“新工科”背景下土木水利拔尖創新人才培養模式研究

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，大力發展“新工科”教育。“新工科”是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的一項重大發展戰略，對積極應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“一帶一路”和“中國制造2025”戰略均具有關鍵意義。2020年，國務院、教育部發布《專業學位研究生教育發展方案(2020—2025)》，對新時期專業學位研究生教育提出新要求。近年來，我國土木水利專業學位碩士研究生的招生人數大幅攀升，大多數培養單位以“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，國內土木水利專業學位研究生培養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方案改革，培養一大批實踐性較強、工程實踐能力和創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土木工程和水利工程交叉融合的拔尖創新本科生。本文瞄準武漢大學 “寬口徑、厚基礎、復合型”人才培養目標，以“水土交融”為理念構建多學科融合發展的人才培養體系，有效提升高校實踐育人能力和師生實踐創新能力；將新工科理念融入學生教育和培養全過程，解決人才培養面臨的封閉性、滯后性、空泛化等問題，解決“培養什么樣的人”和“如何培養人”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的人才培養質量。

1 “新工科”背景下土木水利復合型人才培養的迫切需求

在“新工科”背景下，中國正大力邁進創新型國家行列，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，建筑工業化、BIM技術、裝配式建筑、3D打印、智能建造、綠色建造、“互聯網+”等快速發展，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，我國土木水利行業正快速趨向規范化、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碩士培養大多按照學術學位研究生的固有模式，缺乏特色優勢，造成用人單位對專業學位碩士的認可度不高，土木水利學士培養則處于探索階段，當前迫切需要開展土木水利拔尖創新人才培養模式研究，以服務“一帶一路”“長江經濟帶”和“生態文明建設”等國家重大戰略。

近年來，武漢大學積極響應國家培養跨學科人才的現實需求，開始招收土木水利專業學位研究生，新工科交叉融合發展面臨新的歷史機遇。武漢大學水利工程專業是國家新工科建設的重要發展方向之一，作為國家首批“雙一流”建設學科、“985”“211”工程重點建設學科，培養的畢業生承擔了三峽工程、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蓬勃發展，學科實力在國內外享有盛譽。武漢大學土木工程專業為國家級一流本科專業建設點，是國家第一類特色專業、“卓越工程師教育培養計劃”和綜合改革試點專業，在國內土木行業的影響力舉足輕重。當前，迫切需要研究如何整合兩個學科的優勢資源，提高土木水利人才培養質量。

2 培養拔尖創新人才的基本規律

土木水利拔尖創新人才具有國際化、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，尤其是專業學位研究生拔尖創新人才培養這一重要議題，分析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，從多學科交叉融合的課程體系、多方位的協同育人平臺、多方式教學模式3個方面構建土木水利專業學位研究生協同育人培養新模式，將新工科理念融入研究生教育和培養全過程。當前，迫切需要從以下三方面探索拔尖創新人才培養模式：(1)梳理國內外高校土木水利工程研究生的培養方案，比較和評價武漢大學與國內外其他高校人才培養模式的差異及特色；(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研究生課程體系；(3)瞄準“長江大保護”和“生態文明建設”等國家重大戰略，面向“新工科”建設和中國土木水利事業發展新形勢，研究土木水利專業研究生的校企協同育人機制。整體而言，培養土木水利拔尖創新人才應遵循以下三點規律：(1)注重理論培養和工程應用相結合，土木水利工程培養過程中既要加強水循環、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，培養土木水利拔尖創新人才不僅要注重對中國國情的理解，也要培養學生的國際化視野和跨文化溝通能力，致力于培養土木水利的全球治理人才；(3)注重培養跨學科能力，人才培養過程中要加強人工智能、大數據、云計算、衛星遙感、全球變化、政治經濟學、力學、數學、大氣科學等多學科交叉融合，培養復合型拔尖創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，由此引發的一系列問題引起學界和社會各界廣泛關注。工業革命以來，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，多變量復合災害事件發生也愈加頻繁，社會經濟系統和生態環境的不均衡、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、徑流、陸地水儲量等水文要素產生顯著影響，水資源短缺矛盾可能進一步加劇，基于衛星遙感及再分析資料的風險評估和數據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)衛星為獲取全球大尺度地球表面物質遷移提供了連續、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，全面監測陸地水儲量異常信號[4]。當前，全球正在經歷以“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定性影響，可能引發干旱、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[5]，亟待培養土木水利拔尖創新人才研究該議題。

3.2 變化環境下的水資源調配

變化環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模、多尺度、多目標等方向發展，氣候變化和經濟社會發展會加劇水資源供需矛盾，給我國水資源聯合調控提出了更高的要求，其導致的水文循環和水資源分布規律變化會進一步降低現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對未來變化環境的適應能力。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對變化環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濟和社會發展第十四個五年規劃和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；充分發揮信息化對經濟社會發展的驅動引領作用已成為全社會共識，如何運用物聯網、云計算、大數據、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，是新時期土木水利創新人才必須面對的挑戰。

4 土木水利拔尖創新人才培養的實施路徑

4.1 系統設計，構建“水土交融”的大土木人才培養體系

對標國內外一流大學大土木專業培養模式，通過系統設計、廣泛調研，建設“土木、水利與海洋工程”大類專業，制定“水土交融”大土木人才培養方案。圍繞第一課堂的專業學習，設計開展第二課堂，引導學生開展大學生創新創業訓練等科研實踐，提高創新能力；選配優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導師責任制，學生根據自身興趣及發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

主動適應學科發展趨勢和國家戰略需求，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、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，創新“學院—團隊”的管理模式，聯通教學與科研，推進“產科教融合、校地企協同”，培養教師實踐創新和實踐育人能力；推動長江水利委員會水文局、三峽集團、湖北清江公司等業內龍頭企業和武漢大學建立常態化研究生育人機制，依托具體工程應用項目和技術研發課題，基于校企聯合模式培養研究生。

4.3 產科教融合，建設“場網一體”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創新中心，以“互(物)聯網+足尺及原位試驗場”為基礎，建設“場網一體”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質資源；結合水利行業需求，依托“智慧大壩”科技攻關項目，與業內龍頭企業協作，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

當前新工科大力發展，迫切需要瞄準“長江大保護”和“生態文明建設”等國家重大工程戰略，面向“新工科”建設和中國土木水利事業發展的新形勢，提出有專業特色的校企協同育人機制；對接國家第四次工業革命建設標準，探索“教學-競賽-科研-實踐”四融合的水利類專業雙創型研究生培養新模式，實現了理論教學與學科競賽和創新創業等實踐環節的有效貫通，提高研究生的工程實踐與創新能力；基于“先創新、后創業”的創新創業教育理念，打通研究生培養的“產學研用”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創業工作。