杜 星，宋 偉，王志紅

（廣東工業(yè)大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

基于結(jié)果導(dǎo)向（outcomes based education，簡稱OBE）工程教育理念起源于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革，是當(dāng)今風(fēng)行的高等工程教育模式［1］。因此，踐行本科教學(xué)國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，全面提高給排水專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要［2］。對緩解水危機和建設(shè)生態(tài)文明負(fù)有歷史責(zé)任的給排水科學(xué)與工程專業(yè)，已開始圍繞國家重大需求和國民經(jīng)濟發(fā)展，從水的社會循環(huán)角度觀察和研究問題。給排水科學(xué)與工程專業(yè)是工學(xué)門類土木類專業(yè)，對應(yīng)學(xué)科為市政工程，其主要服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展中與給水排水工程相關(guān)的領(lǐng)域。本專業(yè)是城鄉(xiāng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城鄉(xiāng)水系統(tǒng)循環(huán)的實施主體，是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。其主要為城鄉(xiāng)及工業(yè)提供相關(guān)服務(wù)，主要涉及水的開采﹑加工﹑輸送﹑回收及利用等，滿足城鄉(xiāng)生活和工業(yè)生產(chǎn)的用水需求，并將生活污水和工業(yè)廢水收集﹑凈化與再生利用等，實現(xiàn)水的良性社會循環(huán)［3］。我國給排水專業(yè)歷經(jīng)近70年的發(fā)展，專業(yè)規(guī)模不斷壯大，截至2019年年底，全國高校共有187個給排水專業(yè)辦學(xué)點，全國給排水專業(yè)每年的招生人數(shù)﹑畢業(yè)生人數(shù)均達(dá)到了1.1萬人左右，在校生人數(shù)達(dá)到了4萬余人［2］。

給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)是高校本科教學(xué)體系中一個非常重要的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生分析問題﹑解決問題和提高動手能力的重要途徑［4］。引導(dǎo)高等學(xué)校在本科教學(xué)過程中加強對大學(xué)生創(chuàng)新意識﹑創(chuàng)新能力﹑協(xié)作精神培養(yǎng)，可提升大學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的能力，且強化大學(xué)生對給排水專業(yè)知識的理解。參照國際通行的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，通過優(yōu)化給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)計劃，構(gòu)建持續(xù)改進(jìn)的專業(yè)質(zhì)量保障制度和檢查措施，大力提高給排水專業(yè)工程性應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)水平，對于我國新時期的高等教育具有重要的現(xiàn)實意義［5］。

因此，實驗教學(xué)體系建設(shè)是保障地方高校工科專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要抓手，也是工科專業(yè)實踐教學(xué)改革的重要方向［6］。

一、給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系綜述

以廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程為例，以應(yīng)用為導(dǎo)向的實驗教學(xué)體系如圖1，圖2是實驗現(xiàn)場照片。給排水科學(xué)與工程專業(yè)目前實驗課程主要有基礎(chǔ)實驗課程（如“大學(xué)物理實驗”“電子電工實驗”“普通化學(xué)實驗”）﹑專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程（如“水微生物實驗”“水分析化學(xué)實驗”“水力學(xué)實驗”“水泵與水泵站實驗”）﹑專業(yè)實驗課程（如“水質(zhì)工程學(xué)實驗”“建筑給水排水工程實驗”）?！胺謱舆f進(jìn)貫穿式”實驗課程教學(xué)體系進(jìn)行我校給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的完善。知識體系上應(yīng)該按照“由低到高﹑由淺入深﹑循序漸進(jìn)﹑分層實現(xiàn)”的原則進(jìn)行設(shè)置，建立了“基礎(chǔ)實驗﹑驗證演示實驗（大學(xué)一﹑二年級本科生）”“綜合設(shè)計試驗﹑開放創(chuàng)新實驗（大學(xué)二﹑三年級本科生）”和“創(chuàng)新訓(xùn)練實驗﹑科學(xué)研究（大學(xué)三﹑四年級本科生）”3個逐層遞進(jìn)的實驗課程體系［6］。然而，廣東工業(yè)大學(xué)本身擁有完善的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了如下適于本校專業(yè)特色的“分層遞進(jìn)貫穿式”專業(yè)實驗教學(xué)體系。

圖1 廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系

圖2 學(xué)生實驗現(xiàn)場照片

根據(jù)給排水教指委2019年在全國179所給排水專業(yè)開辦高校的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各高校給排水專業(yè)的實驗室面積大多數(shù)為500～5 000平方米，共有120所，但仍有43所在500平方米以下，最小的僅有40平方米［6］。如圖2所示，廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程實驗示范中心實驗室面積為1 000平方米，主要用于開展水力學(xué)實驗﹑水泵與水泵站實驗﹑水質(zhì)工程學(xué)實驗﹑建筑給水排水工程實驗，而相關(guān)微生物﹑化學(xué)實驗在對應(yīng)的全校公用的國家級實驗教學(xué)中心完成。給排水科學(xué)與工程實驗中心各實驗室儀器設(shè)備完好，場地面積和設(shè)備臺套數(shù)滿足實驗教學(xué)的分組要求，本科實驗開出率為100%。2010 年與中山環(huán)宇公司合作申報獲批建設(shè)國家級工程實踐教育中心（全校第一個以學(xué)院建設(shè)為主獲批的單位），這是對專業(yè)工程實踐教育的有力推動，為學(xué)生提供了豐富多彩的課外實踐機會，為廣東省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目提供了科研場所，為大學(xué)生挑戰(zhàn)杯競賽提供了實習(xí)基地。

二、廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系持續(xù)改進(jìn)

專業(yè)核心課程對應(yīng)的實驗有水力學(xué)實驗﹑水泵與水泵站實驗﹑水質(zhì)工程學(xué)實驗，具體如表1所示。以水質(zhì)工程學(xué)實驗為例，教學(xué)目標(biāo)主要包括：（1）通過實驗，加深對水處理基本理論的理解；（2）培養(yǎng)實驗操作能力，掌握水處理實驗的方法與技能，能夠根據(jù)實際需要設(shè)計實驗，并正確進(jìn)行實驗操作；（3）培養(yǎng)正確記錄﹑收集并處理實驗數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)解釋實驗數(shù)據(jù)并總結(jié)歸納得到實驗結(jié)論的能力；（4）培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)作風(fēng)和融洽合作的共事態(tài)度以及愛護國家財產(chǎn)的良好風(fēng)尚。教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐關(guān)系有以下幾種。畢業(yè)要求4.2：掌握專業(yè)實驗﹑測試的方法與技能，能夠根據(jù)工程問題設(shè)計實驗，并正確進(jìn)行實驗操作，正確收集﹑處理﹑解釋實驗數(shù)據(jù)。畢業(yè)要求9.1：在解決給排水科學(xué)與工程專業(yè)的復(fù)雜工程問題時，能夠在多學(xué)科環(huán)境中具有主動與他人合作和配合的意識，具有奉獻(xiàn)精神。

表1 廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)設(shè)置的主要專業(yè)實驗項目表

然而，現(xiàn)有的教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生被動地按照實驗講義簡單完成實驗，產(chǎn)生實驗驗證理論及重理論知識﹑輕實踐操作的觀念，出現(xiàn)工程意識淡薄﹑整體專業(yè)知識系統(tǒng)學(xué)習(xí)出現(xiàn)偏差等傾向。傳統(tǒng)實驗教學(xué)主要關(guān)注各個課程單個知識點的教學(xué)，沒有形成基礎(chǔ)實驗課程﹑專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程﹑專業(yè)實驗課程層層遞進(jìn)的關(guān)系，使學(xué)生失去對實驗課程的興趣和求知欲望，因而無法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)?？梢姡F(xiàn)有的實驗教學(xué)模式缺乏以工程應(yīng)用為導(dǎo)向來培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。為了促使高等學(xué)校在本科教學(xué)過程中加強對大學(xué)生創(chuàng)新意識﹑創(chuàng)新能力﹑協(xié)作精神培養(yǎng)，如表2所示，廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)構(gòu)建了一門創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練課﹑一項校級競賽和一項列入教學(xué)大綱的《創(chuàng)新能力提升項目》。

表2 構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程清單

三、OBE理念下給排水科學(xué)與工程專業(yè)實驗設(shè)計案例

廣東工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)緊密圍繞粵港澳大灣區(qū)發(fā)展長期戰(zhàn)略，服務(wù)廣東經(jīng)濟發(fā)展。堅持“重基礎(chǔ)﹑強實踐﹑寬適應(yīng)﹑嚴(yán)質(zhì)量”的治教方略，以國際教育認(rèn)證為抓手，聚焦華南地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善和飲用水供應(yīng)安全保障，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)高﹑創(chuàng)新精神強﹑國際化視野寬且具有良好團隊協(xié)作能力和專業(yè)服務(wù)意識的高水平人才。

以學(xué)科前沿研究熱點引發(fā)學(xué)生參與創(chuàng)新性實驗的積極性。從應(yīng)用性出發(fā)，將授課方式轉(zhuǎn)變成以實踐為主﹑理論為輔的授課形式，培養(yǎng)學(xué)生從實際生活﹑工作﹑學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題﹑提出問題的能力。為了基于工程認(rèn)證體系，設(shè)計了包含工程知識﹑問題分析﹑設(shè)計/開發(fā)解決方案﹑研究﹑使用現(xiàn)代工具﹑工程與社會﹑環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展﹑職業(yè)規(guī)范﹑個人和團隊﹑溝通﹑項目管理﹑終身學(xué)習(xí)等要求的實驗。具體實驗設(shè)計如表3所示，設(shè)計了南方濕熱環(huán)境下混凝-氣浮除藻實驗（如圖3）。其中，實驗訓(xùn)練可結(jié)合知識單元﹑知識點，融入創(chuàng)新的教學(xué)方式，強調(diào)學(xué)生創(chuàng)新思維﹑創(chuàng)新方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提出創(chuàng)新思維﹑創(chuàng)新方法﹑創(chuàng)新能力的訓(xùn)練目標(biāo)，構(gòu)建形式多樣的實驗訓(xùn)練單元。對學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤與評估，并通過形成性評價保證學(xué)生實驗?zāi)芰Φ囊蟆?/p>

表3 南方濕熱環(huán)境下混凝-氣浮除藻實驗設(shè)計案例

圖3 給排水科學(xué)與工程學(xué)生專業(yè)實驗現(xiàn)場照片

四、實驗教學(xué)體系改革思路

1.注重基礎(chǔ)實驗與水質(zhì)工程學(xué)實驗的關(guān)聯(lián)度設(shè)計。必須掌握靜水壓強﹑靜水總壓力計算分析和水動力學(xué)三大基本方程，只有精通水靜力學(xué)和水動力學(xué)的基本知識，才能在后續(xù)水頭損失﹑有壓管道﹑明渠恒定流﹑堰流﹑滲流等內(nèi)容學(xué)習(xí)過程中游刃有余﹑水到渠成地完全掌握各種典型水處理單元的設(shè)計。

2.注重實驗的“綜合性”，加強學(xué)生綜合應(yīng)用能力的訓(xùn)練。鼓勵將全國及廣東省“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”“廣東工業(yè)大學(xué)千苗計劃項目”“深水杯全國給排水科技創(chuàng)新大賽”及各種自主創(chuàng)新性項目引入實驗中心，在實驗中心的實驗實踐平臺上﹑在實驗中心老師的指導(dǎo)下完成，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.采取開放型管理模式，實現(xiàn)中心實驗實踐資源的共享，提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生進(jìn)入水質(zhì)模型開放實驗室，自主完成驗證項目，學(xué)生自主進(jìn)入水質(zhì)模型開放實驗室實踐操作相關(guān)給水排水模型，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，與凈水除污集成化設(shè)備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課緊密關(guān)聯(lián)。主導(dǎo)創(chuàng)辦全國范圍內(nèi)的實驗項目設(shè)計大賽，以擴大影響力與示范輻射功能。

4.構(gòu)建虛擬仿真平臺，通過沉浸式教學(xué)使學(xué)生熟悉水處理構(gòu)筑物。虛擬仿真實驗平臺可以彌補由于場地﹑實驗裝置和時間等限制導(dǎo)致的傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式內(nèi)容和形式單一的問題。需要將傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)方式與虛擬仿真實驗相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)方式的優(yōu)勢，進(jìn)行優(yōu)勢互補，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中得到充分的鍛煉，提升學(xué)生的實踐能力。

5.實驗教學(xué)體系改革中融入思政元素，推動教研融合實驗的設(shè)計。推動教師將研究成果及時轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹學(xué)科研究新進(jìn)展﹑實踐發(fā)展新經(jīng)驗，積極探索綜合性課程﹑問題導(dǎo)向課程﹑交叉學(xué)科研討課程，提高課程興趣度﹑學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度。促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，把握新工科人才的核心素養(yǎng)，強化工科學(xué)生的家國情懷﹑全球視野﹑法治意識和生態(tài)意識，培養(yǎng)設(shè)計思維﹑工程思維﹑批判性思維和數(shù)字化思維，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)﹑跨學(xué)科交叉融合﹑自主終身學(xué)習(xí)﹑溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力。

6.加強實驗室管理，實驗設(shè)計與時俱進(jìn)。實驗室是當(dāng)前各個高校均具備的硬件設(shè)施，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。須完善現(xiàn)場管理制度。相關(guān)人員進(jìn)入實驗室后，應(yīng)登記詳細(xì)信息，登記的項目包含時間﹑人員職責(zé)﹑所用儀器名稱等，讓實驗室實現(xiàn)規(guī)范化管理。同時，定期派遣專業(yè)人員檢查實驗室內(nèi)的管理狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)損壞儀器及時予以上報維修。同時實驗設(shè)計注重與時俱進(jìn)，如可以在實驗大綱中設(shè)計膜法水處理實驗，基于此，購置合適的膜法水處理實驗系統(tǒng)。

五、實驗教學(xué)改革的意義

給排水科學(xué)與工程實驗教學(xué)是本專業(yè)的重要課程內(nèi)容，也是體現(xiàn)行業(yè)新發(fā)展新需求的主要教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基本操作技能﹑嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的工作態(tài)度﹑探索研究的創(chuàng)新精神﹑獨立工作的創(chuàng)業(yè)意識和適應(yīng)社會需求﹑增強社會服務(wù)意識等有著特別重要的意義。

1.建設(shè)學(xué)科專業(yè)大類學(xué)生自主創(chuàng)新實踐平臺：發(fā)揮學(xué)科與科研優(yōu)勢，搭建多級﹑多類學(xué)科競賽平臺，加強校企協(xié)同，引導(dǎo)工程實踐模式改革，改革實習(xí)模式，建立中試規(guī)模的實習(xí)基地。

2.實驗教學(xué)轉(zhuǎn)型升級：以提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，改革實驗教學(xué)內(nèi)容和管理模式，加大綜合型﹑設(shè)計型實驗的比例和深度。

3.發(fā)揮學(xué)科與科研優(yōu)勢：各級教學(xué)科研基地對本科生開放；鼓勵教師結(jié)合科研工作和取得的成果，設(shè)計新的教學(xué)實驗；學(xué)生參與教師的科研課題，參加論證﹑設(shè)計﹑施工﹑開車和運行。

4.加強校企協(xié)同，引導(dǎo)工程實踐模式改革：產(chǎn)學(xué)研合作，優(yōu)勢互補，實現(xiàn)雙贏；完善多主體協(xié)同育人機制，突破社會參與人才培養(yǎng)的體制機制障礙，深入推進(jìn)科教結(jié)合﹑產(chǎn)學(xué)融合﹑校企合作。建立多層次﹑多領(lǐng)域的校企聯(lián)盟，深入推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作辦學(xué)﹑合作育人﹑合作就業(yè)﹑合作發(fā)展，實現(xiàn)合作共贏。