［摘要］保障人民群眾飲水安全，是守住人民群眾生活底線、推動(dòng)城鄉(xiāng)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的重要保障?！八|(zhì)工程學(xué)I”是一門給排水科學(xué)與工程專業(yè)的必修主干課，對(duì)給排水科學(xué)與工程人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)具有支撐作用。課程團(tuán)隊(duì)將布魯納發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論引入教學(xué)，打通前序課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，精心豐富教學(xué)內(nèi)容，深度融合科研前沿，創(chuàng)設(shè)研學(xué)工作坊學(xué)習(xí)情境，實(shí)施多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，打造一門經(jīng)典與前沿、線上與線下、課內(nèi)與課外相結(jié)合的專業(yè)課程。［關(guān)鍵詞］水質(zhì)工程學(xué)；發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論；課程創(chuàng)新改革引言2023年3月，教育部等五部門印發(fā)了《普通高等教育學(xué)科專業(yè)設(shè)置調(diào)整優(yōu)化改革方案》，明確對(duì)現(xiàn)有工科專業(yè)全要素改造升級(jí)，將相關(guān)學(xué)科專業(yè)發(fā)展前沿成果、最新要求融入人才培養(yǎng)方案和教學(xué)過程。高校課程創(chuàng)新改革要主動(dòng)適應(yīng)國家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、知識(shí)創(chuàng)新、科技進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)需要［1］。如何使專業(yè)課程符合工科專業(yè)的新要求，靈活生動(dòng)地融入前沿科技和思政元素，對(duì)傳統(tǒng)工科類課程創(chuàng)新改革至關(guān)重要。本文以“水質(zhì)工程學(xué)I”課程創(chuàng)新改革為例，結(jié)合東南大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)最新培養(yǎng)計(jì)劃，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐中的不足，重構(gòu)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，探討基于發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論下推進(jìn)課程改革的一些可行性建議。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定著人才培養(yǎng)質(zhì)量。學(xué)生通過學(xué)習(xí)專業(yè)課程，達(dá)成課程目標(biāo)，最終符合專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃。“水質(zhì)工程學(xué)I”是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的必修主干課程，本課程以給水水質(zhì)達(dá)標(biāo)為核心，講述了各類給水處理工藝原理和設(shè)計(jì)方法，以及給水處理前沿理論、技術(shù)方面的知識(shí)［2］?！八|(zhì)工程學(xué)I”是一門承前啟后的課程，先修課程主要是“水力學(xué)”“水文學(xué)”“泵與泵站”等，后續(xù)課程為“智慧水務(wù)”“水處理新技術(shù)”等專業(yè)選修課，這些課程都為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)以及研究創(chuàng)新活動(dòng)打下了重要的工程基礎(chǔ)。因此，基于發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論下的“水質(zhì)工程學(xué)I”課程進(jìn)行創(chuàng)新改革是課程改革的一項(xiàng)重要任務(wù)。一、“水質(zhì)工程學(xué)I”教學(xué)中存在的問題“水質(zhì)工程學(xué)I”是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的一門基于水處理而產(chǎn)生的專業(yè)課程［3］。課程具有知識(shí)點(diǎn)覆蓋面大、內(nèi)容理論抽象、公式推導(dǎo)困難和整體系統(tǒng)性不強(qiáng)等特點(diǎn)。本文主要分析了課程教學(xué)實(shí)踐中存在的三個(gè)主要問題。（一）重單元輕系統(tǒng)，知識(shí)與行業(yè)新需求失衡“水質(zhì)工程學(xué)I”課程的主要內(nèi)容是通過工程手段保證飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)，課程知識(shí)點(diǎn)覆蓋生物、化學(xué)、力學(xué)、材料等多方面知識(shí)，但整體系統(tǒng)性不強(qiáng)。同時(shí)，現(xiàn)有內(nèi)容無法及時(shí)迭代，以跟進(jìn)智慧水務(wù)、韌性城市等行業(yè)新需求下對(duì)知識(shí)的外延拓展需求，相關(guān)前沿知識(shí)案例、思政案例庫更是匱乏，學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的代入感不強(qiáng)，畢業(yè)后對(duì)待系統(tǒng)性的真實(shí)案例常有“不得要領(lǐng)”的困惑。（二）重理論輕實(shí)踐，學(xué)生工程轉(zhuǎn)化能力不足“水質(zhì)工程學(xué)I”課程內(nèi)容主要圍繞給水工藝?yán)碚摵凸こ淘O(shè)計(jì)計(jì)算，內(nèi)容較為理論抽象，且現(xiàn)有教學(xué)模式多為知識(shí)講解式，學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和興趣不足。課程的專業(yè)性和工程實(shí)踐性要求較高［2］。傳統(tǒng)教學(xué)中理論與工程實(shí)踐模塊割裂嚴(yán)重，缺少理論與工程的互反饋訓(xùn)練；同時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)中信息化手段實(shí)施有限，特別是新形勢(shì)下多數(shù)水廠已經(jīng)推廣了智慧加藥、陶瓷膜等新技術(shù)，學(xué)生對(duì)水廠新技術(shù)的了解機(jī)會(huì)較少，對(duì)課程中的工程元素感知能力不足。（三）重結(jié)果輕過程，高階目標(biāo)難以有效考核以往的課程評(píng)價(jià)基本上是“平時(shí)作業(yè)+期末成績”的考核方式，考核內(nèi)容相對(duì)死板，考核價(jià)值屬性單一，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的過程性考核不足，難以對(duì)學(xué)生能力、思維、素養(yǎng)等高階目標(biāo)的達(dá)成情況進(jìn)行考核，同時(shí)束縛了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，禁錮了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在整體土木類行業(yè)下行、學(xué)生被動(dòng)式選擇該專業(yè)的背景下，這一問題尤為突出。二、“水質(zhì)工程學(xué)I”教學(xué)改革目標(biāo)秉承布魯納發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，以促進(jìn)學(xué)生高階能力發(fā)展為宗旨、提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)，支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，以及畢業(yè)要求的達(dá)成，筆者修訂了課程目標(biāo)，包括知識(shí)、能力、思維和素養(yǎng)四個(gè)層面：（1）知識(shí)目標(biāo)：能夠描述水質(zhì)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用給水工藝?yán)碚撆c工藝設(shè)計(jì)計(jì)算方法。（2）能力目標(biāo)：能夠分析原水水質(zhì)條件，具備給水廠涉及的工程實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)能力，以及解決給水廠建設(shè)、運(yùn)行過程中復(fù)雜工程問題的分析、協(xié)作、決策、創(chuàng)新能力。（3）思維目標(biāo)：能夠運(yùn)用系統(tǒng)性思維，提出城市給水系統(tǒng)從水源到水龍頭全過程、從設(shè)計(jì)到運(yùn)維全生命周期的工程方案。（4）素養(yǎng)目標(biāo)：提升學(xué)生“推動(dòng)水務(wù)行業(yè)綠色發(fā)展”的科技報(bào)國情懷，具備給排水從業(yè)人員對(duì)公眾用水安全、生命健康以及水資源保護(hù)的社會(huì)責(zé)任感和歷史使命感。三、“水質(zhì)工程學(xué)I”教學(xué)改革措施（一）重塑教學(xué)模塊，強(qiáng)化課程內(nèi)容系統(tǒng)性，促進(jìn)理論與實(shí)踐互融根據(jù)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，學(xué)生學(xué)習(xí)就是不斷地對(duì)信息進(jìn)行分類和組合，并輸入已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，使認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷形成和改變。課程對(duì)學(xué)生學(xué)過的課程、有可能與課程發(fā)生聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了歸納，在課堂中啟發(fā)學(xué)生積極提取原有知識(shí)結(jié)構(gòu)中的知識(shí)，促進(jìn)課程新知識(shí)的學(xué)習(xí)。打破以單一處理工藝點(diǎn)為章節(jié)框架的傳統(tǒng)，模塊化整合給水處理中的給水處理系統(tǒng)與理論、城市給水處理設(shè)施、工業(yè)給水系統(tǒng)和給水處理前沿四大主題，從提綱挈領(lǐng)的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，到因地制宜的工程案例實(shí)際；從傳統(tǒng)的水處理工藝與設(shè)施，到領(lǐng)域前沿的科研熱點(diǎn)話題，由淺到深，推陳出新，使學(xué)生理解課程的總體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)知識(shí)體系，熟練掌握給水處理的基本思路、理論及工藝。例如，傳統(tǒng)課程模式中主要以單個(gè)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)計(jì)算為主，課程團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)際工程全流程的水廠工藝設(shè)計(jì)，為學(xué)生介紹整體工藝中各單元的計(jì)算方法，加深學(xué)生對(duì)整體系統(tǒng)性設(shè)計(jì)計(jì)算的認(rèn)識(shí)。“水質(zhì)工程學(xué)I”課程教學(xué)應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，即增強(qiáng)教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的匹配度。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，依托給水廠虛擬仿真系統(tǒng)，使學(xué)生動(dòng)手操作相應(yīng)的運(yùn)維參數(shù)，了解給水構(gòu)筑物內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。同時(shí)，開展給水廠實(shí)地實(shí)踐調(diào)研，使學(xué)生整體上了解給水廠布置及工藝流程，真實(shí)感受局部與全局的關(guān)系、崗位操作與生產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)。學(xué)生反饋這種授課方式理論與實(shí)踐相結(jié)合，既動(dòng)手又動(dòng)腦，作業(yè)也很靈活，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和工程實(shí)踐的認(rèn)識(shí)。筆者邀請(qǐng)行業(yè)知名設(shè)計(jì)師、主管代表和前沿科學(xué)家為學(xué)生介紹給水工程設(shè)計(jì)案例與圖紙解析、供水行業(yè)管理現(xiàn)狀、供水研究前沿科研動(dòng)態(tài)等內(nèi)容，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的工程倫理意識(shí)。通過實(shí)踐教學(xué)可以有效鞏固理論知識(shí)，有助于培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力的研究型、應(yīng)用型人才［2］。（二）增加科研導(dǎo)入，豐富學(xué)科前沿時(shí)效性，提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力高等學(xué)校給排水科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)推薦的“水質(zhì)工程學(xué)I”教材最新版為李圭白和張杰主編的《水質(zhì)工程學(xué)（第三版）》，課本內(nèi)容已有滯后性［4］。筆者結(jié)合課程大綱，靈活運(yùn)用科研成果素材，篩選了契合課堂主題的科研素材，同時(shí)提煉了科研成果素材中的創(chuàng)新思路，提出了一些能啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思考的前沿科研案例，在課程導(dǎo)入、參與式學(xué)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)中融入科研問題發(fā)散、科研文獻(xiàn)搜索、科研實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證、科研成果分享等內(nèi)容；學(xué)生通過翻轉(zhuǎn)課堂、課外研學(xué)項(xiàng)目等方式進(jìn)一步鍛煉了科學(xué)思維，提升了創(chuàng)新能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，達(dá)到思維訓(xùn)練的目的。例如，筆者以科研項(xiàng)目為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合鄭州暴雨事件，引導(dǎo)學(xué)生開展極端氣候下的給水處理工藝問題研究，學(xué)生圍繞案例通過理論知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等手段逐層深入分析，并在翻轉(zhuǎn)課堂中提出了相應(yīng)解決方案，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)獲取和思維訓(xùn)練的多重效果。（三）推進(jìn)數(shù)字賦能，增強(qiáng)課程資源多樣性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)充分利用數(shù)字化技術(shù)，在線上學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)建立課程，線下通過智慧教室授課，為開展系列創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)提供有力支撐。線上教學(xué)資源豐富，知識(shí)框架合理，目前主要包括授課課件、上課實(shí)錄、案例庫、隨堂測(cè)驗(yàn)、典型習(xí)題、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等六大核心內(nèi)容，支撐學(xué)生自主學(xué)習(xí)；線下基于翻轉(zhuǎn)課堂、問題研討等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)效果的考查與反饋，推進(jìn)學(xué)生獲得以自我為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，線下課堂中用豐富的實(shí)物作為教學(xué)模型講解知識(shí)點(diǎn)，如可樂開瓶后的氣浮現(xiàn)象、自制微型過濾柱等，在生活現(xiàn)象中提取與課程相關(guān)的凈水技術(shù)元素，凝練成問題來激發(fā)學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生的思考及對(duì)后續(xù)教學(xué)內(nèi)容的期待。課前，學(xué)生帶著任務(wù)和問題通過線上學(xué)習(xí)通進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師通過問卷星等工具開展課前前測(cè)數(shù)據(jù)分析，以便實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定教；課中借助智慧教室、BOPPPS有效教學(xué)結(jié)構(gòu)等開展雙向交互研討式教學(xué)，教師進(jìn)行引導(dǎo)式講授時(shí)，著重傳授理論知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尋找理論內(nèi)容所承載的系統(tǒng)思維和科學(xué)方法；課后以發(fā)布的拓展性研討題目為依托，題目均源于生活實(shí)際或?qū)W科前沿，具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，學(xué)生依次自由組隊(duì)開展翻轉(zhuǎn)課堂（15分鐘），對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行鞏固和內(nèi)容延伸，實(shí)現(xiàn)從“教師傳統(tǒng)灌輸式講授”到“引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”。最后基于發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，學(xué)生不僅解決了提出的問題，還從問題解決的過程中獲取了新知識(shí)，構(gòu)建了新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。（四）打破課堂內(nèi)外時(shí)空壁壘，提高學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)課內(nèi)理論學(xué)習(xí)、虛擬仿真過程中給水處理工程內(nèi)容的理解，建設(shè)課程知識(shí)運(yùn)用自主實(shí)踐場域，構(gòu)建了運(yùn)用“水質(zhì)工程學(xué)I”相關(guān)知識(shí)的第二課堂研學(xué)工作坊，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用“水質(zhì)工程學(xué)I”課程知識(shí)的積極性，通過課程講座、校級(jí)—國家級(jí)—國際級(jí)競賽體系、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與暑期實(shí)踐項(xiàng)目和工程實(shí)訓(xùn)等形式，激發(fā)學(xué)生的好奇心及求知欲。學(xué)生通過自主實(shí)踐訓(xùn)練激發(fā)工程創(chuàng)新思維，觸類旁通，有效深化了課堂知識(shí)內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)工程學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用和深化技能等隱性知識(shí)的顯性化，與課堂教學(xué)交互式融合。在課程講座中，邀請(qǐng)行業(yè)知名專家分別從給水設(shè)計(jì)工程、給水行業(yè)管理和給水前沿科研等方面給學(xué)生拓展課程內(nèi)容。同時(shí)，鼓勵(lì)本科生參加國際土木工程大學(xué)生（ASCE）競賽，學(xué)生以活性炭、砂石、飲料瓶等材料快速搭建過濾裝置，靈活應(yīng)用課程中的過濾水頭損失計(jì)算、吸附動(dòng)力學(xué)等知識(shí)，在“體驗(yàn)式”深化課內(nèi)經(jīng)典知識(shí)內(nèi)涵的同時(shí)，顯著培育了創(chuàng)新精神。（五）重構(gòu)課程評(píng)價(jià)體系，增加開放型問題，綜合考查學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力考核與評(píng)價(jià)主要聚焦知識(shí)、能力、思維和素養(yǎng)等課程目標(biāo)的達(dá)成，考核方式為過程性考核（占55%）和終結(jié)性考核（45%）相結(jié)合的方式。過程性考核主要包括線上作業(yè)與討論（30%）+課堂實(shí)驗(yàn)（10%）+小組研討（10%）+課外實(shí)踐（5%）；終結(jié)性考核為期末考試，主要考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)（20%）、綜合運(yùn)用能力（20%）和價(jià)值態(tài)度（5%）。課后作業(yè)采用線上布置的方式，題目案例選取貼近生活，源自行業(yè)新聞、歷史典故、科研數(shù)據(jù)等，內(nèi)容兼具客觀定量計(jì)算題與開放型主觀題，能綜合考核學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的提升情況。課堂實(shí)驗(yàn)考核以“過濾裝置搭建及處理效果”實(shí)驗(yàn)為例。實(shí)驗(yàn)基于學(xué)生搭建裝置后對(duì)原水進(jìn)行過濾，然后對(duì)過濾后的水量體積（15分）、處理時(shí)間（15分）、出水水質(zhì)指標(biāo)（共60分，每個(gè)指標(biāo)滿分10分）和方案（10分）等項(xiàng)目進(jìn)行賦分，其中水質(zhì)指標(biāo)包括水的pH值、溶解氧、濁度和UV254等，體積、濁度、時(shí)間、UV254為相對(duì)值（與最好隊(duì)伍作比×15分），溶解氧、pH為范圍得分，學(xué)生需要平衡處理水量、操作實(shí)踐和處理水質(zhì)之間的相互制約關(guān)系，類比于實(shí)際生產(chǎn)工藝中的制水成本、制水效率和制水水質(zhì)相互制約關(guān)系，最終根據(jù)學(xué)生的名次進(jìn)行評(píng)價(jià)。小組討論的評(píng)價(jià)依據(jù)學(xué)生研討型題目的完成情況，以及翻轉(zhuǎn)課堂的效果，最終得分以生講生評(píng)、生講師評(píng)相結(jié)合的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性。（六）融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的大國工匠精神在“水質(zhì)工程學(xué)I”課程教學(xué)中設(shè)計(jì)德育遞進(jìn)式教學(xué)路徑。通過對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面梳理，對(duì)知識(shí)點(diǎn)背后的價(jià)值觀進(jìn)行塑造導(dǎo)向，可以將知識(shí)點(diǎn)蘊(yùn)含的思政元素歸納為四大專題：工匠精神、創(chuàng)新思維、社會(huì)責(zé)任、國際視野。思政元素凸