“給水排水管網系統”課程思政教育探索與思考

李樹平 信昆侖

[摘 要] “給水排水管網系統”是給排水科學與工程專業的主干課程之一。在授課過程中，挖掘課程思想政治元素，將理想信念、品德修養、法律意識、愛國情懷等融入教育教學中。補充講解專業發展簡史、專業判斷示例、優秀企業發展事例、事故案例和專業前沿進展等，著力提高學生的創新意識、實踐能力和綜合素養。同時課程思政教育也對教師思政素質和思想覺悟提出了更高要求，需要適當準備思政教育素材并有機融入課堂教學中。

[關鍵詞] 給水排水管網系統;課程思政教育;綜合素養

[基金項目] 2019年度上海高校課程思政教育教學改革試點課程項目

[作者簡介] 李樹平（1972—），男，河北永年人，工學博士，同濟大學環境科學與工程學院副教授，主要從事給水排水工程設計與運行最優化研究。

[中圖分類號] G641? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）07-0089-04? ?[收稿日期] 2020-12-07

“給水排水管網系統”是給排水科學與工程專業的主干課程之一，系統地闡述給水排水管網系統的功能、布置原理、水量計算、水力分析、工程優化設計，以及管網系統的運行管理論和實踐等內容。本課程在講授專業知識的同時融入課程思政教育內容，將有助于培養學生的自信意識和安全意識，激發學生的創新精神與團隊意識，實現全面育人目標。

一、課程思政內容要點

在“給水排水管網系統”授課過程中，深入挖掘該課程思想政治元素，將理想信念、品德修養、法律意識、愛國情懷等融入教育教學中，著力提高學生的創新意識、實踐能力和綜合素養。根據專業知識點，設計的課程思政教學內容及預期效果見表1。

（一）發展簡史介紹

給水排水管網系統的這些發展蘊含著科學家和工程實踐人員孜孜以求的探索精神，該方面學習有助于學生對給排水科學與工程專業的情感、態度、價值觀產生積極影響。

1.工程發展簡史。公元前2700年，位于印度河流域的城市開始使用陶制管道。此后的幾百年內，近東和歐洲也出現了管道設施。世界上最早的金屬水管來自埃及法老薩胡雷第五王朝的喪葬神廟（公元前2450年前后）。從該遺址出土了長約1300英尺（約合400米）、用折疊銅片做成的水管[1]。

春秋戰國時期，楚國郢城，有水井四百口以上。考古發現，在蘇州北郊平門外，有漢代水井群。在河南遂平小寨漢代遺址，發現28口水井，其中有陶井16口，磚井5口，分布集中，有規律地排列為六行，與街道成平行分布狀態，呈現出漢代市井分布形狀。

17世紀的英國哲學家和科學家弗朗西斯·培根，開創了以經驗為手段研究感性自然的經驗哲學新時代。在他的《十個世紀的自然史（A natural history of ten centuries）》中介紹了十多個水處理實驗，所用處理方法包括過濾、煮沸、蒸餾和混凝等。1684年，荷蘭博物學家安東·范·列文虎克利用自制的顯微鏡對微生物進行了觀察，并把繪制的微生物略圖公布于世。限于當時的科技水平，這些微生物略圖并未受到重視（直到二百年后，19世紀的科學家才把這些“微生物”與水、健康聯系到一起）。1685年意大利物理學家路西·安東尼奧·保羅設計出多層濾池。該濾池使水流連續通過具有下向流和上向流的兩個部分。

2.計算理論發展簡史。阿基米德（大約公元前250年）為古希臘著名的水力學家，他發明了螺旋泵，并發現了浮力原理。大約在1500年，達·芬奇重視觀察與實驗方法，敘述了相對性原理并歸納了定常流動的連續性原理。意大利人伽利略·伽利雷研究了真空和水靜力學。大約1640年，意大利人貝內代托·卡斯特里發現了流量（Q）、速度（V）和面積（A）之間的關系，即Q=AV。意大利人伊凡吉利斯塔·托里拆利擴展了卡斯特里和伽利略的工作，證明孔口水流速度與水頭的平方根成正比。托里拆利也發明了水銀壓力計，并進行了早期真空實驗研究。

1739年瑞士人丹尼爾·伯努利的《水動力學》的出版，為當時著名的水力原理綱要。其中以描述運動中流體壓力的伯努利原理最為著名。1775年歐拉提出流體運動的描述方法和無粘性流體運動的方程組，并開始研究無粘性無旋流體的平面與空間運動，其中包括水波運動。6年后，法國人約瑟夫·路易斯·拉格朗日引進流函數的概念，獲得無粘性無旋流動所滿足的動力學條件（即拉格朗日定理），提出了求解這類流動的復位勢法，完善了無粘性無旋流動的基本理論。

約在1820年，意大利人喬治·比多內首次系統性研究了水躍理論。同一時期意大利人朱塞佩·文圖羅利繪制了非均勻流壅水曲線。1839年德國人路德維希·哈根描述了層流和紊流兩種流態，建立了這兩類水流的水頭損失方程。他的工作在1941年通過法國人讓·路易斯·泊肅葉證實。哈根-泊肅葉法則相關理論，后來由法國人弗朗茲·紐曼和愛德華·哈根巴克（約1860年）發展。

20世紀初，德國人路德維希·普朗特和他的學生保羅·布拉修斯、西奧多·馮·卡門、約翰·尼古拉茲、赫曼·施利廷等人，研究了邊界層理論，即流體與固體間的相互作用，這些工作形成了達西-維斯巴赫水頭損失計算公式的理論基礎。1944年美國人路易斯·莫迪將前人對摩擦因子、粗糙度和雷諾數之間的關系，重新繪圖，形成了莫迪圖。

目前的研究多數注重水文、水力和水質設計方法的計算機化、高級軟件包的開發，而不是建立新的計算公式。GIS、SCADA、優化和圖形用戶界面的創新，有助于工程技術人員更加有效地運行和管理系統，計算機已經成為工程技術人員桌面不可缺少的常用工具。

（二）綜合分析能力培養

在課堂中納入給水管網中水箱設置與否的優缺點分析、雨水管理優缺點分析等，提高學生分析問題的能力，告誡學生在今后從事工程建設或科研工作中，務必保持不驕不躁、謙虛謹慎、根據實際情況決策的科學態度。

配水系統內蓄水設施包括清水池、水塔、水泵吸水池等，作用為提高供水可靠性、保證水壓、平衡供水量與用水量（處理水量與供水量）之間的流量差、減小管道尺寸、提高運行的靈活性和效率等。但是蓄水設施具有停留時間長、存在死角、容易污染、運行養護難度大等問題。

近年出現了與傳統雨水排除方式不同的雨水管理概念。在雨水管理中，雨水認為是需得妥善管理的資源，應進行源頭控制。雨水在靠近產生源處，不是立即排除，而是在當地儲存、處理或回用。為了改善水質，暴雨徑流的污染效應也被充分重視，許多方法被重新檢驗和完善。

在雨水管理框架內的源頭控制技術，能夠在水量和水質上取得較大的改善。其中水量效益包括：降低了高峰徑流量，緩解了下游排水問題（例如洪水、溢流）;補充了土壤含濕量和地下水;增加了河流基流量，并儲存了回用雨水。水質效益包括：通過降低流量和控制流速，減少了對下游管渠的沖刷;降低了進入受納水體的污染負荷;城市的自然植被和野生生物得到保護和增強。

可是，這些方法也具有許多技術方面的問題，包括：在徑流問題嚴重的密集城市區域，應用受到限制;可能會增加局部系統故障概率（伴隨局部泛洪事件）;加大了設施維護和調控工作;可能污染地下水等。

目前雨水管理的有效性、設置各種源頭控制的技術還沒有被很好地重視，其可能原因包括：缺乏充分的公共場地;需要考慮日常運行維護;與傳統方法相比，很少進行全費用分析;需要考慮系統中采用這些措施的合理性，等等。

（三）企業發展事例

通過介紹著名企業，如紹興水司、新興鑄管、寧波水表、上海凱泉等的企業發展事例，引導學生思考：科技水平要想保持領先，必須要有理論創新和技術創新，而這些創新離不開對細節的精雕細琢和對卓越品質的極致追求。鼓勵學生在學習和生活方面要嚴格要求自己，做到精益求精，領悟工匠精神的內涵。

管網漏損控制一直是供水行業面臨的關鍵問題，也是衡量一個企業經營管理水平的重要標準。經過十幾年的努力，紹興水司一直將控制漏損作為重點工作，不斷實踐與探索，成功地將漏損率從2000年的21.07%控制在2009年之后的5%以內（見圖1）[2]。

經過近五十年的發展成長，新興鑄管股份有限公司銷售網絡覆蓋亞洲、歐洲、非洲、美洲，產品出口世界120多個國家，是全球最大的球墨鑄鐵管及管鑄件研發制造商。新興鑄管股份有限公司有效專利數量1800余項，其中發明專利380余項，PCT14項。

寧波水表（集團）股份有限公司（前身為寧波水表廠）成立于1958年，從單一生產機械水表產品起步。發展到目前，公司年度產銷各類水表近千萬臺，產品覆蓋全球80多個國家和地區，成為水表全球貿易競爭和國際水表標準制定的重要參與者。上海凱泉是集設計/生產/銷售泵、給水設備機泵用控制設備于一體的大型綜合性泵業集團，在上海、浙江、河北、遼寧、安徽等省市擁有7家企業，5個工業園區;內部具有創新思維的梯隊型人才團隊，通過多年努力，目前其業務名列水泵行業之首。

（四）事故案例分析

針對日常給水排水管網系統運行中出現的負面事件，在課堂上組織學生討論，從專業角度分析事故產生的原因（例如野蠻施工、管網倒虹吸和負壓等），教育學生應有安全意識和責任意識，在工程設計、施工、運行管理中應盡量避免類似情況再次發生。

事故案例如：2012年8月14日下午4時左右，哈爾濱遼陽街90號區域地面塌陷，造成2死2傷;當地相關部門給出的原因是：老舊的排污管道斷裂，將地下的防空洞沖塌，泥沙流失導致地面塌陷。2020年4月24日上午，河北省邢臺市廣宗縣部分村莊被曝自來水水質出現異常情況，水質發黃起泡沫并有異味;初步查明原因為現場操作技術員未按照操作規范關閉注水管，由于倒虹吸效應，導致酸液倒流入供水管道。2020年7月26日下午，杭州市西湖區雙浦鎮湖埠村發生自來水異常事件;調查通報顯示，事件是雙浦易腐垃圾處置點設備提供方和運營方調試設備時不規范操作造成，導致污水進入市政供水管道。

（五）專業前沿進展

為了滿足新時期前沿學科的發展需求，在教學中引入對“智慧水務”的內容介紹。

隨著國家發展改革、科技創新、智能制造等相關政策文件的出臺，“互聯網+”、大數據、云計算、人工智能等技術有力推進了給水排水專業技術的快速發展，使給水排水系統管理方便、快捷、高效。智慧水務通過數據采集儀、無線網絡、水質水壓表等在線監測設備實時感知給水排水系統的運行狀態，形成“城市水務物聯網”，將水務信息及時分析與處理，以精細和動態方式管理給水排水系統的生產、管理和服務流程，達到信息采集智能化、數據存儲標準化、水務管理智慧化、決策分析科學化、水務服務定制化等目的[3]。

二、教師要求及教學內容思考

課程思政的載體是課程，實施主體是教師。如果教師對思想政治教育理解不深刻，難以將思政元素和專業課巧妙自然地聯系起來，可能導致學生厭惡思想教育的同時也厭惡專業課的學習，產生適得其反的作用[4]。因此，專業課教師自身思政素質和思想覺悟的提高尤為重要，既要有針對性地加強學習和領悟相關思政內容;也要全方位地深入學習與貫徹國家關于新時期的人才培養戰略和目標;并將思政學習列入日常學習當中。

課程思政不是思政課程，后者以顯性教育為主，前者以隱形教育為主，如果在課堂上不合理地穿插思想政治內容，勢必會影響教學進度[5]。如何將思政教育有機融入專業課程教學過程中，需要不斷探索和改進。因此，筆者認為，并非在每一章節、每一堂課中都要將思政教育作為重要內容，需結合具體章節靈活融入。引用案例時要經過考證，確保案例有代表性，得到社會公認，這樣才不會質疑思政材料所表述的要點。介紹案例時間不一定很長，有些內容可以作為作業，供同學課后討論。

參考文獻

[1]李樹平.城市水系統[M].上海：同濟大學出版社，2015.

[2]陳國揚，陶濤，沈建鑫.供水管網漏損控制[M].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[3]廖正偉，胡彥華，丁陳.智慧水務研究與實踐[M].北京：科學技術出版社，2018.

[4]鄒游，張峰瑋.礦床學教學課程教學活動中的課程思政內容融入方法的淺析[J].科技風，2020（3）：47.

[5]黃草，隆院男，何斯重.新時期工科專業課教學中對課程思政的思考與探索——以“水資源規劃與利用”為例[J].中國多媒體與網絡教學學報，2020（4）：210-211.

Exploration and Thinking on the Ideological and Political Education in the Course of Water Supply and Drainage Network System

LI Shu-ping， XIN Kun-lun

（College of Environmental Science and Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China）

Abstract： The course of Water Supply and Drainage Network System is one of the main courses of water supply and drainage science and engineering major. In the teaching process， we should excavate the ideological and political elements of the course， integrate the ideal and belief education， moral cultivation， legal consciousness and patriotism into the education and teaching. We will supplement and explain the brief history of professional development， professional judgment examples， excellent enterprise development cases， accident cases and professional frontier progress， and strive to improve students innovation consciousness， practical ability and comprehensive quality. At the same time， “curriculum ideological and political education” also puts forward higher requirements for teachers ideological and political quality and ideological consciousness. It is necessary to properly prepare ideological and political education materials and integrate them into classroom teaching.

Key words： Water Supply and Drainage Network System; “curriculum ideological and political education”; comprehensive quality