(jìn)現(xiàn)代控制新技術(shù)、新裝備在該工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，加速水工業(yè)工程的現(xiàn)代化進(jìn)程。給排水工程儀表與控制課程是給排水科學(xué)與工程專業(yè)教指委本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范中唯一一門學(xué)習(xí)儀表與控制方面知識(shí)的課程，其在整個(gè)專業(yè)的人才培養(yǎng)中就顯得尤為重要。

近年，教育部下發(fā)的《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》（教高司函〔2017〕6號(hào)），旨在解決新經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下的社會(huì)新需求與工程專業(yè)人才傳統(tǒng)落后培養(yǎng)模式之間的矛盾，培養(yǎng)出更多適應(yīng)未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。新工科理念的提出，既是我國(guó)“一帶一路”倡議發(fā)展的需要，也是推進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要引擎。因此，課程建設(shè)應(yīng)以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以目標(biāo)為導(dǎo)向，探索以工程實(shí)踐能力為核心的教學(xué)改革，培育符合新工科理念的新型專業(yè)人才。

給排水工程儀表與控制課程是一門具有多學(xué)科交叉特點(diǎn)的專業(yè)課程，即自動(dòng)化儀表與控制同給排水工藝技術(shù)的緊密結(jié)合。多學(xué)科的交叉滲透及水工業(yè)工程覆蓋面的擴(kuò)展，需要更多知識(shí)面廣且工程能力強(qiáng)的專業(yè)人才。在此背景下，給排水專業(yè)的人才培養(yǎng)必須以工程實(shí)踐能力為核心，培育符合新工科理念的新型專業(yè)人才。因此，本課程的教學(xué)改革必定圍繞著工程實(shí)踐能力進(jìn)行。

一、傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式存在的問題

目前，傳統(tǒng)教學(xué)模式已無法滿足該專業(yè)課程發(fā)展和工程能力培養(yǎng)的需求，主要存在以下問題。第一，傳統(tǒng)教學(xué)以課堂教學(xué)為主，沒有安排實(shí)習(xí)，缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不易理解和掌握所學(xué)知識(shí)，難以強(qiáng)化工程實(shí)踐能力。第二，傳統(tǒng)教學(xué)拘泥于教材，與行業(yè)前沿控制技術(shù)和企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況結(jié)合不夠緊密。第三，傳統(tǒng)教學(xué)的知識(shí)講解大多是靜態(tài)講述和抽象的性能介紹，使儀表與控制原本需要直觀感受、觀察、動(dòng)態(tài)操作的概念和內(nèi)容變得愈加抽象而模糊，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和對(duì)實(shí)際工程的興趣。第四，單純依靠學(xué)校教師講授，教師缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在涉及工程實(shí)際的運(yùn)行上無法滿足工程能力培養(yǎng)這一需求。

二、運(yùn)用混合式教學(xué)模式解決課程發(fā)展和工程能力培養(yǎng)需求

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，知識(shí)與信息的碎片化、傳播速度、傳播媒介等都發(fā)生了劇烈變革，出現(xiàn)了微課、MOOC等新穎的授課方式。它們最大的優(yōu)勢(shì)便是突破了時(shí)間和空間的限制，學(xué)生的心理接受與主動(dòng)性更強(qiáng)，形成了扁平化、全互通的溝通方式，在引導(dǎo)學(xué)生探究問題，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。但是任何一種單一的教學(xué)模式都有其不足之處，需要將多種教學(xué)方式進(jìn)行融合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)以達(dá)到良好的教學(xué)效果。因此，本課程采用在線課堂與傳統(tǒng)課堂相融合的混合式教學(xué)，并在授課中直接引入企業(yè)導(dǎo)師，通過線上現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐場(chǎng)景的切入來加強(qiáng)行業(yè)應(yīng)用新技術(shù)的嵌入和強(qiáng)化工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。

三、研究思路與步驟

（一）研究基本思路

本課程主要內(nèi)容有自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)、給排水自動(dòng)化儀表與設(shè)備、水泵及管道系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)、給水處理系統(tǒng)控制技術(shù)、污水處理廠的檢測(cè)與儀表、污水處理廠的監(jiān)視操作與自動(dòng)控制6個(gè)部分。主要是面向于實(shí)際工程的應(yīng)用類課程，具有較強(qiáng)的學(xué)科綜合性，對(duì)自動(dòng)控制理論要求高。課程設(shè)置應(yīng)基于控制工程和檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)理論，突出面向水工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中，理論和實(shí)踐并舉，并注重新技術(shù)的嵌入，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。在教師講授完相關(guān)知識(shí)后，引入在線課堂，校企合作的企業(yè)導(dǎo)師則立足于本企業(yè)的給水廠或污水處理廠等機(jī)構(gòu)，利用在線課堂專門就重要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講解，通過全方位在線課堂的講解和互動(dòng)，讓學(xué)生深入了解該儀表設(shè)備或控制系統(tǒng)的組成、布置和功能特點(diǎn)及控制過程等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在線課堂的引入有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，實(shí)現(xiàn)了提高學(xué)生探究能力和工程實(shí)踐能力的目的。

（二）研究方法和步驟

1.課前線上預(yù)習(xí)

在課前預(yù)習(xí)中設(shè)置課前資源包，其中包括教師給出的導(dǎo)學(xué)案（學(xué)習(xí)目的、重難點(diǎn)、儀表結(jié)構(gòu)圖或控制原理圖等）、微課以及課程相關(guān)的行業(yè)前沿課外資料等。通過學(xué)習(xí)平臺(tái)建立課程群，有授課教師與企業(yè)導(dǎo)師為學(xué)生答疑解惑。預(yù)習(xí)時(shí)需要依靠學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，目標(biāo)是掌握基礎(chǔ)知識(shí)，建立相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)框架和拓寬視野。導(dǎo)學(xué)案主要是依據(jù)教學(xué)大綱為學(xué)生梳理出知識(shí)結(jié)構(gòu)，標(biāo)出重點(diǎn)、難點(diǎn)，為學(xué)生自主預(yù)習(xí)、自主探究提供引導(dǎo)和幫助。微課則發(fā)揮其小而精、知識(shí)點(diǎn)針對(duì)性強(qiáng)、不受時(shí)空限制、可實(shí)現(xiàn)方便快速視聽的特點(diǎn)，在導(dǎo)學(xué)案的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)容提升，與導(dǎo)學(xué)案相輔相成，提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。與課程相關(guān)的行業(yè)前沿課外資料則主要是讓學(xué)生了解本節(jié)知識(shí)目前在行業(yè)前沿中的應(yīng)用情況，拓寬學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.課中混合式教學(xué)

對(duì)于課程的前兩章節(jié)基礎(chǔ)理論知識(shí)，采用傳統(tǒng)課堂去進(jìn)行講授?？紤]到課程的實(shí)踐性強(qiáng)，因此在對(duì)內(nèi)容的編排和設(shè)計(jì)上要注重與實(shí)際結(jié)合，多增加一些相關(guān)實(shí)例的圖片或視頻進(jìn)行闡述和講解。在后四部分章節(jié)中，與工程實(shí)踐結(jié)合緊密的課程內(nèi)容則在傳統(tǒng)課堂的基礎(chǔ)上，學(xué)校教師先對(duì)知識(shí)進(jìn)行講解，在梳理講解完成之后，連線校企合作的企業(yè)導(dǎo)師，依據(jù)企業(yè)自身情況在操作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)涉及的重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，確保每個(gè)工程運(yùn)用場(chǎng)景多角度、多方位的展現(xiàn)。學(xué)生可以依據(jù)學(xué)校教師所講內(nèi)容與企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)行在線互動(dòng)。為保證在線課堂企業(yè)導(dǎo)師的講解重難點(diǎn)與教學(xué)相適應(yīng)，企業(yè)導(dǎo)師的講解內(nèi)容需要與學(xué)校教師提前討論，并選擇連線在線課堂的場(chǎng)景。此舉拉近了課堂與實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)的距離，實(shí)現(xiàn)了從課堂到實(shí)踐的自由切換。

3.課后考核評(píng)估

在經(jīng)過傳統(tǒng)課堂和在線課堂教學(xué)之后，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的考核評(píng)估，從而強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐認(rèn)知，提高學(xué)生的自學(xué)能力。具體考核方式分為筆試（占比40%）和撰寫實(shí)踐報(bào)告（占比60%）。筆試內(nèi)容是對(duì)課本基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和工程能力進(jìn)行考核。實(shí)踐報(bào)告則是圍繞課程主題進(jìn)行，在經(jīng)過課前探究式學(xué)習(xí)、課中的混合式教學(xué)、課后知識(shí)拓展延伸的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的總結(jié)歸納。

針對(duì)本課程內(nèi)容的性質(zhì)及特點(diǎn)，課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)了在線課堂與傳統(tǒng)課堂兩種教學(xué)方式的有機(jī)融合。對(duì)于教師而言，不同的教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)策略得以無縫整合。對(duì)于學(xué)生而言，不同的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)內(nèi)容得以有效貫通?；旌鲜浇虒W(xué)使得課堂與工程實(shí)際有了更為直接的聯(lián)系途徑，消除了從課堂到工程實(shí)際存在的時(shí)間和空間的隔閡，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)場(chǎng)景的迅速切換，搭建了學(xué)生與企業(yè)導(dǎo)師對(duì)話的平臺(tái)。在課程教學(xué)過程中，相比于傳統(tǒng)教學(xué)，混合式教學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)變。第一，課程教學(xué)模式由傳統(tǒng)課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌鲜浇虒W(xué)，混合式教學(xué)拓寬了校企合作平臺(tái)，傳統(tǒng)課堂與企業(yè)工程實(shí)踐場(chǎng)景的迅速切換、無縫對(duì)接，將課堂理論知識(shí)通過在線課堂直接引入工程實(shí)踐中，在課堂上即可強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解；第二，學(xué)生由課程理論學(xué)習(xí)完成到課程結(jié)束后的最終實(shí)踐，轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂中理論與實(shí)踐相結(jié)合，再到最終的實(shí)踐總結(jié)，提高了學(xué)習(xí)的趣味性，增強(qiáng)了工程探究能力；第三，教學(xué)過程由教師主導(dǎo)、學(xué)生被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熞龑?dǎo)、學(xué)生主動(dòng)探究。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔福義，彭永臻，南軍，等.給排水工程儀表與控制（第三版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017.

[2]甘健侯，楊宇，趙波.創(chuàng)新混合教學(xué)模式，推進(jìn)高等教育在線教學(xué)改革[J].學(xué)術(shù)探索，2017（4）.

[3]許航，沈楨，鄭曉英，等.給排水工程儀表與控制課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2018（53）.

責(zé)編：初 心