基于新工科的給排水專業創新創業型人才培養體系研究

馮曉楠 王宗平 姜薇 謝鵬超 任擁政 郭剛 楊群 周愛姣 羅凡 苗蕾

摘 ?要：圍繞高校創新創業復合型人才培養，構建了給排水科學與工程專業兼具創新研究與工程實踐能力的新工科人才培養體系，從教學內容、教學方案、教學模式等方面搭建了多層次人才培養方案;研究提出了根據課程體系特點而制定的實踐教學與創新教學方案，打造全方位學生培養途徑，系統全面分析了人才培養成效。研究結果有助于環境類專業教師更好地開展新工科建設和創新創業型人才培養。

關鍵詞：新工科;創新創業;多層次;培養方案

中圖分類號：C961 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0023-04

Abstract： Around the personnel training of innovation and entrepreneurship， the talent training system of water supply and drainage science and engineering major in the new engineering background was proposed. Multi-level talent training scheme has been built from the aspects of teaching content， scheme and training mode. The paper put forward the practical and innovative teaching plan formulated and comprehensive way of student training according to the characteristics of the curriculum. And it systematically and comprehensively analyzed the results of talent training. The research results was meaningful for the environmental professional teachers to better carry out the new engineering construction and the training of innovative and entrepreneurial talents.

Keywords： new engineering; innovation and entrepreneurship; multi-level; training scheme

隨著新一輪科技革命和產業變革加速演進，綜合國力競爭愈加激烈，中國越來越迫切需要創新型新工科人才以應對未來的科技變革[1]。2017年教育部在復旦大學召開高等工程教育發展戰略研討會，認為世界高等工程教育面臨新機遇、新挑戰，工科優勢高校要對工程科技創新和產業創新發揮主體作用，各高校應加快啟動新工科建設推動我國工程教育改革創新[2]。新工科建設更加注重和突出工程學科的創新性理念，它是在“卓越工程師教育培養計劃”取得改革成果基礎上的深化[3]。高校是培育創新型科技人才的重要領域，如何培養學生的創新能力，啟發學生自主創新思維，高校應及時調整人才培養方案、強化學科交叉教學內容、構建課程“兩性一度”、改革課程體系與方法[4-5]。

給排水科學與工程專業（以下簡稱給排水專業）已被列入新工科專業，在人工智能、大數據、物聯網等新技術發展影響下，現如今給排水專業所涵蓋的范疇日益擴展，除了包含常規的給水工程、排水工程、建筑給排水工程外，還囊括了水資源的保護與利用、水生態系統修復、水處理新材料的開發與利用、水環境規劃與管理、海綿城市建設、智慧水務、黑臭水體、流域治理等，涉及與“水”相關的方方面面[6]。給排水專業需要緊密結合國家重大需求，并不斷適應水行業技術發展，這就要求所培養的人才要具備堅實的理論基礎、超強的實踐能力與跨專業交叉融合能力、開闊的專業知識面、廣闊的國際視野，以及兼具創新研究與工程實踐能力的高素質復合型新工科人才。

一、新工科背景下給排水專業創新創業型人才培養體系建設探索的意義

（一）縮小現階段教學體系與國家新工科計劃對人才培養存在的差距

按照新工科教育要求，傳統的工科專業亟待改革。隨著國家在水資源、水環境、水生態和水安全領域對給排水專業人才提出了更高要求，需改革本專業人才培養體系，強化新工科實踐教學[7-8]，需強化學生解決復雜工程問題和適應專業新需求的能力，需要構建專業理論教學-實驗教學-課程設計-生產實習的遞進式課程教學體系，加強國際交流，拓寬國際視野，探索培養兼顧工程實踐能力與創新研究能力的復合型人才的新思路和新途徑，從而解決現階段教學體系與國家新工科計劃之間對人才培養存在差距的問題。

（二）開展多層次教學方案改革，促進國家級高水平課程建設，培養學生創新素質

針對傳統教學中“重灌輸”“輕啟發”，人才培養中“研究性”與“實踐性”難以兼顧，對學生個人能力不加區分，教學互動溝通、學生創新思維、國際化交流水平不足等問題，以課程特色入手，改革教學方法、更新教學手段;對標新工科，探索多層次培養模式，引導學生進行跨專業融合與交叉探索，強化學科交叉的專業教學內容，強化實踐和創新創業訓練，培養解決復雜專業問題、多學科交叉的創新型卓越人才具有重要意義。

二、新工科背景下給排水專業創新創業型人才培養具體方案

華中科技大學給排水科學與工程專業源于1959年原武漢城市建設學院;1977年恢復高考時為11所招收本科專業的高等院校之一;1992年和2003年分別獲批碩士、博士點，2007年獲批博士后流動站;三次通過住建部組織的專業教育評估;2013年入選教育部“卓越工程師教育培養計劃”，2019年獲首批“國家級一流本科專業”，2021年順利通過專業評估（認證）。華中科技大學給排水專業對標新工科建設和工程教育專業認證標準，優化培養計劃，強化實驗實踐教學環節，開展科教協同育人和校企協同育人，拓寬國際視野，加強跨文化交流等，從而深化專業創新創業型人才培養綜合改革。具體改革方案如下：

（一）根據專業課程知識結構，制定課程研究型與應用型教學方案

教學方案中以“研究創新”“工程應用”為主線，選擇建筑給水排水工程、水質工程學這兩門課程為試點課程，根據專業課程理論性與應用性特點，分別制定研究型和應用型的教學方案，如圖1所示。

研究型教學方案可基于三明治教學法，開展主題探討以及精選案例互動教學，引導學生主動學習;通過提前布置、分組討論、小組匯報、教師講解、學生討論的形式，使講授形式靈活，增強學生注意力，啟發和帶動學生探索新的知識領域。教學中引入新的專業工程軟件（BIM、SWMM、Inforworks），加強智慧水務、信息化、智能化教學，強化學生適應專業新需求的能力。

應用型教學采用PBL模式開展工程案例引入式教學，采用“問題導入-理論教學-案例實踐-創新提升”教學模式，讓學生從實際案例的分析、設計、解決、評價等一系列過程中掌握專業知識，領悟工程專業學習的要點，構建“認知分析-技術融合-工程創新”三級漸進工程創新能力培養體系。

同時還利用互動課堂、微課、慕課、翻轉課堂、虛擬實驗室、TED開放式課程、學術網站等多種資源，開展線上線下相結合教學模式，以培養學生的自主學習能力為目標，激發學生學習積極性，讓學生成為學習的主體。

（二）聚焦行業發展，建立個性化、智能化、學科交叉的復合型新工科專業教學內容，強化工程實踐教學

瞄準國家及行業重大技術需求，在統計、分析本專業領域人才需求發展趨勢基礎上，調整教學內容與知識結構，制訂多種選擇性的教學體系。并依據學生自身特點與需求，因材施教，為學生打造個性化培養體系，如圖2所示。同時，在專業課程教學內容中貼近行業發展現狀，兼備行業發展趨勢內容，將物聯網、大數據和智慧水務等內容納入課程體系，擴展學生的知識面，完善專業教學內容，增強學生適應專業新需求的能力。

強化教學內容的同時注重工程實踐教學，優化實踐教學方案，持續提升實踐教學質量，增加實踐教學學時。為培養學生的大局觀、擴展學生專業思路與國際視野，建立卓越班全員國際交流制，通過與海外高校簽訂交流協議，設立“環境大講壇”，近三年邀請國外知名教授專家來校進行學術交流百余次，從而促進了學生與國外知名高校學生交流，擴展學生國際視野。

（三）完善教學體系結構，打造全方位學生培養途徑，兼顧基礎培養與個性化培養，建立多層次復合型新工科人才培養方案

如圖3所示，打造專業課特色教學模式，開設個性化、多選擇性、多方向性選修課，不斷完善課程內容，開展研究型和應用型PBL專業教學，將專業教師的科研成果和工程實例融入教學，開展啟發式教學，培養學生自主學習能力。

實行“雙導師”制，理論與實踐結合，實踐與行業結合。建立校企聯合的給排水專業教學指導委員會，聘請給排水領域知名高級工程師擔任業界導師，開設遞進式卓工計劃專項實踐課程，提升工程實踐教學的質與量。

專業課程教學體系兼顧基礎創新和個性化培養內容，堅實的專業理論知識和實踐能力是學生創新意識和思維發展的源泉，同時也需要拓寬科技前沿及交叉學科的知識面，依托課外科研及競賽促進個性化培養。

基礎創新能力培養主要從專業課程理論學習和工程實踐能力培養兩個方面開展。結合專業發展與新工科需求，強化信息類、化學類、生物類、工程經濟類課程建設。通過課程啟發式教學，強化學生對基礎知識的掌握;通過認識實習、生產實習等實踐教學環節和課程設計、畢業設計等工程設計鍛煉，培養學生具備解決復雜工程問題的能力。

個性化培養中完善選修課內容體系，促進能力較強和引導對某個發展方向感興趣的學生培養，通過擴展相關專業學習內容，組織參加學科競賽、組建創新團隊、參與大學生創新創業訓練計劃項目等課外實踐，滿足不同能力學生的發展需要，促進學生獨立個體更優發展。

三、給排水專業創新創業型人才培養成效分析

（一）構建了基于新工科的給排水專業創新創業型人才培養體系

華中科技大學給排水專業對標新工科建設，緊扣水資源、水環境、水生態和水安全領域發展戰略和學科前沿，凸顯多學科交叉優勢，融入現代信息技術、水工業發展與創新技術理念。如圖4所示，以水質工程學、建筑給排水工程為金課建設試點課程，注重課程“兩性一度”建設;通過在教學中融入海綿城市、黑臭水體、流域治理、綜合管廊、智慧水務、物聯網技術等熱點問題，優化教學內容，建立了基于“問題導入-理論教學-案例實踐-創新提升”教學模式;發揮“雙師型”師資優勢，強化工程應用教學，構建“認知分析-技術融合-工程創新”三級工程能力培養體系;創新實踐教學環節，建設“科教融合”“課賽結合”實踐教學創新平臺;聯合行業頂尖企業，建立教學基地;構建實踐教學“雙導師制”，創建業界導師庫，強化“校企協同”育人模式;從而為培養綜合創新能力強、能解決復雜工程問題的創新型人才奠定基礎。

（二）強化工程實踐教學，完善校企協同育人機制

強化工程實踐教學基地建設，打造實踐（實訓）中心，建立“雙導師制”實踐教學模式，優化實踐教學環節，以教學改革成果完善校企協同育人模式。目前已與中國建筑三局集團公司、中信建筑設計研究總院有限公司、中國市政工程中南市政研究總院等行業知名企業建立了50余家實習基地，優化實踐教學方案，持續提升實踐教學質量;給排水專業普通班實踐教學學時占總學時的27.7%，卓越計劃實驗班實踐教學學時占比超30%。現已聘請60余名高級工程師為業界導師，近三年畢業設計選題中工程設計型選題比例為98.3%，建立了由認知實習、課程設計、再到生產實習、畢業實習、畢業設計的全鏈條實踐教學體系。2015級卓越班學生22人中，“雙一流”高校升學率59%，甲級設計院就業率23%。

（三）指導創新創業訓練，培養創新型卓越人才

華中科技大學十分重視大學生創新創業實踐訓練，籌辦了啟明學院，推進創新工場，為大學生創新創業團隊提供場地和技術支持。華中科技大學環境科學與工程學院給排水專業積極組織本科生申報省級和國家級“大學生創新創業訓練計劃”項目，在“985工程”和“雙一流”經費支持下，建成了以“水處理綜合創新實驗平臺”為標志的OBE模式工程實踐教學硬件和軟件體系，新增綜合型、設計型和創新型教學實驗10余個，為本科生創新創業訓練提供支撐;目前本專業本科生工程創新訓練覆蓋率超過70%。

近四年來給排水專業專任教師指導學生承擔國家級大學生創新創業項目8項，省級項目27項，校院級項目52項，本科生申報數量呈逐年增長趨勢;大學生創新創業項目為本科生參與課外科技競賽提供了重要支撐，基于此指導學生團隊獲得了省部級以上學科競賽獎近四十項，其中“挑戰杯”中國大學生創業計劃金獎、“中國給水排水杯”本科生科技創新大賽一等獎、“深水杯”全國大學生給排水科技創新大賽特等獎等。

（四）設置人才培養反饋機制，持續提升培養質量

建立畢業生就業跟蹤評價機制，不斷完善用人單位反饋-學院-學校三級響應質量保障機制，穩步提升教學質量。如圖5所示，近五年國內升學率平均為44.4%，其中約30%的學生獲得免試攻讀研究生資格，國內知名高校清華大學、哈爾濱工業大學、同濟大學、中國科學院大學等充分肯定了我校學生的創新能力和工程實踐能力。近五年出國攻讀研究生的平均比例為5.9%，主要去向為美國、新加坡、澳大利亞、中國香港等國家和地區的海外著名高校。

直接就業的畢業生多數赴大型國有企業、科研院所、政府機關等，就業地域主要分布在華中、華南和華東地區，近年來西部地區就業的同學也有所增多。為深入了解畢業生培養質量情況，綜合工程教育認證的12項要求、給排水科學與工程專業教學質量國家標準規定以及用人單位滿意度指標等，進行了給排水科學與工程專業用人單位回訪問卷調查，向中國市政工程中南市政研究總院、上海市政工程設計研究總院有限公司、中國建筑三局集團公司等用人單位寄發或進行走訪，請各單位對歷年接收的本專業畢業生的各項素質指標進行評價，收回問卷40份，其中政府和事業單位10份（占比25%），國有企業20份（占比50%），外資企業及民企等10份（占比25%）。統計結果表明：用人單位對本專業畢業生綜合評價滿意度達到100%，其中“非常滿意”和“較滿意”的比例分別為82.5%和17.5%;在學生知識運用能力、問題分析能力、研究能力、使用現代工具能力、遵守職業道德規范、團隊合作能力以及綜合評價等方面的非常滿意與比較滿意度均達到了100%。

四、結束語

新工科建設對高校專業人才的創新能力提出了新的更高要求，給排水專業人才培養應以解決重大環境問題為導向，堅持“研究創新”“工程應用”特色，結合給排水領域的復雜化與多樣化的發展趨勢，制定創新性與實踐性教學方案，構建個性化、交叉綜合型、國際化專業教學內容，打造全方位學生培養途徑，建立多層次的高素質復合型創新創業型新工科人才培養體系。

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