面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的“水質(zhì)工程學(xué)”課程改革
——以強(qiáng)化支撐“解決復(fù)雜工程問題”的持續(xù)改進(jìn)為例

秦 雯，宋 陽，杜 星

（廣東工業(yè)大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南》明確認(rèn)證專業(yè)人才培養(yǎng)“解決問題”的程度應(yīng)定位于“復(fù)雜工程問題”，確保達(dá)到以工程師為培養(yǎng)目標(biāo)的本科層次工程人才培養(yǎng)要求［1］?！八|(zhì)工程學(xué)”為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，涵蓋了市政方向的水處理原理及工程設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)，是支撐“解決給排水科學(xué)與工程專業(yè)的復(fù)雜工程問題”而開展課程持續(xù)改進(jìn)的主戰(zhàn)場，因此，“水質(zhì)工程學(xué)”的課程教學(xué)改革對(duì)給排水科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)至關(guān)重要［2-3］。

一、工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“水質(zhì)工程學(xué)”教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

2016年我國正式加入國際工程教育互認(rèn)的華盛頓協(xié)議，更好地體現(xiàn)國際工程教育的新理念，且進(jìn)一步加強(qiáng)與國際教育和互認(rèn)的接軌。2017年“給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估”更名為“給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估認(rèn)證”，采用全國工程教育專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)和本專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估認(rèn)證步入一個(gè)新的階段。在高等教育更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)人才培養(yǎng)與國際化接軌的趨勢下，給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估認(rèn)證明確以學(xué)生發(fā)展為中心、以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的核心思想理念［1］。為確保滿足《華盛頓協(xié)議》實(shí)質(zhì)等效要求，培養(yǎng)國際認(rèn)可的專業(yè)人才，給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估認(rèn)證中對(duì)畢業(yè)要求中“解決給排水科學(xué)與工程專業(yè)的復(fù)雜工程問題”的達(dá)成度尤為重視。這對(duì)給排水科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式和專業(yè)課程建設(shè)提出了全新的挑戰(zhàn)。

當(dāng)前我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)于2020年首次通過住建部高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程專業(yè)評(píng)估（認(rèn)證），于2023年正在開展迎接復(fù)評(píng)的準(zhǔn)備工作。現(xiàn)正執(zhí)行的2022版培養(yǎng)方案的培養(yǎng)目標(biāo)為：“本專業(yè)面向國家特別是粵港澳大灣區(qū)水健康循環(huán)以及水系統(tǒng)安全保障的重大需求，培養(yǎng)適應(yīng)我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德、智、體、美、勞全面發(fā)展，具有高度社會(huì)責(zé)任感和良好的工程職業(yè)道德，善于溝通與合作，能夠融合運(yùn)用環(huán)境、水利、綠色建筑理念與技術(shù)，具有解決給排水領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力，主動(dòng)服務(wù)廣東經(jīng)濟(jì)發(fā)展，適應(yīng)給排水行業(yè)發(fā)展需求的復(fù)合應(yīng)用型和創(chuàng)新型工程技術(shù)人才。畢業(yè)生能夠從事給排水科學(xué)與工程專業(yè)相關(guān)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、咨詢等方面的工作，具有初步的研究和開發(fā)能力。預(yù)期畢業(yè)后5年左右，能夠成為給排水科學(xué)與工程領(lǐng)域的技術(shù)與管理骨干?！贝伺囵B(yǎng)目標(biāo)體現(xiàn)了當(dāng)前我校對(duì)給排水科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)生培養(yǎng)的重視，“水質(zhì)工程學(xué)”作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，是新時(shí)代高層次給排水人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場，但“水質(zhì)工程學(xué)”課程在知識(shí)體系和工程思維等方面仍然存在一些不足，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，本專業(yè)現(xiàn)行“水質(zhì)工程學(xué)”根據(jù)給水、排水和工業(yè)水處理三大模塊拆分為“水質(zhì)工程學(xué)（1）”“水質(zhì)工程學(xué)（2）”“水質(zhì)工程學(xué)（3）”三門課程，理論知識(shí)體系與考核相對(duì)獨(dú)立，難以培養(yǎng)學(xué)生宏觀的工程思維以及提升綜合分析能力；另一方面，本專業(yè)現(xiàn)行“水質(zhì)工程學(xué)”的教學(xué)組織、教學(xué)方法以及考核內(nèi)容主要以學(xué)生掌握理論知識(shí)原理為目的，缺少對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的工程實(shí)例分析與觀摩，使得學(xué)生的思維認(rèn)知與行業(yè)所需的工程思維存在較大的差距，難以滿足新工科建設(shè)、社會(huì)、行業(yè)和時(shí)代的需求。

以上幾點(diǎn)導(dǎo)致2018屆、2019屆畢業(yè)生及用人單位在對(duì)我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)生的評(píng)價(jià)中出現(xiàn)“設(shè)計(jì)/開發(fā)解決問題”能力較弱的現(xiàn)象，部分畢業(yè)生水平與我國給排水行業(yè)主戰(zhàn)場精英人才水平有明顯差距。因此，為了我校畢業(yè)生盡快適應(yīng)新時(shí)代新工科建設(shè)大環(huán)境，同時(shí)提升本專業(yè)在工程專業(yè)認(rèn)證國際大背景下的實(shí)力儲(chǔ)備，在“水質(zhì)工程學(xué)”教學(xué)過程中充分挖掘和融入工程思維的培養(yǎng)，對(duì)“水質(zhì)工程學(xué)”課程的建設(shè)原則、知識(shí)體系、教學(xué)組織方法和評(píng)價(jià)體系等進(jìn)行改革，是培養(yǎng)具有中國特色、滿足國家重大戰(zhàn)略和社會(huì)行業(yè)需求的復(fù)合型卓越給排水人才的必經(jīng)之路。

二、“水質(zhì)工程學(xué)”工程思維強(qiáng)化培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施方法

針對(duì)以上問題，本研究期望在工程教育認(rèn)證背景下，將“水質(zhì)工程學(xué)”專業(yè)核心課程作為本專業(yè)的理論基礎(chǔ)與工程能力并重的課程，改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，以提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力為目的，在每個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中融匯“水分析化學(xué)”“水處理微生物學(xué)”等專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生將給水、排水和工業(yè)水處理知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行平行討論，促使學(xué)生逐漸構(gòu)建綜合的理論知識(shí)體系，能夠站在宏觀的角度分析問題。同時(shí)，在每個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中引入實(shí)際工程案例，引導(dǎo)學(xué)生以工程師角度去分析實(shí)際案例中關(guān)鍵條件，如何調(diào)用理論知識(shí)并選用合理的工藝去解決復(fù)雜工程問題。

（一）“課堂實(shí)例分析+課后方案設(shè)計(jì)”授課模式

在“水質(zhì)工程學(xué)（1）”“水質(zhì)工程學(xué)（2）”“水質(zhì)工程學(xué)（3）”的授課過程中，教師采用“課堂實(shí)例分析+課后方案設(shè)計(jì)”模式，并且結(jié)合現(xiàn)行的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)［4］，分別研究制訂理論課程方案，從理論灌輸向能力塑造轉(zhuǎn)變［5］。

以“水質(zhì)工程學(xué)（2）”中“帶有膜分離的活性污泥工藝系統(tǒng)（MBR工藝系統(tǒng)）”知識(shí)點(diǎn)為例，課前，教師通過設(shè)計(jì)開放式的預(yù)習(xí)思考題（膜工藝為什么在給水處理、污水處理以及工藝水處理中均能應(yīng)用？膜工藝與活性污泥工藝結(jié)合的優(yōu)勢？MBR工藝中是否有生物膜的產(chǎn)生及其原因？）引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建基礎(chǔ)理論知識(shí)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，提前給學(xué)生分享經(jīng)典的MBR工藝CAD圖紙，鼓勵(lì)學(xué)生們主動(dòng)去查找相關(guān)課外工具書（設(shè)計(jì)手冊(cè)/規(guī)范）以探索陌生的工藝系統(tǒng)，帶著求知欲進(jìn)入課堂。課中，教師首先組織學(xué)生針對(duì)課前思考題展開討論，考查學(xué)生對(duì)于工藝原理以及基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握程度，并引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建理論知識(shí)的思維導(dǎo)圖；然后，教師采用典型案例（廣州某污水處理廠采用基于AAO的MBR工藝）作為工程問題的切入點(diǎn)，通過多媒體資源（視頻、照片、CAD圖紙）手段，對(duì)典型技術(shù)應(yīng)用案例進(jìn)行分析，案例分析不僅包括工藝處理過程分析，還包括實(shí)際MBR工藝運(yùn)行維護(hù)過程中膜清洗技術(shù)與過程展示，引導(dǎo)學(xué)生展開思路，以工程師身份，與教師共同探討技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的困難和挑戰(zhàn)。課后，教師布置綜合性的課后作業(yè)，如“根據(jù)具體的水質(zhì)和水量條件，設(shè)計(jì)一套基于MBR工藝的完整的工藝流程，并列舉出類似條件下的實(shí)際工程案例”，促使學(xué)生在復(fù)習(xí)課內(nèi)知識(shí)點(diǎn)時(shí)著眼于實(shí)際工程應(yīng)用，同時(shí)，要求學(xué)生在典型的工藝CAD圖紙上標(biāo)注水流方向，以強(qiáng)化其對(duì)典型工藝的理解以及看CAD圖紙的能力。

通過上述每堂課的課前、課中和課后的具體教學(xué)設(shè)計(jì)，完成“課堂實(shí)例分析+課后方案設(shè)計(jì)”的授課，通過此模式可以在不斷鞏固基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，拓展學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的延伸，并加深對(duì)實(shí)際工程案例的理解，使其具有與時(shí)俱進(jìn)的工程師視野。

（二）綜合性考核環(huán)節(jié)

課程考核是量化學(xué)生知識(shí)掌握程度的重要環(huán)節(jié)，“水質(zhì)工程學(xué)（1）”“水質(zhì)工程學(xué)（2）”“水質(zhì)工程學(xué)（3）”課程均采用綜合性考核方式，考核內(nèi)容包括35%平時(shí)成績（考勤情況、預(yù)習(xí)/復(fù)習(xí)作業(yè)成績、課堂討論表現(xiàn)、典型案例CAD圖紙掌握程度）和65%期末考試。期末考試試題內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置開放性的綜合應(yīng)用題型，以“水質(zhì)工程學(xué)（2）”課程考試為例，綜合應(yīng)用題在題目中給出具體的水量、水質(zhì)、地理?xiàng)l件以及污水回用用途，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一套適宜的污水處理流程、繪制工藝流程圖、分析采用該工藝的理由、闡述各工藝單元的功能。學(xué)生首先要分析各項(xiàng)指標(biāo)：一級(jí)處理可去除30%左右COD&BOD，剩余的由二級(jí)生物處理去除，如BOD/COD=？（0.67＞0.3，判斷可生化性）；BOD/N/P=100∶5∶1？判斷是否需要同步脫氮除磷？是否還需要化學(xué)除磷輔助？污水回用用途對(duì)應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是什么？分析過程可以學(xué)生對(duì)于一級(jí)處理、二級(jí)處理和深度處理程度的理解以及對(duì)于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的熟悉程度。然后，學(xué)生在分析水質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定適宜的工藝流程，并繪制工藝流程圖，考查學(xué)生對(duì)于不同水質(zhì)的工藝選型的掌握程度。最后，學(xué)生用文字描述工藝各階段的原理及功能，考查其對(duì)于具體工藝的功能、特點(diǎn)的掌握情況。通過以上幾個(gè)方面考查學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

（三）實(shí)踐拓展環(huán)節(jié)

在“水質(zhì)工程學(xué)”對(duì)應(yīng)的兩個(gè)課程設(shè)計(jì)（“水廠課程設(shè)計(jì)”和“污水處理廠課程設(shè)計(jì)”）任務(wù)書中不斷完善設(shè)計(jì)條件，指導(dǎo)教師根據(jù)每一屆學(xué)生的具體學(xué)情，設(shè)置集中或分散的答疑模式，深入?yún)⑴c學(xué)生的計(jì)算和繪圖過程。在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)專業(yè)規(guī)范和工程案例的綜合解析，使學(xué)生從實(shí)踐中鍛煉解決工程問題的技能，并提升學(xué)生設(shè)計(jì)興趣。此外，組織畢業(yè)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)“深度處理”專題設(shè)計(jì)，選用當(dāng)前主流工藝設(shè)計(jì)處理流程，并考慮遠(yuǎn)期目標(biāo)而初步制訂應(yīng)對(duì)方案，使學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中更貼近實(shí)際工程，在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)工程思維。

三、效果分析

為提升我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)在工程專業(yè)認(rèn)證國際大背景下的實(shí)力儲(chǔ)備，改變以往“水質(zhì)工程學(xué)”教學(xué)過程存在的不足，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分挖掘和融入工程思維培養(yǎng)，對(duì)“水質(zhì)工程學(xué)”課程的知識(shí)體系和教學(xué)組織方法探索了以強(qiáng)化工程思維為導(dǎo)向的改進(jìn)。

通過工程思維培養(yǎng)模式的改變，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，建立了“課堂實(shí)例分析+課后方案設(shè)計(jì)+綜合性考核”的“水質(zhì)工程學(xué)”教學(xué)模式，并且結(jié)合“水廠課程設(shè)計(jì)”和“污水處理廠課程設(shè)計(jì)”兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，在不斷鞏固基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，拓展學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的延伸與工程思維。經(jīng)過兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，表明該改進(jìn)措施的效果顯著，主要表現(xiàn)在：優(yōu)化知識(shí)體系，提升了學(xué)生綜合、辯證思考能力；強(qiáng)化基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程實(shí)踐的關(guān)聯(lián)，學(xué)生更熟悉專業(yè)規(guī)范和工程案例，更明確實(shí)際復(fù)雜工程問題的緣由和應(yīng)對(duì)措施，學(xué)生在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中工藝的選型更多樣化、與時(shí)俱進(jìn)，有效提升了學(xué)生解決給排水工程復(fù)雜問題的能力，更符合國家重大戰(zhàn)略和社會(huì)行業(yè)需求的復(fù)合型卓越給排水人才培養(yǎng)的需求。

結(jié)語

在工程教育認(rèn)證背景下，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)基于強(qiáng)化工程思維對(duì)“水質(zhì)工程學(xué)”課程進(jìn)行了改革，建立了“課堂實(shí)例分析+課后方案設(shè)計(jì)+綜合性考核”的教學(xué)模式，并結(jié)合“水廠課程設(shè)計(jì)”和“污水處理廠課程設(shè)計(jì)”的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)擴(kuò)展，形成適應(yīng)于我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)水處理方向?qū)I(yè)技術(shù)人才的多環(huán)節(jié)培養(yǎng)模式，項(xiàng)目實(shí)施方案科學(xué)合理，實(shí)施后有效提升了學(xué)生對(duì)畢業(yè)要求分指標(biāo)點(diǎn)中“解決給排水科學(xué)與工程專業(yè)的復(fù)雜工程問題”方面的達(dá)成度，符合工程教育認(rèn)證下專業(yè)核心課程持續(xù)改進(jìn)的要求。