新工科背景下“高等水工結(jié)構(gòu)”課程體系創(chuàng)新與實(shí)踐

摘 要 新工科建設(shè)背景下，我國(guó)高等教育需適應(yīng)新時(shí)代對(duì)工程技術(shù)人才的需求，推進(jìn)工程教育創(chuàng)新和改革發(fā)展。文章以西安理工大學(xué)特色研究生課程“高等水工結(jié)構(gòu)”為載體，通過融入新工科教育理念，分析該課程建設(shè)過程中面臨的問題與挑戰(zhàn)，結(jié)合西部地區(qū)水工結(jié)構(gòu)工程學(xué)科研究生培養(yǎng)特征，針對(duì)性地提出基于課程知識(shí)體系構(gòu)建、課程模型創(chuàng)新、探索性平臺(tái)建設(shè)以及精細(xì)化考核方式等四方面的課程體系創(chuàng)新方法。通過教學(xué)內(nèi)容的更新與教學(xué)方法的改革，學(xué)生學(xué)習(xí)效果、課程影響力均明顯提高，為水工結(jié)構(gòu)工程課程改革提供了新思路與新方法。

關(guān)鍵詞 課程體系；高等水工結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新；實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.22.029

Innovation and Practice of the Curriculum System of Higher Hydraulic

Structures under the Background of New Engineering Science

LI Yanlong， LI Yang， WANG Ruijun

（Institute of Water Resources and Hydropower， Xi'an University of Technology， Xi'an， Shaanxi 710048）

Abstract Under the background of new engineering construction， China's higher education needs to adapt to the demand of engineering and technical talents in the new era， and promote the innovation and reform and development of engineering education. Taking the characteristic graduate course \"Higher Hydraulic Structures\" of Xi'an University of Technology as a carrier， this paper examines the issues and hurdles encountered during the course construction process through the integration of the new engineering education concept， and puts forward a four-pronged approach based on the construction of the course knowledge system， innovation of the course model， construction of exploratory platforms， and refinement of the assessment method in light of the characteristics of the cultivation of graduate students of the discipline of hydraulic structural engineering in western region. The curriculum system's innovation methodology involves updating teaching content and revamping teaching methods， the learning effect of students and the influence of the course have been significantly improved， providing new ideas and methods for the reform of hydraulic structural engineering courses.

Keywords curriculum; advanced hydraulic structures; innovation; practice

1" 研究背景

研究生教育作為國(guó)家高等教育體系最重要的組成部分，承擔(dān)著培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要責(zé)任。當(dāng)今世界，創(chuàng)新型人才是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵力量，而研究生教育則被視為這類人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。通過深入的學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐探索，研究生不僅能掌握專業(yè)知識(shí)和技能，還能培養(yǎng)其獨(dú)立思考、批判性思維和創(chuàng)新能力，是未來職業(yè)發(fā)展和為社會(huì)貢獻(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的關(guān)鍵[1-2]。

新工科建設(shè)是教育部高等教育的一項(xiàng)重要舉措，旨在推動(dòng)工科教育的創(chuàng)新和發(fā)展，以適應(yīng)新時(shí)代對(duì)工程技術(shù)人才的需求，旨在推動(dòng)工科教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、人才培養(yǎng)需求緊密結(jié)合，促進(jìn)教育與產(chǎn)業(yè)、學(xué)校與社會(huì)、教師與學(xué)生之間的深度合作和互動(dòng)，為了支持和保障培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。這一理念的提出，標(biāo)志著中國(guó)工程教育進(jìn)入了創(chuàng)新發(fā)展的新階段，為工程教育的改革和創(chuàng)新注入了新的動(dòng)力和活力[3]。

在新工科建設(shè)背景下，中國(guó)高等教育需要適應(yīng)新時(shí)代對(duì)工程技術(shù)人才的需求，推進(jìn)工程教育創(chuàng)新和改革發(fā)展。新工科專業(yè)建設(shè)須堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向，將學(xué)生置于核心位置，以面向未來和達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平為目標(biāo)。這意味著需要不斷引領(lǐng)學(xué)生跨越學(xué)科邊界，參與實(shí)際工程項(xiàng)目，并促進(jìn)跨學(xué)科融合，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要多方合作，包括政府、高校、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)等，共同推動(dòng)新工科專業(yè)建設(shè)的深入發(fā)展，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供堅(jiān)實(shí)的人才支撐和保障[4]。然而，目前我國(guó)大部分高校仍然存在部分學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力偏弱的問題[5]，無法高效解決復(fù)雜工程問題，這與社會(huì)及行業(yè)對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐人才的需求存在一定的脫節(jié)[6]。特別是學(xué)生的跨界整合能力和國(guó)際視野存在較大的不足，這已經(jīng)成為我國(guó)工程教育發(fā)展的一個(gè)瓶頸。因此，我們需要進(jìn)一步加強(qiáng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的實(shí)施，推動(dòng)高校教育教學(xué)改革，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才，以適應(yīng)新時(shí)代對(duì)工程技術(shù)人才的需求。

隨著改革開放的深入推進(jìn)，國(guó)內(nèi)土木、交通、水利等工程領(lǐng)域經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。在這個(gè)過程中，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)、理論成果和科技創(chuàng)新。針對(duì)這一新的教育發(fā)展形勢(shì)，國(guó)內(nèi)大部分高校積極推進(jìn)特色專業(yè)的創(chuàng)新與實(shí)踐，努力踐行新工科發(fā)展理念?！案叩人そY(jié)構(gòu)”課程是西安理工大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的研究生主干課程。該課程采用碩士與博士分開授課，分別針對(duì)碩士、博士研究生的認(rèn)知特點(diǎn)，選擇合適的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行授課。擬通過該課程的學(xué)習(xí)，對(duì)水工結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的壩工建設(shè)及水工結(jié)構(gòu)分析方面的知識(shí)教育，改善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)水工結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、施工及研究的高級(jí)科技人才，提高學(xué)生分析與解決水工結(jié)構(gòu)工程問題的基本技能。課程包括：壩工建設(shè)進(jìn)展及其關(guān)鍵問題；碾壓混凝土壩；混凝土面板堆石壩；壩工應(yīng)力分析的有限元法；水工混凝土的溫度應(yīng)力與溫度控制等五大部分內(nèi)容。

2" “高等水工結(jié)構(gòu)”課程建設(shè)中存在的問題

2.1" 課程教學(xué)內(nèi)容新穎性不足

課程教學(xué)內(nèi)容較為陳舊，課程改革未能緊跟壩工發(fā)展前沿，講授內(nèi)容未能融入最新科研與實(shí)踐成果。尤其是國(guó)家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021―2035年）》以后，國(guó)內(nèi)水利工程的重心轉(zhuǎn)向抽水蓄能的大力建設(shè)，包括抽水蓄能電站規(guī)劃選址、水泵式水輪機(jī)，以及抽水蓄能電站水工建筑物等內(nèi)容。然而，目前的課本以及講義中并未涉及該部分內(nèi)容，在提升學(xué)生的實(shí)踐擴(kuò)展能力以及適應(yīng)我國(guó)水利發(fā)展新需求方面還比較薄弱。

2.2" 課程教學(xué)方法信息化程度不足

課程教學(xué)方法單一，主要以課堂講授與課后答疑為主，缺乏應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段開展交互式教學(xué)。目前碩士研究生的教學(xué)主要采用面授的方式，師生的互動(dòng)性不強(qiáng)，沒有設(shè)置專門的時(shí)間和環(huán)節(jié)進(jìn)行師生互動(dòng)與生生互動(dòng)，導(dǎo)師教學(xué)效果差。此外，針對(duì)博士研究生的教學(xué)方式主要采用翻轉(zhuǎn)課堂，然而由于缺乏先進(jìn)的信息化、數(shù)字化、可視化的平臺(tái)，導(dǎo)致博士研究生的創(chuàng)新能力提升有限。

2.3" 課程考核中過程評(píng)價(jià)方式不夠精細(xì)

通過學(xué)生作業(yè)、考試成績(jī)等對(duì)課程學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核，缺乏精細(xì)化的過程評(píng)價(jià)體系?？己酥?，主要通過期末卷面成績(jī)、平時(shí)簽到成績(jī)、平時(shí)回答問題成績(jī)、章節(jié)作業(yè)成績(jī)四部分，按照比例進(jìn)行計(jì)算得出最終成績(jī)。然而，這些指標(biāo)忽略了研究生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，如師生互動(dòng)的次數(shù)，生生互動(dòng)的次數(shù)，以及上課過程中的主動(dòng)提問次數(shù)等。

3" “高等水工結(jié)構(gòu)”課程體系的創(chuàng)新方法

3.1" 瞄準(zhǔn)學(xué)科前沿，構(gòu)建獨(dú)具特色的課程知識(shí)體系

瞄準(zhǔn)現(xiàn)代水利學(xué)科前沿和國(guó)家重大需求，持續(xù)更新教學(xué)內(nèi)容。將教師科研創(chuàng)新成果融入基礎(chǔ)理論的講授中，將水利工程新技術(shù)新進(jìn)展融入高等水工結(jié)構(gòu)課程實(shí)習(xí)實(shí)踐中，堅(jiān)持基礎(chǔ)與前沿并重，構(gòu)建高階課程知識(shí)體系。例如：針對(duì)碩士研究生，增加抽水蓄能電站的基本原理與發(fā)展、抽水蓄能電站水工建筑物以及抽水蓄能電站輸水建筑物等內(nèi)容；針對(duì)博士研究生，融入水―風(fēng)―光多能互補(bǔ)技術(shù)、抽水蓄能電站的新型電力系統(tǒng)，以及新型抽水蓄能電站防滲系統(tǒng)等內(nèi)容。

3.2" 創(chuàng)新教學(xué)模式，打造一體化優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源

秉持以產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)理念，構(gòu)建“理論、實(shí)踐、創(chuàng)新”為一體的線下教學(xué)平臺(tái)，將重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容講授、自主學(xué)習(xí)、分組互動(dòng)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合的課程實(shí)踐融入日常教學(xué)過程，打造優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源。例如：針對(duì)碩士研究生，開展了線下為主，線上強(qiáng)補(bǔ)的教學(xué)模式，在傳統(tǒng)講授、翻轉(zhuǎn)課堂等基礎(chǔ)上，融合了工程案例教學(xué)法（涵蓋水泵式水輪機(jī)、碾壓混凝土壩智能施工技術(shù)等）、專題討論法（涉及新型中小型抽蓄電站全套關(guān)鍵技術(shù)、淤地壩改造抽蓄電站）、分組實(shí)驗(yàn)探究法（碾壓混凝土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、串聯(lián)以及并聯(lián)碾壓混凝土抗?jié)B試驗(yàn)）。針對(duì)博士研究生，采用線上線下結(jié)合的方式，通過學(xué)術(shù)論文寫作、專題思考討論，以及創(chuàng)新知識(shí)鞏固等方式，對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拔高升華。

3.3" 加強(qiáng)課程實(shí)踐，建設(shè)探索性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和內(nèi)容

課程組自主開發(fā)了基于300級(jí)大壩建設(shè)及運(yùn)行的虛擬仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了具有一定挑戰(zhàn)度的探索性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了課程實(shí)驗(yàn)從驗(yàn)證性向探索性的轉(zhuǎn)型，增強(qiáng)了學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新思維。例如：針對(duì)碩士研究生，設(shè)置了混凝土壩體非穩(wěn)定滲流與穩(wěn)定滲流的試驗(yàn)探索模塊；針對(duì)博士研究生，設(shè)置了抽水蓄能電站庫盆混凝土面板、瀝青混凝土面板的防滲設(shè)計(jì)與除險(xiǎn)加固技術(shù)探索模塊。

3.4" 設(shè)置多元化與精細(xì)化的課程考核方式

根據(jù)混合式課程的教學(xué)特點(diǎn)，采用以過程評(píng)價(jià)為主軸、以學(xué)習(xí)效果為核心的課程成績(jī)多元化評(píng)定方式。具體包括：線上過程考核15%；線下過程考核10%；線下實(shí)驗(yàn)考核5%；期末理論考核60%；期末技能考核10%。考核過程中，注意關(guān)注課堂師生互動(dòng)、生生互動(dòng)次數(shù)，以及課后在答疑群中提問的次數(shù)，做到對(duì)過程考核的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)碩士研究生的試驗(yàn)考核，重點(diǎn)考核其對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作步驟的掌握程度以及試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對(duì)于博士研究生，重點(diǎn)考核其在實(shí)驗(yàn)過程中的創(chuàng)新思維與能力，是否能夠提出創(chuàng)新性的試驗(yàn)方案與試驗(yàn)方法。

4" “高等水工結(jié)構(gòu)”課程體系改革實(shí)踐效果

通過上述教學(xué)內(nèi)容的更新與教學(xué)方法的改革，本課程實(shí)踐效果如下：

①近三年學(xué)生成績(jī)優(yōu)良率達(dá)80%以上，學(xué)生評(píng)教打分均在95分以上，督導(dǎo)評(píng)價(jià)均為優(yōu)秀。經(jīng)學(xué)校教務(wù)處認(rèn)定，高等水工結(jié)構(gòu)課程教學(xué)目標(biāo)科學(xué)、全面、明確，教學(xué)形式多樣，教學(xué)內(nèi)容豐富，重點(diǎn)突出，銜接自然，符合學(xué)生實(shí)際需求，學(xué)生參與程度高，突出了學(xué)生的主體地位，教學(xué)效果為優(yōu)秀。

②以碾壓混凝土壩和混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)為主線貫穿課程內(nèi)容，結(jié)合國(guó)內(nèi)重大需求和學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，與時(shí)俱進(jìn)，更新了300級(jí)超高壩、抽水蓄能電站等知識(shí)模塊；增加了有關(guān)壩工新技術(shù)和新方法的應(yīng)用訓(xùn)練；融入了壩工建設(shè)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面的課程思政要素，形成了獨(dú)具特色的課程知識(shí)體系。本校所編教材《高等水工結(jié)構(gòu)》已在本校應(yīng)用4年，累計(jì)有300余名學(xué)生使用，該教材已經(jīng)在西北農(nóng)林科技大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、昆明理工大學(xué)等高校中廣泛采用，受到了兄弟院校的一致好評(píng)。

③設(shè)計(jì)了具有挑戰(zhàn)性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探索性實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)型，受到學(xué)科評(píng)估專家的高度評(píng)價(jià)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)內(nèi)容兼顧高等水工結(jié)構(gòu)課程基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際應(yīng)用，具有較強(qiáng)的實(shí)踐價(jià)值。高等水工結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)有1萬余人次的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)積累。

④通過院系領(lǐng)導(dǎo)老師和已畢業(yè)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)座談的方式，增強(qiáng)師生交流、聽取畢業(yè)生對(duì)“高等水工結(jié)構(gòu)”教學(xué)的建議，進(jìn)一步了解畢業(yè)后五年左右的學(xué)生在社會(huì)與專業(yè)領(lǐng)域取得成就。調(diào)研發(fā)現(xiàn)：本課程內(nèi)容增加了抽水蓄能、水―風(fēng)―光多能互補(bǔ)技術(shù)、新型抽水蓄能電站防滲系統(tǒng)相關(guān)高階知識(shí)體系以后，學(xué)生在就業(yè)崗位能夠提前適應(yīng)儲(chǔ)能新技術(shù)、新理念以及新思路。一方面增加了用人單位對(duì)本學(xué)科畢業(yè)生的認(rèn)可度，另一方面通過課程所學(xué)知識(shí)讓畢業(yè)生更好地融入生產(chǎn)需要，提升了課程內(nèi)容的實(shí)用性。社會(huì)各界對(duì)本學(xué)科畢業(yè)生的普遍評(píng)價(jià)是“下得去、吃得苦、留得住、頂?shù)蒙稀薄?/p>

5" 結(jié)語

綜上，本文通過深入分析“高等水工結(jié)構(gòu)”在教學(xué)方法、內(nèi)容以及考核方式上的不足，從本校研究生培養(yǎng)特點(diǎn)與要求出發(fā)，得到課程知識(shí)體系構(gòu)建、課程模型創(chuàng)新、探索性平臺(tái)建設(shè)以及精細(xì)化考核方式等四方面創(chuàng)新成果，為水工結(jié)構(gòu)工程高階課程改革提供了新思路。通過近年來教學(xué)實(shí)踐以及對(duì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革創(chuàng)新，提高了教學(xué)效果，進(jìn)而增強(qiáng)了本課程在全國(guó)范圍內(nèi)的影響力，助力“高等水工結(jié)構(gòu)”課程沖擊省部級(jí)一流課程。

*通信作者：李陽

基金項(xiàng)目：2022年度西安理工大學(xué)研究生精品課程示范項(xiàng)目“高等水工結(jié)構(gòu)”（310/252032105）；2023年度西安理工大學(xué)研究生教育教改項(xiàng)目“新工科背景下《高等水工結(jié)構(gòu)》課程思政體系研究與實(shí)踐”（310/252042242）。

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