“新工科”背景下土木水利拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究

尹家波，楊 光

(1.武漢大學 水利水電學院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北，武漢 430072；3.意大利米蘭理工大學 電子信息與生物工程系，米蘭 20133)

0 引言

近年來，為提升我國的科學技術水平和國際競爭力，加快由制造大國向制造強國轉變，我國正在開展高等教育改革，大力發(fā)展“新工科”教育。“新工科”是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的一項重大發(fā)展戰(zhàn)略，對積極應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅動發(fā)展、“一帶一路”和“中國制造2025”戰(zhàn)略均具有關鍵意義。2020年，國務院、教育部發(fā)布《專業(yè)學位研究生教育發(fā)展方案(2020—2025)》，對新時期專業(yè)學位研究生教育提出新要求。近年來，我國土木水利專業(yè)學位碩士研究生的招生人數(shù)大幅攀升，大多數(shù)培養(yǎng)單位以“大土木”寬口徑模式制定土木水利工程研究生的培養(yǎng)方案，理論課程與學術碩士基本相同。當前，國內土木水利專業(yè)學位研究生培養(yǎng)過程中普遍存在理論性強、技能型弱、邏輯關系差等問題，亟需通過教育教學和培養(yǎng)方案改革，培養(yǎng)一大批實踐性較強、工程實踐能力和創(chuàng)新素質高的土木水利研究生。與此同時，我國逐漸開始探索培養(yǎng)土木工程和水利工程交叉融合的拔尖創(chuàng)新本科生。本文瞄準武漢大學 “寬口徑、厚基礎、復合型”人才培養(yǎng)目標，以“水土交融”為理念構建多學科融合發(fā)展的人才培養(yǎng)體系，有效提升高校實踐育人能力和師生實踐創(chuàng)新能力；將新工科理念融入學生教育和培養(yǎng)全過程，解決人才培養(yǎng)面臨的封閉性、滯后性、空泛化等問題，解決“培養(yǎng)什么樣的人”和“如何培養(yǎng)人”的問題，促進工程教育與國際接軌，提高武漢大學土木水利專業(yè)的人才培養(yǎng)質量。

1 “新工科”背景下土木水利復合型人才培養(yǎng)的迫切需求

在“新工科”背景下，中國正大力邁進創(chuàng)新型國家行列，工程建設中的新材料、新結構、新設備、新工藝、新技術不斷涌現(xiàn)，建筑工業(yè)化、BIM技術、裝配式建筑、3D打印、智能建造、綠色建造、“互聯(lián)網(wǎng)+”等快速發(fā)展，大型工程的國際化招標、投標政策的推行對工程項目管理水平也提出了更高要求，我國土木水利行業(yè)正快速趨向規(guī)范化、先進化和國際化。但受多種因素的影響，我國的土木水利專業(yè)碩士培養(yǎng)大多按照學術學位研究生的固有模式，缺乏特色優(yōu)勢，造成用人單位對專業(yè)學位碩士的認可度不高，土木水利學士培養(yǎng)則處于探索階段，當前迫切需要開展土木水利拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究，以服務“一帶一路”“長江經(jīng)濟帶”和“生態(tài)文明建設”等國家重大戰(zhàn)略。

近年來，武漢大學積極響應國家培養(yǎng)跨學科人才的現(xiàn)實需求，開始招收土木水利專業(yè)學位研究生，新工科交叉融合發(fā)展面臨新的歷史機遇。武漢大學水利工程專業(yè)是國家新工科建設的重要發(fā)展方向之一，作為國家首批“雙一流”建設學科、“985”“211”工程重點建設學科，培養(yǎng)的畢業(yè)生承擔了三峽工程、南水北調等一批重大水利水電工程的建設和技術攻關工作，推動了我國水利水電事業(yè)蓬勃發(fā)展，學科實力在國內外享有盛譽。武漢大學土木工程專業(yè)為國家級一流本科專業(yè)建設點，是國家第一類特色專業(yè)、“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和綜合改革試點專業(yè)，在國內土木行業(yè)的影響力舉足輕重。當前，迫切需要研究如何整合兩個學科的優(yōu)勢資源，提高土木水利人才培養(yǎng)質量。

2 培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的基本規(guī)律

土木水利拔尖創(chuàng)新人才具有國際化、復合型、應用導向等特點，需要結合新工科建設的切實需求，聚焦土木水利培養(yǎng)，尤其是專業(yè)學位研究生拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)這一重要議題，分析研究生培養(yǎng)模式現(xiàn)狀，遵循復合應用型拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標，以校企聯(lián)合培養(yǎng)為驅動力，從多學科交叉融合的課程體系、多方位的協(xié)同育人平臺、多方式教學模式3個方面構建土木水利專業(yè)學位研究生協(xié)同育人培養(yǎng)新模式，將新工科理念融入研究生教育和培養(yǎng)全過程。當前，迫切需要從以下三方面探索拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式：(1)梳理國內外高校土木水利工程研究生的培養(yǎng)方案，比較和評價武漢大學與國內外其他高校人才培養(yǎng)模式的差異及特色；(2)從多學科交叉融合的課程體系、多方位的協(xié)同育人平臺、多方式教學模式3個方面，研究適用于武漢大學的水利工程專業(yè)研究生課程體系；(3)瞄準“長江大保護”和“生態(tài)文明建設”等國家重大戰(zhàn)略，面向“新工科”建設和中國土木水利事業(yè)發(fā)展新形勢，研究土木水利專業(yè)研究生的校企協(xié)同育人機制。整體而言，培養(yǎng)土木水利拔尖創(chuàng)新人才應遵循以下三點規(guī)律：(1)注重理論培養(yǎng)和工程應用相結合，土木水利工程培養(yǎng)過程中既要加強水循環(huán)、氣候變化、水文學原理等知識滲透，又要結合“南水北調”工程等大國重器，提高學生解決工程實際問題的能力；(2)注重國內特色與國際視野相結合，培養(yǎng)土木水利拔尖創(chuàng)新人才不僅要注重對中國國情的理解，也要培養(yǎng)學生的國際化視野和跨文化溝通能力，致力于培養(yǎng)土木水利的全球治理人才；(3)注重培養(yǎng)跨學科能力，人才培養(yǎng)過程中要加強人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、衛(wèi)星遙感、全球變化、政治經(jīng)濟學、力學、數(shù)學、大氣科學等多學科交叉融合，培養(yǎng)復合型拔尖創(chuàng)新土木水利領軍人才。

3 土木水利工程領域的新興科學技術難題

3.1 全球變暖與水資源危機

全球變暖是當前土木水利工程領域面臨的關鍵科學問題，由此引發(fā)的一系列問題引起學界和社會各界廣泛關注。工業(yè)革命以來，大氣中二氧化碳等溫室氣體排放量增加，干旱、洪水、颶風、野火、高溫熱浪、寒潮等極端災害頻發(fā)，多變量復合災害事件發(fā)生也愈加頻繁，社會經(jīng)濟系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境的不均衡、不平等日益加劇[1-2]。21世紀末，中國升溫幅度可能超過2 ℃，將對降水、大氣濕度、蒸散發(fā)、徑流、陸地水儲量等水文要素產(chǎn)生顯著影響，水資源短缺矛盾可能進一步加劇，基于衛(wèi)星遙感及再分析資料的風險評估和數(shù)據(jù)融合成為新的技術手段[3]。重力恢復與氣候實驗(Gravity Recovery And Climate Experiment, GRACE)衛(wèi)星為獲取全球大尺度地球表面物質遷移提供了連續(xù)、高精度的直接觀測手段，能有效反映冰雪、地表水、土壤水、地下水以及人為因素造成的重力變化，全面監(jiān)測陸地水儲量異常信號[4]。當前，全球正在經(jīng)歷以“變暖”為主導的氣候變化，降水對氣候變暖的響應具有顯著的時空異質性，其變化受大氣水汽容量、相對濕度以及大氣穩(wěn)定性影響，可能引發(fā)干旱、洪水等極端水文災害，對水資源配置和洪水風險管理提出新的挑戰(zhàn)[5]，亟待培養(yǎng)土木水利拔尖創(chuàng)新人才研究該議題。

3.2 變化環(huán)境下的水資源調配

變化環(huán)境下的水資源調配也是土木水利領域關注的核心科學問題。我國水利工程點多、面廣、量大，類型復雜，其調控問題正朝著大規(guī)模、多尺度、多目標等方向發(fā)展，氣候變化和經(jīng)濟社會發(fā)展會加劇水資源供需矛盾，給我國水資源聯(lián)合調控提出了更高的要求，其導致的水文循環(huán)和水資源分布規(guī)律變化會進一步降低現(xiàn)有水利工程運行及水資源管理的有效性[6]，亟需提高水資源系統(tǒng)對未來變化環(huán)境的適應能力。目前，大部分應對氣候變化的水資源適應性調度研究僅針對單一時間尺度，且缺乏水資源與人類社會系統(tǒng)對變化環(huán)境響應機理方面的探索，因此，在適應復雜的多時間尺度變化方面具有一定的局限性。同時，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出了“構建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調度能力”的明確要求；充分發(fā)揮信息化對經(jīng)濟社會發(fā)展的驅動引領作用已成為全社會共識，如何運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術構建智慧流域體系，并制定相應的適應性水資源智能調控系統(tǒng)，是新時期土木水利創(chuàng)新人才必須面對的挑戰(zhàn)。

4 土木水利拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實施路徑

4.1 系統(tǒng)設計，構建“水土交融”的大土木人才培養(yǎng)體系

對標國內外一流大學大土木專業(yè)培養(yǎng)模式，通過系統(tǒng)設計、廣泛調研，建設“土木、水利與海洋工程”大類專業(yè)，制定“水土交融”大土木人才培養(yǎng)方案。圍繞第一課堂的專業(yè)學習，設計開展第二課堂，引導學生開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練等科研實踐，提高創(chuàng)新能力；選配優(yōu)秀教師指導學生參加全國大學生周培源力學競賽、湖北省建筑信息模型比賽等，探索通過結構設計競賽、土木工程材料創(chuàng)意比賽等拓寬學生視野，增加知識儲備。積極探索武漢大學土木水利專業(yè)導師責任制，學生根據(jù)自身興趣及發(fā)展方向選擇學科方向(團隊)和導師，踐行科研實踐育人。

4.2 團隊管理，構建“多元化、高水平”育人隊伍

主動適應學科發(fā)展趨勢和國家戰(zhàn)略需求，按學科方向重點研究基礎設施運維、地下空間工程、城市水務、水資源水生態(tài)、河海動力過程等學術方向的育人模式和科技前沿，按團隊組建教研室，創(chuàng)新“學院—團隊”的管理模式，聯(lián)通教學與科研，推進“產(chǎn)科教融合、校地企協(xié)同”，培養(yǎng)教師實踐創(chuàng)新和實踐育人能力；推動長江水利委員會水文局、三峽集團、湖北清江公司等業(yè)內龍頭企業(yè)和武漢大學建立常態(tài)化研究生育人機制，依托具體工程應用項目和技術研發(fā)課題，基于校企聯(lián)合模式培養(yǎng)研究生。

4.3 產(chǎn)科教融合，建設“場網(wǎng)一體”實踐育人共享平臺

依托武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室、測繪遙感信息工程國家重點實驗室以及國家多媒體軟件技術研究中心、武漢大氣遙感國家野外科學觀測研究站等國家重大科技基礎設施和國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，以“互(物)聯(lián)網(wǎng)+足尺及原位試驗場”為基礎，建設“場網(wǎng)一體”實踐育人共享平臺，探索“多主體合作、多形式投入”共建模式，匯聚足尺及原位試驗設施優(yōu)質資源；結合水利行業(yè)需求，依托“智慧大壩”科技攻關項目，與業(yè)內龍頭企業(yè)協(xié)作，通過開展跨學科國際合作、參加國際學術會議和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事，提高研究生的國際化視野和跨文化溝通能力。

5 結語

當前新工科大力發(fā)展，迫切需要瞄準“長江大保護”和“生態(tài)文明建設”等國家重大工程戰(zhàn)略，面向“新工科”建設和中國土木水利事業(yè)發(fā)展的新形勢，提出有專業(yè)特色的校企協(xié)同育人機制；對接國家第四次工業(yè)革命建設標準，探索“教學-競賽-科研-實踐”四融合的水利類專業(yè)雙創(chuàng)型研究生培養(yǎng)新模式，實現(xiàn)了理論教學與學科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等實踐環(huán)節(jié)的有效貫通，提高研究生的工程實踐與創(chuàng)新能力；基于“先創(chuàng)新、后創(chuàng)業(yè)”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，打通研究生培養(yǎng)的“產(chǎn)學研用”全鏈條，依托“智慧大壩”的科技攻關項目提高研究生的多學科交叉研究能力和國際競爭力，促進土木水利類本科生和研究生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)工作。