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伴隨著人工智能技術的快速發展，高等教育也在加速邁進智慧教育階段。在“智慧教育元年”背景下，土木與交通工程學院榮宏偉與趙美花教師團隊聯合超星平臺精心打造了《水質工程學Ⅰ》智慧課程，通過深度融合人工智能技術，利用虛擬仿真、智能診斷、知識圖譜等創新手段，破解傳統教學中的技術抽象難理解、工藝設計難實踐等痛點，打造了智慧教育新生態，開啟了智慧課堂新篇章。

一、課程介紹

《水質工程學Ⅰ》是給排水科學與工程專業的主干課程之一，主要介紹以給水處理為主的物理、化學等處理技術。通過該課程的學習學生可以系統地了解水的性質、水質特征與水質指標等概念，掌握給水凈化方法的基本概念和基本理論，熟悉給水處理構筑物的工藝過程與工作原理，掌握工藝過程與城市水廠的設計計算方法、技術規范，能夠選擇合理的給水處理工藝方案，并能進行方案優化比選，為將來從事本專業的工程設計、科學研究及運行管理工作等奠定必要的理論和應用基礎。

圖1.《水質工程學Ⅰ》課程頁面

二、智慧教學創新實踐：三維驅動重塑學習生態

1．知識圖譜導航：構建水處理認知坐標系

《水質工程學Ⅰ》知識圖譜構建起涵蓋271個知識節點的三維智慧教學體系，以“混凝-沉淀-過濾-消毒”工藝鏈為主軸，將97項國家水質標準、48類處理單元、23種新型技術有機串聯。通過三維可視化界面，學生可自由切換“工藝原理-設備結構-設計計算”學習視角，系統掌握從原水特性分析到凈水廠工藝比選的全流程知識。圖譜特別設置“技術迭代軸”，動態關聯超星資源庫中126篇前沿論文、45項專利技術，確保教學內容與行業技術發展同步更新。

圖2.課程知識圖譜頁面

圖3.關聯資源情況

2．虛實融合訓練：破解工程實踐難題

針對水處理構筑物認知困難，課程開發了線上工藝仿真實驗室：高度還原混凝沉淀實驗的實驗環境、實驗過程和互動環節，以3D微觀動畫形式解析混凝機理，促使“理論、實踐”教學巧妙融合。

圖4.水處理混凝過程虛擬仿真實驗

3．思政-專業融合：培育新時代治水人才

針對我國飲用水水資源短缺的現狀，課程設計上融入習近平總書記提出的“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，構建“技術標準+職業使命+生態倫理”三主線思政體系：

- 生活飲用水標準與技術的發展遵循著中國特色社會主義市場經濟實現共同富裕的目標，剖析技術迭代背后的民生關懷；

- 通過粵港澳大灣區水源保護案例研討，踐行綠水青山就是金山銀山的理念，培養學生“守護生命之源”的職業使命感；

- 以城市給水處理工程發展中的一些經典工程為背景，幫助學生感悟給水處理工程項目造福民生的工程師定位，體現給水處理工程項目公益性的特點。

三、課程設計理念創新：三位一體育人新范式

1. 以學生為中心的教育革新

突破傳統“填鴨式”教學桎梏，構建“學習軌跡跟蹤-智能診斷-精準干預”的閉環系統。在學生自主學習的過程中，系統根據知識圖譜掌握度自動生成“專屬學習地圖”（圖5-6），實時跟蹤學習進度，分析學習薄弱點，提供針對性的提升建議。例如，對于混凝動力學等難點模塊，AI系統智能推送清華大學許保玖院士的經典論文解讀、珠三角水廠運行案例等差異化學習資源，實現“千人千面”的教學適配。

圖5.學生專屬學習地圖

圖6.學生畫像

2. 基于話題討論的強互動學習模式

打破“老師講，學生聽”的單向知識傳授模式，將學生置于學習的中心，讓他們在討論中主動探索知識，掌握知識；培養學生的批判性思維、團隊協作和溝通能力，同時激發學生的學習熱情和內在動力（圖7）。

圖7.話題討論模式

3. AI賦能的智慧教育生態

- 智能教輔系統：通過識別教師導入的課程教學大綱或書籍教材文件，快速生成高質量的教學內容（圖8）；根據課程資料庫自動梳理相關知識點，按照題型要求生成課程練習題（圖9）。

圖8.AI輔助教案設計

圖9.AI輔助出題

- 精準教學統計：通過數據可視化展示班級整體的學習進度、知識完成與掌握情況、知識熱度，幫助教師了解學生的學習習慣，調整教學計劃和教學方法；對比不同班級的學習情況，包括任務完成率和課程掌握率等指標，了解每個班級的課程進度，協助調整教學安排（圖10）。

圖10.班級數據對比

- 全程學習輔導：訓練專屬的AI助教，實現課程相關的智能問答、資源推送，為學生提供24小時隨時隨地的輔導（圖11）。自動鏈接《水泵與泵站》《給水管網》等關聯課程知識點，方便學生對課程知識相關的內容進行搜索與拓展，構建專業認知網絡（圖12）。

圖11.AI助手答疑

圖12.AI助手推薦資源

四、持續深化智慧賦能，開啟水業教育新篇章

未來課程建設將聚焦三大方向：

1. 構建跨校虛擬教研室：聯合粵港澳高校打造水處理工藝案例共享平臺

2. 開發自適應學習系統：基于大模型的個性化學習路徑推薦精度提升至92%

3. 拓展產教融合維度：構建“基礎實驗-虛擬仿真-真實項目”三級實踐體系：

- 基礎層：配置在線水質檢測實驗箱，支持學生遠程開展濁度、PH值等12項基礎檢測

- 提升層：通過數字孿生技術構建大灣區典型水廠模型，支持學生開展工藝參數優化實驗

- 實戰層：與廣州水投集團共建“智慧水務聯合實驗室”，學生直接參與次氯酸鈉投加系統智能改造等真實項目

結語

《水質工程學Ⅰ》智慧課程的創新實踐，標志著廣州大學在工程教育數字化改革中邁出了關鍵一步。通過將AI技術深度植入水處理人才培養全鏈條，我們致力于培育兼具工程思維與數字素養的新時代治水人才，為粵港澳大灣區水務行業智能化轉型提供強有力的人才支撐。

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