“新工科”背景下土木水利拔尖创新人才培养模式研究

尹家波，杨 光

(1.武汉大学 水利水电学院，湖北 武汉 430072；2.武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北，武汉 430072；3.意大利米兰理工大学 电子信息与生物工程系，米兰 20133)

0 引言

近年来，为提升我国的科学技术水平和国际竞争力，加快由制造大国向制造强国转变，我国正在开展高等教育改革，大力发展“新工科”教育。“新工科”是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的一项重大发展战略，对积极应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“一带一路”和“中国制造2025”战略均具有关键意义。2020年，国务院、教育部发布《专业学位研究生教育发展方案(2020—2025)》，对新时期专业学位研究生教育提出新要求。近年来，我国土木水利专业学位硕士研究生的招生人数大幅攀升，大多数培养单位以“大土木”宽口径模式制定土木水利工程研究生的培养方案，理论课程与学术硕士基本相同。当前，国内土木水利专业学位研究生培养过程中普遍存在理论性强、技能型弱、逻辑关系差等问题，亟需通过教育教学和培养方案改革，培养一大批实践性较强、工程实践能力和创新素质高的土木水利研究生。与此同时，我国逐渐开始探索培养土木工程和水利工程交叉融合的拔尖创新本科生。本文瞄准武汉大学 “宽口径、厚基础、复合型”人才培养目标，以“水土交融”为理念构建多学科融合发展的人才培养体系，有效提升高校实践育人能力和师生实践创新能力；将新工科理念融入学生教育和培养全过程，解决人才培养面临的封闭性、滞后性、空泛化等问题，解决“培养什么样的人”和“如何培养人”的问题，促进工程教育与国际接轨，提高武汉大学土木水利专业的人才培养质量。

1 “新工科”背景下土木水利复合型人才培养的迫切需求

在“新工科”背景下，中国正大力迈进创新型国家行列，工程建设中的新材料、新结构、新设备、新工艺、新技术不断涌现，建筑工业化、BIM技术、装配式建筑、3D打印、智能建造、绿色建造、“互联网+”等快速发展，大型工程的国际化招标、投标政策的推行对工程项目管理水平也提出了更高要求，我国土木水利行业正快速趋向规范化、先进化和国际化。但受多种因素的影响，我国的土木水利专业硕士培养大多按照学术学位研究生的固有模式，缺乏特色优势，造成用人单位对专业学位硕士的认可度不高，土木水利学士培养则处于探索阶段，当前迫切需要开展土木水利拔尖创新人才培养模式研究，以服务“一带一路”“长江经济带”和“生态文明建设”等国家重大战略。

近年来，武汉大学积极响应国家培养跨学科人才的现实需求，开始招收土木水利专业学位研究生，新工科交叉融合发展面临新的历史机遇。武汉大学水利工程专业是国家新工科建设的重要发展方向之一，作为国家首批“双一流”建设学科、“985”“211”工程重点建设学科，培养的毕业生承担了三峡工程、南水北调等一批重大水利水电工程的建设和技术攻关工作，推动了我国水利水电事业蓬勃发展，学科实力在国内外享有盛誉。武汉大学土木工程专业为国家级一流本科专业建设点，是国家第一类特色专业、“卓越工程师教育培养计划”和综合改革试点专业，在国内土木行业的影响力举足轻重。当前，迫切需要研究如何整合两个学科的优势资源，提高土木水利人才培养质量。

2 培养拔尖创新人才的基本规律

土木水利拔尖创新人才具有国际化、复合型、应用导向等特点，需要结合新工科建设的切实需求，聚焦土木水利培养，尤其是专业学位研究生拔尖创新人才培养这一重要议题，分析研究生培养模式现状，遵循复合应用型拔尖创新人才的培养目标，以校企联合培养为驱动力，从多学科交叉融合的课程体系、多方位的协同育人平台、多方式教学模式3个方面构建土木水利专业学位研究生协同育人培养新模式，将新工科理念融入研究生教育和培养全过程。当前，迫切需要从以下三方面探索拔尖创新人才培养模式：(1)梳理国内外高校土木水利工程研究生的培养方案，比较和评价武汉大学与国内外其他高校人才培养模式的差异及特色；(2)从多学科交叉融合的课程体系、多方位的协同育人平台、多方式教学模式3个方面，研究适用于武汉大学的水利工程专业研究生课程体系；(3)瞄准“长江大保护”和“生态文明建设”等国家重大战略，面向“新工科”建设和中国土木水利事业发展新形势，研究土木水利专业研究生的校企协同育人机制。整体而言，培养土木水利拔尖创新人才应遵循以下三点规律：(1)注重理论培养和工程应用相结合，土木水利工程培养过程中既要加强水循环、气候变化、水文学原理等知识渗透，又要结合“南水北调”工程等大国重器，提高学生解决工程实际问题的能力；(2)注重国内特色与国际视野相结合，培养土木水利拔尖创新人才不仅要注重对中国国情的理解，也要培养学生的国际化视野和跨文化沟通能力，致力于培养土木水利的全球治理人才；(3)注重培养跨学科能力，人才培养过程中要加强人工智能、大数据、云计算、卫星遥感、全球变化、政治经济学、力学、数学、大气科学等多学科交叉融合，培养复合型拔尖创新土木水利领军人才。

3 土木水利工程领域的新兴科学技术难题

3.1 全球变暖与水资源危机

全球变暖是当前土木水利工程领域面临的关键科学问题，由此引发的一系列问题引起学界和社会各界广泛关注。工业革命以来，大气中二氧化碳等温室气体排放量增加，干旱、洪水、飓风、野火、高温热浪、寒潮等极端灾害频发，多变量复合灾害事件发生也愈加频繁，社会经济系统和生态环境的不均衡、不平等日益加剧[1-2]。21世纪末，中国升温幅度可能超过2 ℃，将对降水、大气湿度、蒸散发、径流、陆地水储量等水文要素产生显著影响，水资源短缺矛盾可能进一步加剧，基于卫星遥感及再分析资料的风险评估和数据融合成为新的技术手段[3]。重力恢复与气候实验(Gravity Recovery And Climate Experiment, GRACE)卫星为获取全球大尺度地球表面物质迁移提供了连续、高精度的直接观测手段，能有效反映冰雪、地表水、土壤水、地下水以及人为因素造成的重力变化，全面监测陆地水储量异常信号[4]。当前，全球正在经历以“变暖”为主导的气候变化，降水对气候变暖的响应具有显著的时空异质性，其变化受大气水汽容量、相对湿度以及大气稳定性影响，可能引发干旱、洪水等极端水文灾害，对水资源配置和洪水风险管理提出新的挑战[5]，亟待培养土木水利拔尖创新人才研究该议题。

3.2 变化环境下的水资源调配

变化环境下的水资源调配也是土木水利领域关注的核心科学问题。我国水利工程点多、面广、量大，类型复杂，其调控问题正朝着大规模、多尺度、多目标等方向发展，气候变化和经济社会发展会加剧水资源供需矛盾，给我国水资源联合调控提出了更高的要求，其导致的水文循环和水资源分布规律变化会进一步降低现有水利工程运行及水资源管理的有效性[6]，亟需提高水资源系统对未来变化环境的适应能力。目前，大部分应对气候变化的水资源适应性调度研究仅针对单一时间尺度，且缺乏水资源与人类社会系统对变化环境响应机理方面的探索，因此，在适应复杂的多时间尺度变化方面具有一定的局限性。同时，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出了“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”的明确要求；充分发挥信息化对经济社会发展的驱动引领作用已成为全社会共识，如何运用物联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术构建智慧流域体系，并制定相应的适应性水资源智能调控系统，是新时期土木水利创新人才必须面对的挑战。

4 土木水利拔尖创新人才培养的实施路径

4.1 系统设计，构建“水土交融”的大土木人才培养体系

对标国内外一流大学大土木专业培养模式，通过系统设计、广泛调研，建设“土木、水利与海洋工程”大类专业，制定“水土交融”大土木人才培养方案。围绕第一课堂的专业学习，设计开展第二课堂，引导学生开展大学生创新创业训练等科研实践，提高创新能力；选配优秀教师指导学生参加全国大学生周培源力学竞赛、湖北省建筑信息模型比赛等，探索通过结构设计竞赛、土木工程材料创意比赛等拓宽学生视野，增加知识储备。积极探索武汉大学土木水利专业导师责任制，学生根据自身兴趣及发展方向选择学科方向(团队)和导师，践行科研实践育人。

4.2 团队管理，构建“多元化、高水平”育人队伍

主动适应学科发展趋势和国家战略需求，按学科方向重点研究基础设施运维、地下空间工程、城市水务、水资源水生态、河海动力过程等学术方向的育人模式和科技前沿，按团队组建教研室，创新“学院—团队”的管理模式，联通教学与科研，推进“产科教融合、校地企协同”，培养教师实践创新和实践育人能力；推动长江水利委员会水文局、三峡集团、湖北清江公司等业内龙头企业和武汉大学建立常态化研究生育人机制，依托具体工程应用项目和技术研发课题，基于校企联合模式培养研究生。

4.3 产科教融合，建设“场网一体”实践育人共享平台

依托武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室、测绘遥感信息工程国家重点实验室以及国家多媒体软件技术研究中心、武汉大气遥感国家野外科学观测研究站等国家重大科技基础设施和国家制造业创新中心，以“互(物)联网+足尺及原位试验场”为基础，建设“场网一体”实践育人共享平台，探索“多主体合作、多形式投入”共建模式，汇聚足尺及原位试验设施优质资源；结合水利行业需求，依托“智慧大坝”科技攻关项目，与业内龙头企业协作，通过开展跨学科国际合作、参加国际学术会议和创新创业赛事，提高研究生的国际化视野和跨文化沟通能力。

5 结语

当前新工科大力发展，迫切需要瞄准“长江大保护”和“生态文明建设”等国家重大工程战略，面向“新工科”建设和中国土木水利事业发展的新形势，提出有专业特色的校企协同育人机制；对接国家第四次工业革命建设标准，探索“教学-竞赛-科研-实践”四融合的水利类专业双创型研究生培养新模式，实现了理论教学与学科竞赛和创新创业等实践环节的有效贯通，提高研究生的工程实践与创新能力；基于“先创新、后创业”的创新创业教育理念，打通研究生培养的“产学研用”全链条，依托“智慧大坝”的科技攻关项目提高研究生的多学科交叉研究能力和国际竞争力，促进土木水利类本科生和研究生的就业创业工作。