新工科背景下“給排水+智能化”課程群的構建與實施

摘 要 文章聚焦新工科背景下“給排水+智能化”課程群的構建方法，通過深入分析智能化技術在給排水系統中的應用現狀，為課程群設計奠定理論基礎?；诖?，文章提出了課程群的構建原則，并設計了涵蓋基礎、專業核心和實踐創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、開發新型教材、深化校企合作等具體策略。

關鍵詞 智能化技術；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型的重大機遇與挑戰。作為城市基礎設施的核心組成部分，給排水系統的智能化發展不僅符合國家“人工智能+新工科”的戰略方向，還是應對城市化進程加速和全球氣候變化的必然選擇。近年來，物聯網（IoT）、大數據、人工智能（AI）和云計算等技術在給排水領域的廣泛應用，實現了系統的實時監測、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，這一技術革新也對人才培養提出了新的要求。傳統的教育模式難以滿足行業對既精通專業知識又掌握智能化技術的人才需求，導致人才供給與市場需求脫節[3]。因此，將智能化技術納入給排水科學與工程專業的課程體系中，對培養符合行業發展需求的復合型人才至關重要。

本文旨在探索一套適應新工科背景下“給排水+智能化”課程群構建和實施的方法，通過深入分析智能化技術在給排水系統中的應用現狀，設計符合行業需求的課程內容，并提出切實可行的實施策略。

1" 智能化技術在給排水系統中的應用分析

1.1" 智能水網絡系統

智能水網絡系統是城市水資源管理的核心，通過集成先進的傳感器、物聯網（IoT）和數據分析技術，實現對供水系統的實時監控和管理。該系統主要包含智能供水管網系統、智能排水系統和智能壓力調節技術等關鍵組成部分。智能供水管網系統能夠實時監測和管理水網絡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質量[4]。智能排水系統則實現了從降雨到城市河流、水用戶和污水處理廠的實時監控、分析和控制，有效控制城市內澇問題，提高排水能力。智能壓力調節技術通過動態調節供水壓力，不僅滿足了用戶需求，還顯著提高了供水系統的效率和穩定性[5]。

1.2" 智能水處理系統

在水處理領域，人工智能和機器學習技術正在革新傳統的水處理流程[6]。這些先進技術被用于優化絮凝、沉淀、過濾等處理單元的運行參數，預測和控制消毒副產物的生成，以及優化膜過濾系統的運行和清洗策略。同時，智能水監測系統通過集成多種傳感器和人工智能技術，實現了水位和水質的動態調整和優化管理，不僅提高了測量精度，還顯著節約了成本，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

智能建筑給排水系統通過智能水表和漏損管理、智能衛生器具與節水設備，以及人工智能在設計中的應用，展現出高效、節能的水資源管理潛力。智能水表實時監測用水情況，快速識別異常，提升節水意識并降低管理成本。智能衛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，人工智能優化設計過程，自動化管網布置和水力計算，顯著提升設計質量與效率，降低項目成本，推動了建筑給排水領域的智能化與可持續發展[7]。

2" “給排水+智能化”課程群的構建

2.1" 構建原則

課程群構建應遵循新工科理念，強調學科交叉融合、產學研協同和實踐導向，以行業需求為指引，設計符合智慧水務發展趨勢的課程體系，突出專業特色與時代要求。同時，課程群構建應注重課程內容的系統性和連貫性，確保知識傳授的邏輯性和遞進性，形成從基礎理論到應用實踐的完整知識體系。此外，課程群構建應突出“以學生為中心”的教學理念，創設工學結合的教學環境，培養學生的創新思維和實踐能力，為培養適應智慧水務發展需求的復合型人才奠定基礎。

2.2" 課程群模塊設計

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

2.2.1" 基礎課程模塊

該模塊包括物聯網與傳感技術、數據解析與處理、人工智能基礎等課程，旨在為學生打下堅實的知識基礎，幫助學生理解智能系統的基本原理和數據處理方法。物聯網與傳感技術課程側重于物聯網的基本構成及其在給排水系統中的實際應用，涵蓋傳感器的原理與類型，以及在智慧水務中實施數據采集的方法。數據解析與處理課程旨在提升學生的數據分析技能，通過介紹統計學、數據挖掘及其在決策中的應用，使學生能夠有效地處理與分析大數據。人工智能基礎課程介紹人工智能的基本概念、技術及其在各行業中的應用，幫助學生建立對AI技術的初步理解，為后續智能化課程打下堅實的基礎。

2.2.2" 專業核心課程模塊

該模塊涵蓋智能給排水系統設計、智能排水與污水處理、智能化業務管理等課程，專注于培養學生在智能化系統設計和環保技術應用方面的專業能力。智能給排水系統設計課程通過系統講解智能給排水系統的設計原理和實施方法，使學生掌握系統集成和優化的技術，提升其在實際項目中的應用能力。智能排水與污水處理課程涉及現代排水及污水處理技術，強調環保和可持續發展理念，學生可以學習先進的處理技術和管理方法，以適應行業發展的需求。智能化業務管理課程將培養學生的管理能力，涵蓋行業運營、業務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" 實踐創新模塊

該模塊通過產學研合作項目和創新創業訓練，加強學生的實踐動手能力，提升其創新思維與創業意識，讓他們在真實環境中鍛煉與成長。產學研合作項目讓學校與行業企業合作，學生將在真實的工作環境中參與項目，增強其實踐能力和團隊協作能力。創新創業訓練通過項目設計與案例分析，激發學生的創新思維，培養其解決實際問題的能力，鼓勵他們在智慧水務領域展現創業潛力。

通過基礎課程模塊、專業核心課程模塊和實踐創新模塊的合理設計，“給排水+智能化”課程群能有效地結合企業需求，提升學生的綜合素質。

2.3" 課程群實施策略

2.3.1" 加強教師隊伍建設

教師隊伍建設是課程群實施的關鍵基礎。首先，學校應組織現有教師參加智能化技術相關的培訓課程和工作坊，提升他們在人工智能、大數據分析和物聯網等領域的專業知識。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專家擔任兼職教師，或者安排教師到企業進行定期實踐，確保教師隊伍既有扎實的理論基礎，又有豐富的實踐經驗。

2.3.2" 加強教材開發與資源建設

針對“給排水+智能化”這一新興領域，學校需開發符合時代需求的新教材。學?？山M織校內外專家共同編寫涵蓋智能化技術在給排水領域應用的系列教材，確保內容的前沿性和實用性。同時，學校應建設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，建立動態更新的數字資源庫至關重要。智慧水務是一個快速發展的領域，教學內容需要與行業發展保持同步。通過建立數字資源庫，可以實時更新最新的技術發展、行業動態和案例分析，確保學生能夠接觸到最前沿的知識。

2.3.3" 增設跨學科課程

與計算機科學、數據科學等相關學科聯合開設部分跨學科課程，可以有效增強學生的智能化技術背景。學?？梢栽O計如“水務大數據分析”“智慧水務物聯網技術”等跨學科課程，由不同專業的教師共同授課。同時，學校可鼓勵學生選修相關學科的基礎課程，如程序設計、數據庫原理等，為他們掌握智能化技術奠定基礎。此外，學?？梢越M織跨學科的項目團隊，讓不同專業背景的學生合作完成綜合性項目，培養他們的團隊協作能力和跨學科思維。通過這種方式，不僅可以培養學生的復合型知識結構，還能為其將來的跨領域創新打下基礎。

2.3.4" 引入案例教學法

采用真實案例作為教學素材，通過項目驅動教學，可以有效增強學生的實際應用能力。教師可以收集和整理智慧水務領域的典型案例，如智能管網監控、水質預警系統等，形成系統的案例庫。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用。同時，教師可以設計基于真實項目的課程作業，讓學生在模擬真實環境中解決問題，培養他們的綜合應用能力和創新思維。此外，教師可組織學生參與案例競賽或創新設計比賽，激發他們的學習熱情和創造力。

2.3.5" 深化校企協同與產學研融合

校企協同與產學研融合是課程群建設中的重要環節。首先，學校可與智慧化水務公司建立長期的合作關系，共同建設實習基地和聯合實驗室，使學生直接接觸到行業最新的技術和設備，了解實際工作流程，從而增強實踐能力和職業認知。同時，學校應設立產學研合作項目，讓學生參與真實的智慧水務項目，從而培養他們解決實際問題的能力。其次，學校應定期邀請業界專家、學者和學生共同參與行業論壇或技術研討會，為學生提供與行業專家直接交流的機會，這有助于他們明確職業規劃和學習目標。最后，學校應定期收集企業對畢業生的評價，了解行業對人才的最新需求，及時調整人才培養方案，同時跟蹤畢業生的職業發展情況，分析課程群對學生未來發展的影響，進而不斷優化課程設置和教學方法。

3" 總結

在新工科背景下，構建“給排水+智能化”課程群是順應時代發展、培養智慧水務人才的重要舉措。構建“給排水+智能化”課程群需遵循系統性、前沿性和實用性的原則，通過基礎、專業核心和實踐創新三個模塊的設計，可以全面涵蓋學生所需的知識體系和能力培養。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、開發適應新技術的教材、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）。

參考文獻

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