“給排水科學與工程概論”翻轉課堂實踐研究

李倩 王高駿 任勇翔

[摘 要] “給排水科學與工程概論”是給排水科學與工程專業重要的專業基礎課程，對引導學生構建基本的專業知識體系、激發專業學習興趣具有重要意義。針對傳統教學模式存在的以“教”為主導、學生學習興趣不足等弊端，結合實際案例，探討在人才培養質量全面提升需求的驅動下，翻轉課堂式教學改革的必要性，創新了以學生自主學習能力培養、團隊協作能力提升、個人表達能力增強、科研創新興趣激發為核心的翻轉課堂教學模式，也為各類學科改革提供了參考。

[關鍵詞] 給排水科學與工程概論;翻轉課堂;教學改革;創新能力培養

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

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

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

“給排水科學與工程概論”（以下簡稱“概論”）是給排水科學與工程專業面向新生開設的導論課程，其目的在于引導學生初步了解專業內涵與知識體系，具備簡單的工程問題分析能力，對激發學習興趣、開拓專業思維、牢固知識基礎具有重要意義[1]。但由于學生專業基礎薄弱且課時量有限，概論類課程仍采用以教師、教科書、教室為中心的教學組織形式，很難激發學生自主學習的興趣和積極性，導致教學效果不佳[2]。

近年來，隨著國家“雙萬計劃”的深入推進，以及微課、慕課等互聯網在線課程的不斷發展，基于課前學生自主學習、課堂師生互動答疑的翻轉課堂教學模式已成為教育改革的重要模式之一。相較傳統的教學模式，翻轉課堂強調以學生為中心，突破了課堂教學的時間和空間限制，將“學”與“教”的主動權交給學生，從而提高了學生自主學習的能力與效率[3]。然而，“概論”課程知識點多、覆蓋面廣，學生對專業知識系統性自主學習和理解能力有限，如何將傳統教學與翻轉課堂相結合，形成適用于“概論”課程特點的翻轉課堂模式仍有待探索。

一、“概論”課程教學改革的必要性

“概論”課程內容主要是專業知識的宏觀性介紹，旨在引導學生初步、淺層地了解專業知識的基本構架，進而合理把握學習重點，激發學生學習專業知識的興趣。課程知識點難度相對較小，知識外延的可擴展性強，具有通過翻轉課堂教學模式提升人才培養質量的可行性。

（一）知識外延擴展

“概論”教材以水的良性社會循環為主線，涵蓋水資源利用與保護、給排水管網、水質工程、建筑給排水、給排水設備、水工程施工與經濟等專業內容，由于課時有限，教材通常以基礎的概念、理論及技術闡述為主。隨著我國經濟與科技的快速發展，給排水行業的內涵及外延不斷擴展，其面向的主要問題已由水量問題轉變為水質水量矛盾并存、污廢水資源化需求迫切、水生態環境亟待改善[4]。近年來，黑臭水體、海綿城市、綜合管廊及水處理新技術成為行業熱點，但現有教材難以充分體現。因此，在講授基礎知識的同時，通過建立線上教學資源庫，強化線下交流討論，進一步拓展和豐富課程體系，有助于學生及時了解給排水行業的前沿動態及發展趨勢。

（二）創新能力驅動

隨著社會對本科人才培養質量要求的不斷提升，創新能力已成為人才培養的重要環節。基于此，高校各類創新創業競賽及科研訓練項目層出不窮。但是，“給排水科學與工程概論”等工科專業的核心專業課程開設較晚，導致低年級學生有參加創新創業及科研項目的熱情和時間，卻缺乏相關專業知識的積累，難以實現創新能力與專業能力培養的協同互促，而專業導論性質的“概論”課程在為低年級學生架起專業知識與創新創業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”的教學模式，將學生“學”的訴求前置于“教”，用“教”引導學生自主的“學”，從而激發學生的學習興趣，使學生盡早對學科全貌有充分認識與把握，對專業知識及行業動態有系統性了解，實現專業知識與創新創業的深度融合。

（三）工程實踐需求

在卓越工程師教育培養計劃及新工科建設等人才培養導向，以及應用型人才培養質量提升需求驅動下，成果導向教育（Outcome-based Education， OBE）已成為專業質量標準的認定依據。與傳統教學體系相比，OBE教學體系更強調教學過程中學生的參與度，以及與實踐的結合度[5]。給排水科學與工程專業的實踐性較強，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節[6]，因此，更需要在掌握教材內容的基礎上通過專題研討、團隊合作等形式，激發學生對實際工程問題的深度思考，為培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才奠定基礎。

二、“概論”課程翻轉課堂設計

（一）設計原則

“概論”課程面向低年級本科生，學生理論知識相對薄弱，尚未形成系統的學科及專業認知。在翻轉課堂設計時，應加強課程體系整體設計，提高課程建設的規劃性、系統性，引導學生多讀書、深思考、善提問、勤實踐。以“教”為基礎，通過短學時授課，幫助學生打通專業知識壁壘;再以“學”為目的，結合多元形式教學，提升學生自主學習的興趣和積極性。

（二）基本構架

如圖1所示，“概論”課程的翻轉課堂包括課堂授課、自主學習和專題匯報三個環節，其中課堂授課環節以主要知識點講授為主，使學生掌握基本概念、搭建知識框架;自主學習環節則依托線上教學平臺及網絡資源，通過作業及課后思考使學生在掌握核心知識點的基礎上進一步深化專業學習，拓展知識邊界;專題匯報環節在課堂授課和自主學習的基礎上，由學生自主選題、文獻閱讀、信息梳理，并以專題匯報的形式進行展示，強化學生科研創新興趣及綜合能力的培養。

三、案例解析

以西安建筑科技大學給排水科學與工程專業大一學生為對象，結合傳統教學組織存在的教學形式過于單一，導致學生自主學習積極性、主動性差等問題，以及國家對本科生綜合能力培養的新要求，提出了涵蓋課堂授課、自主學習和專題匯報三個關鍵環節的“概論”課程翻轉課堂教學改革具體方案，在分析實施效果的基礎上提出持續改進策略。

（一）實施方案

1.課堂教學。“概論”課程采用高等學校給水排水工程專業指導委員會規劃推薦的《給排水科學與工程概論（第3版）》（李圭白等編）作為專業教材。該教材較全面地反映了學科發展現狀，符合初學者認知學習規律，但是對于當前技術發展趨勢及前沿動態涉獵較少。因此，為使學生對給排水科學與工程專業有更為系統的認知，幫助低年級學生在各類創新創業中能夠結合專業知識選題，同時激發學生對實際工程問題的深度思考，在課堂教學設計過程中應詳細規劃每學時涵蓋的教學內容，以課本內容為主，課外知識及工程案例為輔，做到深淺結合。由于西安建筑科技大學給排水專業的“概論”課程僅安排16學時，實施方案中將12個學時用于課堂授課，4個學時用于專題匯報，授課內容緊扣水的良性社會循環這一主線，對教材8個章節知識點進行凝練，并引導學生關注污水資源化、生態文明建設等政策導向，以及行業動態與新技術發展趨勢，幫助學生初步構建專業知識體系，為學生自主學習奠定基礎。

2.線上平臺。課堂教學環節側重于關鍵知識點的梳理和知識體系構建，為便于學生理解，內容相對淺顯。而線上教學則能利用互聯網教學資源擴展課堂教學的時間和空間，延展學生學習的縱向深度。在線上教學平臺建設過程中，一方面按章節構建線上教學資源庫，以動畫、視頻等教學形式為主，并深化行業發展新趨勢等內容;另一方面建立彈性學生組織模式，通過線上班級管理，在課堂教學后有針對性地布置作業及討論題，引導學生深入思考，并在課堂教學環節進行問題討論和解答，實現線下—線上—線下交互，拓展知識外延與縱深。

3.分組匯報。為進一步提升學生探索創新、團隊協作、個人表達等方面的能力，鞏固課堂授課和自主學習成果，在完成線上線下混合式教學的基礎上，以分組專題匯報的形式考查學生的綜合學習效果。首先，按每組3～5名學生進行分組，學生通過興趣點梳理、信息查閱完成自主選題。隨后，基于所選主題進行資料收集、整理及PPT制作。最后，在課堂教學的專題匯報環節進行小組陳述并回答提問。授課教師與各組組長根據每組的匯報表達、PPT制作、內容選擇、問題回答、時間控制等方面進行打分。各組組長對組內每位同學的貢獻進行賦分，將匯報成績按組長賦分折算后作為每位學生的最終成績。

（二）實施成效

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

從成績評定來看，學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），表明通過翻轉課堂教學改革，學生能夠在混合式教學基礎上，通過團隊協作較好地完成自主選題內容的梳理、凝練及表達。授課教師打分及各組組長打分呈現出較強的相關性（R2=0.7889），說明學生對專題匯報選題、PPT制作、完成度的認知基本與教師一致（見圖5）。

翻轉課堂教學改革過程中，學生對專業知識自主學習的興趣及積極性顯著提升，鍛煉了學生團結協作、個人表達等綜合能力。本屆學生參加學校各類創新創業競賽、社會實踐及科研訓練項目的比例較往屆提升了近10倍。

結語

隨著本科教育教學改革的深化以及人才培養質量的提升，將創新能力培養融入課程體系勢在必行。“給排水科學與工程概論”作為給排水科學與工程專業的入門課程，對幫助學生打牢專業基礎具有重要作用。由于“概論”課程內容覆蓋面廣但課時量有限，傳統教學模式往往以“教”為中心，忽視了學生的主觀能動性，因此，需要對教學模式進行改革。基于混合式教學的翻轉課堂教學模式能夠充分利用線上線下教學資源優勢，結合學生團隊合作訓練，強化新時期人才培養質量，對于拓展知識外延、培養創造性思維、激發自主學習興趣、提升個人表達能力與團隊協作意識具有積極意義。

參考文獻

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

[2]張艷梅，張衛民，孫鑫，等.基于“微課”教學的“給排水科學與工程概論”的教改研究[J].東華理工大學學報（社會科學版），2019，38（3）：285-288.

[3]莫永誼.翻轉課堂教學理念下的合作學習模式研究[J].學位與研究生教育，2016（4）：18-22.

[4]崔福義，張曉健，高乃云，等.給排水科學與工程（給水排水工程）專業的建設與發展[J].給水排水，2013，49（4）：1-3.

[5]張純，汪彩文，汪愛河，等.基于專業認證的給排水科學與工程專業工程教育與工程能力培養與實踐[J].高教學刊，2019（17）：155-156+159.

[6]賈如升，宋新偉，楊杰，等.以工程教育認證為導向的給排水科學與工程專業實踐教學[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