1. 引言
自2017年起，教育部启动新工科建设，旨在应对全球产业变革与科技革命，为高等教育注入创新动力[1]。这一战略深刻反思并重构了传统工程教育模式，前瞻性布局未来工程技术人才需求。新工科建设强调课程内容、教学方法及评价体系的全面革新，打造高阶、创新和挑战性的课程体系，培养具备专业知识、创新精神和实践能力的复合型人才[2]。2018年，教育部进一步要求高校优化本科教育教学内容，确保与新时代人才培养目标相契合。这标志着我国工程教育迈入新阶段，各高校积极探索工程教育新模式，推动课堂变革与教学创新，激发学生创新思维，提升其解决复杂工程问题的能力，为科技进步与产业升级培养高素质人才。
《水质工程学(1)》是给排水科学与工程本科专业的核心课程，同时也是校企合作开发课程。本课程共包含40学时的理论课程和12学时的实验课程，并于学期末安排为期2周的课程设计。课程内容以城市和工业用水的水质处理和净化工艺流程为主线，从基本概念入手，系统地介绍了水源的水质特征、水质指标，给水处理方法与理论、主要工艺与技术的基本知识及水厂设计方法。通过本课程学习，学生能够扎实掌握净水处理的基本概念、理论和方法，具备初步从事给水厂设计和技术开发的能力，为未来在工程设计、科研和运行管理等领域的工作奠定坚实基础[3]。因此，本课程的教学质量将对本专业人才培养质量、专业素质和实践能力起着至关重要的作用。如何在新工科背景下对该课程进行有效的教学改革，提升学生的创新能力、实践能力以及思政素养，已成为当前高等教育关注的重点问题之一。
2. 课程教学存在的问题
2.1. 思政元素融入不够，缺乏考核机制
在水质工程学(1)课程教学中，尽管教师们已经认识到将思政元素融入专业课程的重要性，但在实际操作中，思政元素的挖掘与融合仍显不足。课程思政教学形式较为单一，未能多角度、多层次地拓展学生的思想政治认知。此外，缺乏系统的考核机制，使得学生的思政教育效果难以科学、有效地评估。
2.2. 设计能力薄弱，抄袭现象时而发生
在《水质工程学(1)》课程设计中，学生的设计能力较为薄弱，表现为在实际项目中缺乏独立创新的思维和问题解决能力。许多学生难以将课堂上所学的理论知识有效应用于设计实践，导致设计质量参差不齐。此外，抄袭现象时有发生，一些学生在面对课程设计任务时未能做到独立思考，而是依赖于他人的设计成果或网上的现成资料[4]。这不仅影响了学生的个人能力发展，也不利于培养他们的创新精神和学术诚信。因此，课程设计需要加强对学生独立设计能力的培养，同时建立严格的监督机制，杜绝抄袭行为的发生。
2.3. 课程以传统教学为主，学生积极性不高
《水质工程学(1)》课程目前主要以传统教学方式为主，教学模式较为单一，往往以教师讲授为核心，缺乏互动性和实践性。这种以讲解理论为主的教学方式，虽然能够传授基础知识，但未能充分调动学生的学习积极性。学生在课堂上处于被动接受的状态，缺少主动参与和思考的机会，导致学习兴趣不高，课堂参与度低。这种情况不仅影响了教学效果，也限制了学生在实际问题中的应用能力和创新思维的培养。
3. 课程教学改革及思考
3.1. 思政教学多维化
在新工科背景下，《水质工程学(1)》教学深挖思政元素、创新思政教学方法，将政治教育融入专业知识中，将政治教育融入育人全过程，分层次、讲方法、求实效的开展课程思政，推动立德树人与专业培养的融合[5]。
3.1.1. 课堂教学挖掘思政元素
在《水质工程学(1)》的教学中，深入挖掘思政元素，可以通过将水质工程学的专业知识与社会责任、环境保护、科技创新等思想政治教育内容相结合，培养学生的综合素质与社会责任感。以下是可以挖掘的思政元素：
(1) 环境保护与可持续发展
水质工程学与环境保护密切相关，可以引导学生认识到水污染治理的重要性，强调环保意识和可持续发展理念，培养学生的生态文明观念，树立守护地球、保护水资源的责任感。
(2) 社会责任与民生福祉
水质工程与公共健康息息相关，教师可以结合现实中的水质安全事件，启发学生思考水资源管理和社会民生的关系，让学生意识到他们未来的工作不仅关乎技术，也关乎民生福祉和社会稳定。
(3) 科技创新与国家发展
在讲解水处理技术与工艺创新时，可以融入科技强国的思政元素，激发学生的创新精神，鼓励他们在专业领域中追求技术进步和自主创新，服务国家的科技进步和国际竞争力提升。
(4) 全球视野与国际责任
通过介绍国际上先进的水处理技术及全球水资源危机，培养学生的全球视野，增强他们在未来职业生涯中参与国际合作、承担国际责任的意识。
通过这些思政元素的融入，学生不仅可以掌握专业技能，还能树立正确的价值观和责任感，更好地服务社会与国家发展。
3.1.2. 思政议题小组汇报
在《水质工程学(1)》课程中，结合思政议题的翻转课堂教学模式是一项创新的教学设计。这种模式通过自由组队的方式，每组5人，由小组长组织小组成员汇报与水相关的多个主题，如水行业人物事迹、水污染事件案例、水政策与法规、历史典故、哲学思想以及给排水发展史等。这种内容的选择不仅将专业知识与实际问题相结合，还通过深入挖掘水行业中的思政元素，激发学生的社会责任感与历史文化意识。
小组的PPT汇报时间为4分钟，评委提问3分钟，评估机制综合了其他小组长评分(占50%)和教师评分(占50%)，确保评价的客观性与全面性。通过这种方式，学生不仅在专业知识上得到拓展，还能提升分析问题、团队合作以及表达能力。同时，组内评分由小组长分配，使得小组长在领导与协调中获得实践经验，培养了其组织与管理能力。
这种思政议题汇报并结合考核评价的教学模式，在水质工程学(1)思政教育中具有首创性。它既打破了传统的教学形式，又将思政元素深度融入课程，培养了学生的综合素质，提升了其对社会责任和水环境保护的意识。这一翻转课堂模式不仅注重知识传授，还强调思想政治教育对学生成长的重要性，是水质工程学课程改革中的重要创新。
3.2. 提高设计能力，减少抄袭
在新工科背景下，《水质工程学(1)》创新教学方式，强化课程设计与理论教学的结合。通过更新教材、融入实际案例提升学生实践能力；结合施工图临摹训练，增强识图与绘图技能；分阶段布置课程设计任务，帮助学生掌握工艺单元设计计算。这些举措有效提升了学生的设计能力，减少抄袭现象，推动教学质量提升。
3.2.1. 教学偏向应用，课设融入理论教学
(1) 更新教材
在《水质工程学(1)》课程的教学中，原教材《水质工程学(上册)》(第三版)主要侧重于理论教学，虽然提供了丰富的理论知识，但由于缺乏实际案例、课后习题和水厂设计章节，学生在学习后往往无法掌握实际的水厂设计技能。为了更好地契合c滁州学院应用型本科学校的办学定位，注重学生实际应用能力的培养，计划将教材更换为严煦世、高乃云主编的《给水工程》(第五版)。该教材在内容上更偏重于实际应用，包含了详细的案例分析、课后习题以及水厂设计相关内容，能够帮助学生尽快进入课程设计角色，提升其工程实践能力和专业应用能力，确保理论与实践的有机结合，更好地满足课程目标与人才培养要求。
(2) 临摹构筑物施工图
在《水质工程学(1)》课程设计前，由于大一时开设的CAD课程与大三的课程设计间隔了两年，绝大多数学生已经遗忘了CAD绘图的基本操作，而课程设计时间仅为两周，学生不仅需要进行设计计算，还需要绘制图纸和撰写设计说明书，时间非常紧张。为了提升学生的识图和绘图能力，在理论教学过程中，通过提供絮凝沉淀、过滤等工艺施工图供学生课后识别和临摹，使其对构筑物的基本构造有初步了解。这不仅能帮助学生在理论学习中更好地理解构筑物的结构，也能够有效提高他们的识图与绘图能力，从而提升课程设计的整体质量，确保他们能高效地完成任务。
(3) 课程设计子任务融入理论教学
由于课设任务重、时间紧，为了确保学生在课设阶段能够尽快进入设计状态，将课程设计的工艺单元计算分成若干子任务作为理论教学的课后作业，即在每个工艺单元教学结束后，布置相应的设计计算案例作业。此方法旨在使学生通过针对性练习，熟悉和掌握各个工艺单元的设计计算方法和技巧。通过这样的作业布置，学生能快速完成课设阶段的构筑物设计计算，从而腾出更多时间用于水厂的综合设计、图纸绘制及设计说明书的编制。这种分阶段的作业布置方法不仅能够帮助学生巩固课堂所学的理论知识，还能提升其实际工程设计的技能水平。通过将设计计算任务细化为每个工艺单元的具体作业，学生能够在课设阶段更加迅速且准确地进行构筑物设计计算，提高整体设计效率和质量。此外，这种方法也有助于学生在实际工程项目中更好地应用所学知识，为未来的工程实践奠定坚实的基础。
3.2.2. 设计任务个性化，加强平时考核
(1) 设计任务个性化
为培养学生的独立思考能力，强化工程设计中的计算能力，课程设计将采用个性化水厂设计水量的方式，以避免抄袭现象。每位学生的设计水量将根据其学号后两位数字，通过以下公式进行计算：
Q = 20000 + 学号后两位 × 2000 (m3/d)
例如，若某学生的学号后两位为11，则其设计水量为：
Q = 20000 + 11 × 2000 = 44000 m3/d
每位学生根据其学号计算出的设计水量，将应用于各个工艺单元(如混凝沉淀池、过滤池等)的设计计算。学生需严格依据此水量参数，完成相应的构筑物设计，确保设计方案符合实际工程要求。通过采用个性化设计水量的方式，旨在促进学生的独立设计能力，避免因设计水量相同而产生的抄袭现象。
(2) 提交手写版设计说明书
为有效遏制设计说明书抄袭现象，学生须提交手写版设计说明书。以往采用电子版提交时，部分学生在截止日期前直接复制他人的设计说明书，只是修改部分数据，导致抄袭现象严重。通过要求手写设计说明书，不仅大幅降低了抄袭和复制的可能性，也迫使学生按照课程设计进度逐步完成设计任务，而非拖延至最后一刻。虽然部分学生在初期对此方式存在异议，但随着课程设计的深入，大家逐渐理解了手写设计说明书的益处。此外，其他课程也陆续采用了手写设计说明书的方式，学生们对此逐渐适应并接受。手写设计说明书不仅能帮助学生更好地消化和理解设计过程中的关键环节，还能培养其严谨的工作态度和规划能力，最终提升整体设计质量和学习效果。这种方式通过改变提交形式，不仅有效减少了抄袭，还促使学生更加认真地对待设计任务。
(3) 加强平时考核频次
为提高课程设计的质量和公平性，并将原先仅检查3次的设计过程考核频率，调整为每日检查1次。通过每日检查学生的进度，教师可以更加及时地了解每位同学的工作状态，确保他们按时推进设计任务。由于设计说明书需要手写，学生无法依赖最后一刻抄袭其他同学的设计成果。此外，每日检查进度也使得表现优异的同学容易被识别，同时那些进度较慢的同学无法轻易模仿进度快的同学的成果，进一步遏制抄袭行为。这一举措不仅有助于提高课程设计的独立性和原创性，也为每位学生提供了更为公平的表现考核依据。通过增加平时考核频率，教师可以更全面地评估学生在设计过程中的努力和表现，确保评分的公平公正。同时，频繁的进度检查也促使学生更加认真地对待课程设计，按部就班地完成各项任务，从而提升最终设计的质量和学生的学习效果。
3.3. 创新教学体系与方法
在新工科背景下，《水质工程学(1)》构建三阶多维教学体系，结合案例教学与线上线下融合教学，推动理论与实践相结合。分阶段教学任务激发学生自主学习与合作能力，融入思政元素，实现价值引领。多样化教学方法强化了学生的工程设计能力、社会责任感和职业伦理意识，实现了立德树人与专业培养的深度融合。
3.3.1. 构建三阶多维教学体系
为实现知识探索、能力建设和价值引领的教学目标，构建了三阶多维教学体系(图1)。初阶重在兴趣唤醒和知识体系构建。学生通过学习通的讲义和难点进行课前预习。线下课堂以案例法导入工程案例，激发学生的兴趣，通过剖析工程案例进行理论知识的系统讲解，强化关键知识点的记忆，最后由教师总结并梳理知识体系。课后完成课设子任务，调动学生的自主性学习。中阶强调学生自主学习和同伴学习。对于课程实验，教师发布实验指导书，学生分组讨论并制定实验方案，共同完成实验。对于课程设计，教师给定水厂设计题目(一人一水量)，学生完成课设后通过翻转课堂进行作品展示，学生互评、教师点评，最终优化并提交设计成果。高阶目标在于实现人格养成与价值引领。各小组负责查阅文献，确定与给水处理相关的思政议题。通过学习通进行交流，团队协作展开研讨。通过翻转课堂汇报议题，学生互评、教师点评，最后学生拓展思考、价值升华，确保达成高阶的教学目标。
Figure 1. Three-dimensional multi-level teaching system
图1. 三阶多维教学体系
3.3.2. 构建三阶多维教学体系
(1) 案例教学法
在《水质工程学(1)》课程中，采用案例教学法能够更好地将理论知识与实际工程应用相结合，增强学生的理解和实践能力。例如，在讲解沉淀池设计这一章节时，教师可以通过真实水厂的案例引导学生学习。首先，教师可以选取某一水厂的沉淀池设计案例，提供其实际的设计参数、进水水质和工艺要求。通过分析该水厂的水处理工艺流程，学生可以了解沉淀池在整个处理系统中的作用。接着，教师可以引导学生逐步完成该沉淀池的设计计算，帮助学生掌握如何确定沉淀池的设计流量、表面负荷和停留时间等关键参数。案例教学不仅增强了课堂的互动性，还促使学生以问题为导向进行自主学习，加深了对课程知识的理解。随后，学生可以根据案例中的设计参数和已学知识，进行构筑物的优化或比较不同设计方案的效果，讨论如何在不同条件下选择最适合的工艺参数。通过这种案例教学法，学生能够更好地理解理论知识的实际应用场景，同时提升解决工程实际问题的能力。
(2) 线上线下融合教学法
在《水质工程学(1)》课程中，采用线上线下融合的教学方法能够充分利用数字化资源和课堂互动，提升学生的学习效果。通过学习通平台，教师在不同阶段发布相关学习资料，帮助学生更好地掌握课程内容。初阶阶段，在课前预习时，教师通过学习通发布讲义、难点报告和课程设计的子任务，帮助学生提前了解课程的重点和难点。学生可以自主学习相关内容，带着问题进入课堂，提高课堂学习效率。中阶阶段，教师通过学习通发布实验指导书和课程设计项目资料，为实验课和课程设计提供详细的支持。学生可以通过线上资源更好地准备实验操作和设计任务，课堂上则专注于实践环节和问题讨论，进一步深化对知识的理解。高阶阶段，在线上发布与课程相关的思政议题，结合专业知识开展交流讨论，引导学生思考工程设计背后的社会责任和伦理问题。通过线上讨论平台，学生可以发表观点、参与互动，实现思政元素与专业学习的有效融合。这种线上线下结合的教学方法，不仅增强了学生的自主学习能力，也增加了师生互动的机会，有助于促进深度学习和全面素质的提升。
4. 教学改革效果
针对课程思政存在的缺乏考核机制问题，本研究创造性的采用思政议题小组汇报的形式。为了评估改革的实施效果，对学生通过思政教学方式的收获进行了调查(见图2)。由图可见，通过本次改革多数学生的团队合作能力、问题解决能力、沟通表达能力和社会责任感都得到增强。
Figure 2. Implementation effect of ideological and political education reform in courses
图2. 课程思政改革实施效果
针对传统水质工程学(1)课程设计中的突出问题，采取了一系列改革措施，包括更新教材、临摹构筑物施工图、课程设计子任务融入理论教学、设计任务个性化、提交手写版设计说明书和加强平时考核频次等。为了评估改革实施效果，对学生通过本课程设计的收获进行了调查(见图3)。由图看出，通过本次课程设计，多数学生的绘图能力、识图读图能力和工程设计能力都得到提升。
Figure 3. The implementation effects of curriculum design reform
图3. 课程设计改革实施效果
5. 结语
在新工科建设的大背景下，《水质工程学(1)》课程的教学改革不仅是响应国家工程教育创新要求的必要举措，更是提升给排水科学与工程专业人才培养质量的关键路径。通过深入挖掘课程思政元素，结合思政议题小组汇报，丰富了专业课程的思政教学内容和形式，同时完善了思政考核机制。教学内容注重实践应用，课程设计融入理论教学，提升了学生的设计能力。通过个性化设计任务的设置及加大考核频率，有效遏制了学生抄袭现象。课程构建了三阶多维教学体系，采用多种教学方法，进一步激发了学生的学习积极性。本研究通过对多项教学改革措施的探索与反思，证明了教学创新在提高教学效果和增强学生综合能力方面的积极作用。然而，教学改革是一个长期且持续优化的过程，随着新工科理念的不断深化，课程设计和教学方法仍需根据学生需求和行业发展动态进行调整和完善。未来，研究将继续探索更多具有前瞻性和实践性的教学策略，为培养新时代高素质工程人才贡献力量。
基金项目
滁州学院2023年校级质量工程项目“新工科背景下《水质工程学(1)》课程教学改革研究”(项目号2023jyc090)；安徽省2023年高等学校省级质量工程项目“给排水科学与工程专业教学创新团队”(项目号2023cxtd098)；安徽省教学改革研究项目(项目号2023jyxm0281)。