融合智能化技术的《智慧水务》课程教学设计与实践研究

一、融合智能化技术的智慧水务课程教学设计

（一）以能力为核心的课程目标体系构建

智慧水务课程的目标体系需紧扣行业智能化转型需求，构建知识、技能、素养三位一体的培养框架。学生需熟练掌握PLC 控制柜的编程调试、数字孪生平台的场景搭建等实操技能。以为例，通过“理论授课+仿真训练+真机操作”的递进式教学，学生在完成智能水泵控制模块学习后，可在实验室通过虚拟仿真平台模拟水泵变频调速控制，再于校内实训基地进行真实设备的联动调试，实现知识向技能的转化。

（二）融入前沿技术的课程内容重构

教材内容需打破传统水务课程的知识边界，构建“传统工艺+智能技术+工程应用”的模块化体系。教学内容的更新需紧跟行业动态，的教学团队定期与湖北山鼎环境科技股份有限公司等企业开展技术研讨，将最新的智能设备（如多参数水质监测浮标）和应用场景（如智慧水厂运维管理）转化为教学案例。在讲解物联网技术时，引入企业实际使用的LoRa 无线传输模块，让学生通过拆解设备、分析协议，理解远程监测的技术细节。

(Ξ) 虚实结合的实践教学平台搭建

虚拟仿真平台的建设采用数字孪生技术，构建污水处理厂全流程虚拟场景。学生通过佩戴 VR 设备，可在虚拟环境中完成从格栅除渣到污泥脱水的全工艺操作，并能模拟暴雨工况下的应急调度、设备故障时的诊断维修等复杂场景。校内实训基地则按照“小型智慧水厂”标准建设，配备PLC 控制柜、在线COD 监测仪、SCADA监控系统等真实设备，构建“进水-处理-出水”的闭环实训系统。学生分组承担“水厂运维”任务，负责设备巡检、数据采集、工艺优化等工作。在校园中水回用项目中，学生通过调试智能加药系统，将药剂投加量误差控制在±5%以内，既降低了运行成本，又提升了实操技能。

二、融合智能化技术的智慧水务课程教学实践分析

（一）校内实践基地的技能强化机制

校内实践基地采用“项目驱动式”教学模式，将教学内容分解为若干典型工作任务。以“校园雨水智能处理系统”项目为例，学生需完成从监测点布设、设备选型到系统调试的全流程工作。在传感器布设环节，学生需综合考虑校园地形、雨水流向等因素，运用GIS 技术绘制监测点布局图；在系统调试阶段，需编写PLC 程序实现雨水池液位与水泵启停的联动控制，并通过SCADA 系统实时监控水质数据。

经过一学期的基地实践，学生的技能水平显著提升。在期末的综合考核中，学生操作智能设备的平均耗时从初期的 45 分钟缩短至28 分钟，故障诊断准确率从 60%提升至 85% 。学生开发的“智能灌溉水价计费系统”已应用于校园绿化带，通过流量计与PLC 的联动控制，实现了按用量计费的精准管理，节水率达30%以上。

（二）校企协同的实战能力培养模式

校外实习采用“双导师制”，由校内教师与企业工程师共同指导学生参与真实项目。与丹江口库区周边水处理企业合作，学生在“水源地水质智能监测”项目中，通过卫星通信将数据实时传输至企业管理平台。在实习过程中，学生平均每人需掌握12 项水质参数的监测技能，数据准确率达98%以上。

企业真实项目的介入为教学带来了鲜活案例。当某污水处理厂的MBR 膜组件出现通量下降问题时，实习学生在工程师指导下，通过分析历史运行数据、排查在线监测仪表，最终发现是传感器校准偏差导致的误报警。学生提出的“定期自动校准+人工比对”方案被企业采纳，使设备故障率降低 40% 。这种“教学-实践-改进”的闭环模式，既解决了企业实际问题，又深化了学生对理论知识的理解。

（三）学科竞赛驱动的创新能力培养

依托“互联网+”“挑战杯”等学科竞赛，引导学生将智能化技术应用于水务创新场景。在“智慧排水管网监测系统”竞赛项目中，学生团队开发了基于 NB-IoT 技术的管道液位监测装置，通过太阳能供电与边缘计算，实现了低洼路段积水的提前预警。

在“水质监测数据智能分析”竞赛中，学生运用Python 编程实现了基于卷积神经网络的水质异常识别模型，对 COD、氨氮等指标的预测误差率低于 8% ，较传统统计方法提升 50%以上。这种以赛促学的模式，有效激发了学生的技术创新潜能。

三、教学改革的创新点与实践成效

（一）三维联动的教学模式创新

突破传统“课堂+实验室”的二维教学局限，构建“课堂理论教学-虚拟仿真训练-企业实战应用”的三维联动模式。通过数字孪生技术将污水处理厂“搬进”教室，通过校企合作将课堂延伸至生产现场，形成“虚实结合、工学交替”的教学闭环。该模式使学生的实践课时占比从 30% 提升至 55% ，企业调研显示，毕业生的岗位适应期从6 个月缩短至3 个月。

（二）工单式考核的评价体系创新

引入企业运维标准，设计“工单式”考核体系。学生在完成每个教学模块后，需根据模拟工单（如“处理某污水处理厂曝气不足故障”）完成设备调试、数据记录、报告撰写等任务，由校企双方按企业标准评分。这种考核方式将主观评价转化为客观指标，例如在“PLC 程序调试”考核中，明确要求程序扫描周期 ⩽10ms 、I/O响应误差 ⩽2% ，使考核结果更贴近行业实际需求。

（三）成果转化的社会价值创造

教学改革成果实现了“教育-产业-社会”的价值传导。学生参与开发的“农村分散式污水处理智能控制系统”已在十堰市12 个村落应用，通过物联网技术实现了远程监控与自动运行，使运维成本降低 40% ；学生参加湖北省职业院校技能大赛环保赛道，使用“农村分散式污水处理智能控制系统”课题，荣获一等奖。这种成果转化模式，既服务了地方经济发展，又提升了专业的社会影响力。

四、结语

融合智能化技术的智慧水务课程教学改革，通过课程体系重构、实践平台升级与教学模式创新，有效解决了传统水务教育与行业智能化需求脱节的问题。未来需进一步深化数字孪生、5G 通信等新技术在教学中的应用，加强“课证融通”，将智能水务相关职业技能等级证书标准融入课程内容，持续提升人才培养质量，为智慧水务行业的创新发展提供更强的人才支撑。

参考文献

[1]李明，王磊。基于数字孪生的污水处理厂实训平台设计[J].中国给水排水，2024,40(6):112-116.

[2]王丽，刘洋。校企协同培养水处理智能化人才的实践路径[J].职业技术教育，2024,45(12):34-38.

[3]朱志玲，范丽平，许英杰，等。高职“环境监测”课程模块化教学设计及实施研究[J].职业技术，2024,23(5):102-108.

项目名称:融合智能化技术的《智慧水务》课程教学设计与实践研究项目编号:2025JY02