云时代背景下给排水科学与工程专业教学模式探究1

云时代背景下给排水科学与工程专业教学模式探究1

冯萃敏，孙丽华，时琛

北京建筑大学环境与能源工程学院

摘 要：给排水科学与工程专业教学模式的每一次变革背后的重要力量都是科学技术革新，在云计算技术快速发展、智能终端普及的今天，给排水科学与工程专业的教学模式也发生了巨大的变化。结合“云时代”背景，分析目前教学模式中存在的问题，总结给排水科学与工程专业教学过程中的教学模式，并提出利用云计算技术实现高效教学的三种教学模式。

关键词：云计算; 给排水科学与工程; 专业； 教学模式;

引言

“云”实质上就是一个网络，狭义上讲，云计算就是一种提供资源的网络，使用者可以随时获取“云”上的资源，按需求量使用，并且可以看成是无限扩展的^[1]。云计算时代同时也是一个能够实现信息快速共享的时代，在云计算技术的加持下，给排水科学与工程专业的教学模式可以搭乘云计算技术的“快车”，实现对传统教学模式的一次革新，在新冠肺炎疫情全球大流行的今天，更是催生了各式各样的“云端”教学模式，而给排水科学与工程专业利用云计算技术的教学模式无疑也是其中之一。因此，在云计算时代背景下对给排水科学与工程专业教学模式的探究显得尤为重要。

1. 传统教学模式的弊端

给排水科学与工程专业毕业生的就业面广泛，随着水行业相关技术的不断发展，给排水科学与工程专业涉及的技术领域也不断延伸和拓展，如黑臭水体综合治理、海绵城市建设以及由时空气候变化引发的水环境问题等，对应的现代给排水工程已发展成多学科集成的综合体，呈现出知识和技术高度复杂化、集成化和跨领域等特征^[2]。给排水科学与工程专业是科学与工程并重的专业，因此在教学中必须做到理论与实践兼顾。

给排水科学与工程专业在城乡建设中有着不可替代的作用，而目前经济社会的发展所产生的一系列效应不断催生新的教学模式的产生。目前的教学模式普遍存在的问题有：（1）侧重于对理论知识的讲授，而实践环节则过于局限。实践教学仅仅体现在专业实习、课程设计、实验室实验、毕业设计或论文等环节，这远远无法满足行业对于给排水科学与工程专业毕业生实践能力的要求；（2）教学模式陈旧，学生的学习兴趣低。云计算技术与智能终端的普及，使得大量新颖的教学模式如同雨后春笋，层出不穷。以往印刷文字技术促进了班级授课模式的发展、电子传播促进了远程授课模式的发展^[3]，然而这些传统教学模式在当今给排水科学与工程专业的教学工作中，有其不可忽视的弊端，加上给排水科学与工程专业中很多涉及微生物学、水化学、水力学的理论知识，很多学生会产生规避心理，对于晦涩难懂的知识则是望而却步，从而影响深入钻研专业知识的兴趣；（3）实践环节不能满足对专业理论的应用需求。各高校的培养方案中均设置了一定量的实践环节，但是这些实践环节往往停留于表象认知，在学生尚未对专业理论达到烂熟于心的情况下若仅仅安排短时间的参观则只能是走马观花，必须辅以多种形式和形态的，直接且便捷的呈现方式。若授课教师将具体的原理简图上传至“云端”，通过智能终端完整地呈现给学生，并且学生可以对理论模型的进行分解与合成，学生就会收获更多的理论知识与实践经验；（4）信息共享速度慢、效率低。存在信息传递滞后的现象，教师将学习任务下达至每一位同学，学生完成之后再反馈给教师，这个信息传递过程是双向的且浪费了大量时间。

目前的教学模式存在的种种弊端归根结底还是技术的鸿沟尚未跨越。新的教学模式必须与新兴的科学技术遥相呼应，云计算技术最大的特点就是能够实现信息的实时、有效共享。而且“云端”信息可写入，智能终端可写入，这可以极大地增加学生在课堂上的参与程度，既能够满足学生的实践需求，又能够激发学生的学习兴趣，在学生进行写入信息的同时辅以理论知识的传授，以利于学生在学习的过程中逐渐形成独立思考的能力。，给水、排水、建筑给排水等相关方向的实践是认识理论的源头活水。

2. 云时代背景下的教学模式改革重点

云时代背景以云计算技术为基础，而云计算技术可以实现数据集中储存、事件快速反应、安全性测试等功能，它主要的使用模式有SAAS(软件即服务)、平台即服务、互联网整合等，在智能终端越来越普及的今天，给排水科学与工程专业教学工作中也需不断克服智能终端计算能力和功能的诸多限制，利用云计算技术解决相关问题，并逐渐形成给排水科学与工程专业适用的新的教学模式。

2.1发展理论与实践并重的授课模式

给排水科学与工程专业的授课偏重于理论或者偏重于实践都难以达到预期的培养目标，理论与实践在给排水科学与工程的教学中如同鸟之双翼，折之则难行。在以往的教学模式中，多媒体授课将理论知识与实践实现了部分融合。巩固基础知识的同时结合国内外研究前沿和工 程实践引入一些新方法、新理论、新技术、新工艺和新设备，与时俱进地更新课程知识体系，将抽象的理 论知识形象化、具体化和可视化，在课堂上重建复杂 工程实践问题，已成为当今给排水科学与工程专业教学中的重中之重

^[4]。利用云计算技术的授课方式中，可以采用理论与实践同步进行的授课模式，实践并不一定是要在现场来进行，在教室里实现对目标对象的改造同样可以达到实践目的，因此在给排水科学与工程专业课程的教学过程中，云计算技术可以实现理论技术学习与实践经验获取的同步进行，借助智能终端可实现师生互动。比如在“泵与泵站”课程教学过程中，教师可将水泵模型图上传至“云端”，学生可以通过智能终端实现对3D水泵的分解、组装与运行控制，在实践过程中实现对水泵性能特点和使用特点的吸收与升华，同时，教师还能够实时看到学生在“云端”的操作，分别对不同问题给予相应的指导，学生的积极性和教学效果大大提高。在“水质工程学”课程的授课过程中，教师可将整个水处理工艺单元上传至“云端”，学生可以实时参与到教师的讲解中，并且，教师可以引导学生亲自参与到水处理工艺流程的模拟与组建、构筑物的分解，体验设计参数变化对构筑物设计与整个工艺流程的影响，课后教师可以将相关资料传至“云端”，在这样的教学过程中，学生亲身参与到实践中来，会对整个工艺流程以及每个构筑物和设计参数更加熟悉，效果事半功倍。

2.2建立以学生为中心的兴趣教学模式

学生自身因素对于知识传递的有效性至关重要，在诸多影响因素中，学习兴趣又显得有尤为重要，“兴趣是最好的老师”，为提高学生的学习兴趣，仅仅使用PPT辅助教学显然是不够的，利用云计算的信息即时性和可写性，在“水力学”课程授课的过程中，很多理论知识的学习过程非常枯燥，使用PPT展示的理论知识量非常庞大，学生被动的接受也有一定的难度，而教师可以利用云计算技术摆脱这一困境，水力学中的理论知识形象化，通过自制多媒体课件将难懂的理论知识形象化并上传至“云端”，学生可以对“云端”课件进行操作和控制，积极参与到课堂讨论中来，发挥了个人学习的积极性和主动性，营造良好的教学氛围，激发学生主动学习的热情。

（1）将云计算技术贯穿课前预习-课堂参与-课后作业-阶段测验等活动贯穿于教学过程整个教学活动。

“水处理生物学”课程的教学过程中，教师可以将水处理设施中常见微生物的生命活动过程资料上传至远端，学生利用智能终端或者采用虚拟现实技术观看、自主学习，教师在课堂上可以利用上传至“云端”的习题组织课堂联系、测验，实时看到学生的参与过程与表现，这一点可借助多种教学平台实现，给学生通过“云端”自主学习、充分讨论、大胆质疑的机会，实现课前预习-课堂参与-课后作业-阶段测验等教学过程的紧密咬合，培养学生的自主学习能力，让学生在自我塑造中思考、领悟并应用。

（2）利用云计算技术贯穿不同知识领域，培养学生的知识迁移能力。

在“给排水管道系统”课程教学中充分培养系统思维，课堂上充分利用“云端”资源，围绕给排水问题，将城乡规划、道桥设计、交通工程等多学科理论穿插到授课当中，使学生不囿于给排水科学与工程专业的内容，而是充分吸收相关课程的资源，促进学生“学以致用”，将专业理论与相关知识充分融合转化为解决给排水工程问题的实践，促进学生在解决问题当中触类旁通，能将学到的多学科知识应用于相关领域

2.3利用云计算技术，实现信息的即时传递

在以往的教学过程中，师生之间信息的传递往往要经历信息发出信息反馈信息再反馈等多个环节，有不可避免的延时性，同时这个过程是面向全体学生的，还包含了很多不可预料因素所导致的完成进度滞后，因此，所有师生完成这个流程所花费的时间是巨大的，不仅如此，在信息收集过程中还有可能出现信息失真的现象。采用“云端平台”则可实现信息快速传递，在新冠肺炎疫情之下，“云端平台”实现信息的快速、即时共享就是一个典型案例。主讲教师可利用视频直播平台远程授课，专家和异地教师实时 观摩评课^[5]，实现信息的实时、高效共享，这在以系统性为前提的给排水科学与工程专业的教学中尤其适用。。以“泵与泵站”课程为例，教师将知识点讲解视频、水泵实例、泵站实例、练习题等教学信息共享在“云端平台”，学生在课堂上或者课后即时处理信息，教师可以实时看到学生在处理这些信息的整个过程，可以即时给出反馈，与此同时，其他专业课老师、设计院工程师等均可以参与到这个过程之中（图1），提供一些水泵、泵房的相关照片、视频、图纸或者其他资料，扩大信息共享的范围，大大缩短信息传递时间，传递更加准确、高效，信息失真现象也大为减少。“学习通”、“雨课堂”等都是典型应用平台，省时高效，应用较广。

图1.“泵与泵站”课程利用“云端”实现信息共享

将云计算技术与5G技术深度融合，实现实时场景的呈现。在以往的教学活动中，教师使用的教学案例往往采用的是情景再现模式，而通过云计算与5G技术的融合，则能够实现“泵与泵站”、“水工艺设备与仪表”、“水工程实验技术”等涉及设备及其控制类课程的实时情景教学模式，极大提高学生的学习兴趣和专业自豪感。

3. 结语

云时代的教学模式改革是一个系统化、渐进化的过程，需要广大教育工作者持续努力，在这个过程中，各种新颖的技术、服务、软件层出不穷，而这些技术的融合将是给排水科学与工程专业教学模式改革的新方向。在新冠肺炎疫情影响下，云计算技术得到了广泛应用，各种新式智能终端也层出不穷，其中云办公应用、云教育应用等多个领域都在逐步尝试并不断完善。未来给排水科学与工程专业的教学中，为了更好地发挥云时代的优势，需要持续解决以下问题：

（1）紧跟科技发展步伐，实现与5G技术深度融合的教学模式革新，适应时代与学生特点的变化。

（2）利用云计算技术加快建立适合给排水科学与工程专业的硬件教学设施和虚拟仿真项目等，将给排水科技前沿与工程建设现场呈现到课堂，增强学生获得感与参与度。

（3）充分利用大数据、人工智能以及云计算技术，根据不同高校开设给排水科学与工程专业的特点，研发适合不同培养目标的教学模式。

参考文献

1. 罗晓慧.浅谈云计算的发展[J].电子世界,2019,(8):104.

2. 李伟光.践行本科教学国家质量标准 全面提高给排水专业人才的培养质量 [J].给水排水,2020,46(7):172-176.

3. 潘新民,庞佳路.云时代教学变革:动因、意义与路径[J].河北师范大学学报,2016, 18(1):75-79.

4. 梁恒,李伟光,马军,李圭白.新工科背景下《水质工程学》课程建设思考[J].给水排水,2020,46(11):143-146.

5. 修亚弟,胡小勇.远程协同教研:云技术跨越教研的资源壁垒[J].数字教育,2019(3):47-51.

Teaching Mode in Cloud Era for Water Science and Engineering Speciality

Feng Cuimin, Sun Lihua, Shi Chen

School of Environment and Energy Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, No 1, Zhanlanguan Road, Xicheng District, Beijing, Chian, 100044, E-mail: feng-cuimin@sohu.com

Abstract: With the rapid development of cloud computing technology and the popularization of intelligent terminals, great changes have taken place in the teaching mode of water science and engineering specialty. Combined with the background of Cloud Era, the problems existing in the current teaching were discussed, the application of teaching mode in water science and engineering specialty was summarizes, and three efficient teaching modes using cloud computing technology were put forward.

Key words: Cloud computing; water science and engineering; speciality；teaching mode

作者简介：冯萃敏（1968-），女，教授，主要承担课程：给排水管道系统、泵与泵站、现代给水理论及数学模式。

作者通信地址：北京市西城区展览馆路1号北京建筑大学，邮编：100044

作者联系方式：邮箱：feng-cuiming@sohu.com；电话：18514686626

注：允许编辑对论文进行调整

1基金项目：中国建设教育协会教育教学科研立项课题（2019022）“给排水科学与工程专业本硕一体人才培养体系设计”