《水污染控制工程》与人工智能交叉融合的教学改革实践

1. 引言

随着人工智能技术的快速发展，传统环境工程专业面临着转型升级的重要机遇。本研究以《水污染控制工程》课程为载体，针对当前教学中存在的学科交叉不足、前沿技术融合不够等问题，开展了系统性的教学改革实践。项目立足于行业数字化转型需求，通过将人工智能技术与传统水处理知识体系有机结合，着力培养学生运用智能技术解决复杂环境问题的能力，为新时期环境工程人才培养提供了新的思路和方法。

2. 教学改革实施路径

本研究系统构建了融合人工智能技术的多层次教学体系，具体实施路径包括以下三个方面：

2.1 课程内容体系重构

项目对原有课程内容进行了系统性重构，将人工智能技术分为三个层次融入教学体系。在基础理论层面，增加了机器学习、神经网络等人工智能基础知识的介绍[1]；在技术应用层面，重点讲解了智能算法在污染物迁移转化模拟、处理工艺优化等方面的具体应用；在工程实践层面，通过实际案例分析了智能控制系统在水处理厂的实施效果。这种分层递进的内容设计，使学生能够循序渐进地掌握人工智能技术在水污染控制领域的应用[2]。

2.2 教学方法创新实践

采用案例导向和项目驱动的教学模式，设计了系列实践教学环节。在理论教学方面，通过5 个典型工程案例，详细剖析了人工智能技术为水处理行业带来的技术变革[3]；在实践教学方面，组织学生开展创新项目研究，如基于神经网络的水质预测模型构建、智能加药系统设计等，让学生在实践中深化对理论知识的理解。同时，针对人工智能模型存在的“黑箱”问题，特别加强了模型可解释性方面的教学，培养学生批判性思维能力。

2.3 教学资源系统建设

开发了配套的线上教学资源库，包括教学案例集、虚拟仿真实验和工程实践视频等。建设了校企联合实践基地，引入企业实际工程项目作为教学案例，为学生提供真实的工程实践环境。此外，还建立了跨学科教学团队，邀请人工智能领域的专家参与课程建设和教学实施，确保教学质量。

3. 实践成效与成果

通过一学期的教学实践，本项目在多个方面取得了显著成效。在学生学习效果方面，学生表现出对跨学科知识的强烈兴趣和接受能力，能够将人工智能技术与水污染控制理论知识有机结合。在创新实践项目中，学生展现出较强的工程应用能力和解决问题的创新思维，完成了多个具有实用价值的“AI+水处理”创新项目，部分项目成果已获得相关领域的认可。

在教学建设方面，形成了完整的跨学科课程教学体系，开发了配套的教学资源和实践项目。新编的教学案例集涵盖了智能监测、工艺优化和运行控制等多个方面，虚拟仿真实验项目为学生提供了安全的实践环境。这些教学资源的建设为后续教学的持续改进

奠定了坚实基础。

在学生反馈方面，教学改革得到了学生的广泛认可和积极参与。学生普遍反映通过课程学习，不仅加深了对专业知识的理解，更重要的是开拓了技术视野，增强了将前沿技术应用于传统领域的信心和能力。许多学生表示，这种跨学科的学习经历对他们未来的职业发展具有重要启发意义。

4. 创新与特色

本研究的创新之处体现在多个维度：首先是教学内容的前沿性，首次将人工智能技术系统性地融入水污染控制工程课程，实现了传统专业与新兴技术的深度交叉融合；其次是教学方法的创新性，通过案例教学和项目实践相结合的方式，构建了理论联系实际的教学模式；最后是教学资源的丰富性，开发的系列教学资源和实践平台，为同类课程的教学改革提供了可借鉴的范例。

研究的特色在于强调工程实践能力的培养，通过校企合作和实践项目的设计，让学生在实际工程场景中应用所学知识，培养了学生的工程思维和解决实际问题的能力。同时，项目注重培养学生的创新意识，鼓励学生探索人工智能技术在水污染控制领域的创新应用，为行业技术创新储备人才。

5. 结论与展望

本研究通过将人工智能技术与水污染控制工程课程深度融合，探索出了一条传统工科专业与新兴技术交叉融合的教学创新路径。实践表明，这种教学模式不仅丰富了教学内容，更新了教学方法，更重要的是培养了学生的创新思维和跨学科应用能力，为学生适应行业数字化转型奠定了坚实基础。

未来，课程组将继续深化教学改革，进一步完善教学体系，扩大实践范围。计划在以下方面继续推进：一是加强师资队伍建设，提升教师的跨学科教学能力；二是优化实践教学平台，增加更多真实的工程案例；三是建立长效的校企合作机制，确保教学内容与行业发展的同步性。通过这些措施，持续提升人才培养质量，为环境工程领域的创新发展提供有力的人才支撑。

参考文献：

[1] 李若飞， 达尔仁·阿斯哈提， 王振豪， 梁爽， 张乐华， 人工智能应用于水污染控制过程的研究进展[J]. 智城实践， 2019， 20： 9.

[2] 解舒婷， 郭欢， 智慧水务在城市水污染控制中的应用[J]．智慧中国， 2024. 8，92-93.

[3] 范晓丹， 李梦雄， 张道虹， 陈元昊， 张峻嘉， 数字化转型背景下“水污染控制工程 A（1）”课程改革与实践[J]．科技风 . 2025 （07）， 51-53.

作者简介：

姓名：丁宁（1982 年7 月-）性别：女，民族：汉，籍贯：北京市，职称：教授，学历：博士研究生，单位：北京工商大学，研究方向：水污染控制理论与技术。 单位所在的省市和邮编：北京市，102488

基金项目：2024 年度北京工商大学教育教学改革研究项目（jg245212）