“水文随机分析”研究生课程思政的探索和实践

［摘 要］ “水文随机分析”是华北电力大学水利工程一级学科硕士研究生学位课程，在课程内容和教学方法改革创新的基础上，在华北电力大学“水文随机分析”课程思政示范课的支持下，总结了华北电力大学“水文随机分析”课程建设历程，从水文随机分析专业知识背后的故事出发，采用水文随机分析专业知识主线与课程思政主线相结合的方式，挖掘出体现科学家和工匠精神、自主创新以及民族自豪感的6个思政元素，实现了专业知识与思政元素的融合。相关研究成果为研究生课程思政示范课建设提供了思路。

［关键词］ 水文随机分析；课程思政；思政元素；创新能力；专业知识与思政元素结合

［基金项目］ 2021年度华北电力大学“双一流”研究生培养建设项目“水文随机分析的课程思政建设”（2021-102）

［作者简介］ 门宝辉（1973—），男，黑龙江绥棱人，工学博士，华北电力大学水利与水电工程学院教授，博士生导师，主要从事水文水资源研究；李安宁（2001—），男，江苏扬州人，华北电力大学水利与水电工程学院2023级水利工程专业硕士研究生，研究方向为水文水资源；王 瑾（1987—），女，河北沧州人，工学博士，华北电力大学水利与水电工程学院讲师，硕士生导师，主要从事工程防灾减灾研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）47-0085-04 ［收稿日期］ 2023-08-06

引言

从2016年12月习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，要把思想政治工作贯穿教育教学全过程已有8年，至此教育部印发了诸多有关课程思政的重要文件，如2017年的《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》［1］，2020年的《高等学校课程思政建设指导纲要》［2］、《新时代学校思想政治理论课改革创新实施方案》［3］，2022年的《全面推进“大思政课”建设的工作方案》［4］。

华北电力大学为了贯彻落实课程思政的文件精神，紧密围绕落实立德树人根本任务，着力构建华北电力大学“三全育人”良好工作格局，提升学校思想政治工作质量，制定并印发了《华北电力大学关于进一步加强全员全过程全方位育人格局建设的实施意见》，构建了华北电力大学“十大育人”体系。2019年，为了全面落实立德树人根本任务，不断开创“三全育人”良好工作局面，经华北电力大学思想政治工作联席会讨论，确定并印发了《华北电力大学2019年全员全过程全方位育人综合改革重点工作任务》，学校从顶层进行规划，建设课程思政示范课，开展课程思政教学设计，制定了《课程思政建设指南》［5］，依托“双一流”高水平大学建设的基础，进行了本科生和研究生课程思政示范课建设，让课程思政成为师德师风建设的重要抓手。

一、课程建设的历程

“水文随机分析”是华北电力大学水利工程一级学科硕士学位人才培养方案中的一门专业学位课，也是水文学及水资源研究方向的核心课程［6］。2012—2017年是建设该课程的起步阶段，此时课程的内容主要参考本科教材《随机水文学》，教学过程中不断进行内容素材的积累，拓展水文随机分析的模型方法，包括灰色系统理论模型、谱分析、小波分析、经验模态分解等，并对教学大纲进行了凝练和提升。2018—2019年开始进行课程教育教学模式和方法的改革，这部分内容总结成文章《水文随机分析课程教学改革的初步探索》发表于《教育教学论坛》（2018年第51期）［6］；注重学生创新能力和学术论文撰写能力方面的培养，这部分内容的文章《基于创新实践能力的水文随机分析研究生课程教学内容的改革》发表于《教育教学论坛》（2019年第47期）［7］，此段时间收集和整理《水文随机分析》教材的提纲和内容，依托该课程申报并获批华北电力大学研究生优质课程建设项目。2020—2022年开始制作大学慕课，2021年“水文随机分析”研究生学位课上线学堂在线，申请并获批了华北电力大学“双一流”研究生培养建设项目——水文随机分析的课程思政建设（2021-102），2022年《水文随机分析》入选科学出版社“十三五”普通高等教育研究生规划教材并出版发行。

本文就是对华北电力大学“双一流”研究生培养建设项目——水文随机分析的课程思政建设（2021-102）项目的成果总结，阐述水文随机分析专业知识与思政元素相结合的实践探索。

二、课程的专业知识与课程思政的结合

专业知识如何与思政元素紧密结合，达到同向同行和润物无声的效果，这是课程思政的最终目标。如何从专业知识产生的背景和故事中挖掘出思政素材是解决“两张皮”问题的关键和有效办法。因此，本文从水文随机分析专业知识背后的故事中凝练思政元素，达到专业知识与思政元素融合的效果。

（一）课程的专业知识

水文随机分析（或水文时间序列分析）是水文学研究的一个重要应用领域，是探索水文过程变化规律的重要工具，对于研究水文时间序列变化趋势及其归因分析具有重要意义。

水文随机分析主要以随机理论的线性平稳随机模型的ARMA模型为专业知识基础，不断吸收新的理论方法，如我国邓聚龙提出的灰色系统模型方法、傅里叶级数为基础的谱分析方法、解决时域和频域分析的小波分析方法，以及最新提出的经验模态分解及其改进方法等。在掌握这些随机分析方法的理论模型基础上，更加注重这些模型方法在水文水资源等领域的应用研究［8］，为研究生阶段开展创新性科学研究和解决复杂工程问题提供了技术工具和支撑。

水文随机分析不仅可以为水利工程提供指导，还可以为水资源的优化配置和合理开发利用保护提供科学依据，从而为应对气候变化、实现“3060”双碳目标、推进生态保护和系统治理提供思路。

（二）思政元素

从随机分析理论模型或方法提出过程中挖掘其背后的故事或信息，形成与专业知识相对应的思政元素，主要包括M-K检验法背后的故事、自回归模型背后的故事、我国自主提出的灰色系统理论模型、傅里叶变换的故事、小波变换背后的故事、经验模态分解方法的提出和丰富等7个思政元素。

1.M-K检验法背后的故事。M-K检验法最初由著名数学和统计学教授曼（H.B.Mann）、英国著名统计学家肯德尔（M.G.Kendall）提出的原理并发展了这一方法而得名。Mann证明了当时的热点问题Schnirelmann-Landau猜想，并因此获得1946年的科尔数论奖。从事统计工作后，提出非参数统计学中的U-statistics，出版第一本数学化的处理实验设计教材。Mann不畏挫折、敢于试错的精神值得我们借鉴，科学研究要敢于提出新理论、开辟新领域、探索新路径，实现更多突破。Kendall出生于1907年，是英国著名统计学家。肯德尔身兼数职，时间受到严重限制，但他静心笃志，潜心科研，出版了《高级统计理论》。可见，科学家的优势不仅仅是智力，更主要的是专注和勤奋，经过长期探索才能在某个领域形成优势。

2.自回归模型背后的故事。基于“为什么统计学家经常会从时间序列数据中得到奇怪的相关？”的问题，尤尔创建了自回归过程；通过分析单摆运动和太阳黑子序列，尤尔研究了振荡时间序列的周期，完成了自回归AR（2）和AR（4）模型的建立。此外，尤尔还展开了对回归方程法的研究，开始了长达30多年的时域分析方法。可见，科学研究是持续坚持的过程，而非一蹴而就的。

自回归法与滑动平均法作为现代科学中两种举足轻重的研究方法，其发展历史都深刻体现了一代代科研工作者前赴后继的研究精神。尤尔研究自回归法，前后历时数十年；滑动平均法从首次开创到普及应用，更是花了一百多年的时间。正是过去科研工作者的辛勤耕耘，才成就了今天我们宏伟的科学成就。善于发现、勇于创新、刻苦钻研，这些科学研究的品质需要我们秉承和发扬。

3.我国自主提出的灰色系统理论模型。20世纪70年代末至20世纪80年代初，面对信息不完全的复杂经济系统预测与控制问题，邓聚龙与团队进行了艰难而富有成效的探索，1982年，邓聚龙发表了开创性的论文《灰色系统的控制问题》，随后在《华中工学院学报》发表了《灰色控制系统》。这两篇论文的发表标志着灰色系统理论的诞生。哈佛大学的布洛基高度评价了邓聚龙的工作，认为灰色系统理论是全新的领域。

灰色系统模型作为我国学者自主提出的方法，也得到了许多研究的验证。我们应该对我国自主提出的理论表示认同与自豪！

4.傅里叶变换的故事。傅里叶（1768—1830）是法国著名的数学家和物理学家。1807年，他完成了开创性论文《热的传播》，并提交给巴黎科学院，经过拉格朗日、拉普拉斯和勒让德等数学巨匠的审阅，这篇论文最初并未被接收。然而，傅里叶并未放弃，于1811年提交了该论文的修改版，这次该论文虽未正式发表，却获得了科学院大奖。在这篇论文中傅里叶首次提出了描述热量如何在物体内部传播的基本方程——热传导方程，发现了任何周期性函数都可以被分解为正弦和余弦函数的无限级数——傅里叶级数。1822年发表了《热的解析理论》这一部划时代的经典性著作，因这一伟大成就，傅里叶被推选为科学院的终身秘书，54岁的傅里叶将自己的名字刻入了世界数学史的丰碑。

5.小波变换背后的故事。小波变换是一种数学工具，用于分析和处理信号，能够提供信号的时频表示。这一概念最初由法国工程师J. Morlet于1974年提出。Morlet在从事石油行业的信号处理工作时，基于物理直观和实际需要，以及在信号处理方面的经验，建立了小波变换的反演公式。然而，这一创新概念最初并未得到数学界的广泛认可。这种情形与傅里叶在1807年提出傅里叶级数时的经历颇为相似。

科学研究的道路并不一帆风顺，唯有坚持不懈地努力攀登，才能到达成功的彼岸。科学精神与工匠精神具有内在联系的时代背景，是科学与技术高度融合的大趋势。当代科研和工程技术人员需要在不同程度上兼具科学精神和工匠精神，即具备“科魂匠心”，才能够形成高效的科技共同体。

6.经验模态分解方法的提出和丰富。经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）的提出者黄锷（N. E. Huang）是湖北人，美国国家工程院院士、中国工程院外籍院士、NASA海洋科学首席科学家，于1998年创造性地提出的一种新型自适应信号时频处理方法，被认为是2000年来以傅里叶变换为基础的线性和稳态频谱分析的一个重大突破。

极点对称模态分解（ESMD）是经验模态分解方法的丰富和发展，是青岛理工大学王金良于2013年提出，在观测数据的趋势分离、异常诊断和时—频分析方面存在独特优势。ESMD方法是著名的Hilbert-Huang变换的新发展，借鉴了EMD的思想，改进插值方法，利用最小二乘优化模态，提出自适应全局均线，确定筛选次数。摒弃频谱分析的传统积分变换，创新性地提出数据的直接插值法，直观反映模态的振幅与频率变化，明确总能量变化。由EMD发展到ESMD，体现了科学研究过程中的创新意识和科学家精神，科学研究要不断探索，以解决国家的重大需求。

结语

2020年9月11日，习近平总书记主持召开科学家座谈会指出：“科学成就离不开精神支撑。科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富。”［9］习近平总书记在党的二十大报告中强调，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势［10］。研究生是国家未来科学技术的后备军，其创新能力培养决定于研究生课程内容及思政元素。研究生学位课程学习是研究生未来从事科学研究的基础，思政元素融入是相关课程思政教育的前提，而研究生阶段创新能力培养是塑造未来科学人才的基石，也是实现新质生产力提升的关键。本文以“水文随机分析”课程思政为例，阐述了专业知识主线与思政元素融合的方式，从专业知识的背景故事，挖掘出自主知识产权的民族自豪感和科学家精神等思政元素，为研究生课程思政的建设提供借鉴。