新工科背景下水利類拔尖創新人才培養模式探索

尹家波

(武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢 430072)

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，我國正大力發展新工科教育。當前，新工科已成為我國高等教育發展的重點方向之一，對滿足國家戰略發展需求和應對國際競爭具有關鍵意義。新工科的建設目標是助力高等教育強國建設，加快工程教育改革創新，培養一批創新型卓越工程技術人才，支撐我國產業轉型升級和創新發展[1]。水利工程專業對于我國解決治水問題、參與國際氣候治理和水資源優化配置具有重要的時代意義，但是目前關于水利工程新工科建設的相關研究較少。基于此，以水利工程專業新工科建設為例，分析我國新工科發展建設存在的改善空間及對策。

1 新工科建設的迫切需求

2018年，教育部、工業和信息化部、中國工程院聯合發布相關政策文件，強調要加快發展新工科建設，探索形成中國特色、世界水平的工程教育體系，促進我國從工程教育大國邁向工程教育強國，緊密對接經濟帶、城市群、產業鏈布局，加快培養能夠引領科技革命的國際化卓越工程科技人才，打造世界級的工程創新中心和全球性人才高地，全面提升國家科技創新實力和國際競爭力。水利工程專業是國家新工科建設的重要發展方向之一，水利工程專業的畢業生承擔著三峽工程、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蓬勃發展。近年來，空天遙感、大數據、云計算、5G、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能制造和機器人等新技術興起[2]，但是在水利工程領域應用不足，服務國家戰略需求的能力不足，水利行業的工程應用性較強，當前亟需培養一大批具有實踐能力的復合應用型拔尖創新人才，以解決制約我國水利水電工程發展的實際問題。

2 培養學生對水利工程領域新問題的解決能力

氣候變化是當前水利工程領域面臨的重大科學問題之一，自第二次工業革命以來，大氣中CO2等溫室氣體含量增加，氣候系統的能量收支平衡與物質循環過程發生改變，造成全球水資源在不同時空尺度上的再分配，改變了環境和生態系統的物理演化過程。聯合國政府間氣候變化專門委員會發布的《全球1.5℃增暖特別報告》指出，全球變暖加之劇烈的人類活動(如水利工程的修建和城市化進程等)將繼續加速全球水循環過程，可能導致水旱災害更加頻繁，對社會經濟系統和生態環境的可持續發展構成嚴峻挑戰。我國是最易受全球氣候變化影響的發展中國家之一，增溫速率遠高于全球平均水平，氣溫上升將嚴重威脅我國的供水安全、糧食安全、防洪安全、能源安全和生態環境安全。信息化建設也是水利事業發展的新興方向之一，當前需要以創新驅動發展戰略為牽引，建設智能化流域調度中心，實現防洪搶險、會商決策、聯合調度、聯動指揮、災情評估等業務智能化處理，建立防汛抗旱、水資源優化配置、應急搶險的立體指揮體系，并對相關業務的功能模塊進行抽取封裝，基于會商決策成果集成可視化平臺，通過科學智慧調度，系統防范“黑天鵝”事件和“灰犀牛”事件。需要通過培養優秀水利工程專業人才發展我國的水利事業，大力培養學生對水利工程新問題的認識水平，通過課外實踐、工程實習、畢業實習、海外交流等多種方式培養新工科背景下水利工程專業學生解決實際問題的能力。

3 大力培養綜合素質高的氣候變化治理人才

極端水文事件對人類社會和生態系統構成了重大威脅，當前洪澇災害是全球造成損失最大、危害最深、影響最廣的自然災害之一。在過去50年，洪澇災害造成了大量的人口死亡、財產損失和基礎設施損壞。由于海平面升高和極端氣象災害增多，全球大多數地區的洪澇損失仍顯示出增加的態勢，近年來因洪水造成的財產損失巨大。目前，全球仍有超過1 000萬人生活在洪泛區，極端氣候災害對洪泛區居民的生命財產安全構成重大威脅，氣候變暖更是加劇了洪澇災害進一步發展的可能。變化環境下洪水等極端水文事件可能造成的社會經濟影響引起了國內外學者的廣泛關注，部分學者耦合CMIP5的11個全球氣候模式和全球河道演進模型，模擬預測了21世紀全球洪水量級變化情況，并基于2005年的全球格點數據評估了未來氣候變化情景下的受災人口。

關于極端水文事件的社會經濟影響研究大多是基于某一個水平年的人口和GDP的靜態數據，忽略了未來社會經濟發展的動態變化特征，不符合社會經濟運行的客觀規律，制約了極端事件社會經濟影響評估的合理性和科學性。2010年，IPCC將溫室氣體排放情景與社會經濟發展相結合，提出了共享社會經濟路徑(shared socioeconomic pathways, SSPs)，通過設定5種社會經濟發展路徑用來闡述全尺度的社會經濟發展可能狀態及演變趨勢。近年來，學者們將氣候變化情景和共享社會經濟路徑結合，進一步評估了未來氣候變化情景下極端水文事件對人口和GDP變化的影響情況。當前，氣候治理人才對國家氣候談判、實現“碳中和”戰略和未來綠色低碳科技發展具有重要意義，但是現有的水利工程專業教育對氣候變化的滲透較少，迫切需要通過開設氣候學專業課程提高學生對氣候變化的關注度，培養學生的氣候治理能力和全球公民意識。

4 積極推進校企協同育人機制建設

水利工程學科的發展需要依托工程項目，面對水利類專業新工科建設的切實需求，當前需要系統分析本科生和研究生培養模式現狀，遵循復合應用型拔尖創新人才的培養目標，以校企聯合培養為驅動力，從構建多學科交叉的課程體系、打造多方位的協同育人平臺、創新融合式教學模式等方面構建水利工程專業的協同育人培養新模式，將新工科理念融入教育教學和培養全過程，解決我國水利工程研究生培養的封閉性、滯后性、空泛化等問題，促進工程教育與國際接軌，提高水利工程教育人才培養質量[3]。

水利類專業學生培養要依托工程實際解決問題，近年來“長江經濟帶”建設需要一大批高素質的水利工程師[4]。長江流域是我國最重要的水電能源基地和戰略水源地，興建了以三峽為核心的世界上規模最大的水庫群，也是南水北調水源地。因此，長江流域控制性水庫在保障防洪安全、供水安全、生態安全、能源安全、水運安全和經濟社會可持續發展等方面，具有十分突出和重要的地位。長江流域水旱災害頻發，充分發揮長江中上游水庫群協同運行的調度作用，實現長江上游與中下游支流洪水錯峰調節，提高流域抵御特大洪水能力，增強枯水期生態補償和環境安全保障能力，是面向我國水旱災害防御、水資源綜合利用以及水生態環境保護的重大國家需求。高校要大力培養學生的工程實踐能力，提升學生解決實際問題的能力，大力開展校企協同教育。

5 結語

當前新工科大力發展，迫切需要建立多學科交叉融合的課程體系、成立多方位的協同育人平臺、創新多方式的教學模式，建設適用于水利工程專業的校企協同育人培養新模式。同時，需要結合水利行業需求，依托高校的科技攻關項目，與業內龍頭企業合作，通過開展跨學科國際合作、參加國際學術會議和創新創業賽事，提高學生的國際化視野和跨文化溝通能力。