高职水工专业学生计算机应用能力培养路径探讨

李 建，许晓瑞，代凌辉

（1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南 开封 475004）

0 引言

当前，计算机已被广泛地应用到各行各业。 信息技术与教育教学深度融合，已成为高校教学改革的重要内容。高校的计算机教育在很大程度上决定着未来社会人们应用计算机和信息技术解决工作领域问题的能力高低，因此，计算机教学备受社会各方关注［1］。

水是生命之源、生产之要、生态之基。兴水利、除水害，事关人类生存、经济发展、社会进步，历来是治国安邦的大事。 水利水电工程是发展国民经济和各项社会事业的基础设施，是水资源合理开发、有效利用及水旱灾害防治的主要工程措施，在解决我国水资源短缺、洪涝灾害、环境保护、水土流失等“水”问题中，起到了不可替代的重要作用。近年来，我国开办水利类专业的高职院校数量呈稳步上升趋势，开办院校数量排名第1 位的专业就是水利水电建筑工程专业（以下简称“水工专业”）。 全国水利类高职院校近30所，均设有水工专业，学生人数占水利类各专业学生总数的60%［2］。 随着水利行业发展和信息技术在水利领域的广泛应用，计算机应用已经成为当前水工专业高职学生必备的基本技能。 但是，目前高职学生计算机应用能力起点普遍较低，需要进行系统培养［3－5］。

1 高职水工专业学生计算机应用能力培养现状

随着技术的快速更新和提升， 水利行业正加速从传统水利向现代水利转变， 水利工程建设和管理进入新发展阶段， 智慧水利建设和智能管理成为新阶段水利工程的特色和核心要素， 也是水利高质量发展的重要标志和重要抓手。 水利行业创新发展和行业产业数字化转型升级使得计算机技术在水利智能建造、智能施工管理、智能监测与检测、智能运行和维护等工作中的作用愈发凸显， 这就对高职水工专业学生的计算机应用能力提出了更高的要求。 学生不仅要在学习中熟练应用计算机技术， 掌握计算机技术在本专业领域的相关应用， 还要会利用计算机科学高效地处理专业领域的相关问题， 让计算机成为学习、研究本专业知识的得力工具，为将来的职业发展打下坚实的基础。

但是， 笔者在分析目前专业人才培养方案及相关课程的基础上，结合多年专业教学经验，发现水工专业课程体系和教学实践均侧重培养学生的基本专业知识和技能， 在计算机应用能力培养方面存在局限。

1.1 计算机公共基础课程设置定位较低，教学内容和模式陈旧

当前，受学制和传统课程设置影响，水工专业计算机公共基础课程只有“大学生计算机基础”，尚未开设专门的计算机高级语言程序设计课程， 课程设置定位较低且内容单一。 “大学生计算机基础”主要讲述计算机操作系统、计算机组成原理、计算机网络技术、信息系统安全、多媒体基本知识与原理、数据库技术、Office 办公软件等知识，能够满足培养学生计算机基本知识的需求， 但很难直接帮助学生形成运用计算机解决专业实际问题的能力［6］。而且，计算机公共基础课程教学本身也还存在教学内容陈旧、教学模式落后、与专业融合程度不高等问题，这对学生计算机应用能力培养带来一定的不利影响。

1.2 注重专业知识技能培养，对工程计算能力培养重视不够

高职院校以培养高素质技术技能人才为目标，以就业为导向开展教学实践。同时，受自身计算机应用能力和认知水平限制， 部分教师注重对学生专业知识和技能的培养，忽视学生的创新思维发展，不注重计算机技术在专业课程教学中的应用， 对学生工程计算能力培养重视程度不够。例如，笔者通过调研发现，在授课内容涉及计算问题时，部分任课教师选择科学计算器这一传统工具， 较少使用电子计算工具和编程工具， 而水工专业的很多课程都涉及大量复杂、烦琐的数据处理和工程计算问题，单纯使用科学计算器计算的效率很低，甚至无法解决相关问题。事实上， 计算机因其强大的数值分析和数据处理能力， 已成为水工专业等工程类专业师生和工程师们实用且必不可少的工具。 精通计算工具（编程、数据分析、方程求解、绘图等）和计算软件，对于水工专业人才的发展具有重要意义。 水工专业等工程类专业的毕业生不管有什么样的学科背景， 都必须精通一定的计算工具或计算软件［7］。

1.3 交叉融合不足，计算机应用能力培养受限

计算机技术与专业技术交叉融合是高职水工专业发展的重要方向， 也是学生创新能力培养的重要手段，在水利创新人才培养中有突出地位。 然而，当前高职水工专业课程体系主要侧重培养学生的专业知识和技能，涉及与计算机技术、工程专业软件交叉融合的教学内容相对缺乏，学生运用计算机技术、工程专业软件解决工程实际问题的能力未能得到有效培养。

2 高职水工专业学生计算机应用能力培养的路径

2.1 优化计算机公共基础课程设置，夯实学生计算机应用能力基础

计算机公共基础课程是培养学生计算机应用能力的基础。 基于高职水工专业的课程特点和毕业生的职业需求，应首先优化课程设置，夯实学生的计算机应用能力基础。

2.1.1 优化“大学生计算机基础”课程内容

“大学生计算机基础”课程，重在培养学生基本的计算机操作知识和技能， 使其具备一定的使用计算机解决实际问题的能力。 相关学者基于为专业服务的理念，提出应依据专业特点重组教学内容，提升学生的计算机应用能力［8－10］。 结合水工专业特点，笔者认为，水工专业的“大学生计算机基础”教学应在讲授通识理论知识的前提下， 突出对学生科学计算和计算机作图能力的培养。因此，宜在原课程内容体系的基础上增加“Excel 及其工程计算” 相关内容。Excel 是性能优越的电子表格应用程序，支持数据分析、图表绘制、宏命令、VBA 编程，同时还内置了功能强大的函数，可用于复杂工程问题的求解。教师可在讲授软件基本操作的基础上， 详细讲解如何通过Excel 解决水工专业相关课程中的工程计算问题，让学生充分感受到计算机应用能力在专业领域中的重要性，激发学生的学习积极性。

2.1.2 开设MATLAB 基础和工程计算导论课程

MATLAB 是一款集数值分析、矩阵运算、图形和信号处理等功能于一体的可视化计算软件， 是目前国际上最流行、 应用最广泛的科学与工程计算软件之一。 MATLAB 被誉为“巨人肩上的工具”，是解决许多工程问题的首选计算工具。使用MATLAB 编写运算程序与人进行科学计算的思路和表达方式一致，因此高职学生学习和掌握起来较为容易［11］，既可以将其作为导论性的程序设计语言， 也可以将其视作高级的计算工具。 针对水工专业相关课程的特点和MATLAB 上述优点，笔者认为可专门开设MATLAB 基础和工程计算导论课程，完善水工专业的计算机公共基础课程设置， 系统培养学生的基本编程能力和计算能力。这不仅可以弥补课程设置的不足，同时还可以为水工专业学生解决相关专业实际问题提供有力工具， 为学生进行后续课程学习和开展科学研究、技术创新等活动奠定一定的基础［12］。

2.2 重视Excel、MATLAB 在专业课程中的应用，提高学生的工程计算能力

专业教师授课时， 应当从工程计算的实际应用角度出发， 在讲授相关计算基本原理和基本方法的同时，以Excel 和MATLAB 为载体，培养学生运用计算机解决问题的思维和方法步骤，即“提出问题、建立模型、确定求解方法和工具、计算机应用求解、分析结果”，达到“授人以鱼”且“授人以渔”的目的。在重视Excel 教学、开设MATLAB 基础和工程计算导论课程的基础上，将其融入相关课程（实训）教学，解决相关复杂的工程计算问题， 发挥Excel、MATLAB 在数据处理、 数值计算和编程等方面的优势，提高学生工程计算能力和应用计算机解决实际问题的能力，同时提升其创新能力。

2.2.1 “Excel＋课程（实训）”

水工专业“工程测量”“水力分析与计算”“土工技术”“建筑材料”等专业基础和核心课程，大多以理论知识讲授和动手能力、操作能力的培养为主，忽视对学生计算能力、实验数据处理能力的培养。而运用电子计算机计算和处理数据的能力是未来学生的核心职业能力之一， 将Excel 应用到相关课程的教学工作中，可以深化学生对相关课程内容的理解，提升其计算机应用能力，提高学习效率。例如，在“水利工程测量”课程中，三四等水准测量和闭合导线坐标计算的传统方法是，先将测量数据填入纸质表格中，再使用计算器按照相应的步骤进行计算。在此过程中，一旦手工输入错误，就需要重新计算，工作量大，特别是进行导线简易平差时， 手工计算过程既烦琐又易出错，效率低下。 而通过Excel 设计相应表格进行水准和导线平差，既简单又可重复使用，可以大大提高计算效率［13－14］。 又如，在“水力分析计算”课程中，常遇到试算和同一个公式需要代入不同数值进行反复计算的问题， 教师可在讲授梯形断面渠道正常水深、 临界水深计算和明渠恒定非均匀流水面曲线分析等内容时融入Excel 应用。 这样，不仅可以帮助学生克服手工计算量大、精度低、耗时费力等不足，还可以有效提高课堂效率。 教师还可以引导学生将已学过的计算机基础知识与工程实例结合起来， 调动学生的积极性，培养学生思考、解决实际工程问题的兴趣［15］。

2.2.2 “MATLAB＋课程（实训）”

“高等数学”在培养学生逻辑推理能力、抽象思维能力、基本运算能力等方面起着重要作用。 “高等数学”教师除讲授基本理论外，还可依托MATLAB培养学生的数学建模能力和数值计算能力（包括数据处理能力）。 例如， 可利用MATLAB 命令进行极限、导数、积分等基本计算，并将计算结果与手工计算结果进行比较，使枯燥的手工计算不再乏味，激发学生学习“高等数学”的兴趣，加深学生对相关知识的理解， 弥补高职学生普遍存在的数学推理能力不足的短板［16－17］。

在水工专业的相关专业课程中， 部分问题的求解过程非常烦琐且计算量大， 使用Excel 进行数据处理受到一定的限制，利用MATLAB 编程求解是一个有效的解决路径。 例如，在“重力坝设计与施工实训”课程教学中，重力坝稳定计算及断面优化设计计算的步骤多，应用优化算法，手工计算和Excel 求解都存在一定难度，而运用MATLAB 编程求解就可以很好地解决上述问题。而且，编程过程可以让学生更好地理解计算原理， 也可以使学生的计算机应用能力和专业知识应用能力得到培养和强化。 又如，在“土工技术”教学中，通过液塑限试验确定塑限和液限的方法步骤烦琐，精度也难以保证，若运用MATLAB 编程求解，则可有效解决上述问题，达到事半功倍的效果。

当然， 需要说明的是，Excel 电子表格求解和MATLAB 编程求解这两种方法各有特点和适用范围，教师应引导学生对这两种方法进行比较、讨论，根据求解问题的类型和复杂性选择合适的计算工具。

2.3 培养专业软件应用能力，进一步提升学生计算机应用能力

除上述基本工具外，还有一些专业软件，它们在解决各自领域相关问题时具有明显优势。而且，随着电算技术的飞速发展， 很多专业问题的解决已越来越离不开专业软件的辅助。因此，在课程（实训）教学中， 教师应重视对学生相关专业软件操作能力的培养，全面提升学生用计算机解决专业问题的能力。例如，在“水利工程造价与招投标”实训教学中，可以工程项目为载体，基于工作任务构建框架体系，校企合作开发实训教材和教学资源， 邀请企业兼职教师为学生讲授通用工程造价软件在工程一线的实际应用，指导学生利用造价软件编制实际工程概预算，充分培养学生的软件操作技能和工程应用能力。又如，建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）技术在数字孪生流域、数字孪生工程、水利工程智能运行维护中有重要应用，BIM 模型构建与应用能力已逐渐成为工程技术人员必备的一项基本岗位技能。 因此，对接水利行业新技术、新业态、新模式、 新发展态势，“水利工程BIM 建模与应用赛项”被纳入2023 年全国职业院校技能大赛。教师应高度重视学生BIM 应用能力培养，以大赛为契机，坚持以赛促学、以赛促练，除单独开设BIM 建模课程外，还可积极探索BIM 技术在水工专业中的应用，将BIM 技术贯穿应用于水工建筑物、施工、造价等相关课程和实训教学中， 以逐步建立具有多课程体系的BIM 案例平台［18－20］。

2.4 提升教师计算机应用能力，加强学生计算机应用能力培养

在现代信息化教学活动中， 教师扮演着重要的角色， 学生的计算机应用能力与教师的综合教学能力和计算机应用能力息息相关。 夯实学生计算机应用能力基础以及将Excel、MATLAB 和专业软件与教学（实训）的深度融合是一项系统工程，需要一支高素质教师队伍的支撑。首先，计算机基础课程任课教师可以利用自身计算机专业的优势参与到水工专业的科研工作中， 参与计算机技术与水利行业相结合的科研课题， 掌握更多的计算机技术在水利行业成功应用的典型案例。其次，专业课教师也应增强案例教学意识， 注重积累计算机技术在水利行业的相关应用案例，并不断加以提升，形成科研成果，通过科研反哺教学。 同时， 教研室可定期组织召开研讨会， 丰富计算机技术与实际工程项目相结合的课程案例库。 最后， 教师应广泛参与企业生产和研发实践，与行业企业深度交流，不断提炼和积累优秀工程应用案例［21－22］。

3 结语

以Excel、MATLAB 和相关专业软件为抓手，将计算机应用能力培养贯穿于教学活动中， 使计算机技术与相关课程教学（实训）深度融合，并结合不同课程的特点，逐步形成“Excel＋课程（实训）”“MATLAB＋课程（实训）”“专业软件＋课程（实训）”的计算机应用能力培养体系， 可不断提升学生应用计算机解决专业问题的能力。 而较强的计算机应用能力又可以提升高职学生求职就业的核心竞争力， 对学生的成长成才、 职业生涯长远发展都会产生深远的影响。