伴随着人工智能技术的快速发展，高等教育也在加速迈进智慧教育阶段。在“智慧教育元年”背景下，土木与交通工程学院荣宏伟与赵美花教师团队联合超星平台精心打造了《水质工程学Ⅰ》智慧课程，通过深度融合人工智能技术，利用虚拟仿真、智能诊断、知识图谱等创新手段，破解传统教学中的技术抽象难理解、工艺设计难实践等痛点，打造了智慧教育新生态，开启了智慧课堂新篇章。

一、课程介绍

《水质工程学Ⅰ》是给排水科学与工程专业的主干课程之一，主要介绍以给水处理为主的物理、化学等处理技术。通过该课程的学习学生可以系统地了解水的性质、水质特征与水质指标等概念，掌握给水净化方法的基本概念和基本理论，熟悉给水处理构筑物的工艺过程与工作原理，掌握工艺过程与城市水厂的设计计算方法、技术规范，能够选择合理的给水处理工艺方案，并能进行方案优化比选，为将来从事本专业的工程设计、科学研究及运行管理工作等奠定必要的理论和应用基础。

图1.《水质工程学Ⅰ》课程页面

二、智慧教学创新实践：三维驱动重塑学习生态

1．知识图谱导航：构建水处理认知坐标系

《水质工程学Ⅰ》知识图谱构建起涵盖271个知识节点的三维智慧教学体系，以“混凝-沉淀-过滤-消毒”工艺链为主轴，将97项国家水质标准、48类处理单元、23种新型技术有机串联。通过三维可视化界面，学生可自由切换“工艺原理-设备结构-设计计算”学习视角，系统掌握从原水特性分析到净水厂工艺比选的全流程知识。图谱特别设置“技术迭代轴”，动态关联超星资源库中126篇前沿论文、45项专利技术，确保教学内容与行业技术发展同步更新。

图2.课程知识图谱页面

图3.关联资源情况

2．虚实融合训练：破解工程实践难题

针对水处理构筑物认知困难，课程开发了线上工艺仿真实验室：高度还原混凝沉淀实验的实验环境、实验过程和互动环节，以3D微观动画形式解析混凝机理，促使“理论、实践”教学巧妙融合。

图4.水处理混凝过程虚拟仿真实验

3．思政-专业融合：培育新时代治水人才

针对我国饮用水水资源短缺的现状，课程设计上融入习近平总书记提出的“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，构建“技术标准+职业使命+生态伦理”三主线思政体系：

- 生活饮用水标准与技术的发展遵循着中国特色社会主义市场经济实现共同富裕的目标，剖析技术迭代背后的民生关怀；

- 通过粤港澳大湾区水源保护案例研讨，践行绿水青山就是金山银山的理念，培养学生“守护生命之源”的职业使命感；

- 以城市给水处理工程发展中的一些经典工程为背景，帮助学生感悟给水处理工程项目造福民生的工程师定位，体现给水处理工程项目公益性的特点。

三、课程设计理念创新：三位一体育人新范式

1. 以学生为中心的教育革新

突破传统“填鸭式”教学桎梏，构建“学习轨迹跟踪-智能诊断-精准干预”的闭环系统。在学生自主学习的过程中，系统根据知识图谱掌握度自动生成“专属学习地图”（图5-6），实时跟踪学习进度，分析学习薄弱点，提供针对性的提升建议。例如，对于混凝动力学等难点模块，AI系统智能推送清华大学许保玖院士的经典论文解读、珠三角水厂运行案例等差异化学习资源，实现“千人千面”的教学适配。

图5.学生专属学习地图

图6.学生画像

2. 基于话题讨论的强互动学习模式

打破“老师讲，学生听”的单向知识传授模式，将学生置于学习的中心，让他们在讨论中主动探索知识，掌握知识；培养学生的批判性思维、团队协作和沟通能力，同时激发学生的学习热情和内在动力（图7）。

图7.话题讨论模式

3. AI赋能的智慧教育生态

- 智能教辅系统：通过识别教师导入的课程教学大纲或书籍教材文件，快速生成高质量的教学内容（图8）；根据课程资料库自动梳理相关知识点，按照题型要求生成课程练习题（图9）。

图8.AI辅助教案设计

图9.AI辅助出题

- 精准教学统计：通过数据可视化展示班级整体的学习进度、知识完成与掌握情况、知识热度，帮助教师了解学生的学习习惯，调整教学计划和教学方法；对比不同班级的学习情况，包括任务完成率和课程掌握率等指标，了解每个班级的课程进度，协助调整教学安排（图10）。

图10.班级数据对比

- 全程学习辅导：训练专属的AI助教，实现课程相关的智能问答、资源推送，为学生提供24小时随时随地的辅导（图11）。自动链接《水泵与泵站》《给水管网》等关联课程知识点，方便学生对课程知识相关的内容进行搜索与拓展，构建专业认知网络（图12）。

图11.AI助手答疑

图12.AI助手推荐资源

四、持续深化智慧赋能，开启水业教育新篇章

未来课程建设将聚焦三大方向：

1. 构建跨校虚拟教研室：联合粤港澳高校打造水处理工艺案例共享平台

2. 开发自适应学习系统：基于大模型的个性化学习路径推荐精度提升至92%

3. 拓展产教融合维度：构建“基础实验-虚拟仿真-真实项目”三级实践体系：

- 基础层：配置在线水质检测实验箱，支持学生远程开展浊度、PH值等12项基础检测

- 提升层：通过数字孪生技术构建大湾区典型水厂模型，支持学生开展工艺参数优化实验

- 实战层：与广州水投集团共建“智慧水务联合实验室”，学生直接参与次氯酸钠投加系统智能改造等真实项目

结语

《水质工程学Ⅰ》智慧课程的创新实践，标志着威廉希尔中文官方网站在工程教育数字化改革中迈出了关键一步。通过将AI技术深度植入水处理人才培养全链条，我们致力于培育兼具工程思维与数字素养的新时代治水人才，为粤港澳大湾区水务行业智能化转型提供强有力的人才支撑。

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