“给排水科学与工程概论”翻转课堂实践研究

李  倩，王高骏，任勇翔 

（西安建筑科技大学 环境与市政工程学院，陕西西安  710055）

[摘   要]：给排水科学与工程概论是给排水科学与工程专业重要的专业基础课程，对引导学生构建基本的专业知识体系、激发专业学习兴趣具有重要意义。针对传统教学模式存在的以“教”为主导致学生学习兴趣不足等弊端，结合实际案例，探讨了在人才培养质量全面提升需求的驱动下，翻转课堂式教学改革的必要性，创新了以学生自主学习能力培养，团队协作能力提升，个人表达能力增强、科研创新兴趣激发为核心的反转课堂教学模式，也为各类学科改革提供了参考。

[关键词]：给排水科学与工程概论；翻转课堂；教学改革；创新能力培养

[基金项目]:2019.01 西安建筑科技大学 陕西省一流专业建设项目子项目（YLZY0101K03）：项目名称：给排水科学与工程概论翻转课堂教学实践研究。

[作者简介] : 李倩（1987-），女，陕西西安人，工学博士，西安建筑科技大学环境与市政工程学院，教授，主要研究污废水/废弃物资源能源化;王高骏（1990-），男，汉，山东省济南市，博士研究生，西安建筑科技大学，讲师，主要研究环境废弃物资源化处理技术;任勇翔（1968-），男，陕西铜川人，工学博士，西安建筑科技大学环境与市政工程学院，教授，环境与市政工程学院前院长[通讯作者]，主要研究水处理理论与技术。

[中图分类号] :G642.0   [文献标识码]:A      

    “给排水科学与工程概论”（简称“概论”）是给排水科学与工程专业面向新生开设的导论课程，其目的在于引导学生初步了解专业内涵与知识体系，具备简单的工程问题分析能力，对激发学习兴趣、开拓专业思维、牢固知识基础具有重要意义^[1]。但由于学生专业基础薄弱且课时量有限，大多概论类课程仍采用以教师、教科书、教室为中心的教学组织形式，很难激发学生自主学习的兴趣和积极性，导致教学效果不佳^[2]。

近年来，随着国家“双万计划”的深入推进，以及微课、慕课等互联网在线课程的不断发展，基于课前学生自主学习、课堂师生互动答疑的“翻转课堂”教学模式已成为教育改革的新浪潮。相较传统的教学形式而言，翻转课堂强调以学生为中心，突破了课堂教学的时间和空间限制，将“学”与“教”的主动权倾向学生，从而提高学生自主学习的能力与效率^[3]。然而，概论课程知识点多、覆盖面广，并且 “零基础”的学生对专业知识系统性自主学习和理解能力有限，如何将传统教学与翻转课堂相结合，形成适用于概论课程特点的翻转课堂模式仍有待探索。

1 “概论”课程教学改革的必要性

概论课程内容主要为专业知识的宏观性介绍，旨在引导学生初步、浅层的了解专业知识的基本构架，进而合理把握学习重点，激发学生学习专业知识的兴趣。课程知识点难度相对较小，知识外延的可扩展性强，具有通过翻转课堂教学模式提升人才培养质量的可行性。

1.1 知识外延扩展

概论教材以水的良性社会循环为主线，涵盖水资源利用与保护、给排水管网、水质工程、建筑给排水、给排水设备、水工程施工与经济等专业内容，由于课时量有限，教材通常以基础的概念、理论及技术阐述为主。随着我国经济与科技的快速发展，给排水行业的内涵及外延不断扩展，其面向的主要问题已由水量问题转变为水质水量矛盾并存、污废水资源化需求迫切、水生态环境亟待改善^[4]。近年来，黑臭水体、海绵城市、综合管廊以及水处理新技术成为行业热点，但现有教材难以充分体现。因此，在讲授基础知识的同时，通过建立线上教学资源库、强化线下交流讨论，进一步拓展和丰富课程体系，有助于学生及时了解给排水行业的前沿动态及发展趋势。

1.2 创新能力驱动

随着教育部对本科人才培养质量要求的不断提升，创新能力已成为人才培养的重要环节。基于此，高校各类创新创业竞赛及科研训练项目层出不穷。但是，给排水科学与工程等工科专业的核心专业课程开设较晚，导致低年级学生空有参加创新创业及科研项目的热情和时间，却缺乏相关专业知识的积累，难以实现创新能力与专业能力培养的协同互促，而专业导论性质的概论课程在为低年级学生架起专业知识与创新创业之间桥梁的这一过程中尤为重要。因此，需要彻底改变“填鸭式”的教学模式，将学生“学”的诉求前置于“教”，用“教”引导学生自主的“学”，从而激发学生的学习兴趣，使学生尽早的对学科全貌有充分认识与把握，专业知识及行业动态有系统性了解，实现专业知识与创新创业的深度融合。

1.3 工程实践需求

在“卓越工程师教育培养计划”及“新工科建设”等人才培养导向、以及应用型人才培养质量提升需求驱动下，成果导向教育（Outcome-Based-Education，OBE）已成为专业质量标准的认定依据。与传统教学体系相比，OBE教学体系更强调教学过程中学生的参与度以及与实践的结合度^[5]。给排水科学与工程专业的实践性较强，但概论课程倾向于宏观讲授，缺乏与实际工程衔接的实践环节^[6]，因此，更需要在掌握教材内容的基础上通过专题研讨、团队合作等形式，激发学生对实际工程问题的深度思考，为培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才典型基础。

2 “概论”课程翻转课堂设计

2.1 设计原则

概论课程面向低年级本科生，其理论知识相对薄弱，尚未形成系统的学科及专业认知。在翻转课堂设计时，应加强课程体系整体设计，提高课程建设规划性、系统性，引导学生多读书、深思考、善提问、勤实践。以“教”为基础，通过短学时授课，帮助学生打通专业知识壁垒；再以“学”为 目的，结合多元形式教学，提升学生自主学习的兴趣和积极性。

2.2 基本构架

如图1所示，概论课程的翻转课堂包括课堂授课、自主学习和专题汇报三个环节，其中课堂授课环节以主要知识点讲授为主，使学生掌握基本概念、搭建知识框架；自主学习环节则依托线上教学平台及网络资源，通过作业及课后思考使学生在掌握核心知识点的基础上进一步深化专业学习，拓展知识边界；专题汇报环节在课堂授课和自主学习的基础上，由学生自主选题、文献阅读、信息梳理，并以专题汇报的形式进行展示，强化学生科研创新兴趣及综合能力的培养。

图1 翻转课堂基本构架

3 案例解析

以西安建筑科技大学给排水科学与工程专业大一学生为对象，结合传统教学组织存在的教学形式过于单一，导致学生自主学习积极性、主动性差等问题，以及国家对本科生综合能力培养的新需求，提出了涵盖课堂授课、自主学习和专题汇报3个关键环节的概论课程翻转课堂教学改革具体方案，在分析实施效果的基础上提出持续改进策略。

3.1 实施方案

1）课堂教学

概论课程采用高等学校给水排水工程专业指导委员会规划推荐的《给排水科学于工程概论（第3版）》（李圭白等编）作为专业教材，较全面地反映了学科发展现状，符合初学者认知学习规律，但是对于当前的技术发展趋势及前沿动态涉猎较少。因此，为了使学生对给排水科学与工程专业有更为系统的认知，帮助低年级学生在各类创新创业中能够与专业知识相结合进行选题，同时激发学生对实际工程问题的深度思考，在课堂教学设计过程中应详细规划每学时涵盖的教学内容，课本内容为主、课外知识及工程案例为辅，做到深浅结合。由于西安建筑科技大学给排水专业的概论课程仅安排16学时，实施方案中将12个学时用于课堂授课，4个学时用于专题汇报，授课内容紧扣水的良性社会循环这一主线，对教材8个章节知识点进行凝练，并引导学生关注污水资源化、生态文明建设等政策导向，以及行业动态与新技术发展趋势，帮助学生初步构建专业知识体系，为学生自主学习奠定基础。

2）线上平台

课堂教学环节侧重于关键知识点的梳理和知识体系构建，为便于学生理解，内容相对浅显。而线上教学则能利用互联网教学资源扩展课堂教学的实践和空间，延展学生学习的纵向深度。在线上教学平台建设过程中，一方面按章节构建线上教学资源库，以动画、视频等教学形式为主，并深化行业发展新趋势等内容；另一方面建立弹性学生组织模式，通过线上班级管理，在课堂教学后有针对性的布置作业及讨论题，引导学生深入思考，并在课堂教学环节进行问题讨论和解答，实现线下-线上-线下交互模式，拓展知识外延与纵深。

3）分组汇报

为进一步提升学生探索创新、团队协作、个人表达等方面的能力，巩固课堂授课和自主学习成果，在完成线上线下混合式教学的基础上，以分组专题汇报的形式考察学生的综合学习效果。首先，每组的3-5名学生通过兴趣点梳理、信息查阅完成自主选题。随后，基于所选主题进行资料收集、整理以及PPT制作。最后，在课堂教学的专题汇报环节进行小组陈述并接受质询。授课老师与各组组长根据每组的汇报表达、PPT制作、内容选择、回答问题、时间控制等方面进行打分。各组组长对组内每位同学的贡献进行赋分，将汇报成绩按组长赋分折算后作为每位同学的最终成绩。

3.2 实施成效

从学生选题分布来看（图2 （a）），主要以水质工程学、水的利用与水源保护、给排水管网系统以及建筑给水排水4个章节为主，其中水质工程学和水的利用与水源保护占比最高，这两个章节内容也在专业知识知识体系中占有较大比重。而在主题方面，学生汇报的主题除了教材内容外，如图2（b）所示，海绵城市建设、人工湿地技术以及污水/污泥资源化技术这三个方向涉及较多，厌氧氨氧化、同层排水、管网漏损、膜技术、面源污染、黑臭水体等内容也有涉及。可以看出，通过实施翻转课堂，学生能够聚焦实际问题，较为准确的把握行业热点问题，以及技术发展趋势。

图2 (a)学生选题的章节分布；(b)拓展选题分布

从成绩评定来看（图3），学生总体成绩主要分布在70-89分之间，其中80-89分占比接近60%，表明通过翻转课堂教学改革，学生能够在混合式教学基础上，通过团队协作较好的完成自主选题内容的梳理、凝练及表达。授课教师打分及各组组长打分呈现出较强的相关性（R²=0.7889），说明学生对专题汇报选题、PPT制作、完成度的认知基本与教师一致。

图3 (a)学生翻转课堂成绩占比；(b)教师与学生打分相关性

翻转课堂教学改革过程中，学生对专业知识自主学习的兴趣及积极性显著提升，锻炼了学生团结协作、个人表达等综合能力。本届学生参加学校各类创新创业竞赛、社会实践以及科研训练项目的比例较往届提升了近10倍。

4 结语

随着教育部对本科教育教学改革的深化以及人才培养质量要求的提升，将创新能力培养融入课程体系势在必行。给排水科学于工程概论作为给排水科学与工程专业的入门课程，对帮助学生打牢专业基础具有重要作用。由于概论课程内容覆盖面广，但课时量有限。传统教学模式往往以“教”为中心，忽视了学生的主观能动性，改革需求迫切。基于混合式教学的翻转课堂教学模式能够充分利用线上线下教学资源优势，结合学生团队合作训练，强化新时期人才培养质量，对于拓展知识外延、培养创造性思维、激发自主学习兴趣、提升个人表达能力与团队协作意识具有积极意义。

[参考文献]

[1] 范振强, 刘崇, 陆建红,等. 给排水科学与工程概论课程融合改革思考[J]. 教育教学论坛, 2020, No.459(13):201-202.

[2] 张艳梅, 张卫民, 孙鑫,等. 基于"微课"教学的"给排水科学与工程概论"的教改研究[J]. 东华理工大学学报(社会科学版), 2019(3).

[3] 莫永谊. 翻转课堂教学理念下的合作学习模式研究[J]. 学位与研究生教育, 2016, 000(004):18-22.

[4] 高等学校给水排水工程学科专业指导委员会. 给排水科学与工程(给水排水工程)专业的建设与发展[J]. 给水排水, 2013, 039(004):1-3.

[5] 张纯, 汪彩文, 汪爱河,等. 基于专业认证的给排水科学与工程专业工程教育与工程能力培养与实践[J]. 高教学刊, 2019, No.113(17):161-162+165.

[6] 贾如升, 宋新伟, 杨杰,等. 以工程教育认证为导向的给排水科学与工程专业实践教学[J]. 中国冶金教育, 2018, 4(187):84-89

"Introduction to Water Supply and Drainage Science and Engineering"

Li Qian, Ren Yongxiang, Wang Guojun

(School of Environmental and Municipal Engineering, Xi 'an University of Architecture and Technology, Xi' an, Shaanxi 710055)

[Abstract]: Introduction to Water Supply and Drainage Science and Engineering is an important professional basic course in water supply and drainage science and engineering, which is of great significance to guiding students to build a basic professional knowledge system and stimulate their interest in professional learning. In view of the traditional teaching mode of "teaching" leads to students 'interest in learning, combined with actual cases, discusses the necessity of the flipped classroom teaching reform, innovation to students' independent learning ability training, teamwork ability, personal expression ability, scientific research innovation interest as the core of reverse classroom teaching mode, also provides a reference for all kinds of discipline reform.

[Key words]: Introduction science and engineering; flipped classroom; teaching reform; innovation ability training