基于“大工程观”的农业水利工程专业实践教学体系的改革与实践——以甘肃农业大学为例

张梅花，牛最荣，张 芮，王引弟，贾生海，齐广平，赵 霞，张小艳

(甘肃农业大学 水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070)

“大工程观”是工程教育在经历了工程技术教育和工程科学教育的发展后，在向工程实践教育转移过程中提出的一种创新教育模式，是工程教育发展的新方向[1，2]。“大工程观”作为现代工程教育理念之一，其渊源是20世纪90年代初美国麻省理工学院发起的“回归工程”运动；所谓“回归工程”，其主旨是强调工程教育不局限于狭隘的工程技术教育和工程科学教育内涵，是建立在工程实践能力基础上的包含经济、文化、道德、环境等多种因素协调的“大工程观”教育，强调工程人才必须具备工程知识能力、工程设计能力、工程实施能力、价值判断能力、社会协调能力和终身学习能力[3-6]，其教育理念已突出了工程教育的实践性特征，强调实践是“大工程观”的基础[7]。“大工程观”理念的宗旨是培养一批工程实践能力和创新能力出众，拥有综合学科知识及整体性思维方式，并具备优良职业道德和人文精神的社会工程精英。随着“大工程观”理论在实践中逐步丰富与完善，大工程观教育成为当前世界高等工程教育改革的主流方向，近年来也引起了我国高等教育界的高度关注[8]，培养学生的“大工程观”是当今国际工程教育的主流理念，以“大工程观”为指导培养高素质的现代工程师是高等工程教育的必然选择[7]。

甘肃农业大学农业水利工程专业是甘肃省高校中开设最早的水利工程类本科专业，多年来为甘肃乃至西北地区输送了大批高素质工程技术人才。近些年，农业水利工程专业受传统的实践教学模式和实践教学条件所限，学生除了教学计划中安排的课程设计、课程实习以及毕业实习外，很少有其他实践教学活动，导致培养出来的学生工程实践能力和创新能力欠缺。为强化主动服务国家战略需求和行业企业需求，避免人才培养与产业需求难以良性对接的矛盾，人才培养必须紧跟国际步伐，传统的实践教学体系改革势在必行。基于以上认识，甘肃农业大学农业水利工程专业在人才培养中，引入“大工程观”教育理念，以其为抓手，解决农业工程专业实践教学环节中存在的问题，提高农业工程复合型创新人才培养质量和社会竞争力。

1 甘肃农业大学农业水利工程专业实践教学现状分析

1.1 实践教学体系与社会需求的紧密度不强

甘肃农业大学农业水利工程专业，在经过几十年的建设和发展后，已形成了较为完善的实践教学体系[9]。但随着社会的不断进步和知识经济的飞速发展，社会各行各业对人才的需求也在不断地发生变化，因此，人才培养不仅要符合学校定位，更要符合社会发展的需求。而沿用传统实践教学体系将导致毕业生所具备的知识、能力与企事业单位对人才的需求相脱节的问题。突出表现为：其一，传统实践教学环节只作为理论教学的辅助手段，其形式单一，多以演示性、验证性实验为主，学生缺乏对工程实际的参与度，不利于培养学生的工程意识以及分析和解决工程实际问题的能力。其二，实践教学内容分散，各环节孤立存在，衔接不紧密，尚未形成从简单到复杂、层层递进的实践教学体系，造成学生缺少对工程综合性和整体性的理解，不利于学生创新精神和工程实践能力的培养。

1.2 教师工程实践能力不足

教师的实践教学能力和水平直接影响实践教学质量，也是实践教学体系正常运行的基本前提。农业水利工程专业涵盖力学、水文、材料、结构、农学等多学科领域，部分实践教学环节还需要多学科交叉，需要团队教学。然而，甘肃农业大学农业水利工程专业很多青年教师都是从学校毕业后直接任教，普遍缺乏工程实践背景，缺乏工程设计、施工、运行管理等方面的实践经验，且一直采用传统的“一对一”(一门课对应一名固定教师)教学模式，教师实践能力欠缺，缺乏团队教学经验，在一定程度上很难担负起培养应用型创新人才的重任。

1.3 校外实践教学基地短缺

实践教学平台是开展实践教学的必备条件。经过几十年的建设，校内实验室建设已初具规模，已建成的水力学实验室、土力学实验室以及灌排实验室等专业实验室，试验设备较齐全，但校外实践教学基地始终是短板，一直短缺，且部分已建成的校外实践基地并不能有效发挥作用。比如，某些实践教学基地由于合作企业规模不大，可容纳的学生人数有限，无法开展集中实习；另外，部分校外实践基地由于距学校较远，教师和学生住宿不便，实习成本较大，逐渐被淘汰。由于实践教学基地的短缺，导致部分课程设计、课程实习以及毕业设计等只能针对虚拟工程项目，学生的专业实践能力难以得到提升。

1.4 实践教学考核体系不科学和反馈机制不健全

科学、合理、全面、可行的实践教学考核评价体系能真实地反映实践教学成效，而及时有效的反馈机制又能反映出实践教学体系中存在的问题，进而对其进行调整和优化，实践教学考核体系和反馈机制是提升实践教学实效性的关键。通过对传统的实践教学考核体系梳理发现，考核形式单一、评价方法过于简单、评价主体缺乏多元性，这种考核体系不足以全面反映学生的学习状况，难以成为判断学生实践收获的依据，不利于调动学生学习的积极性和主动性[10]，影响整个实践教学效果。同时，缺少相应的反馈机制，实践教学的效果无从反映。

2 基于“大工程观”的农业水利工程实践教学体系的改革与构建

基于“大工程观”教育理念，坚持创新与工程应用相结合的复合型人才培养方针，在人才培养模式和学分制管理的制度框架内，充分体现农业水利工程人才培养特点，形成了从“基础实践”到“专业实践”再到“综合实践”和“科技创新实践”层层递进、逐步提高的实践教学体系，并形成了与之相配套的“课程实验+社会调查实践+专业实验实践+课程设计、实习+专业综合性实践+自主研究性学习+科技创新”渐进式系统化实践教学环节，实现了从理论到实践、从课内到课外、从实践到创新的有机结合，优化了实践教学体系。

2.1 实践教学体系和实践教学环节的优化

2.1.1 创新实践教学体系

为提高实践教学质量和提升实践教学效果，依据“大工程观”教育理念，将以往单一、机械的教学模式逐渐转变为渐进式、系统化的教学模式。在实践教学内容的设置上，遵循由易到难、由简单到复杂的原则，构建了“认知→求证→探究→创新”的循序渐进阶梯式实践教学体系，使之符合学生的认知规律。该实践教学体系(如图1)共分为四个层次，第一层次为专业基础实验层，通过校内的基础实验和实训，了解和熟悉专业基础知识体系，激发学生对专业的兴趣和热情；第二层次为专业实践层，通过校内外实习、实训，增强学生动手能力，夯实实践基础，提升专业实践能力；第三层次为专业综合实践层，是将前两个层次所掌握的专业知识、技能应用到生产实际中，着重提升学生的综合应用能力和工程素质；第四层次为科技创新层，是在前三个层次完全掌握领会基础上拓宽专业视野和专业技术应用领域[11]。通过科研训练、社会实践、科研小助手等实践活动，培养与启发学生的创新思维、设计能力和工程创新能力。

图1 农业水利工程专业阶梯式实践教学体系

2.1.2 调整课程设置，整合实践环节内容

针对传统实验教学依附于理论课程，且各课程间相互分割、孤立存在的问题，以“突出综合、突出开放、突出基本训练基础上的研究与探索”为原则，打破单门课程开设实验的局限，建立相关课程之间的系统联系，依据实验内容、性质、目标，合理优化整合，增设综合性实验。例如，将《土壤学与农作学》《地下水利用》《灌溉排水工程学》等课程实验从其相应的课程中分离出来，形成了以基础训练为主的《专业综合实验Ⅰ》和综合提高为目标的《专业综合实验Ⅱ》两门综合性实验课程[9]，为学生专门开展综合性实验、设计性实验和研究探索性实验提供更充裕的时间和更专业的平台。对于课程设计、实习则是在相关企业工程师的指导下，真题真做，突破了按课程开展实践教学的固有壁垒，实现了相关课程群的联合设计，例如将《农田水利学》《节水灌溉技术》《灌排工程》等相关课程作为一个课程群，从确定灌溉制度开始，到水利计算，再到灌溉系统的规划布置，学生在一项水利工程的完整设计过程中将多门相关课程的知识点有效整合，从而培养了学生工程设计能力的整体性和系统性。同时，学生在实施勘测、设计、绘图等实践过程中，通过企业工程师的指导，切身参与工程实际，真正实现教学过程中理论与实践相结合、学以致用的教学目标。

2.2 强化实践教学师资队伍建设

教师实践教学能力的高低直接影响学生的培养质量。这就要求教师不仅要有深厚扎实的理论知识储备，又要具备超强的专业实践能力，才能提高本专业学生的实践能力和创新能力[12,13]。因此，要保障实践教学的质量，就首先需要通过各种途径加强实践教学师资队伍的建设。这主要通过两方面实现：一方面增强校内教师的工程实践能力，通过校内教师间的“传帮带”教学、青年教师进企业、组建校企联合研究团队、青年教师国内外进修访学等方式更新教师的知识结构，提升教师自身能力的同时提高实践教学的指导能力和水平；另一方面选聘一定数量的具有丰富实践经验的兼职教师承担实践教学任务，在改善师资来源结构、提升实践教学师资队伍的整体水平的同时利用行业专家丰富的实践经验提高实践教学效果，使学生接触到最前沿、最实用的专业知识。

2.3 加强实践教学平台建设

实践教学平台的建设主要通过加强校内实验室建设、校外实践教学基地建设和协同构建科技创新实践教学平台三个方面实施。

校内现有实验室建设方面：一方面加强对现有实验室仪器设备的投入，保障实践教学有序进行，另一方面，将科研项目中采购的仪器设备投入到本科教学实验之中，使学生有机会接触到一些最新的科研仪器，提升本科教学实验条件，开阔学生视野。如将科研设备“滴管自动控制系统”“波涌灌溉设备”“农毛渠自动量水装置”补充到灌溉排水实验室，应用到本科教学中，在实习中教师介绍这些成果的设计创新之处，专利发明的特点等，以激发学生的创新意识。另外，与优秀的企业合作，集企业之力，校企联合共建实验室。比如，与大禹节水集团股份有限公司筹资共建了灌溉排水实验室，与甘肃思创项目咨询管理有限公司合作共建BIM实验室，与中海达卫星技术导航有限公司合作扩建测绘实验室等。

校外实践基地建设方面。针对农业水利工程专业各种综合性实践教学环节的特点，分类加强校外实践基地建设，先后与景泰川电力提灌工程管理局、刘家峡水电站等企事业单位合作建立了17处校外实践教学基地，每年根据学生实践任务的不同分批前往校外实践教学基地开展实践教学，学生通过在企业项目负责人的指导下参与工程项目的设计工作，或直接参与工程施工、监理，亲历工程实施过程，提高了学生分析解决问题的能力，拓展了学生的创新思维，缩短了学生从学校到工作单位的适应期。

科技创新实践教学平台建设方面。依托校企合作和优秀校友的资源，与相关企事业单位建立合作关系，协同建设创新实践教学平台。例如，联合大禹节水集团股份有限公司、甘肃省水利水电勘测设计研究院和甘肃省水利科学研究院等相关单位，构建河西内陆河流域水资源优化配置与高效节水灌溉综合技术协同创新中心；与此同时，加强与兄弟院校的合作，与中国水利水电科学研究院、西北农林科技大学等23家单位建立了“节水灌溉院士专家工作站”和“节水灌溉产业技术创新战略联盟”。基于该平台，农业水利工程专业教师申报并立项了国家科技支撑计划1项、国家自然基金5项、甘肃省科技重大专项1项，截至目前，已有40多位本科生结合以上项目完成了近10项科研训练任务，20多位学生完成了毕业论文研究工作。

2.4 完善实践教学运行保障机制

实践教学质量的提升需要健全的考核体系和反馈机制做保障。根据“大工程观”教育理念对实践能力的培养要求和农业水利工程专业各实践教学环节的特点，构建了以“态度、过程、能力、效果”为考核目标，由教师、学生、企业工程师为考核主体，多种考核方式并存的多元化实践教学考核体系(见表1)。该考核体系细化了实践教学的内容，激发学生参加实验及相关实践教学环节的主动性，提高了学生的团队协作能力，增强了学生综合运用知识分析问题、解决问题的能力。在反馈机制方面，教学管理部门通过网上评教、督导听课、调查问卷等形式对教师实践教学的态度、水平、效果进行评价和反馈，同时通过多元化实践教学考核体系对学生实践效果进行考核，得出结果后，教学管理部门与教师对考核的结果进行教学归因分析并反馈给教师和学校；追踪调查了解用人单位对农业水利工程专业毕业生各种能力的评价并将信息反馈给学校。将评价、诊断与改进有机结合，发现不足及时改进，使评价真正成为促进教学质量提高的有效手段。

表1 农业水利工程专业多元化实践教学考核体系

3 实践效果

以“大工程观”教育理念为抓手，解决农业水利工程专业实践教学环节中存在的问题，是凸显农业水利工程专业特色、提高该专业复合型创新人才培养质量和社会竞争力的有效途径。经过几年的实践，甘肃农业大学农业水利工程专业学生人才培养质量明显提高，学生在各类学科竞赛(全国水利创新设计大赛、各级各类测量大赛、BIM大赛、结构大赛)中成绩突出，考研和就业率大幅度上升，增强了学生对农业水利工程行业的适应能力，提高了工程实践与创新能力，缩短了就业适应期，得到了用人单位的好评。同时，带动了专业整体发展以及相近专业的发展，2013-2018年，农业水利工程专业先后获批学校专业综合改革试点和专业教学团队、省级特色专业、甘肃农业大学首批建设的一流本科专业，与此同时，该专业所属一级学科农业工程获批博士学位授予权。农业水利工程专业的快速发展也有力地支撑了水利工程一级学科硕士点和农业工程一级学科博士点的发展，对水利水电工程和水文与水资源等相关本科专业的发展起到了引领、带动作用。