給排水工程儀表與控制翻轉課堂的教學實踐研究

吳星杰 李麗 程浩亮

*基金資助：西南林業大學教育教學研究項目基金“鄉村振興背景下高等農林創新人才培養的探索與實踐”（基金編號：YB

202307）；西南林業大學教育教學研究項目基金“‘新工科’背景下給排水科學與工程的省一流專業建設探索與實踐”（基

金編號YB202214）；西南林業大學教育科學研究基金“鄉村背景下大學生暑期社會實踐模式改革研究”（基金編號：QN2021

01）。

作者簡介：吳星杰，講師；李麗，通信作者，講師。

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.02.049

摘? 要? 給排水工程儀表與控制課程是一門多學科交叉的理論課程，順應國家高等教育發展趨勢，改革傳統教學模式，推進翻轉課堂的實踐，旨在分析該課程采用翻轉課堂的教學改革具有的優劣勢，從教學設計思路、任務實施計劃、考核方式和成績構成等方面開展一系列教學改革，不斷激發學生能動性，積極性和創造性。

關鍵詞? 給排水工程儀表與控制；翻轉課堂；教學改革

中圖分類號：G642.0? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）02-0049-04

0? 引言

翻轉課堂從“Flipped Class Model”翻譯而來，通常指的是“反轉課堂式教學模式”[1]。在此模式下，學生在課前完成知識的學習，而課堂中，教師和學生進行知識點的探討和延伸，學生不再單純地依靠教師講授獲取知識，而課堂也不再是教師一個人的課堂，教師和學生的角色發生反轉，學生的參與度和活躍度提升，以此改善大學生的學業表現和滿意度[2-3]。該教學模式于2007年由美國邁阿密大學Bergmann和Sams正式提出，2012年被引入中國，在我國高等教育改革的背景下，翻轉課堂近來受到了廣泛的關注，目前，翻轉課堂的理念優勢和教學效果在整體上得到了肯定，但也有學者提出了不同看法，認為翻轉課堂并沒有充足依據表明能夠提升關鍵的通用能力和學業成績[4-5]。國內大學生有其自身的特點，特別是雙非高校的學生，學習存在自主性和自覺性不足的問題，翻轉課堂在應用時應做出相應的調整與變革，因地制宜，因材施教，才能真正發揮其積極功效。

給排水工程儀表與自動化技術水平近幾年有很大提高，促進了行業的技術進步，推動了水工業的成熟與發展，同時也對該領域的工程技術人員提出了更高的要求。給排水工程儀表與控制課程是給排水科學與工程專業學生必修的核心課程之一，主要包含自動控制基本基礎知識、儀器與儀表、水泵的運行控制、管網的在線監測、給水廠自動控制技術、污水廠自動控制技術等內容[6]，是一門在給排水在線檢測儀表與監控技術快速發展與運用的當下孕育而生的一門實用性課程；是一門以水質為中心，知識結構寬廣、多學科交叉的系統課程。該課程旨在培養學生的應變能力，溝通能力和創新能力，為今后的學習生涯和職業生涯奠定良好的基礎。

1? 課程教學現狀

1.1? 內容多，學時少

本課程涉及的內容包括自動控制、儀器儀表、水泵控制、管網在線檢測、自來水廠、污水廠的自動控制技術等，涵蓋高等數學、大學物理、電工學、計算機基礎、給排水工程、環境科學等學科，不僅內容多，而且涉及面廣[7]。課程教學需要兼顧工程能力的培養，又要適應該領域當前快節奏發展的步伐。根據調研，各高校該課程的設置學時為16～32學時，如何在如此短的學時內將較多新知識、新理論講授給學生這對授課教師來說是一個極大的挑戰。

1.2? 理論難，實踐少

本課程基礎的理論知識核心是第一章的自動控制原理，包括傳遞函數、典型環節的動態特性、自動控制的基本方式和品質指標等，這部分課程內容抽象，晦澀難懂，看不見又摸不到，加之給排水專業的學生大學期間并沒有相關課程基礎作為鋪墊，學生存在極大的畏難情緒。如何幫助學生梳理這部分理論知識，并具象理解是一大挑戰。學生雖然通過前面的實驗和實踐課程走進實驗室，參與動手操作各種儀器儀表，但因為印象不深而導致知識的理論與實踐不能很好地結合。而且儀器儀表的更新換代速度較快，水廠自動化控制程度逐年提高，在理論聯系實際方面進一步加大了學生學習的難度。

1.3? 課難教，興趣低

本課程傳統的教學模式為單向的“教師講課，學生聽講”，學生被動接受知識點的傳授，聽之乏味，參與度低，積極性低，很難做到學以致用。課程的前幾章內容側重基本原理，后面幾章內容側重儀表的實踐應用，傳統的講授模式理論和實踐分開，難以實現緊密的聯系，知識存在斷層現象，無法進一步培養學生的創新能力。

2? 翻轉課堂教學改革實踐

筆者所在學校給排水工程儀表與控制課程安排在給排水科學與工程專業本科四年級上半學期，課程跨度為8周，共32個學時，基本理論32個學時，實踐應用安排在綜合實習中進行。通過查閱翻轉課堂的相關教改研究，結合筆者多年一線從教經驗以及所在學校本科生的學習特點，實施完全的翻轉課堂并不現實，需要根據具體情況作相應的調整。為此，以本課程為依托，以翻轉課堂為基點，從教學設計、授課方法、學生作業和成績評定等方面實施改革，探索出路，總結經驗，以滿足和適應當前科技飛速發展對人才的要求。

2.1? 分模塊，各擊破

對教材內容進行模塊化重組，如圖1所示。將第2章給排水自動化儀表與設備與第3章水泵及管道系統的控制調節組合為模塊1，將第5章污水處理廠的檢測與儀表和第6章的污水處理廠的監視操作與自動控制內容組合為模塊4，其余章節模塊不變。重組優化后的教材內容更加精煉，在學時分配上更能適應培養方案中本課程學時少的背景要求，模塊1和模塊2是基礎知識，模塊3和模塊4是知識的綜合運用提升。同時與時俱進，增補和刪減教材中過時的內容，使得重難點突出，加強課程系統性和邏輯性。把難點放在模塊1自動控制基礎知識中的傳遞函數和雙位邏輯控制系統，重點放在模塊2中典型的水質檢測技術、水泵的控制技術。模塊3和模塊4作為知識串講內容。

2.2? 簡理論，強引導

結合4個模塊的課程內容，將翻轉課堂設計成不同的翻轉度，翻轉程度主要以教師的上課時間占比課堂時間量化。如表1所示，針對模塊1，自動控制基礎知識，設計為“小尺度翻轉”模式，翻轉度20%。理論原理類型的課程不適合大幅度的翻轉課堂，但小幅度的微翻轉模式可以引導學生主動參與學習[8]。主要方式是教師將模塊1中的精講內容提煉出來，不可面面俱到，做到簡明扼要易于掌握，并在課前發布教學重點和學生需要參與討論的問題，學生熟悉重點并帶著問題聽課，課中主要以教師講解為主，同時可根據具體情況邀請友鄰學院的自動化控制專業教師、業內資深工程師以專題的形式進行講解授課，就重點內容開展課堂討論，并將學生課堂討論的表現計入平時成績。總結“小尺度翻轉”的教學思路為：提出問題、課堂講解、討論問題、解決問題、總結點評。

2.3? 重實踐，養思考

針對模塊2，給排水自動化儀表與設備，設計為“中尺度翻轉”模式，翻轉度60%。在進入模塊2課程學習之前，將課程的重要知識點再次切分成若干個子模塊，學生分成若干小組，每組4～6人，以隨機分配或小組認領的形式讓每組學生對其中一個子模塊進行專題研究，查閱資料，制作小組PPT、帶著實驗儀器走進課堂，學生以小組為單位上臺進行調研學習成果匯報，并演示儀器操作，教師進行點評，并針對重要知識點進行提問，臺上臺下學生進行搶答，小組評分由教師評分和學生互評組成，累計積分計入平時成績。為了方便翻轉課堂教學，使用教學軟件雨課堂，學生用微信掃碼登錄教學平臺，在到課考勤、問答環節、教師打分、學生互評環節都能做到實時高效，公開透明。在此階段學生不僅需要提前熟悉了解各種儀器儀表的工作原理、特點和適用情況，更需要通過多渠道獲得當下較新儀表設備及其應用，有效地解決了教材內容滯后于科學發展所帶來的問題，在問答的溝通交流中學生可以取長補短，擴展和豐富知識，教師引導學生思考，知識不斷拓展外延，打開思路，提高參與度。

2.4? 走出去，看進來

針對模塊3和模塊4，自來水廠的自動控制技術和污水廠的自動控制技術，設計為“大尺度翻轉”模式，翻轉度80%。教師帶領學生走出課堂，到水廠和污水廠聽取工程師講解，了解水質監測儀器儀表及其自動化運行，了解水廠和污水處理廠“大腦”中央控制室的功能、作用、運行情況和操作方式。以小組為單位完成調研，最后回到課堂匯報實習成果。在這個翻轉尺度下，學生為主導，教師只起到組織和引導作用。課堂上由小組匯報學習成果，教師組織互評和課堂討論，并進行點評和總結。翻轉課堂具體三個尺度的翻轉度和課時分配詳見表1。

2.5? 提效率，再創新

通過理論學習、資料查閱、動手操作、進廠參觀等方面的學習，學生已經具備了一定的知識儲備，教師引導學生選擇自己感興趣的學科前沿知識，將理論教學與“互聯網+”“挑戰杯”“數學建模大賽”等課外競賽活動相結合，通過課外競賽活動使理論與實踐充分結合與延展，不斷激發學生的科研創新能力。

3? 翻轉課堂教學改革結果分析

3.1? 學生評教

筆者所在學校教務處每年開展學生評教工作，2018—2020年給排水工程儀表與控制課程的學生評教平均分83（滿分100分），2021年改課程的學生評教分數為95。就學生提交的調研報告、平時作業而言，實施翻轉課堂后學生完成作業的效率和質量大大提高。

課程結束后，對學生進行問卷調查和隨機訪談，在參與問卷調查的44名給排水本科四年級學生中，有43名學生參與了問卷調查，問卷有效率97.7%，隨機抽樣訪談的學生有8名（約占總人數的18.2%）。

由于課程內容多、涉及面廣、難點難，所以學生普遍感覺課程不易學、負擔重。實施翻轉課堂后，知識點能得到提前預習，并且與生活生產結合，知識的應用變得實際而有用，因此有93%的學生表示翻轉課堂教學改革對綜合能力的提升有較大的幫助。學生比較喜歡的環節包括專家專題、小組匯報、問題搶答、參觀實習。

3.2? 課程成績

采用翻轉課堂教學模式后，學生的課堂參與度明顯改善，參與互動人次較未開展教學改革前提高了38%，小組互動、課堂答疑，課后答疑互動等次數提高了90%以上，期末課程成績提高10.39%。

3.3? 科研能力

科研能力包括課內完成的論文和各種課外競賽活動獲獎，課程的考核部分要求完成結課論文，學生分組完成科技論文的撰寫，從單一的試卷考核中跳出，不僅讓學生充分了解行業的學術前沿，更提高了學生的科研思維和科技論文的撰寫能力。教師從完成情況中擇優挑選，指導修改后發表在學術期刊上。同時，鼓勵學生積極參與各類課外競賽活

動，獲得省級大學生創新創業項目3項，校級“互聯網+”競賽獲得3項銅獎。

4? 討論與建議

4.1? 小翻轉與大翻轉結合

我國的大學生有其自身的學習特點，尤其是大多數非211、非985高校的大學生長期處于被動學習、應試學習狀態，學習的主動性和自覺性比較弱，上課時學生很少主動提問參與討論，因此，設計翻轉課堂為三個尺度，既考慮學生的學習特點，又考慮充分地利用翻轉課堂的優勢進行教學應用，學生能從小尺度到大尺度逐步適應主動學習、主動思考的翻轉教學模式。

4.2? 內翻轉延伸至外翻轉

學生對于課程的學習不再局限于課堂和書本的知識，同時也延伸到自己感興趣的專題研究，鼓勵學生通過多媒介查閱資料，撰寫論文，參與課外競賽，有更多的機會與更多優秀的教師和志同道合的同學進行學術探討，教學相長。

4.3? 素養的提升與創新的培養

通過結課論文的撰寫，學生能更深入地了解行業的發展和學科的前沿，他們能發現問題，分析問題，并對問題解決有自己獨特的見解和創新的想法，教師指導學生修改完善論文發表至學術期刊，不僅增強了學生的自主意識更激發學生學習的熱情，為學生今后的學習生涯和職業規劃奠定良好的基礎。

5? 結束語

在知識迭代更新飛速的今天，不僅學生的學習模式在不斷更新，教師的教學模式也需要不斷更新以適應時代的發展和就業市場對于人才的需求。本課程的翻轉課堂教學改革實踐雖然取得了一定的成效，但也要清醒地認識翻轉課堂的局限性，實施翻轉課堂需要教師和學生花費大量的時間精力在課后完成，這無形之中會增加教師和學生的教學壓力和學習壓力，想要翻轉課堂能充分發揮其功效，需要學校、教務處、學院教學管理部門等協調一致，多方聯動。因此，筆者還需要進一步研究和求證，并謹慎前行。

6? 參考文獻

[1] ABEYSEKERA L， DAWSON P. Motivation and cognitiveload

in the flipped classroom： definition， rationale

and a call for research[J].Higher Education Re-

search & Development，2005（1）：1-14.

[2] Gerald C. Gannod， Janet E. Burge， Michael T.

Helmick. Using the Inverted Classroom to teach

Software Engineering[J].International Journal of

e-Education， e –Business， e-Management and e-

Learning，2013，3（2）：121-125.

[3] Bretzmann， J. Flipping 2.0： Practical Strategies

for Flipping Your Class[M].New Berlin： The

Bretzmann Group，2013：80-89.

[4] Jensen， J. L.， Kummer， T. A.& Godoy， P. D. Improve-

ments from a flipped classroom may simply be the

fruits of active learning[J].CBE-Life Sciences

Education，2015，14（1）：1-12.

[5] Findlay-Thompson， S．& Mombourquette， P. Evalu-

ation of a flipped classroom in an undergraduate

business course[J].Business Education & Accredit-

ation，2014，6（1）：63-71.

[6] 崔福義.給排水工程儀表與控制[M].北京：中國建筑工

業出版社，2017：8-13.

[7] 許航，沈楨，鄭曉英，等.《給排水工程儀表與控制》課

程的教學改革與實踐[J].教育現代化，2018，5（53）：96-

97，108.

[8] 吳蔚.建筑設備課程之“翻轉課堂”[J].高等建筑教

育，2019，28（4）：79-84.