行業(yè)驅(qū)動的智慧水務新工科建設探索與實踐

李楠 邱順添 呂學斌 劉洪波

摘 ?要：在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟背景下，社會在科技發(fā)展與科技需求方面走在了大學的前面，驅(qū)動了工程教育深度變革的新工科建設。以水務行業(yè)為例，近年來行業(yè)、企業(yè)一直需要既有環(huán)境工程專業(yè)基礎知識，又掌握大數(shù)據(jù)、計算機技術(shù)的人才，但是高校目前的培養(yǎng)體制無法滿足上述要求，這就驅(qū)動天津大學環(huán)境科學與工程學院開展跨學科復合型人才培養(yǎng)的智慧水務新工科建設探索。文章介紹了天津大學在智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設中進行的探索和實踐，相關(guān)工作可為智慧水務新工科人才培養(yǎng)與平臺建設提供理論參考，實現(xiàn)面向未來、領導未來的高水平智慧水務人才培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：新工科;智慧水務;創(chuàng)新人才培養(yǎng)

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0085-03

Abstract： Under the background of new scientific and technological revolution， new industrial revolution and new economy， society has been ahead of universities in terms of scientific and technological development and demand， which drives the construction of new engineering in engineering education. In recent years， the industry and enterprises have been in need of talents who not only have basic knowledge of environmental engineering， but also master big data and computer technology in the water industry. However， the current training system of colleges and universities cannot meet the above requirements， which drives the College of Environmental Science and Engineering in Tianjin University to carry out the exploration of the construction of intelligent new engineering in water engineering of interdisciplinary talent cultivation. This paper introduces the exploration and practice of Tianjin University in the new engineering construction of smart water innovative talent training. The relevant work can provide theoretical reference for the new engineering talent training and platform construction of smart water， and realize the training goal of high-level smart water talents facing the future and leading the future.

Keywords： new engineering; smart water; cultivation of innovative talents

新時代對一流工程人才培養(yǎng)提出了新的要求，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的新工科建設是服務新時代國家發(fā)展的戰(zhàn)略性舉措[1]。生態(tài)文明建設和經(jīng)濟發(fā)展的內(nèi)在需求對當前的水務行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。作為智慧城市的重要組成部分，水務行業(yè)的系統(tǒng)性和智慧化發(fā)展也是大勢所趨[2]?！爸腔鬯畡铡笔遣捎?G/5G數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)刃畔⒒夹g(shù)方法[3]，獲得、處理并公開城市水務信息，繼而有效管理城市的供水、用水、耗水、排水、污水集中處理、再生水綜合利用等過程[4-7]，歷經(jīng)“自動化”到“智慧化”的過程，形成“水務物聯(lián)網(wǎng)”，使之更加數(shù)字化、智能化、規(guī)范化，從而使水務系統(tǒng)達到智慧運行的狀態(tài)[8]。

國際水協(xié)會（International Water Association，IWA）把“數(shù)字水務”列為未來20年世界水務行業(yè)的重點發(fā)展方向，而國內(nèi)的水務行業(yè)領頭企業(yè)如北控水務（中國）投資有限公司、深圳水務（集團）有限公司、北京首創(chuàng)生態(tài)環(huán)保集團股份有限公司等更是積極地把“智慧水務”理念與業(yè)務管理結(jié)合起來，開拓智慧水務、智慧管網(wǎng)、智能水表、水務自控與運維等業(yè)務。與此同時，高校在智慧水務技術(shù)人才培養(yǎng)方面遠遠落后于水務市場需求，與行業(yè)的蓬勃發(fā)展形成反差。高校的現(xiàn)有培養(yǎng)模式和機制下，傳統(tǒng)的環(huán)境工程和給排水專業(yè)畢業(yè)生因為受到學科的局限而無法滿足智慧水務市場的需求，不能為智慧水務及智慧城市的未來發(fā)展出謀劃策。針對上述行業(yè)發(fā)展與學科建設割裂的現(xiàn)象，天津大學環(huán)境科學與工程學院（以下簡稱“環(huán)境學院”）以新工科建設理念為支撐，以行業(yè)和市場需求為驅(qū)動，啟動了智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設。

一、智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設目標與建設基礎

（一）智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設目標

智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設整體是在《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》指導思想的基礎上開展的，其目標是改進當前環(huán)境工程領域水工程教學的短板，引入社會迫切需求的水務行業(yè)的智慧化元素，形成基于新工科2.0的智慧水務工程系統(tǒng)教學模式。以支撐創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、服務經(jīng)濟社會發(fā)展為導向，面向5G時代水務行業(yè)數(shù)字化、智能化、智慧化的重大需求，提升學生專業(yè)素質(zhì)和國際化視野。最終目標是填補行業(yè)空白，培養(yǎng)面向未來、領導未來的高水平智慧水務人才。

（二）智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設基礎

天津大學的智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設是以環(huán)境學院作為主體，與天津大學智能與計算學部（以下簡稱“智算學部”）、建筑工程學院（以下簡稱“建工學院”）以及水利工程仿真與安全國家重點實驗室合作開展的。作為建設主體的環(huán)境學院一直以新工科教育理念為引領，在工程與科學結(jié)合、技術(shù)與管理結(jié)合等方面做了大量工作。經(jīng)過長期的探索和積累，水污染控制與水資源利用已成為環(huán)境學院特色優(yōu)勢方向。學院下設環(huán)境工程系、建筑環(huán)境與設備工程系和環(huán)境科學與生態(tài)系，各自擁有一批圍繞全球重大科技問題的大跨度研究領域。環(huán)境與人工智能是天津大學在環(huán)境領域長期重點聚焦的研究主題，天津大學環(huán)境學院和智算學部在環(huán)境污染控制、水利水務與大數(shù)據(jù)的交叉融合等方面具有長期良好的合作基礎，在創(chuàng)新設計、智能裝備、新型材料、環(huán)境保護等方面形成了一批重大原創(chuàng)性研究成果。學院已建成一個院級新工科人才培養(yǎng)平臺及三個項目式教學改革建設點。建工學院和水利工程仿真與安全國家重點實驗室在水利工程環(huán)境效應與生態(tài)安全方面，面向重大水利工程的環(huán)境生態(tài)效應，研究復雜變化條件下水利工程環(huán)境生態(tài)效應理論與技術(shù)，取得了豐碩的研究成果。智算學部參與建設的“未來智能機器與系統(tǒng)”平臺是天津大學首個新工科培養(yǎng)校級平臺，采用全新項目式教學，通過課程內(nèi)項目、課程組項目、多學科團隊項目、科研實踐項目和畢業(yè)設計研發(fā)項目三類五種項目，培養(yǎng)學生的知識應用能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、團隊合作能力和領導力。目前已有三屆近400名同學進入平臺，圍繞智能制造、人工智能、自動化、電子科學與技術(shù)等方向開展學習和研究。上述平臺的建設與合作為智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設打下了堅實的基礎。

二、智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設內(nèi)容

天津大學環(huán)境學院智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設主要集中在三個方面開展，分別是水務模塊與智慧模塊課程體系建設、智慧水務師資隊伍建設和實踐平臺建設。

（一）水務模塊與智慧模塊課程體系建設

以水源→輸水→凈水處理→配水→污水處理→排放或回用為主線的水工程系統(tǒng)教學內(nèi)容是天津大學環(huán)境工程專業(yè)的傳統(tǒng)課程體系，也是水務行業(yè)本科生教學的基礎課程。在“智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”新工科建設中，包含了凈水工程、廢水工程、輸配水工程、建筑給排水的水工程系統(tǒng)課程包，將依然作為智慧水務的主體課程。在此基礎上，補充了人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等課程，開設了智能檢測與在線控制、智慧水務數(shù)據(jù)庫開發(fā)與應用技術(shù)等課程。強化物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)基礎學習，培養(yǎng)學生應用人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、專業(yè)模型、預測技術(shù)和云計算，將城市給水與排水的故障檢測、追蹤溯源、治理評估以及預警預報鏈條融合貫通，為城市水務系統(tǒng)的運維、污染預警以及環(huán)境監(jiān)督功能提供云平臺。

（二）服務于智慧水務的師資隊伍建設

在智慧水務的師資隊伍建設方面，以天津大學環(huán)境學院的教學科研隊伍作為骨干力量，由環(huán)境學院、智算學部、建工學院的相關(guān)教師共同組成導師團，聘請環(huán)境領域知名企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)/總工程師作為工程技術(shù)導師，承擔聯(lián)合指導學生、工程案例分析授課等工作;聘請骨干院所優(yōu)秀研究員為兼職導師，固化兼職指導職責。上述師資資源可以為智慧水務教育教學提供堅實的師資基礎。學院結(jié)合學科建設和人才培養(yǎng)具體需求與行業(yè)發(fā)展方向，計劃引進和培養(yǎng)一批引領國際學科前沿、服務國家經(jīng)濟發(fā)展、支撐社會文明進步的高水平智慧水務教學與科研隊伍。

（三）服務于智慧水務的實踐平臺建設

水務行業(yè)和市場需求是智慧水務新工科建設的核心驅(qū)動力，創(chuàng)新實踐能力是人才培養(yǎng)的核心任務。在此基礎上，天津大學環(huán)境學院積極探索共建共享的實踐教學平臺和課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺基地建設。強化天津大學水污染控制工程實驗中心等校內(nèi)生產(chǎn)實踐平臺建設，借助環(huán)境學院天津市生物質(zhì)燃氣燃油技術(shù)工程中心、天津市城市河道水質(zhì)生態(tài)凈化技術(shù)工程中心、天津市公共安全大數(shù)據(jù)技術(shù)工程中心、天津市濱海生態(tài)關(guān)鍵帶保護與功能構(gòu)建工程技術(shù)中心等工程中心的教學、實習功能和建設經(jīng)驗。智算學部的“計算機科學拔尖學生培養(yǎng)基地”成功入選基礎學科拔尖學生培養(yǎng)計劃2.0基地。此外，智算學部還擁有天津市智能遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)企業(yè)重點實驗室、天津市先進網(wǎng)絡技術(shù)與應用重點實驗室、天津市網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)國際聯(lián)合中心等科研與實踐平臺。依托上述創(chuàng)新實踐平臺，通過學科交叉、校企交叉、教研交叉，預計在未來2年～3年建成“智能仿真、智能診斷、智能預警、智能調(diào)度”的智慧水務可視化公共教學實踐平臺和智能水環(huán)境監(jiān)測及資源化實驗平臺。

三、結(jié)束語

新工科建設是面向國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的，是社會在科技發(fā)展與科技需求方面驅(qū)動的工程教育改革方向。在智慧水務創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新工科建設中，天津大學環(huán)境學院面向行業(yè)需求、企業(yè)需求與專業(yè)建設需求，聯(lián)合智算學部、建工學院以及水利工程仿真與安全國家重點實驗室，和企業(yè)深度融合，把企業(yè)融入人才培養(yǎng)體系中來。通過多學科交叉融合的課程體系建設、師資隊伍建設、實踐平臺建設，打造智慧水務特色班，創(chuàng)新、完善和優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，形成智能水務人才培養(yǎng)的范式。

參考文獻：

[1]鐘登華.立足新時代 培養(yǎng)一流“新工科”卓越人才[J].中國科技獎勵，2017（12）：6-7.

[2]毛東陽.城市二次供水運營管理中智慧水務的應用[J].智能城市，2021，7（20）：38-39.

[3]賈路穎.5G在智慧城市中建設中的探索及應用[J].長江信息通信，2021，34（5）：208-210.

[4]方婷婷.“智慧水務”理念在二次供水系統(tǒng)中的實踐[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（9）：89-90.

[5]沈南.智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用研究[J].科技與創(chuàng)新，2021（7）：158-159.

[6]王松，劉振.智慧污水處理廠的內(nèi)涵與思路[J].中國給水排水，2021，37（12）：14-18.

[7]周春峰.智慧水務建設的思考——以南京市為例[J].城鄉(xiāng)建設，2020（22）：53-55.

[8]陸繼誠.從“自動化”到“智慧化”——智慧水廠建設的新思路[J].給水排水，2017，53（11）：1-3.