新工科背景下“給排水+智能化”課程群的構(gòu)建與實施

摘 要 文章聚焦新工科背景下“給排水+智能化”課程群的構(gòu)建方法，通過深入分析智能化技術(shù)在給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為課程群設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)?；诖耍恼绿岢隽苏n程群的構(gòu)建原則，并設(shè)計了涵蓋基礎(chǔ)、專業(yè)核心和實踐創(chuàng)新三個模塊的課程體系。為確保課程群的有效實施，文章提出加強教師隊伍建設(shè)、開發(fā)新型教材、深化校企合作等具體策略。

關(guān)鍵詞 智能化技術(shù)；給排水科學與工程；課程群；教學改革

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.36.024

Construction and Implementation of a Curriculum Group \"Water Supply and Drainage + Intelligence\" in the Context of New Engineering Education

XU Dan， LI Chaoming， LI Yun

（School of Water Resources and Environmental Engineering， East China University of Technology， Nanchang， Jiangxi 330013）

Abstract The article focuses on the construction method of the \"Water Supply and Drainage+Intelligence\" course group under the background of new engineering. Through in-depth analysis of the application status of intelligent technology in the water supply and drainage system， it lays a theoretical foundation for the design of the course group. Based on this， the article proposes the construction principles of course groups and designs a course system that covers three modules： foundation， professional core， and practical innovation. To ensure the effective implementation of the curriculum group， the article proposes specific strategies such as strengthening the construction of the teacher team， developing new teaching materials， and deepening school enterprise cooperation.

Keywords intelligent technology; Water Supply and Drainage Science and Engineering; course cluster; teaching reform

在新工科背景下，給排水工程正面臨著智能化轉(zhuǎn)型的重大機遇與挑戰(zhàn)。作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分，給排水系統(tǒng)的智能化發(fā)展不僅符合國家“人工智能+新工科”的戰(zhàn)略方向，還是應(yīng)對城市化進程加速和全球氣候變化的必然選擇。近年來，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）和云計算等技術(shù)在給排水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)測、智能分析和預測性維護，大幅提升了運行效率和管理[1-2]。然而，這一技術(shù)革新也對人才培養(yǎng)提出了新的要求。傳統(tǒng)的教育模式難以滿足行業(yè)對既精通專業(yè)知識又掌握智能化技術(shù)的人才需求，導致人才供給與市場需求脫節(jié)[3]。因此，將智能化技術(shù)納入給排水科學與工程專業(yè)的課程體系中，對培養(yǎng)符合行業(yè)發(fā)展需求的復合型人才至關(guān)重要。

本文旨在探索一套適應(yīng)新工科背景下“給排水+智能化”課程群構(gòu)建和實施的方法，通過深入分析智能化技術(shù)在給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計符合行業(yè)需求的課程內(nèi)容，并提出切實可行的實施策略。

1" 智能化技術(shù)在給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

1.1" 智能水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

智能水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是城市水資源管理的核心，通過集成先進的傳感器、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的實時監(jiān)控和管理。該系統(tǒng)主要包含智能供水管網(wǎng)系統(tǒng)、智能排水系統(tǒng)和智能壓力調(diào)節(jié)技術(shù)等關(guān)鍵組成部分。智能供水管網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測和管理水網(wǎng)絡(luò)中的壓力和流量變化，快速識別管道破裂和泄漏問題，從而減少水資源浪費、降低管理成本并提高服務(wù)質(zhì)量[4]。智能排水系統(tǒng)則實現(xiàn)了從降雨到城市河流、水用戶和污水處理廠的實時監(jiān)控、分析和控制，有效控制城市內(nèi)澇問題，提高排水能力。智能壓力調(diào)節(jié)技術(shù)通過動態(tài)調(diào)節(jié)供水壓力，不僅滿足了用戶需求，還顯著提高了供水系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性[5]。

1.2" 智能水處理系統(tǒng)

在水處理領(lǐng)域，人工智能和機器學習技術(shù)正在革新傳統(tǒng)的水處理流程[6]。這些先進技術(shù)被用于優(yōu)化絮凝、沉淀、過濾等處理單元的運行參數(shù)，預測和控制消毒副產(chǎn)物的生成，以及優(yōu)化膜過濾系統(tǒng)的運行和清洗策略。同時，智能水監(jiān)測系統(tǒng)通過集成多種傳感器和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了水位和水質(zhì)的動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化管理，不僅提高了測量精度，還顯著節(jié)約了成本，并在智能城市中有效分配水資源。

1.3" 智能建筑給排水系統(tǒng)

智能建筑給排水系統(tǒng)通過智能水表和漏損管理、智能衛(wèi)生器具與節(jié)水設(shè)備，以及人工智能在設(shè)計中的應(yīng)用，展現(xiàn)出高效、節(jié)能的水資源管理潛力。智能水表實時監(jiān)測用水情況，快速識別異常，提升節(jié)水意識并降低管理成本。智能衛(wèi)生器具精確控制用水量，減少浪費，而中水回用和雨水收集系統(tǒng)的智能管理進一步提高了水資源利用效率。此外，人工智能優(yōu)化設(shè)計過程，自動化管網(wǎng)布置和水力計算，顯著提升設(shè)計質(zhì)量與效率，降低項目成本，推動了建筑給排水領(lǐng)域的智能化與可持續(xù)發(fā)展[7]。

2" “給排水+智能化”課程群的構(gòu)建

2.1" 構(gòu)建原則

課程群構(gòu)建應(yīng)遵循新工科理念，強調(diào)學科交叉融合、產(chǎn)學研協(xié)同和實踐導向，以行業(yè)需求為指引，設(shè)計符合智慧水務(wù)發(fā)展趨勢的課程體系，突出專業(yè)特色與時代要求。同時，課程群構(gòu)建應(yīng)注重課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和連貫性，確保知識傳授的邏輯性和遞進性，形成從基礎(chǔ)理論到應(yīng)用實踐的完整知識體系。此外，課程群構(gòu)建應(yīng)突出“以學生為中心”的教學理念，創(chuàng)設(shè)工學結(jié)合的教學環(huán)境，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，為培養(yǎng)適應(yīng)智慧水務(wù)發(fā)展需求的復合型人才奠定基礎(chǔ)。

2.2" 課程群模塊設(shè)計

“給排水+智能化”課程群的設(shè)計旨在整合多學科知識和實踐能力，培養(yǎng)符合現(xiàn)代社會和企業(yè)需求的人才。該課程群分為三個模塊。

2.2.1" 基礎(chǔ)課程模塊

該模塊包括物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)解析與處理、人工智能基礎(chǔ)等課程，旨在為學生打下堅實的知識基礎(chǔ)，幫助學生理解智能系統(tǒng)的基本原理和數(shù)據(jù)處理方法。物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術(shù)課程側(cè)重于物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成及其在給排水系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，涵蓋傳感器的原理與類型，以及在智慧水務(wù)中實施數(shù)據(jù)采集的方法。數(shù)據(jù)解析與處理課程旨在提升學生的數(shù)據(jù)分析技能，通過介紹統(tǒng)計學、數(shù)據(jù)挖掘及其在決策中的應(yīng)用，使學生能夠有效地處理與分析大數(shù)據(jù)。人工智能基礎(chǔ)課程介紹人工智能的基本概念、技術(shù)及其在各行業(yè)中的應(yīng)用，幫助學生建立對AI技術(shù)的初步理解，為后續(xù)智能化課程打下堅實的基礎(chǔ)。

2.2.2" 專業(yè)核心課程模塊

該模塊涵蓋智能給排水系統(tǒng)設(shè)計、智能排水與污水處理、智能化業(yè)務(wù)管理等課程，專注于培養(yǎng)學生在智能化系統(tǒng)設(shè)計和環(huán)保技術(shù)應(yīng)用方面的專業(yè)能力。智能給排水系統(tǒng)設(shè)計課程通過系統(tǒng)講解智能給排水系統(tǒng)的設(shè)計原理和實施方法，使學生掌握系統(tǒng)集成和優(yōu)化的技術(shù)，提升其在實際項目中的應(yīng)用能力。智能排水與污水處理課程涉及現(xiàn)代排水及污水處理技術(shù)，強調(diào)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念，學生可以學習先進的處理技術(shù)和管理方法，以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求。智能化業(yè)務(wù)管理課程將培養(yǎng)學生的管理能力，涵蓋行業(yè)運營、業(yè)務(wù)決策和策略制定理論，通過案例分析提升學生的實際操作能力。

2.2.3" 實踐創(chuàng)新模塊

該模塊通過產(chǎn)學研合作項目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練，加強學生的實踐動手能力，提升其創(chuàng)新思維與創(chuàng)業(yè)意識，讓他們在真實環(huán)境中鍛煉與成長。產(chǎn)學研合作項目讓學校與行業(yè)企業(yè)合作，學生將在真實的工作環(huán)境中參與項目，增強其實踐能力和團隊協(xié)作能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練通過項目設(shè)計與案例分析，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)其解決實際問題的能力，鼓勵他們在智慧水務(wù)領(lǐng)域展現(xiàn)創(chuàng)業(yè)潛力。

通過基礎(chǔ)課程模塊、專業(yè)核心課程模塊和實踐創(chuàng)新模塊的合理設(shè)計，“給排水+智能化”課程群能有效地結(jié)合企業(yè)需求，提升學生的綜合素質(zhì)。

2.3" 課程群實施策略

2.3.1" 加強教師隊伍建設(shè)

教師隊伍建設(shè)是課程群實施的關(guān)鍵基礎(chǔ)。首先，學校應(yīng)組織現(xiàn)有教師參加智能化技術(shù)相關(guān)的培訓課程和工作坊，提升他們在人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的專業(yè)知識。其次，學?？梢钥紤]引進具有跨學科背景的復合型人才，如同時具備給排水工程和計算機科學背景的專家。此外，建立“雙師型”教師隊伍也很重要，學校可以通過聘請行業(yè)專家擔任兼職教師，或者安排教師到企業(yè)進行定期實踐，確保教師隊伍既有扎實的理論基礎(chǔ)，又有豐富的實踐經(jīng)驗。

2.3.2" 加強教材開發(fā)與資源建設(shè)

針對“給排水+智能化”這一新興領(lǐng)域，學校需開發(fā)符合時代需求的新教材。學?？山M織校內(nèi)外專家共同編寫涵蓋智能化技術(shù)在給排水領(lǐng)域應(yīng)用的系列教材，確保內(nèi)容的前沿性和實用性。同時，學校應(yīng)建設(shè)豐富的配套教學資源，如在線課程、虛擬仿真實驗平臺、案例庫等，為學生提供豐富的學習渠道。此外，建立動態(tài)更新的數(shù)字資源庫至關(guān)重要。智慧水務(wù)是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域，教學內(nèi)容需要與行業(yè)發(fā)展保持同步。通過建立數(shù)字資源庫，可以實時更新最新的技術(shù)發(fā)展、行業(yè)動態(tài)和案例分析，確保學生能夠接觸到最前沿的知識。

2.3.3" 增設(shè)跨學科課程

與計算機科學、數(shù)據(jù)科學等相關(guān)學科聯(lián)合開設(shè)部分跨學科課程，可以有效增強學生的智能化技術(shù)背景。學校可以設(shè)計如“水務(wù)大數(shù)據(jù)分析”“智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”等跨學科課程，由不同專業(yè)的教師共同授課。同時，學校可鼓勵學生選修相關(guān)學科的基礎(chǔ)課程，如程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫原理等，為他們掌握智能化技術(shù)奠定基礎(chǔ)。此外，學?？梢越M織跨學科的項目團隊，讓不同專業(yè)背景的學生合作完成綜合性項目，培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力和跨學科思維。通過這種方式，不僅可以培養(yǎng)學生的復合型知識結(jié)構(gòu)，還能為其將來的跨領(lǐng)域創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

2.3.4" 引入案例教學法

采用真實案例作為教學素材，通過項目驅(qū)動教學，可以有效增強學生的實際應(yīng)用能力。教師可以收集和整理智慧水務(wù)領(lǐng)域的典型案例，如智能管網(wǎng)監(jiān)控、水質(zhì)預警系統(tǒng)等，形成系統(tǒng)的案例庫。在教學中，通過分析這些案例，讓學生了解理論知識在實際項目中的應(yīng)用。同時，教師可以設(shè)計基于真實項目的課程作業(yè)，讓學生在模擬真實環(huán)境中解決問題，培養(yǎng)他們的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。此外，教師可組織學生參與案例競賽或創(chuàng)新設(shè)計比賽，激發(fā)他們的學習熱情和創(chuàng)造力。

2.3.5" 深化校企協(xié)同與產(chǎn)學研融合

校企協(xié)同與產(chǎn)學研融合是課程群建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。首先，學?？膳c智慧化水務(wù)公司建立長期的合作關(guān)系，共同建設(shè)實習基地和聯(lián)合實驗室，使學生直接接觸到行業(yè)最新的技術(shù)和設(shè)備，了解實際工作流程，從而增強實踐能力和職業(yè)認知。同時，學校應(yīng)設(shè)立產(chǎn)學研合作項目，讓學生參與真實的智慧水務(wù)項目，從而培養(yǎng)他們解決實際問題的能力。其次，學校應(yīng)定期邀請業(yè)界專家、學者和學生共同參與行業(yè)論壇或技術(shù)研討會，為學生提供與行業(yè)專家直接交流的機會，這有助于他們明確職業(yè)規(guī)劃和學習目標。最后，學校應(yīng)定期收集企業(yè)對畢業(yè)生的評價，了解行業(yè)對人才的最新需求，及時調(diào)整人才培養(yǎng)方案，同時跟蹤畢業(yè)生的職業(yè)發(fā)展情況，分析課程群對學生未來發(fā)展的影響，進而不斷優(yōu)化課程設(shè)置和教學方法。

3" 總結(jié)

在新工科背景下，構(gòu)建“給排水+智能化”課程群是順應(yīng)時代發(fā)展、培養(yǎng)智慧水務(wù)人才的重要舉措。構(gòu)建“給排水+智能化”課程群需遵循系統(tǒng)性、前沿性和實用性的原則，通過基礎(chǔ)、專業(yè)核心和實踐創(chuàng)新三個模塊的設(shè)計，可以全面涵蓋學生所需的知識體系和能力培養(yǎng)。此外，課程群的有效實施需要多方面的支持，包括加強教師隊伍建設(shè)、開發(fā)適應(yīng)新技術(shù)的教材、深化校企合作等。

*通信作者：許丹

基金項目：江西省高等學校教學改革研究課題（JXJG-22-6-21）；東華理工大學教學改革研究課題（1310101176）。

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