摘 要 隨著我國水利和水電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)壯大，以及大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速整合，“智慧水利”已逐漸成為水利領(lǐng)域未來發(fā)展的不二選擇?！肮こ趟膶W(xué)”的課程內(nèi)容、教學(xué)方式也應(yīng)順應(yīng)潮流進行改革和提升。文章針對目前課程教學(xué)中存在的問題，從課程培養(yǎng)體系、教師團隊協(xié)同培養(yǎng)模式、創(chuàng)新實踐平臺三個方面進行創(chuàng)新性探索，以學(xué)生和授課教師為雙主體，推進智慧化教學(xué)改革，形成多學(xué)科交叉的課程培養(yǎng)體系，推行教師團隊協(xié)同培養(yǎng)模式，構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新實踐平臺。

關(guān)鍵詞 智慧水利；工程水文學(xué)；教學(xué)改革；課程體系；教師團隊

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " "DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.6.017

Research and Practice of Teaching Reform in Engineering Hydrology under

the Background of Smart Water Conservancy

LI He， TAO Jie， HU Hu

（School of Water Conservancy and Transportation， Zhengzhou University， Zhengzhou， Henan 450001）

Abstract With the continuous expansion of China's water conservancy and hydropower industry， as well as the rapid integration of emerging information technologies such as big data and artificial intelligence with traditional industries， \"Smart Water Conservancy\" has gradually become the inevitable choice for the future development of the water conservancy sector. The content and teaching methods of the course \"Engineering Hydrology\" should also keep up with the trend， undergoing reform and enhancement. In response to the current problems in course teaching， innovative exploration is conducted from three aspects： curriculum training system， collaborative training model of teacher teams， and innovative practice platform. Students and teaching staff are regarded as dual subjects， promoting the advancement of intelligent teaching reform. This aims to form a multidisciplinary cross-curricular training system， implement collaborative training models for teacher teams， and construct innovative practice platforms integrating multiple disciplines.

Keywords smart water conservancy; engineering hydrology; teaching reform; curriculum system; teaching team

隨著我國水利水電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，智慧水利已成為水利行業(yè)未來發(fā)展的必然選擇。傳統(tǒng)水利行業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)，亟須轉(zhuǎn)型升級[1]。智慧水利運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，推動水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運行管理和社會服務(wù)的智能化，提高水資源利用效率以及水旱災(zāi)害防御能力，改良水環(huán)境和水生態(tài)，確保國家的水安全和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。

然而，在現(xiàn)有的課程結(jié)構(gòu)中，仍以傳統(tǒng)水利“測”“報”“算”為核心專業(yè)內(nèi)容，缺乏與“智慧化”相關(guān)的知識銜接與實踐教學(xué)，導(dǎo)致課程內(nèi)容與工程實踐之間存在“落差”[4-6]。在將“智慧水利”引入教學(xué)實踐方面，杜圣東指出在“人工智能+”背景下，以學(xué)習(xí)者為中心，以課程設(shè)置、教學(xué)方式和工程實踐3個環(huán)節(jié)為主線，從專業(yè)技術(shù)教育和 AI 賦能教育兩個方面，提出了新工科教育思路及總體實踐框架，助力新工科教育跟人工智能技術(shù)的深度融合并高效迭代發(fā)展[7]。黃小娥結(jié)合廣西水電學(xué)院發(fā)展實踐，提出基于專業(yè)集群的智慧水利人才培養(yǎng)模式，主要體現(xiàn)在聚焦特色專業(yè)集群建設(shè)、助力區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，深化產(chǎn)教融合、探索多元育人體系，開放新格局、提升國際影響力[8]。徐磊從智慧水利大背景下社會各界對人才培養(yǎng)提出的新要求出發(fā)，對水利水電工程專業(yè)現(xiàn)行的培養(yǎng)方案進行分析并指出其不足之處，并以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)論述了智慧水利環(huán)境下水利水電工程類專業(yè)人才培養(yǎng)方案優(yōu)選的可行性思路和實施路徑[9]。江森匯等指出為滿足新時代水利人才的培養(yǎng)需求，“工程水文學(xué)”課程建設(shè)團隊應(yīng)以學(xué)校教師為基礎(chǔ)，同時聘請工程企業(yè)專家參與教學(xué)，并適度引入虛擬教學(xué)團隊[10]。張宏洋等認為在新時代跨學(xué)科跨專業(yè)背景下，應(yīng)對水利類專業(yè)智慧水利方向的人才培養(yǎng)體系進行重新規(guī)劃，創(chuàng)新“水利”+“信息”兩個方向的交叉融合，將互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等新型信息技術(shù)熟練應(yīng)用于傳統(tǒng)水利行業(yè)中的防震減災(zāi)、水資源開發(fā)與利用等方面，從而推動傳統(tǒng)水利向智慧水利的轉(zhuǎn)型升級[11]。

本文在原有課程體系的基礎(chǔ)上，對“工程水文學(xué)”課程結(jié)構(gòu)進行重塑，把管理科學(xué)與工程、人工智能、計算機科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的課程納入整體的培養(yǎng)計劃中。

1 "探索“工程水文學(xué)”教學(xué)改革的意義

1.1 "為“新工科―智慧水利”教育建設(shè)指明方向

當前我國正在全面推進智慧水利建設(shè)，在教育教學(xué)中融入智慧水利新思想、新理論、新方法是主動服務(wù)“長江經(jīng)濟帶”“黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展”等國家戰(zhàn)略，助力“教育強國”建設(shè)，落實“新工科”建設(shè)要求的重要舉措[12-14]。

1.2 "為推行全面素質(zhì)教育提供保障

以水利工程學(xué)科為基礎(chǔ)，以“工程水文學(xué)”課程教學(xué)為落腳點，面向國家戰(zhàn)略需求和水利專業(yè)的升級轉(zhuǎn)型，重在培養(yǎng)兼具現(xiàn)代信息技術(shù)與水利專業(yè)基礎(chǔ)的跨學(xué)科復(fù)合型人才，為國家現(xiàn)代化水利、數(shù)字孿生領(lǐng)域建設(shè)等人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新提供重要的教育平臺。

2 "課程教學(xué)改革的主要措施

2.1 "構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的課程培養(yǎng)體系

加強交叉學(xué)科人才培養(yǎng)，將傳統(tǒng)工程水文與其他學(xué)科等不同領(lǐng)域有機結(jié)合，實現(xiàn)教學(xué)改革從“工程水利”向“智慧水利”的轉(zhuǎn)變和推進。根據(jù)行業(yè)“智慧水利”發(fā)展潮流，水利類專業(yè)經(jīng)典課程“工程水文學(xué)”需要跨學(xué)科教學(xué)才能充分優(yōu)化資源配置。通過學(xué)科和專業(yè)交叉的教學(xué)模式，調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，讓學(xué)生完整了解“智慧水利”的理論基礎(chǔ)、功能設(shè)計、平臺實踐的全流程，彌補單一學(xué)科教學(xué)的不足。

詳盡梳理“工程水文學(xué)”課程體系?；诂F(xiàn)有的課程結(jié)構(gòu)，通過拆分、交融和整合多個學(xué)科的內(nèi)容，對課程體系進行了重塑。改革后的“工程水文學(xué)”重在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和運用專業(yè)知識分析、研究、解決水利工程規(guī)劃，設(shè)計、施工、管理等領(lǐng)域中的水文觀測、水文分析計算和水文預(yù)報等問題的能力。

厘清“智慧水利”建設(shè)關(guān)鍵功能。明確功能實現(xiàn)所需的水利專業(yè)理論、平臺開發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)集成框架。智慧水利的應(yīng)用旨在提高學(xué)生的業(yè)務(wù)能力和管理水平，具體而言，它涵蓋了包括預(yù)測預(yù)報、流域水模擬、水利工程的安全性分析和科學(xué)調(diào)度、水行政的智能管理以及水信息的智能服務(wù)應(yīng)用。

構(gòu)建“工程水文學(xué)”與“智慧水利”課程結(jié)構(gòu)映射關(guān)系。其中，“流域水模擬和預(yù)測預(yù)報”對應(yīng)第一章“緒論”、第二章“水循環(huán)及河川徑流的形成過程”、第五章“年徑流分析與計算”。“水工程安全分析和調(diào)度”對應(yīng)第六章“由流量資料推求設(shè)計洪水”、第七章“流域產(chǎn)匯流分析計算”、第八章“水文預(yù)報”、第九章“由暴雨資料推求設(shè)計洪水”?！八姓悄芄芾響?yīng)用”對應(yīng)第十章“軟件介紹及專題講座”?！八畔⒅悄芊?wù)應(yīng)用”對應(yīng)第三章“水文信息采集及處理”、第四章“水文統(tǒng)計”。

2.2 "推行教師團隊協(xié)同培養(yǎng)模式

根據(jù)行業(yè)“智慧水利”發(fā)展潮流，水利類專業(yè)經(jīng)典課程“工程水文學(xué)”需要跨學(xué)科教學(xué)才能充分優(yōu)化資源的配置。在師資隊伍建設(shè)方面，主要采取的策略是“一個重點，三個結(jié)合”，也就是說，重點是“培養(yǎng)出具有雙師雙能型的教師”，與此同時“培養(yǎng)和引進，專職和兼職，老年中年青年教師相結(jié)合”。

明確水利專業(yè)任課教師綜合素養(yǎng)提升目標。具體地，在“工程水文學(xué)”的教學(xué)實踐中融入交叉學(xué)科理念，在“智慧水利”這一領(lǐng)域，我們致力于培養(yǎng)一批不僅具備水利專業(yè)技術(shù)人才的全面素質(zhì)、知識體系和專業(yè)技術(shù)能力，還精通物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和移動互聯(lián)網(wǎng)等先進科技的復(fù)合型教師團隊。

建立水利―信息交叉學(xué)科合作教學(xué)模式。利用學(xué)校學(xué)科齊全的優(yōu)勢，加強水利類專業(yè)師資與計算機信息類專業(yè)師資的交流融合，把優(yōu)秀的師資力量投入教學(xué)第一線。要求教師注重教學(xué)設(shè)計的多樣性，以適應(yīng)不同學(xué)科之間的融合。

創(chuàng)建交叉學(xué)科研究小組、師資共享等多種教研組織，為支持教師團隊協(xié)同培養(yǎng)提供有效途徑。通過定期開展主題教研探討會、主題教學(xué)經(jīng)驗交流會，促進不同學(xué)科間教師教學(xué)思路的交融互通，實現(xiàn)跨學(xué)科協(xié)同育人的目標。

2.3 "構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新實踐平臺

通過學(xué)校與企業(yè)合作的模式，鼓勵學(xué)生積極參與科學(xué)研究和企業(yè)實習(xí)，從而更好地應(yīng)用交叉學(xué)科的理論知識解決實際工程中的復(fù)雜問題，并增強他們的實踐和創(chuàng)新能力。

在課程教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生進行編程和開發(fā)，搭建“工程水文學(xué)”教學(xué)實踐平臺，構(gòu)建水利信息大數(shù)據(jù)庫。水利數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)的四大特點完全吻合，它無疑是大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中一個非常有代表性的應(yīng)用實例。目前，水利大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)涵蓋了多個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，包括HDFS分布式文件存儲、MPP分布式數(shù)據(jù)庫硬件架構(gòu)、NoSQL非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)Spark內(nèi)存計算框架以及數(shù)據(jù)挖掘等。

匯集多學(xué)科教師隊伍力量共建“工程水文學(xué)”智慧教研平臺。以構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新思維為目標，以“政用產(chǎn)學(xué)研”為路徑，水利、計算機、人工智能等多學(xué)科教師隊伍聯(lián)合構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的智慧教研平臺，作為課程教學(xué)的有力教具。

3 "課程改革實踐探索與成效

3.1 "提出“工程水文學(xué)”課程“智慧化”的教學(xué)模式

將“智慧水利”理念融入“工程水文學(xué)”的課堂教學(xué)中，可以提升課堂教學(xué)質(zhì)量， 提高教師教學(xué)水平。通過對教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容的改變，將“智慧水利”通過不同的教學(xué)實踐融入“工程水文學(xué)”教學(xué)中，實現(xiàn)潛移默化的教育作用；通過課程改革，還能夠使教師積極改變教學(xué)態(tài)度，提升教學(xué)水平，在教學(xué)過程中體現(xiàn)愛崗敬業(yè)、無私奉獻、踏實攻堅的工匠精神，提高教師素養(yǎng)。

3.2 "搭建“智慧水利”課程教學(xué)及創(chuàng)新實踐研究平臺

在專業(yè)特征和社會需要的基礎(chǔ)上，實踐教學(xué)的目的主要包括三個方面：基本技能、專業(yè)技能和人格素質(zhì)，三者之間相互聯(lián)系，形成一個有機的、相互作用的整體。通過市場調(diào)查和企業(yè)參與，建立符合社會需要的職業(yè)培訓(xùn)計劃；為學(xué)生提供公共課學(xué)習(xí)平臺，為他們的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

4 "結(jié)語

本文結(jié)合“智慧水利”行業(yè)大背景，通過闡述當前“工程水文學(xué)”課程普遍存在的偏重理論知識教學(xué)而缺乏實踐內(nèi)容、傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法適應(yīng)社會對新型水利人才的需求等問題，以課程體系、教師團隊、教學(xué)平臺為出發(fā)點，提出了“工程水文學(xué)”教學(xué)改革的具體方式，形成傳統(tǒng)“工程水利”與“智慧水利”交叉融合的全新課程培養(yǎng)體系，使課堂教學(xué)內(nèi)容“智能化”“自動化”“信息化”，促進學(xué)生在“智慧水利”“數(shù)字孿生”行業(yè)背景下的學(xué)習(xí)，更加符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標。

*通訊作者：李赫

基金項目：鄭州大學(xué)2023年度教育教學(xué)改革研究與實踐項目“新工科―智慧水利背景下《工程水文學(xué)》教學(xué)改革研究與實踐”（2023ZZUJGXM076）；鄭州大學(xué)2022年度教育教學(xué)改革研究與實踐項目“大思政新工科背景下水利工程類專業(yè)課的課堂教學(xué)改革與實踐”（2022ZZUJG218）；鄭州大學(xué)2022年度混合式一流課程立項（重點）（2022ZZUYLKC029）。

參考文獻

[1] 左其亭.中國水利發(fā)展階段及未來“水利4.0”戰(zhàn)略構(gòu)想[J].水電能源科學(xué)，2015，33（4）：1-5.

[2] 張建云，劉九夫，金君良.關(guān)于智慧水利的認識與思考[J].水利水運工程學(xué)報，2019（6）：1-7.

[3] 冶運濤，蔣云鐘，曹引，等.以數(shù)字孿生水利為核心的智慧水利標準體系研究[J].華北水利水電大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，44（4）：1-16.

[4] 武瑋，桑國慶，潘維艷，等.工程教育認證背景下工程水文學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[J].科技視界，2021（35）：1-4.

[5] 曹玉濤，肖娟，郭向紅，等.工程教育認證背景下《工程水文學(xué)》教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2020（19）：156-157.

[6] 龍奮杰，邵芳.新工科人才的新能力及其培養(yǎng)實踐[J].高等工程教育研究，2018，172（5）：41-46.

[7] 杜圣東，楊燕.“人工智能+”背景下的新工科教育探索與實踐[J].計算機教育，2020（7）：106-110.

[8] 黃小娥，黃飛華.基于專業(yè)集群的智慧水利人才培養(yǎng)模式探索與實踐[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2021，20（8）：244-246.

[9] 徐磊，張繼勛.智慧化背景下水利水電工程專業(yè)培養(yǎng)方案優(yōu)化[J].教育教學(xué)論壇，2021（19）：26-29.

[10] 江森匯，陳秀華.“新工科”背景下的工程水文學(xué)課程教學(xué)團隊建設(shè)與實踐探索[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2019（34）：148-149.

[11] 張宏洋，張淙皎.跨學(xué)科跨專業(yè)背景下智慧水利人才培養(yǎng)體系研究[J].中國電力教育，2023（6）：75-76.

[12] 蔣宗禮，姜守旭.發(fā)揮本科教學(xué)質(zhì)量國家標準對新工科建設(shè)的推動作用[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018，329（1）：43-47.

[13] 鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，（3）：1-6.

[14] 吳巖.勇立潮頭，賦能未來——以新工科建設(shè)領(lǐng)跑高等教育變革[J].高等工程教育研究，2020（2）：1-5.