智慧水利復合型人才培養教學改革探索

水利工程在社會穩定和國民經濟發展中具有重要作用。隨著互聯網、大數據、人工智能等科技的快速發展和數字化時代的推進，水利行業也面臨著新的挑戰。在工業4.0背景下，將信息技術與專業深度融合已成為時代發展的必然。2021年，水利部發布了《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》，旨在推動智慧水利的建設。智慧水利是水利行業和新一代信息技術融合的產物，利用物聯網、大數據、云計算等信息技術，獲取整合水資源、水環境、用水過程的各種數據，并進行統一管理，進而提升運行管理效率，提高水資源利用效率和災害預防能力，提高決策科學性，保障水安全，是推動水利現代化發展的有效途徑-3]。目前，對智慧水利人才的需求逐年上升，智慧水利復合型人才的稀缺，影響了智慧水利的研發和新時代水利事業的發展4。同時，新工科的內涵強調打破傳統工科專業之間的界限，促進不同學科的交叉融合。因此，培養智慧水利復合型人才，對于在新工科背景下提升人才培養標準具有重要的現實意義，是解決人才短缺、建立智慧水利體系、適應新時代水利事業發展的重要舉措。

水力學是水利工程相關專業一門理論與實踐緊密相連的學科基礎課，屬于力學的一個分支，主要研究以水為代表的液體的平衡和運動規律以及工程應用，課程學時長，一般設置在大二學年，課程內容豐富，專業覆蓋廣，是培養學生智慧水利理念、加強對智慧水利學科認識必不可少的基礎課，對于培養學生后續學習智慧水利相關課程的興趣意義重大。同時，水力學課程與智慧水利有著廣泛的聯系，其基礎理論是智慧水利分析實際水動力現象的基礎，因此本課程的改革目標是在保質保量完成大綱要求的基礎知識傳授的基礎上，通過課題組搜集挖掘水力學課程教學內容中相關知識在智慧水利上的應用，引導學生適應水利信息化、數字化的趨勢，加深他們對智慧水利的認識，促進后續與智慧水利專業課程的對接，為培養智慧水利復合型人才提供有力支撐。

一、水利專業復合型人才培養教學現狀與問題分析

水利行業向信息化發展，對高校人才培養提出了更高要求，教學內容應該順應國家戰略發展進行調整。根據劉澤、趙霞等人研究，以及近幾年就業單位的反饋，目前存在教育課程知識陳舊，模式傳統，課程體系和內容跟不上新技術的發展，學生實踐動手能力不足，難以滿足水利行業新業態發展對水利類復合型人才的要求等問題[4-5。目前，急需既熟悉水利專業知識，又掌握現代信息技術的專門人才。復合型人才培養涉及多學科的交叉融合，如果只是將不同學科內容簡單融合在一起，就會缺乏系統性和邏輯性，導致不同學科之間的交叉內容生硬，銜接不順暢，無法達到深度融合的效果。因此，將多學科內容有效整合形成一體化的教學體系，是復合型人才培養模式需要重點解決的問題。

新工科教育強調創新思維在教學環節中的融入，重視對學生實踐能力與探索精神的培養，以幫助學生在實踐活動中養成問題意識和發散思維，并主動探究解決辦法。但是在教學過程中，教師通常以傳播知識為主，重點考核課后作業，過于關注期末卷面成績，未能有效地激發學生思考能力、創新發散思維。在實驗教學環節，目前各高校水力學實驗教學大多采用“教師教、學生做\"的傳統教學模式，在考核時，以實驗報告書寫情況作為最終實驗成績，導致部分學生不重視實驗過程，實踐動手能力得不到鍛煉。科創競賽對于提高實踐動手能力和創新思維同樣至關重要，教師應該積極引導學生參加大學生科創或學科競賽，將所學知識靈活運用到具體的項目和競賽任務當中，切實鍛煉動手能力和解決問題的能力。而在平常教學中，教師往往側重于對理論知識的傳授，忽視了強調將學到的知識應用到生活中，以解決生活中的實際問題，導致課程教學與實際應用相脫節。

二、水力學課程復合型人才培養教學改革探索

（一）加強師資力量，提升教學質量

教師的專業素養決定教學的質量，師資力量是教學改革成功的關鍵。為了更好地將智慧水利內容融入到水力學課程教學中，加強學生對智慧水利學科的認識，促進后續與智慧水利專業課程的對接，授課教師應與時俱進，多方位、多角度進行學習。授課教師應深入學習智慧水利前沿知識，積極參加智慧水利相關專題講座，主動與其他高校的智慧水利團隊和水利企業合作，開展智慧水利相關項目，從實踐中獲取學科前沿知識，將理論知識與實踐知識緊密結合；授課教師還應積極學習計算機科學、信息技術等學科的基礎知識，探索學科之間的交叉融合點，積極與不同學科背景的教師共同開展教學研究，從而提升智慧水利專業知識綜合素質。除此之外，水力學課題組還應接納智慧水利研究方向的新教師，以充實隊伍，為水力學課程復合型人才培養教學改革奠定基礎。整個團隊共同研究分析水力學課程與智慧水利相關教學內容，積極尋找挖掘智慧水利在理論教學和實踐教學中的融合點，巧妙地將智慧水利元素融入其中，使學生除了掌握水力學基礎知識外，還對智慧水利知識有著全方位的了解和認識。

（二）促進理論融合，豐富授課模式

將智慧水利與水力學課程相融合是培養學生智慧水利思想的重要途徑，在理論知識講解的基礎上，將智慧水利元素自然引入到課程體系中，讓學生在接受傳統水力學基礎知識的同時，加深對智慧水利的認識。例如，在講解緒論章節時，向學生介紹熱點話題“數字孿生”，以三峽工程為例，利用數字孿生技術構建工程三維虛擬模型，利用傳感器實時采集大壩、船閘等部位的水力學數據，如水位、水流速度等，再映射到虛擬模型上，結合水力學原理，分析模型在不同工況下船閘通航的水流條件、水流對建筑物的作用力、水庫的調蓄過程等，讓學生初步了解數字孿生模型對于水利工程在安全監測、運行管理以及優化調度中的作用。又如，在講解有壓管道流動章節時，向學生介紹排水管道監測系統，實時獲取排水管道內的水位、流量等水力學數據，通過數據分析，對水流情況進行監測和預警，及時發現堵塞問題，確保管道結構安全。通過此種方式，將智慧水利元素融人到課程體系中，為水力學課程注人新的創新活力，為學生擴展學科視野。

傳統單一的授課方式已經難以滿足新工科背景下對人才培養的要求。在水力學課堂上，要充分利用現代信息技術，打造“雙百數智課程”。課程以學生為中心，基于在線學習平臺、人工智能（AI）工具、智慧教室，構建“師一生一機\"三元交互的授課模式。在線下，利用多媒體教學法，生動形象地展示難懂的知識點；采用案例教學法，具體案例具體分析，幫助學生理解抽象的理論知識，如講解不同的消能方式時，可舉具體工程實例進行分析，并找到相應結構圖或者視頻輔助理解；采用小組討論法，將學生分成小組，每個小組承擔一定的實踐學習任務，通過小組討論、合作完成任務，然后進行小組匯報，讓學生在相互交流和討論的過程中，分享自己的觀點和經驗，拓寬自己的視野。在線上，借助超星學習平臺，在實現在線布置作業、在線測試、在線問題討論等多項功能的基礎上，充分利用平臺的其他智慧功能。例如，利用平臺上傳課程全部教學視頻和構建知識圖譜，有助于學生了解課程知識架構，方便課前預習、課后復習等；借助AI助教，提前上傳課程學習資料或預設問題及答案，形成助教問答庫，及時解決學生問題；使用AI工作臺，查看AI學情分析，了解學生課堂表現和參與度，以此參考學生課堂表現成績等內容，還可利用AI出題、AI教案等功能輔助教學。

（三）強化實踐環節，融合虛擬仿真平臺

實驗環節有利于培養學生實踐能力和團隊合作精神。在實驗教學中，教師調整授課模式和考核方式，以學生為中心，縮短講授時間，延長學生動手操作時間，同時加強與學生的溝通交流和指導，以便在學生開展實驗的過程中，能第一時間解決他們所遇到的問題。在考核時，不再以實驗報告作為唯一的評分依據，同時還要考核學生動手操作能力和問題的回答。實驗結束后，根據需要采取線上或線下的方式對學生進行指導，積極引導學生思考分析。此外，水力學實驗融合虛擬仿真實驗教學資源，充分利用現代信息技術，使用水力學虛擬仿真實驗CAI云平臺輔助教學。虛擬仿真實驗平臺三維模型場景逼真，動畫效果生動，能夠將抽象的水力學概念和復雜的實驗過程以更加形象、直觀的方式展示給學生，使學生更容易理解和接受，進而提高學習興趣。學生可無需受實驗室的開放時間和地理位置的限制，實現隨時隨地通過網絡訪問云平臺進行實驗練習，保障每個學生都能進行實踐操作。在平臺上，學生能夠自主對實驗項目進行選擇，并且自行設計實驗方案，調整實驗參數，實時觀察實驗結果和數據變化，鉆研實驗原理，更好地掌握水力學知識和實驗技能，培養創新思維和自主學習能力。

（四）改進課程考核，完善評價體系

合理有效的考核方式有助于提高教學質量。為了綜合評判學生學習效果，結合新工科背景下對于復合型人才的要求，授課教師要對考核方式進行改進與完善，實施全環節考核，提高過程性考核在整體考核中所占的比重。通過平時成績（課堂表現能力、創新思考能力、分析問題和解決問題能力、隨堂測驗成績、課后作業成績）實踐成績（實驗操作熟練度、實驗報告、小組成果匯報）和期末考試成績綜合進行評判，提高培養質量，促進學生綜合素質提升。

除了對學生學習效果進行考核，為了不斷改進教學質量，也要對教師教學效果進行多維評價。首先，課題組教師應定期對教學內容進行反思，復盤智慧水利元素融入是否恰當自然、實踐教學環節是否有效合理、考核方式是否全面、學生接受程度如何、是否達到預期效果等，總結后及時調整改進教學內容和方法。其次，對學生進行面對面交流和電子問卷調查，了解學生對課程改革的接受情況和對課程改革的建議。最后，邀請院領導和同行專家進行聽課指導，評價教學效果。通過多維度評價，可以更加客觀公正地反映教學效果，給授課教師提供改進方向，進而不斷提高課程教學質量。

（五）引導科創競賽，理論指導實踐

科創競賽是培養學生創新能力和實踐能力的重要途徑之一，學生通常會在大二開始參加全國大學生水利創新設計大賽、中國高校計算機大賽等相關比賽。因此，教師可以在水力學課程授課時，結合課程內容適時介紹本學科領域內通過科創競賽取得的成果及其在實際應用中的價值。教師須站在領域前沿引領學生，以解決實際工程問題為導向，基于智慧水利相關內容為學生挑選科創競賽題目，確保選題既有創新性又具備實踐可行性，指導學生將所學理論知識融人項目方案的設計中，利用人工智能技術創新解決問題，促進智慧水利發展，讓學生得到鍛煉，拓寬學科視野，增加升學、就業競爭力。此外，在授課過程中，通過課堂觀察，探索發現對智慧水利感興趣的學生，邀請他們加入課題組科研項目，確保他們在項目中能夠有所收獲，并在大四時依托科研項目進行畢業設計選題，為他們提供理論與實踐相結合的平臺，為將來工作打下堅實基礎。

三、教學改革實施效果展望

復合型人才培養過程中注重不同學科思維的碰撞和實踐教學環節。從學生個人角度而言，學生畢業后不再局限于掌握水利學科知識，而是具備多學科知識儲備，同時具備較強的發散性思維、創新變革思維、實踐動手能力和團隊協作能力，綜合素養能力更加突出。智慧水利復合型人才同時掌握新技術、新方法，憑借學科優勢能夠滿足多元化崗位的需求，能夠更好地適應水利行業的變革與發展，滿足社會對智慧水利人才的需求，增加就業競爭力，成為引領新時代水利事業發展的有生力量。從學校層面來看，智慧水利復合型人才培養教學改革能夠提升高校學科建設水平，復合型人才培養強調跨越不同學科進行知識傳授，智慧水利復合型人才培養推動了水利學科與信息技術、計算機等相關學科的交叉融合，打破了學科壁壘，助力學科之間開展知識交流并催生創新成果，豐富了傳統水利學科的研究內容。此外，實施智慧水利復合型人才培養教學改革后，會優化整個師資隊伍，課程教師需要具備跨學科教學能力，打破課程孤島，構建跨學科的課程體系，倒逼教師走出單一學科舒適區，主動學習交流現代化信息技術學科知識，推動課程教學的改革與創新，從而帶動整個學科教學和科研水平的提升，使師資隊伍呈現跨學科協同發展的良好態勢，促進高校創新人才培養和學科建設的發展。

四、結論

在當今科技飛速發展的時代，水利行業正經歷著從傳統模式向智慧化的變革。為了讓水利專業教育緊跟時代步伐，培養出既具備扎實水利專業知識，又擁有跨學科知識體系、較強實踐能力以及創新思維的復合型人才，本文以水力學課程為例，在師資隊伍建設、理論教學與授課模式、實踐環節、課程考核以及科創競賽等方面進行改革探索，并對實施效果進行展望分析，以期為培養智慧水利復合型人才提供有益參考，為培養適應水利行業新時代社會主義現代化建設的人才提供助力。

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[責任編輯 劉美婷]