新工科背景下工程水文与水利计算课程教学改革探讨

摘  要：工程水文与水利计算课程是水利类专业的重要基础课程。该文针对工程水文与水利计算教学中存在的问题，围绕新工科背景下新经济、新产业以及水利事业发展新形势的需求，以“四个面向”为导向，以培养创新型复合人才为目标，工程水文与水利计算课程建设需有机融合课程思政、注重创新创造能力培养、倡导多元教学方式、强化理论与实践并重，厚植学生爱国主义情怀，有效提升学生的工程实践与创新能力。

关键词：新工科；工程水文与水利计算；教学改革；教学内容；课程建设

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）26-0053-04

Abstract： The course of Engineering Hydrology and Hydraulic Calculation is an important basic course for water conservancy engineering. Focusing on the problems in the teaching of Engineering Hydrology and Hydraulic Calculation， and cultivating innovative composite talents， the course design of Engineering Hydrology and Hydraulic Calculation should satisfy the needs of the new economy， new industries， and the new situation of water conservancy development under the background of Emerging Engineering Education. In order to cultivate students' patriotism and effectively enhance their engineering practice and innovation abilities， the construction of this course needs to organically integrate course ideology， pay attention to the cultivation of innovative and creative abilities， and advocate for diverse teaching methods strengthen the balance between theory and practice.

Keywords： Emerging Engineering Education; Engineering Hydrology and Hydraulic Calculation; teaching reform；teaching content; curriculum construction

随着我国社会主义现代化建设的不断推进，高等学校工程专业人才培养理念与模式发生转变。2018年教育部、工业和信息化部、中国工程院联合印发的《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》，明确提出“形成中国特色、世界一流工程教育体系，进入高等工程教育的世界第一方阵前列”的“新工科”人才培养目标[1-2]。当前，我国治水的主要矛盾从人民群众对除水害兴水利的需求与水利工程能力不足，转变为人民群众对水资源、水生态、水环境的需求与水利行业监管能力不足，水利事业的发展也从以水灾害防御为主，走向解决水资源、水环境、水生态、水安全综合问题的新阶段。新工科背景下水利工程专业人才培养需以新经济、新产业以及水利事业发展新形势为背景，以坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康为导向，以培养创新型复合人才为目标，不断优化水利工程人才培养方案和课程体系。

工程水文与水利计算课程是水利工程专业的一门核心专业课程，工程水文分析的根本任务是分析河川、湖泊、水库和河口等水体的水文现象，为水利工程建设与运行管理提供水文情势分析与预测；水利计算根本任务是根据工程水文分析提供的水雨情信息，研究提出经济合理和安全可靠的水利工程设计方案、规划设计参数和运行调度管理优化方案[3]。工程水文与水利计算课程是一门应用性很强的专业课程，要求理论与实践并重，在课程教授过程中需通过工程专题讨论和实践教学研讨，培养提升学生具备工程水文分析和水利计算的动手能力与实际工作能力。

一  工程水文与水利计算课程教学现状及存在问题

工程水文与水利计算课程涉及工程水文分析、水利计算两大部分教学内容，涵盖了水文学基础理论、水文统计分析、水利优化计算等多领域知识体系，课程知识点丰富、理论性、实践性与研究性强，教学难度大，新工科背景下，现阶段该课程教学内容、方法及形式方面仍有诸多改进之处[4-5]。

（一）  课程定位以传授专业基础知识为主，缺乏高素质、高能力人才培养的认知定位

基于国家战略发展新需求及立德树人培养目标的新要求，新工科人才需要具备国际化、复合型、创新型等能力。工程水文与水利计算课程体系设置与教学过程中，大部分教师教学往往以理论知识点讲授为主，学生学习过程中也只注重课程基础知识与考试分数。课程教与学过程中缺乏创新能力、科研实训、思维能力及思政等综合素养，与新工科背景下人才培养目标要求不匹配。

（二）  教学内容缺乏更新，前沿创新性研究进展讲授不足

现行工程水文与水利计算课程教材主要基于20世纪70、80年代大量水利工程建设需求汇编而成，以解决水利工程建设与运行所需的水文分析、水利计算知识为主。随着全球气候变化影响和高强度人类活动影响，水利事业发展从以水灾害防御为主，转向解决水资源、水环境、水生态、水安全综合问题的新阶段，工程水文与水利计算课程的服务对象也发生显著变化。加之科学技术快速进步，新方法、新技术、新理论不断涌现。现行工程水文与水利计算课程教材受出版时间和篇幅限制，未能收录当今工程水文分析、水利计算的最新前沿进展与成果。而工程水文与水利计算课程教学中大多依赖教材对传统基础知识点进行讲授，前沿创新性研究进展讲授不足。

（三）  教学方法单一，学生主动性与探索性学习动力不足

现行工程水文与水利计算课程教学，主要依靠教师语言讲授和多媒体课件PPT展示，学生以课堂训练与课后作业为主。这种教学方法比较单一、枯燥和乏味。同时，限于课时与课堂教学规定，课堂教学过程中主要以教师讲授、学生听课为主，有关翻转课堂、科研实训、前沿讨论等多形式多样化授课手段缺失，无法对工程实践典型案例进行深入剖析，直接影响学生发现问题和创新思维能力的培养。

二  新工科背景下工程水文与水利计算课程建设的改革探索

（一）  服务国家重大战略发展需求，课程教学积极融入课程思政元素

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上明确指出：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[6]”。工程水文与水利计算课程作为水利工程专业的一门核心课程，课程开设具有十分重要的理论方法与实践指导意义，对本科学生专业入门、知识启蒙和价值引领等具有重要作用。在工程水文与水利计算课程体系设置中，如何立足于立德树人的教育目标，坚持以面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康为导向，注重挖掘本课程的思政素材，培养思想过硬、技术过关的复合型创新人才，是一个值得深入探讨与研究的重要问题[7-8]。

工程水文与水利计算课程思政内容包括辩证思维、家国情怀、国之重器及生态文明理念等[4]。在辩证思维思政元素融入方面，积极体现工程学科的自然属性特征，运用辩证唯物主义思想，研究水文现象的客观自然规律，运用系统论、科学论等辩证思想，科学讲解分析水文现象的确定性与不确定性、周期性与随机性、特殊性与相似性等特征，利用统计分析方法研究水文现象时空分布特征，进而掌握水文现象的本质规律；在家国情怀思政元素融入方面，可在课程教学内容中有机融合大禹治水、郑国渠和都江堰等水利工程经典案例，阐明工程水文与水利计算的研究成果凝聚了无数古人和劳动者的心血，培养学生爱国情怀、责任当担，激发学生敢于拼搏、乐于奉献的水利精神；在国之重器思政融入方面，结合水利工程防洪设计标准与调度内容，讲述当代水利人在南水北调、三峡水利枢纽等国之重器工程建设的光辉典范和先进事迹，与学生研讨三峡大坝合拢、南水北调线路优选等关键技术，培养学生大国工匠精神；在生态文明理念思政元素的融入方面，坚持“绿水青山就是金山银山”的生态文明理念，课程内容可结合中国不同历史时期治水理念的不断变化，按照人与自然和谐共生理念，讲述在当代水利工程建设理念及特大洪水、泥石流等自然灾害的形成机制及其防御策略。结合生态需水内涵与特征等知识点，讲述长江大保护、黄河大保护等新时期治水新理念，培育学生热爱自然、保护环境的热情。

（二）  更新教学理念，注重创新创造能力培养

工程水文与水利计算基础专业知识的讲解是教学过程的重点。但伴随全球气候变化与高强度人类活动影响，水利工程建设与运行管理面临的新情势、新问题不断涌现，工程水文与水利计算课程服务的对象与学生培养目标也在不断转变。工程水文与水利计算课程教学需要在相关经典专业基础知识讲解基础上，融入新理论、新方法与新技术，注重更新教学理念，注重专业基础知识教授与科研实践相结合，强调知识传授与创新能力培养相结合，着力培养学生创新能力，不断提升学生理论联系实际以及分析问题、解决问题的能力[9]。

工程水文与水利计算课程是一门理论与实践结合强的专业课程，在教案设计过程中，为培养学生思考、分析和解决问题的能力与创新思维[5]，教师可结合课程基础知识点，有机融入计算机、大数据、系统分析和复杂理论等前沿学科的新方法、新技术，不断拓宽学生的视野和创新思维。如在工程水文频率分析方面，针对高强度环境变化下水文过程非一致性、非平稳性变化问题，可融合非线性系统理论与非一致性分析方法，讲解水文要素频率非一致性、非平稳性分析前沿进展与理论方法；在融合大数据与计算机方法方面，可引导学生利用MATLAB、Python等计算机软件，编辑水文频率分析、水文统计等分析软件，学会并运用大数据分析、机器学习算法在水文分析与预报中的运用；在设计洪水过程线推求以及水库洪水特征值设计、预报调度方面，可结合分期洪水设计、无资料地区水文过程模拟与水文分析、洪水过程实时精准预报等方面的最新前沿进展；在生态流量需水预测方面，可结合当前生态需水最新研究进展，讲述不同河流生态需水的内涵、特征、构成及不同生态需水预测方法的适应性问题，介绍生态需水调度的最新研究成果；在社会经济需水预测方面，可结合系统动力学原理与方法，讲解需水用户与驱动要素的互馈关系以及模型构建；在水库兴利调度方面，可结合复杂系统理论与优化算法，讲解水利工程水资源多目标优化调度的理念与建模思路，等等。同时，为提升学生国际学术视野，教师在课堂授课过程中适当引入双语教学，解读相关国际最新前沿文献，讲解科技论文写作要求，提升学生科研写作水平与科研创新能力。

（三）  强化多元教学，不断拓展教学手段

传统的课程教学往往重点关注教学过程中“如何教”的设计理念，主要以教师为中心，单方面传授知识，学生被动地接受知识。为激发学生兴趣和爱好，需调整现有以授课为主的模式转变为以研究性教学的模式，突出以教师为主导、以学生为主体的教学理念[10]，加强师生互动，注重学生参与，注重引导和启发，做到 “如何教好”和“如何学好”的有机统一。