生态文明建设背景下传统工科发展模式探讨

辛卓航 叶磊 刘海星 商华

摘  要：面向我国生态文明建设的重大国家需求，传统水利学科的发展逐渐由服务于工程建设向注重与生态、环境相协调转变，社会迫切需要一大批交叉领域的复合型、综合型创新人才。这就要求高校在基础理论，关键技术及人才培养方面与当前国家和社会需求有更好的对接。新的交叉方向应将水利与环境、生态、海洋多学科交叉融合，以生态环境为主线将流域与海岸带系统相关联，关注资源能源开发、工程建设运行等引发的流域与海岸带生态环境问题。融合多学科交叉力量，从人才培养、师资队伍建设、社会服务与成果转化、国际交流与合作方面探讨交叉学科建设模式。为国内高校传统工科改革，为新工科人才培养及学科建设发展提供参考和借鉴。

关键词：生态文明建设;水利工程;生态环境;学科交叉;建设模式

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）15-0084-04

Abstracts： Under the urgent need of the nation's ecological civilization construction， the major focus of traditional discipline， hydraulic engineering， has changed from the construction and operation of the engineering projects to the harmonization with the eco-environmental effects， meanwhile， the society has an urgent demand for the interdisciplinary and integrated engineering talents. These accordingly require the changes of educational modes in colleges and universities in terms of basic theory， key technology and talent training. The new inter-disciplinesshould integrate water conservancy， environment， ecology and ocean. With the ecological environment as the main line， the basin is connected with the coastal zone system， and the attention is paid to the ecological and environmental problems in the basin and coastal zone caused by the development of resources and energy， and the construction and operation of projects. We should integrate the cross-disciplinary forces， and explore the cross-disciplinary construction mode from the aspects of talent training， teacher team construction， social service and achievement transformation， and international exchange and cooperation. It can provide insights for the reform of traditional disciplines and for the training of talents and the development of disciplines under the background of emerging engineering education.

Keywords： ecological civilization construction; hydraulic engineering; eco-environment; inter-disciplinary; construction mode

黨的十八大提出了“建设海洋强国”的重大战略任务，十九大将“加快生态文明建设”“实现人与自然和谐发展”“坚持陆海统筹、加快建设海洋强国”等作为建设美丽中国和现代化强国的重要目标。为此，如何从科学理论、关键技术及人才培养等方面支撑国家生态文明建设，践行“绿水青山就是金山银山”的重要理念，成为了高校教学与科研的重要任务。由于我国人口高密度、资源分布不均，对于水利学科而言，目前尚处在工程建设时期，并已开始关注工程建设与资源开发所带来的生态环境影响，例如大坝建设和运行将改变河流原有的物质场、能量场、化学场和生物场，影响生源要素在河流中的生物地球化学过程，进而改变生态系统的物种构成、栖息地分布及生态功能[1]。维持流域和海岸带生态功能稳定、确保环境生态安全与保障可持续供水是亟待解决的国家重大战略问题。

面向新时期的国家需求，传统水利学科的发展逐渐由服务于工程建设向注重与生态、环境相协调转变;从单一水过程研究向水文、水环境与水生态（三水）耦合的多过程、多要素复合驱动下的生态系统健康研究转变;由单一水体向陆海统筹、以海定陆的新模式发展。与此同时，陆地和海洋生态系统的保护和修复、气候变化影响、监测手段更新、大数据采集和利用等，体现出越来越强的多学科交叉特性。而传统水利工程学科的优势主要体现在海洋水动力学、高坝抗震、水库（水电站）群联合调度、流域防洪减灾等方面，与环境、生态等学科的交叉不足，单一学科的基础理论、研究方法与技术已不足以满足新时代水利学科发展的需求[2-3]。

为更好地解决新时期国家重大需求中的关键科学和技术问题，更好地服务于社会对交叉复合型人才的需求，亟需立足于传统学科优势，促进水利与环境、生态、海洋、遥感等多学科交叉研究体系及高端科研队伍的形成，培养更多的中青年复合型人才，打造具有梯队合理的科研创新团队，服务于资源、环境、生态的和谐调配及工程的运行和管理，贡献于提升传统工科整体科研水平及国际学术地位，为“新工科”背景下的人才培养及学科发展提供借鉴和参考。

一、基于水利的多学科交叉发展状况

对传统水利学科而言，国际上主要经历了从大规模工程建设、信息化工程管理到关注工程开发运行对生态环境的影响及考虑全球变化的影响与工程应对等几个发展阶段。从近年《Nature》、《Science》、ESI高引论文及国内外相关研究可以看出[4-7]，当前国际上关注的问题主要集中在：全球气候变化对工程规划、水文模拟、海洋环境的影响，大规模工程开发带来的环境生态问题及修复方法，以及如何利用新的信息技术来监测、模拟环境演变与工程建设中的关键过程等。

国外高校大多将学科的交叉复合建设作为重点，如加州大学洛杉矶分校和斯坦福大学均设立了“Civil & Environmental Engineering Department”，注重在水利工程建设中的环境学应用。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）在Environmental Economics & Policy学科中围绕地下水污染、环境恶化和再循环等相关的水经济、水政策主题开展研究。南佛罗里达大学在海洋生态动力学与海洋环境遥感领域产生了颇具影响力的研究成果。

在我国，已有部分高校开始重视环境和水利的学科交叉建设。浙江大学增设二级学科水资源及水环境工程，围绕水污染控制与治理、地表水体修复等方面展开研究。北京师范大学开展重大（点）学科交叉建设项目，强调环境科学与工程、生态学、水利工程、经济学等多学科的交叉，建立流域环境生态系统健康保障的理论、技术及调控管理体系。中国海洋大学的环境科学专业涵盖海洋环境动力学、环境生态学、环境化学等多个学科方向，设立“近海环境动力过程及其对海洋生态系统的影响”“近海污染物的环境行为与控制”研究方向，重点关注人为活动影响下海洋生态系统的响应。厦门大学的生态学、环境学及海洋科学形成的学科群主攻水域和湿地生态系统与环境演变过程与机理及其生态环境效应，同时大力发展环境工程、生态工程和环境评价等相关应用类学科的发展。由此可见，水利工程、海洋工程、环境科学、生态学等多学科的交叉建设逐渐成为热点议题，体现了传统科学向综合性发展的需求。

二、新交叉领域的发展方向探索

在全球变化背景下，高强度人类活动（城市化、水利工程建设、近海海岸工程建设、资源能源开发等）导致水资源馈乏、水环境污染和生态退化问题时空范围广、交互作用强度大、长效治理难。新的交叉方向应基于传统水利学科优势，以流域-海岸带系统为对象，以环境生态为主线，从多尺度、多层次解析资源能源开发、工程建设与运行所引发的环境生态问题，研究其发生、演变的关键过程与动力学机制，研发面向生态环境安全与健康的治理、修复、调控与管理技术，从而适应生态文明建设的需求。为此，凝练如下主要交叉发展方向：

（一）流域水环境关键过程、生态响应与反馈机制

解析水库大坝建设、土地利用变化等人类活动对关键“三水”因子的影响及生态环境效应，例如水库调节对生源物质沉积、迁移、转化影响，泥沙运动对微地形变化及水生生物生境的影响等。同时，解析生态格局演变对“三水”因子的反馈作用，例如，岸边植被格局演替对水文情势及泥沙输移影响。以此揭示生态系统弹性边界和核心变量，明确水文、水动力过程与生源物质、生境营造、食物链重建等生态过程的作用与反馈关系。

（二）陆海统筹系统耦合变动及生态环境效应

在多源污染排放、海洋资源能源开发利用影响下，全面解析海洋及近海区域污染物来源，定量描述海洋动力-污染物-生态系统之间的作用与反馈关系，研究径流、潮流、泥沙、污染物等多因素在入海河流、滨海湿地及海域的耦合作用机制，构建多过程、多因素、多介质的水动力-水环境-水生态综合响应模型，揭示不同水动力、污染排放条件对污染物迁移转化及滨海湿地生态的影响机制，以及生态系统对污染物的净化、拦截等反馈效应。

（三）面向流域-海岸带生态环境安全的调控与修復策略

明确全球变化叠加高强度人类活动影响下水生生态系统响应、反馈与适应机制，量化评估区域湿地、湖泊、河流、水库、河口、近海等对水资源的维持能力与生态风险，明确维持水生生态系统生态服务功能稳定的生态安全阈值，提出陆海协同的水资源高效利用及水生资源的合理利用、生态修复、生态服务功能提升的适应性修复与调控方案，切实服务于流域-海岸带生态保护、水资源调控与管理。

三、交叉学科的发展前景

（一）面向国家需求、立足学科前沿

基于水利工程的多学科交叉以协调人与自然的关系、协调生态保护与经济社会发展的关系，增强水生态、水环境支撑能力为原则，在多学科交叉认知的基础上，综合利用遥感、物联网、大数据分析、数值模拟等先进技术，建立面向流域与海岸带的水环境、水生态系统健康保障的理论、技术及调控管理体系，在区域尺度及大流域尺度上提出由陆地到海洋的生态功能综合恢复技术和适应性调控途径与方案，从而使其持续提供对人类至关重要的调节和支持服务，符合当前我国加快生态文明建设、“绿水青山就是金山银山”的重大国家需求，顺应水利学科发展趋势，具有广阔的发展前景和行业应用前景。

（二）社会对交叉、复合型人才的迫切需求

传统水利工程学科对研究生及本科生的培养大多侧重于专业型人才。具体来看，主要侧重于工程的规划、设计、建设，水资源开发利用、水旱灾害防治、水库调度等。然而，精通单一学科知识的学生往往缺乏对于水环境、水生态系统理论以及关键过程机理的认知，未能对工程建设及运行管理所带来的生态环境问题有着充分的认识和理解。为此，社会对水利学科的人才需求已由服务于工程设计、建设，向着掌握资源、环境、生态交叉学科基本理论和技术的复合型、交叉型人才转变。需将传统水利学科与环境、生态、海洋、遥感等学科进行有机结合，才能满足我国目前建设生态文明，解决重大生态环境问题的人才需求。

四、交叉学科建设模式探索

立足于传统学科的基础优势，融合多学科交叉的科研力量，强化科研基础和创新能力，完善学科学位体系结构，强化交叉领域的人才培养、师资队伍建设、社会服务与成果转化及国际交流与合作。

（一）人才培养模式

以提升人才培養质量为核心，以促进学生全面发展和适应经济社会发展需求为基本定位，以培养实践创新能力为导向，加强课程质量建设，注重基础，强化实践。拓宽以水利、环境、生态为主要内容的专业基础知识，同时，将实际工程问题融入教学，加深学生对实际工程问题的理解，引导学生利用数值分析、编程、模型模拟等现代科学手段，培养解决实际工程问题的能力，为学生今后从事相关理论技术工作奠定基础。此外，重视实验平台和实践基地建设，强化教学实验、科学实践、实习实训。依托创新平台，积极组织和参与创新创业项目和科技竞赛，培养学生创新思维，加强团队协作、组织管理和沟通能力。通过培养理念更新、模式创新和路径设计，实现拔尖创新人才培养质量的整体快速提升。

（二）师资队伍建设

教师是立教之本、兴教之源，新时期跨学科教育对教师的专业能力和素质提出了更高要求。传统工科教师以掌握单一学科知识体系为主，无法满足新时代交叉学科教学科研的要求。为此，应积极探索交叉学科师资队伍建设新途径，出台相关政策支持交叉学科的高端人才、骨干人才、以及专职科研人员引进：（1）高端人才建设，支持采用兼职办法引进，推行兼职教授和校内教授合作培育，由兼职教授带动校内团队;（2）骨干人才引进，支持人才特区建设，按考核目标设定引进人才的在岗时间和薪酬;（3）专职科研人员，出台新政策并提供一定的科研补助，支持专职科研人员的招聘。在整体队伍建设上，支持鼓励团队建设模式，注重培养水利、环境、生态等多学科交叉的急缺关键核心骨干人才、交叉复合人才。强化对青年人才的选拔与重点支持，鼓励申报各类人才计划，在基础研究、应用研究的科研经费方面予以资助。

（三）社会服务与成果转化

加强与国家和地方高新技术企业的沟通互联，立足“产-学-研-用”相结合的发展思路，积极承担国内外生产课题，直接服务国家重大工程建设及运维管理、生态环境修复与保护等国家重大需求。坚持科教融合、产教融合，集中力量突破工程建设影响下的生态环境保护与修复的关键核心技术和应用平台，完善技术转移与成果转化体制和服务体系，孵化人才、孵化技术最终形成高新技术企业孵化器，加快推动科技创新成果转化和应用。

（四）国际交流与合作

新时期的学科发展应围绕“一带一路”等对外开放战略，积极推进工程教育国际化。聚焦交叉领域，寻求与国际一流大学/国际一流学者建立长期稳定的合作关系，培养出具有国际视野的学生。制定支持和导向政策，积极聘请专兼职外籍教师。扩大与国外知名高校联合培养研究生规模，提高国际研究生培养规模和质量，提高非国际班的双语课程比例。鼓励与世界知名高校联合申报重大国际合作项目，开展共性基础理论探索、前沿技术开发及重大工程集成应用研究，协同取得具有国际先进水平的科研成果。激励国际专利联合申请，联合出版国际学术著作。对承办高水平国际会议予以政策和财力支持，鼓励学生参加高水平国际学术会议。从吸收和整合优质国际高等工程教育资源，加强国际学术和人才交流，加强国际工程科技合作等方面综合提升国际竞争力和影响力。

五、结束语

在当前我国生态文明建设需求下，传统水利学科迫切需要关注工程开发建设所带来的生态环境影响，立足于传统优势，开展水利与环境、生态、海洋等交叉学科建设工作。相关科学研究应注重全球气候变化与高强度人类活动影响下，流域-海岸带系统的生态环境效应，结合新兴技术手段，研发面向生态环境安全与健康的治理、修复、调控与管理技术。在新的交叉学科领域，提出人才培养、师资队伍建设，社会服务与成果转化，及国际交流与合作的建设举措。以水利工程学科为例，为支撑国家生态文明建设，为高校在新工科背景下的学科发展模式提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]陈求稳.生态水力学及其在水利工程生态环境效应模拟调控中的应用[J].水利学报，2016，47（3）：413-423.

[2]蔡映辉，丁飞己.从能力培养到全面发展——新工科通识教育课程体系建设与实施路径研究[J].中国高教研究，2019（10）：75-82.

[3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]SMITH R J. Georgia dam collapse renews concern for safety[J]. Science， 1977，198（4319）：811.

[5]YAN Q， BI Y， DENG Y， et al. Impacts of the Three Gorges Dam on microbial structure and potential function[J]. Scientific Reports，2015，5（1）：8605.

[6]OKIT. Global hydrological cycles and world water resources[J]. Science， 2006，313（5790）：1068-1072.

[7]ADGER W N. Social-ecological resilience to coastal disasters[J]. Science， 2005，309（5737）：1036-1039.