“新工科”背景下土木水利拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究

尹家波，楊 光

(1.武漢大學(xué) 水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北，武漢 430072；3.意大利米蘭理工大學(xué) 電子信息與生物工程系，米蘭 20133)

0 引言

近年來(lái)，為提升我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，加快由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，我國(guó)正在開(kāi)展高等教育改革，大力發(fā)展“新工科”教育?！靶鹿た啤笔腔趪?guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的一項(xiàng)重大發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)積極應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“一帶一路”和“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略均具有關(guān)鍵意義。2020年，國(guó)務(wù)院、教育部發(fā)布《專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育發(fā)展方案(2020—2025)》，對(duì)新時(shí)期專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育提出新要求。近年來(lái)，我國(guó)土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩士研究生的招生人數(shù)大幅攀升，大多數(shù)培養(yǎng)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(yǎng)方案，理論課程與學(xué)術(shù)碩士基本相同。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)過(guò)程中普遍存在理論性強(qiáng)、技能型弱、邏輯關(guān)系差等問(wèn)題，亟需通過(guò)教育教學(xué)和培養(yǎng)方案改革，培養(yǎng)一大批實(shí)踐性較強(qiáng)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)高的土木水利研究生。與此同時(shí)，我國(guó)逐漸開(kāi)始探索培養(yǎng)土木工程和水利工程交叉融合的拔尖創(chuàng)新本科生。本文瞄準(zhǔn)武漢大學(xué) “寬口徑、厚基礎(chǔ)、復(fù)合型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，以“水土交融”為理念構(gòu)建多學(xué)科融合發(fā)展的人才培養(yǎng)體系，有效提升高校實(shí)踐育人能力和師生實(shí)踐創(chuàng)新能力；將新工科理念融入學(xué)生教育和培養(yǎng)全過(guò)程，解決人才培養(yǎng)面臨的封閉性、滯后性、空泛化等問(wèn)題，解決“培養(yǎng)什么樣的人”和“如何培養(yǎng)人”的問(wèn)題，促進(jìn)工程教育與國(guó)際接軌，提高武漢大學(xué)土木水利專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 “新工科”背景下土木水利復(fù)合型人才培養(yǎng)的迫切需求

在“新工科”背景下，中國(guó)正大力邁進(jìn)創(chuàng)新型國(guó)家行列，工程建設(shè)中的新材料、新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，建筑工業(yè)化、BIM技術(shù)、裝配式建筑、3D打印、智能建造、綠色建造、“互聯(lián)網(wǎng)+”等快速發(fā)展，大型工程的國(guó)際化招標(biāo)、投標(biāo)政策的推行對(duì)工程項(xiàng)目管理水平也提出了更高要求，我國(guó)土木水利行業(yè)正快速趨向規(guī)范化、先進(jìn)化和國(guó)際化。但受多種因素的影響，我國(guó)的土木水利專(zhuān)業(yè)碩士培養(yǎng)大多按照學(xué)術(shù)學(xué)位研究生的固有模式，缺乏特色優(yōu)勢(shì)，造成用人單位對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩士的認(rèn)可度不高，土木水利學(xué)士培養(yǎng)則處于探索階段，當(dāng)前迫切需要開(kāi)展土木水利拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究，以服務(wù)“一帶一路”“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”和“生態(tài)文明建設(shè)”等國(guó)家重大戰(zhàn)略。

近年來(lái)，武漢大學(xué)積極響應(yīng)國(guó)家培養(yǎng)跨學(xué)科人才的現(xiàn)實(shí)需求，開(kāi)始招收土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生，新工科交叉融合發(fā)展面臨新的歷史機(jī)遇。武漢大學(xué)水利工程專(zhuān)業(yè)是國(guó)家新工科建設(shè)的重要發(fā)展方向之一，作為國(guó)家首批“雙一流”建設(shè)學(xué)科、“985”“211”工程重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科，培養(yǎng)的畢業(yè)生承擔(dān)了三峽工程、南水北調(diào)等一批重大水利水電工程的建設(shè)和技術(shù)攻關(guān)工作，推動(dòng)了我國(guó)水利水電事業(yè)蓬勃發(fā)展，學(xué)科實(shí)力在國(guó)內(nèi)外享有盛譽(yù)。武漢大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)為國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)，是國(guó)家第一類(lèi)特色專(zhuān)業(yè)、“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”和綜合改革試點(diǎn)專(zhuān)業(yè)，在國(guó)內(nèi)土木行業(yè)的影響力舉足輕重。當(dāng)前，迫切需要研究如何整合兩個(gè)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)資源，提高土木水利人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2 培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的基本規(guī)律

土木水利拔尖創(chuàng)新人才具有國(guó)際化、復(fù)合型、應(yīng)用導(dǎo)向等特點(diǎn)，需要結(jié)合新工科建設(shè)的切實(shí)需求，聚焦土木水利培養(yǎng)，尤其是專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)這一重要議題，分析研究生培養(yǎng)模式現(xiàn)狀，遵循復(fù)合應(yīng)用型拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)，以校企聯(lián)合培養(yǎng)為驅(qū)動(dòng)力，從多學(xué)科交叉融合的課程體系、多方位的協(xié)同育人平臺(tái)、多方式教學(xué)模式3個(gè)方面構(gòu)建土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生協(xié)同育人培養(yǎng)新模式，將新工科理念融入研究生教育和培養(yǎng)全過(guò)程。當(dāng)前，迫切需要從以下三方面探索拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式：(1)梳理國(guó)內(nèi)外高校土木水利工程研究生的培養(yǎng)方案，比較和評(píng)價(jià)武漢大學(xué)與國(guó)內(nèi)外其他高校人才培養(yǎng)模式的差異及特色；(2)從多學(xué)科交叉融合的課程體系、多方位的協(xié)同育人平臺(tái)、多方式教學(xué)模式3個(gè)方面，研究適用于武漢大學(xué)的水利工程專(zhuān)業(yè)研究生課程體系；(3)瞄準(zhǔn)“長(zhǎng)江大保護(hù)”和“生態(tài)文明建設(shè)”等國(guó)家重大戰(zhàn)略，面向“新工科”建設(shè)和中國(guó)土木水利事業(yè)發(fā)展新形勢(shì)，研究土木水利專(zhuān)業(yè)研究生的校企協(xié)同育人機(jī)制。整體而言，培養(yǎng)土木水利拔尖創(chuàng)新人才應(yīng)遵循以下三點(diǎn)規(guī)律：(1)注重理論培養(yǎng)和工程應(yīng)用相結(jié)合，土木水利工程培養(yǎng)過(guò)程中既要加強(qiáng)水循環(huán)、氣候變化、水文學(xué)原理等知識(shí)滲透，又要結(jié)合“南水北調(diào)”工程等大國(guó)重器，提高學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；(2)注重國(guó)內(nèi)特色與國(guó)際視野相結(jié)合，培養(yǎng)土木水利拔尖創(chuàng)新人才不僅要注重對(duì)中國(guó)國(guó)情的理解，也要培養(yǎng)學(xué)生的國(guó)際化視野和跨文化溝通能力，致力于培養(yǎng)土木水利的全球治理人才；(3)注重培養(yǎng)跨學(xué)科能力，人才培養(yǎng)過(guò)程中要加強(qiáng)人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、衛(wèi)星遙感、全球變化、政治經(jīng)濟(jì)學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、大氣科學(xué)等多學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型拔尖創(chuàng)新土木水利領(lǐng)軍人才。

3 土木水利工程領(lǐng)域的新興科學(xué)技術(shù)難題

3.1 全球變暖與水資源危機(jī)

全球變暖是當(dāng)前土木水利工程領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，由此引發(fā)的一系列問(wèn)題引起學(xué)界和社會(huì)各界廣泛關(guān)注。工業(yè)革命以來(lái)，大氣中二氧化碳等溫室氣體排放量增加，干旱、洪水、颶風(fēng)、野火、高溫?zé)崂恕⒑钡葮O端災(zāi)害頻發(fā)，多變量復(fù)合災(zāi)害事件發(fā)生也愈加頻繁，社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境的不均衡、不平等日益加劇[1-2]。21世紀(jì)末，中國(guó)升溫幅度可能超過(guò)2 ℃，將對(duì)降水、大氣濕度、蒸散發(fā)、徑流、陸地水儲(chǔ)量等水文要素產(chǎn)生顯著影響，水資源短缺矛盾可能進(jìn)一步加劇，基于衛(wèi)星遙感及再分析資料的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和數(shù)據(jù)融合成為新的技術(shù)手段[3]。重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒?yàn)(Gravity Recovery And Climate Experiment, GRACE)衛(wèi)星為獲取全球大尺度地球表面物質(zhì)遷移提供了連續(xù)、高精度的直接觀測(cè)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(jiān)測(cè)陸地水儲(chǔ)量異常信號(hào)[4]。當(dāng)前，全球正在經(jīng)歷以“變暖”為主導(dǎo)的氣候變化，降水對(duì)氣候變暖的響應(yīng)具有顯著的時(shí)空異質(zhì)性，其變化受大氣水汽容量、相對(duì)濕度以及大氣穩(wěn)定性影響，可能引發(fā)干旱、洪水等極端水文災(zāi)害，對(duì)水資源配置和洪水風(fēng)險(xiǎn)管理提出新的挑戰(zhàn)[5]，亟待培養(yǎng)土木水利拔尖創(chuàng)新人才研究該議題。

3.2 變化環(huán)境下的水資源調(diào)配

變化環(huán)境下的水資源調(diào)配也是土木水利領(lǐng)域關(guān)注的核心科學(xué)問(wèn)題。我國(guó)水利工程點(diǎn)多、面廣、量大，類(lèi)型復(fù)雜，其調(diào)控問(wèn)題正朝著大規(guī)模、多尺度、多目標(biāo)等方向發(fā)展，氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展會(huì)加劇水資源供需矛盾，給我國(guó)水資源聯(lián)合調(diào)控提出了更高的要求，其導(dǎo)致的水文循環(huán)和水資源分布規(guī)律變化會(huì)進(jìn)一步降低現(xiàn)有水利工程運(yùn)行及水資源管理的有效性[6]，亟需提高水資源系統(tǒng)對(duì)未來(lái)變化環(huán)境的適應(yīng)能力。目前，大部分應(yīng)對(duì)氣候變化的水資源適應(yīng)性調(diào)度研究?jī)H針對(duì)單一時(shí)間尺度，且缺乏水資源與人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)對(duì)變化環(huán)境響應(yīng)機(jī)理方面的探索，因此，在適應(yīng)復(fù)雜的多時(shí)間尺度變化方面具有一定的局限性。同時(shí)，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出了“構(gòu)建智慧水利體系，以流域?yàn)閱卧嵘闇y(cè)報(bào)和智能調(diào)度能力”的明確要求；充分發(fā)揮信息化對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)作用已成為全社會(huì)共識(shí)，如何運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)構(gòu)建智慧流域體系，并制定相應(yīng)的適應(yīng)性水資源智能調(diào)控系統(tǒng)，是新時(shí)期土木水利創(chuàng)新人才必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。

4 土木水利拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)施路徑

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建“水土交融”的大土木人才培養(yǎng)體系

對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外一流大學(xué)大土木專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)模式，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、廣泛調(diào)研，建設(shè)“土木、水利與海洋工程”大類(lèi)專(zhuān)業(yè)，制定“水土交融”大土木人才培養(yǎng)方案。圍繞第一課堂的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)開(kāi)展第二課堂，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等科研實(shí)踐，提高創(chuàng)新能力；選配優(yōu)秀教師指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生周培源力學(xué)競(jìng)賽、湖北省建筑信息模型比賽等，探索通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、土木工程材料創(chuàng)意比賽等拓寬學(xué)生視野，增加知識(shí)儲(chǔ)備。積極探索武漢大學(xué)土木水利專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師責(zé)任制，學(xué)生根據(jù)自身興趣及發(fā)展方向選擇學(xué)科方向(團(tuán)隊(duì))和導(dǎo)師，踐行科研實(shí)踐育人。

4.2 團(tuán)隊(duì)管理，構(gòu)建“多元化、高水平”育人隊(duì)伍

主動(dòng)適應(yīng)學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)家戰(zhàn)略需求，按學(xué)科方向重點(diǎn)研究基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維、地下空間工程、城市水務(wù)、水資源水生態(tài)、河海動(dòng)力過(guò)程等學(xué)術(shù)方向的育人模式和科技前沿，按團(tuán)隊(duì)組建教研室，創(chuàng)新“學(xué)院—團(tuán)隊(duì)”的管理模式，聯(lián)通教學(xué)與科研，推進(jìn)“產(chǎn)科教融合、校地企協(xié)同”，培養(yǎng)教師實(shí)踐創(chuàng)新和實(shí)踐育人能力；推動(dòng)長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局、三峽集團(tuán)、湖北清江公司等業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)和武漢大學(xué)建立常態(tài)化研究生育人機(jī)制，依托具體工程應(yīng)用項(xiàng)目和技術(shù)研發(fā)課題，基于校企聯(lián)合模式培養(yǎng)研究生。

4.3 產(chǎn)科教融合，建設(shè)“場(chǎng)網(wǎng)一體”實(shí)踐育人共享平臺(tái)

依托武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及國(guó)家多媒體軟件技術(shù)研究中心、武漢大氣遙感國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心，以“互(物)聯(lián)網(wǎng)+足尺及原位試驗(yàn)場(chǎng)”為基礎(chǔ)，建設(shè)“場(chǎng)網(wǎng)一體”實(shí)踐育人共享平臺(tái)，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(yàn)設(shè)施優(yōu)質(zhì)資源；結(jié)合水利行業(yè)需求，依托“智慧大壩”科技攻關(guān)項(xiàng)目，與業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)協(xié)作，通過(guò)開(kāi)展跨學(xué)科國(guó)際合作、參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事，提高研究生的國(guó)際化視野和跨文化溝通能力。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前新工科大力發(fā)展，迫切需要瞄準(zhǔn)“長(zhǎng)江大保護(hù)”和“生態(tài)文明建設(shè)”等國(guó)家重大工程戰(zhàn)略，面向“新工科”建設(shè)和中國(guó)土木水利事業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)，提出有專(zhuān)業(yè)特色的校企協(xié)同育人機(jī)制；對(duì)接國(guó)家第四次工業(yè)革命建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，探索“教學(xué)-競(jìng)賽-科研-實(shí)踐”四融合的水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)雙創(chuàng)型研究生培養(yǎng)新模式，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的有效貫通，提高研究生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力；基于“先創(chuàng)新、后創(chuàng)業(yè)”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，打通研究生培養(yǎng)的“產(chǎn)學(xué)研用”全鏈條，依托“智慧大壩”的科技攻關(guān)項(xiàng)目提高研究生的多學(xué)科交叉研究能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)土木水利類(lèi)本科生和研究生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)工作。