摘" 要：新時(shí)代對(duì)新工科人才培養(yǎng)提出以“立德樹人”為根本的高素質(zhì)專業(yè)型人才目標(biāo)要求，天津大學(xué)水利水電教研室對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程展開教學(xué)改革，歷經(jīng)常規(guī)線下教學(xué)、疫情封校期遠(yuǎn)程線上教學(xué)、復(fù)課后線上線下組合式教學(xué)和新工科課程思政融合式教學(xué)四個(gè)典型階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及總結(jié)，探討新時(shí)代新工科背景下專業(yè)實(shí)驗(yàn)類課程改革的最佳方案。近幾年，水利水電專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革取得良好的效果，充分發(fā)揮前期在線學(xué)習(xí)的預(yù)習(xí)作用、中期虛仿平臺(tái)操作的問題前置作用及后期現(xiàn)場實(shí)操的再次強(qiáng)化作用，同時(shí)將思政元素融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂中起到很好的“德育為先”的教育作用。新工科課程思政融合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)積極引導(dǎo)學(xué)生建立起 “建設(shè)祖國永遠(yuǎn)向前進(jìn)，家國情懷一生來踐行”的人生追求，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主題+問題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)課程授課方式，達(dá)到為祖國培養(yǎng)新時(shí)代新工科卓越人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：新時(shí)代；新工科；水利水電；實(shí)驗(yàn)課程；課程思政；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2096-000X（2023）13-0121-04

Abstract： The new era puts forward the goal of high-quality professional talents based on \"building up people by virtue\" as the foundation for the training of new engineering talents. The Water Conservancy and Hydropower Teaching and Research Section of Tianjin University has launched a teaching reform for professional experimental courses. After going through four typical stages of experimental teaching reform and summary， conventional offline teaching， remote online teaching during the epidemic closure period， online and offline combined teaching after class resumption， and ideological and political integration teaching of new engineering courses. Discussed the best plan of professional experimental curriculum reform under the background of new era and new engineering. In recent years， the teaching reform of the experimental course of water conservancy and hydropower has achieved good results， giving full play to the pre-learning role of early-stage video learning， the pre-problem role of the mid-term virtual simulation platform， and the re-enhancement role of the later on-site practical operations. At the same time， the ideological and political elements Integrating into the experimental teaching classroom has played a very good role in \"moral education first\" education. The ideological and political fusion experimental teaching of new engineering courses actively guides students to establish the life pursuit of \"building the motherland forever， and the feelings of family and country to practice for a lifetime\"， and realizes the student-oriented + problem-oriented experimental course teaching method. The goal of cultivating outstanding talents in the new era and new engineering for the motherland.

Keywords： new era; new engineering; water conservancy and hydropower; experimental courses; curriculum ideology and politics; teaching reform

水利是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，水電作為可再生能源，是我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的最佳能源之一。同時(shí)，水電有著優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，在新時(shí)代能源結(jié)構(gòu)逐漸向清潔低碳轉(zhuǎn)型的道路中，其功能定位也將由原來的“電量為主”向“容量支撐”轉(zhuǎn)變。隨著白鶴灘水電站、烏東德水電站和兩河口水電站等大型水電站及大批量抽水蓄能電站的投產(chǎn)發(fā)電，我國水利水電工程建設(shè)水平已躋身世界領(lǐng)先水平，進(jìn)而也在對(duì)水利水電行業(yè)人才需求及培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)不斷地提出新的要求，尤其體現(xiàn)在學(xué)生實(shí)踐及動(dòng)手能力上[1]。

新工科對(duì)水利水電行業(yè)高水準(zhǔn)人才的需求，以及新時(shí)代課程思政對(duì)人才“德育為先”的要求，急切需要對(duì)水利水電專業(yè)課程，尤其是以動(dòng)手能力為主的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革。為了給祖國培養(yǎng)“具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的新工科卓越人才”，需要在本科課堂及實(shí)驗(yàn)教學(xué)上與時(shí)俱進(jìn)，引入最為前沿的專業(yè)知識(shí)和先進(jìn)的教學(xué)手段，通過實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容及教學(xué)方式的不斷創(chuàng)新，傳授新知識(shí)、探索新理念、研發(fā)新技術(shù)和培養(yǎng)新工科人才[2]。同時(shí)，新時(shí)代課程思政的建設(shè)要求，明確了高校應(yīng)以“課程”為載體，以“立德樹人”為根本，教學(xué)方式應(yīng)從傳統(tǒng)單一的專業(yè)課教學(xué)向全方位的課程思政方式轉(zhuǎn)變。

本文以天津大學(xué)水利水電教研室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革為例，從專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的常規(guī)線下教學(xué)、疫情封校期線上教學(xué)、復(fù)課后線上+線下組合式教學(xué)和新工科課程思政融合式教學(xué)四個(gè)典型階段的教學(xué)改革及效果進(jìn)行介紹，探討新時(shí)代新工科背景下專業(yè)實(shí)驗(yàn)類課程改革的最佳方式。

一" 水利水電實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)分析

水利水電實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容主要有調(diào)壓井實(shí)驗(yàn)、有壓輸水管道水擊實(shí)驗(yàn)、水輪機(jī)能量性能實(shí)驗(yàn)和大壩泄流及消能實(shí)驗(yàn)等[3-4]，服務(wù)的主要專業(yè)課程為水電站、水工建筑物及水利工程實(shí)驗(yàn)技能等，此專業(yè)課以實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)，學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)基本原理、方法、工具及手段，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐及創(chuàng)新能力[5-6]。

實(shí)際工程中每個(gè)水電站都是一個(gè)獨(dú)一無二的巨型復(fù)雜工程，僅僅依靠課堂上的理論講解很難讓學(xué)生完全深入掌握全部知識(shí)，進(jìn)而極有可能導(dǎo)致學(xué)生在理論和實(shí)踐上脫節(jié)。已有的教學(xué)實(shí)踐表明，適當(dāng)方式和課時(shí)的現(xiàn)場參觀、實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可有效提升專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量及效果。而如何與時(shí)俱進(jìn)地不斷改進(jìn)及創(chuàng)新專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容和方式，也是新時(shí)代新工科背景下實(shí)驗(yàn)課程思政教師們在努力追求的目標(biāo)。

二" 疫情期實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

（一）" 實(shí)驗(yàn)課程常規(guī)線下教學(xué)方式

水利水電實(shí)驗(yàn)課程常規(guī)授課方式為線下教學(xué)，具體流程為：教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)—講解實(shí)驗(yàn)流程—示范實(shí)驗(yàn)—學(xué)生分組操作—教師指導(dǎo)—學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告—教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)于通用性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)，此授課方式可基本滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。對(duì)于稍微復(fù)雜及技術(shù)更新較快的課程內(nèi)容，此種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式將面臨實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ完惻f、測量內(nèi)容單一、測量設(shè)備落后及精度不足等，以及授課內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)中已應(yīng)用的最新技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)等問題，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)“學(xué)以致用”的目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于基于過于陳舊實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头椒ǖ膶?shí)驗(yàn)教學(xué)，也無法引起“00后”本科生足夠的學(xué)習(xí)興趣，更無法在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（二）" 疫情封校期實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)改革

2020年初，面對(duì)突發(fā)的全球新型冠狀病毒感染疫情，封校使得高校授課方式不得不從“面授”改為“線上”授課，線上授課方式可滿足大部分理論課程的教學(xué)要求[7-8]，但是給以動(dòng)手操作為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程帶來了極大的挑戰(zhàn)。

天津大學(xué)水利水電教研室老師們集思廣益，共同努力創(chuàng)新疫情期間實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法，率先提出了“教師示范實(shí)驗(yàn)及知識(shí)點(diǎn)講解錄像”+“學(xué)生線上訪問錄像及教師答疑”+“教師建立實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)”+“學(xué)生基于虛仿平臺(tái)操作完成實(shí)驗(yàn)”+“學(xué)生操作過程中教師全程答疑”+“學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告”+“教師根據(jù)學(xué)生虛仿平臺(tái)操作熟練程度及實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行考核”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考察方式。為了不影響正常教學(xué)安排，用2個(gè)月的時(shí)間快速構(gòu)建完成了水利水電相關(guān)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)及操作平臺(tái)（圖1），實(shí)現(xiàn)了全校幾百名學(xué)生線上完成實(shí)驗(yàn)課程，按時(shí)、按量和保質(zhì)地完成了本科及研究生實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)任務(wù)。

（三）" 復(fù)課后線上線下組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

疫情得到有效控制后，高校開始有序地組織學(xué)生返校復(fù)課。為了彌補(bǔ)疫情封校期學(xué)生未進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的遺憾，水利水電實(shí)驗(yàn)室在開學(xué)后對(duì)學(xué)生開放了一個(gè)月的預(yù)約實(shí)驗(yàn)，并在學(xué)生群體中對(duì)虛擬仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場實(shí)操實(shí)驗(yàn)的效果進(jìn)行了調(diào)研和評(píng)估，調(diào)研結(jié)果顯示“前期在線學(xué)習(xí)+中期虛仿平臺(tái)操作+后期現(xiàn)場實(shí)操”的組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式在學(xué)生受歡迎程度、學(xué)生理解及認(rèn)知程度、學(xué)生知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)化效果、教學(xué)效果、學(xué)生動(dòng)手及實(shí)踐能力等方面要明顯優(yōu)于“單一直接的現(xiàn)場動(dòng)手實(shí)驗(yàn)”教學(xué)方式。

線上線下組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）前期在線學(xué)習(xí)的預(yù)習(xí)作用。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)操作全程錄像的視頻，對(duì)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)及操作重點(diǎn)的掌握起到了很好的預(yù)習(xí)作用，學(xué)生可通過在平臺(tái)上多次往復(fù)地觀看，提前掌握操作難點(diǎn)和重點(diǎn)，并和課本知識(shí)進(jìn)行很好的結(jié)合。

2）中期虛仿平臺(tái)操作的問題前置作用。在通過課本理論知識(shí)和教師示范視頻學(xué)習(xí)后，通過虛仿平臺(tái)的線上操作，讓學(xué)生在沒有實(shí)驗(yàn)時(shí)間和次數(shù)限制及壓力影響下，自由暢快地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)，虛仿操作可暴露和前置學(xué)生未理解到位的知識(shí)及問題，避免在實(shí)際操作過程中再次出現(xiàn)類似的問題。調(diào)研中還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于創(chuàng)新性較強(qiáng)的部分學(xué)生，借助虛仿平臺(tái)開展多參數(shù)變化的敏感性正交實(shí)驗(yàn)研究，得到了一些很有意義的結(jié)論和工程優(yōu)化設(shè)計(jì)建議，并找教師進(jìn)行了進(jìn)一步的討論和研究，同時(shí)表達(dá)了期望通過繼續(xù)讀研究生來進(jìn)行進(jìn)一步的深造和研究。

3）后期現(xiàn)場實(shí)操的再次強(qiáng)化作用。在視頻學(xué)習(xí)和虛仿平臺(tái)操作給學(xué)生奠定的良好基礎(chǔ)之上，學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行真正的動(dòng)手實(shí)操時(shí)，可以快速地上手和操作，將腦海中多次出現(xiàn)過的理論知識(shí)點(diǎn)和操作重點(diǎn)直接落實(shí)到實(shí)驗(yàn)操作上，并通過實(shí)踐操作對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行再次的強(qiáng)化（圖2（a））。部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中體會(huì)到了實(shí)驗(yàn)的樂趣，后續(xù)積極參加了全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國挑戰(zhàn)杯競賽和國際Renewable Transformation Challenge等比賽（圖2（b）），并取得了不錯(cuò)的成績。

綜上，線上線下組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式取得了良好的教學(xué)效果，因此在學(xué)生返校復(fù)課開放實(shí)操實(shí)驗(yàn)時(shí)，依舊保留了虛擬仿真平臺(tái)，并結(jié)合學(xué)生反饋的意見進(jìn)行了進(jìn)一步的功能擴(kuò)展，以期達(dá)到更為有效的教學(xué)效果。

三" 新時(shí)代新工科背景下實(shí)驗(yàn)課課程思政改革

新時(shí)代對(duì)專業(yè)課程確立了以“立德樹人”為根本的課程思政教學(xué)理念，明確了教育應(yīng)當(dāng)努力培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人[9]。新工科建設(shè)理念也對(duì)高校提出了新時(shí)代工科型人才的具體培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)為培養(yǎng)“具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的新工科卓越人才”。結(jié)合天津大學(xué)水利水電工程專業(yè)的特點(diǎn)，展開了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課課程思政教學(xué)改革，教學(xué)體系（圖3）及具體措施如下。

1）歷史文化傳承。1933年10月1日，國立北洋工學(xué)院（北洋大學(xué)）與華北水利委員會(huì)等多所研究機(jī)構(gòu)，在天津創(chuàng)立了“中國第一水工試驗(yàn)所”（圖4（a）），此機(jī)構(gòu)是中國第一個(gè)現(xiàn)代水利科研機(jī)構(gòu)、中國第一個(gè)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)室。北洋大學(xué)（天津大學(xué)前身）校長李書田先生（圖4（b））是此實(shí)驗(yàn)室的奠基者、創(chuàng)建者和復(fù)建者之一，天津大學(xué)至今依舊保留有水利水電實(shí)驗(yàn)室。水工試驗(yàn)所創(chuàng)立后，開展了大量的水工試驗(yàn)和研究，短時(shí)期內(nèi)取得了大量的科研成果，直接指導(dǎo)了祖國多項(xiàng)水利工程的建設(shè)。

知名校友李賦都、鄭兆珍、王華棠、張漢英、張國藩、杜鎮(zhèn)福和崔廣濤等都為祖國水利水電事業(yè)的發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)。水利水電行業(yè)有著無數(shù)的榜樣，在專業(yè)課程教育中，要時(shí)刻與學(xué)生們一起傳承歷史文化，從榜樣中汲取奮斗的力量。

2）使命擔(dān)當(dāng)責(zé)任教育。授課過程中要時(shí)刻讓本科生和研究生們認(rèn)識(shí)到，青年是祖國事業(yè)未來的繼承者和建設(shè)者，要勇于肩負(fù)起時(shí)代責(zé)任和歷史使命。在傳統(tǒng)專業(yè)知識(shí)講授中自然融入思政教育元素，從家國情懷教育、科學(xué)精神引領(lǐng)和工匠精神引導(dǎo)等方面，多角度、多形式地對(duì)課程內(nèi)容、課堂教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的思政建設(shè)，“潤物無聲”地將理想信念、價(jià)值追求和責(zé)任使命等思政要素融入育人過程中，注重弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，培養(yǎng)和塑造學(xué)生愛國、勵(lì)志、求真和力行的品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生積極建立“建設(shè)祖國永遠(yuǎn)向前進(jìn)，家國情懷一生來踐行”的人生追求（圖5）。

3）教學(xué)方式及內(nèi)容不斷更新。在前期實(shí)驗(yàn)課程教改基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生和用人單位反饋的意見，深入分析后進(jìn)一步調(diào)整和完善教學(xué)模式，并將思政元素和專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)結(jié)合。水利水電實(shí)驗(yàn)課程以“面向行業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)水利工程復(fù)合型人才”為核心驅(qū)動(dòng)，著力運(yùn)用線上線下組合式教學(xué)手段，提高實(shí)驗(yàn)課堂的表現(xiàn)力和吸引力，更直觀、形象地解釋和展示原理；著力建立以學(xué)生為主體+問題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)授課模式，通過“前期在線學(xué)習(xí)+中期虛仿平臺(tái)操作+后期現(xiàn)場實(shí)操及反饋”及全程融入思政元素的授課方法，啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力；著力搭建“虛仿+實(shí)踐+思政”并行的教學(xué)模式，構(gòu)建基于數(shù)字化手段、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場觀摩等多方式教與學(xué)互動(dòng)特點(diǎn)的工程教學(xué)環(huán)境，提升實(shí)踐能力（圖6）。

四" 結(jié)束語

新時(shí)代對(duì)新工科人才培養(yǎng)提出了以“立德樹人”為根本的高素質(zhì)專業(yè)型人才目標(biāo)要求，進(jìn)而需要在專業(yè)課授課方式和內(nèi)容上進(jìn)行創(chuàng)新。以水利水電實(shí)驗(yàn)課程為例，在對(duì)常規(guī)線下授課、遠(yuǎn)程線上授課、線上及線下組合式授課和新時(shí)代課程思政融合式授課四種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行調(diào)研和分析后可以看出，線上線下組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式具有明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在前期在線學(xué)習(xí)的預(yù)習(xí)作用、中期虛仿平臺(tái)操作的問題前置作用及后期現(xiàn)場實(shí)操的再次強(qiáng)化作用，教學(xué)效果及學(xué)生反饋結(jié)果均極為理想。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行課程思政融合后，讓學(xué)生們主動(dòng)提出了“為誰學(xué)？學(xué)什么？怎么學(xué)？”的問題，并在專業(yè)思政課程的學(xué)習(xí)中找到了這樣的答案：“為祖國復(fù)興和自己發(fā)展而學(xué)，德育為先的德智體美勞全面發(fā)展，歷史文化的傳承及不斷開拓創(chuàng)新”，從而真正地實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體+問題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)課程授課方式，達(dá)到了為祖國培養(yǎng)新時(shí)代新工科卓越人才的目標(biāo)。

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基金項(xiàng)目：天津大學(xué)本科教材建設(shè)項(xiàng)目“水利水電工程實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐”（2022-32-36）

第一作者簡介：郭耀華（１９８６－），男，漢族，河南安陽人，博士，工程師。研究方向?yàn)樗娂靶履茉凑n程實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理。

*通信作者：姚燁（１９８７－），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，博士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)樗こ虒?shí)驗(yàn)新方法及教學(xué)。