探索新時代卓越工程師培養(yǎng)模式下課堂創(chuàng)新途徑

摘要：加快培養(yǎng)大批卓越工程師，是應(yīng)對當前工程技術(shù)發(fā)展迫切需求的重要舉措，是國家實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐，是以習近平同志為核心的黨中央作出的重大戰(zhàn)略部署。在此背景下，以給排水專業(yè)必修課程“水工藝儀表與控制”為例，探索了新時代卓越工程師培養(yǎng)模式下課堂創(chuàng)新思路與途徑。關(guān)鍵詞：卓越工程師；水工藝儀表與控制；課堂創(chuàng)新；教學成果當前科技革命正推動產(chǎn)業(yè)變革，傳統(tǒng)工業(yè)正加速向綠色、高效、智能化和信息化轉(zhuǎn)型。卓越工程人才是深入推進新型工業(yè)化、加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力的重要戰(zhàn)略資源，因此如何培育適應(yīng)新時代特征的卓越工程師，已成為全球高等教育的重要議題。近年來，我國加快了新時代卓越工程師的培養(yǎng)步伐。2018年9月，教育部聯(lián)合工信部與中國工程院發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見》，明確了新時代卓越工程培養(yǎng)模式的改革任務(wù)和重點舉措[1]。黨的二十大報告更是將“卓越工程師”列為國家戰(zhàn)略人才力量的重要組成部分，并提出了對卓越工程師隊伍的幾點具體要求：政治素質(zhì)過硬、業(yè)務(wù)能力突出、具備技術(shù)創(chuàng)新能力、能夠解決復雜工程問題[2]。值得一提的是，2024年1月，黨中央、國務(wù)院決定首次設(shè)立并頒發(fā)國家卓越工程師獎，凸顯了國家對工程師隊伍的重視[3]。高校作為卓越工程師培養(yǎng)的主陣地，應(yīng)發(fā)揮教育引領(lǐng)作用，積極探索并實踐卓越工程師培養(yǎng)的有效路徑。在高校理工類學科中，給排水科學與工程是一門直接關(guān)系城市居民的公共衛(wèi)生、生態(tài)環(huán)境的安全及生活質(zhì)量的專業(yè)。培養(yǎng)具備卓越技術(shù)能力和專業(yè)素養(yǎng)的給排水工程師，對于確保給排水系統(tǒng)設(shè)計合理性、設(shè)備運行高效性和維護及時性具有重要意義。而“水工藝儀表與控制”作為給排水科學與工程專業(yè)的核心課程，與工程實踐緊密相連，是達成專業(yè)培養(yǎng)目標的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；诖?，教學團隊以該課程為切入點，以培育“知原理、懂操作、善運用、活思維”的新時代卓越工程師為教學目標，分析當前學情，總結(jié)現(xiàn)狀問題，探索新時代卓越工程師培養(yǎng)模式下的課堂創(chuàng)新途徑，為給排水工程領(lǐng)域卓越工程師的培養(yǎng)提供了參考。一、現(xiàn)狀學情與痛點問題分析為實現(xiàn)課程教學目標，同時解決人才培養(yǎng)和社會需求的結(jié)構(gòu)性矛盾，下文首先分析了課內(nèi)學情及社會對給排水專業(yè)卓越工程師素質(zhì)的需求，總結(jié)了本課程現(xiàn)階段亟須解決的痛點問題。（一）課內(nèi)學情分析1.從學生起點狀態(tài)分析雖然學生在學習本門課程前已經(jīng)完成了大部分專業(yè)必修課的學習，但由于這些課程分散在不同學期，學生未形成一個完整的知識體系，這種知識體系的缺失導致學生在學習本門課的部分知識點時出現(xiàn)了理解性障礙。當學生面對一個綜合性的工程案例時，難以從全局出發(fā)找到解決問題的最佳方案。另外，學生習慣性地將獲得知識的途徑限于書本，缺乏多元化的學習資源，使得他們的視野和知識廣度受到限制。2.從學生潛在狀態(tài)分析由于本課程設(shè)置在大四學年，這一階段的學生往往面臨著就業(yè)、升學等多重壓力，因此很多學生以不掛科為終極目標，學習興趣不足，只重視考試結(jié)果，不僅輕視知識理解，更輕視對自身實踐能力的培養(yǎng)。另外，在當下對卓越工程師迫切的需求下，教育者往往將更多的注意力放到專業(yè)素養(yǎng)與技能培養(yǎng)上，這種傾向容易導致忽視思政教育，使得課程思政出現(xiàn)了“硬融入”“表面化”的現(xiàn)象，學生也陷入了“被動式”思政的狀態(tài)，從而削弱了思政教育的深度和廣度，影響了專業(yè)教育與思政教育的有效結(jié)合，使得兩者的協(xié)同效應(yīng)無法得到充分發(fā)揮。（二）社會對給排水專業(yè)卓越工程師的素質(zhì)需求為了調(diào)查社會對給排水專業(yè)卓越工程師素質(zhì)的需求，教學團隊設(shè)計了調(diào)查問卷，共收集了37位給排水領(lǐng)域卓越工程師的反饋。這些工程師包括高級工程師、總工程師和總經(jīng)理等職位，均具備深厚的專業(yè)素養(yǎng)。經(jīng)分析，86.49%的受訪者強調(diào)，在人才培養(yǎng)中應(yīng)重視跨學科思維，以適應(yīng)給排水工程與現(xiàn)代科技融合的趨勢；同樣比例的受訪者認為，實習實踐對學生至關(guān)重要，有助于其將理論知識應(yīng)用于實際工作；超過65%的受訪者認為，溝通與團隊合作、創(chuàng)新與問題解決能力比學歷更重要，這些能力能幫助學生更好地應(yīng)對工程挑戰(zhàn)。可見，社會對給排水專業(yè)人才的需求更傾向于跨學科思維、實踐能力、創(chuàng)新及團隊協(xié)作能力。因此，在培養(yǎng)過程中應(yīng)全面提升學生的綜合素質(zhì)，以助力學生卓越的職業(yè)發(fā)展。（三）亟須解決的痛點問題結(jié)合上述分析，針對“水工藝儀表與控制”這門課，教學團隊總結(jié)出四大亟須解決的痛點問題：痛點一，思政融入“硬”，如何提高學生的主動參與度，把卓越工程師價值觀培育和塑造“基因式”地融入本門課？痛點二，躬行實踐“怠”，如何改革本門課的教學內(nèi)容與方式，滿足給排水卓越工程師實踐需求，讓人才培養(yǎng)與國家需要、社會需求之間不脫節(jié)？痛點三，融會貫通“差”，學生如何能將所學的知識整合，構(gòu)建知識體系，靈活地解決實際工程問題？痛點四：交叉融合“少”，如何拓展知識獲得途徑，不將學生思維、能力的提高限制于課本內(nèi)？二、探索課堂創(chuàng)新思路為解決以上痛點問題，教學團隊圍繞“水工藝儀表與控制”這門課，形成了新時代卓越工程師培養(yǎng)模式下“三結(jié)合、四務(wù)實、五思維、六融合”的課堂創(chuàng)新思路，如圖1所示。（一）“三”結(jié)合與“被動式”思政教育不同，教學團隊注重提升學生的參與度，引導學生“自主式”思政，進而解決思政元素融入生硬這一痛點問題，這主要體現(xiàn)在“三結(jié)合”上。具體方式為：第一，在教學內(nèi)容上以激發(fā)學生興趣為主，注重時效性與系統(tǒng)性相結(jié)合。例如，在講解生物檢測技術(shù)時，緊跟時事地講解了有關(guān)病毒抗體的檢測機理，又系統(tǒng)性地講解了抗體檢測發(fā)現(xiàn)史及亟待解決的問題，通過生活讓學生對時事及最新技術(shù)的發(fā)展有更加切身的體會，提高學生的認知能力和思辨能力。第二，在教學方法上采用專題式與跟進式相結(jié)合的方式融入思政元素，如團隊設(shè)置了亞運會專題，講解了“無廢亞運”中杭州奧體中心游泳館是如何進行水質(zhì)凈化的，并跟進了其他與水工藝儀表與控制相關(guān)的低碳節(jié)能技術(shù)，如循環(huán)水泵變頻處理工藝是如何降低能耗的，酸堿液和次氯酸鈉溶液是如何實現(xiàn)自動精密投加的。整個跟進過程，由學生自主完成，再由同學參與打分，學期末分最高的兩位學生可以獲得進實驗室與研究生師兄、師姐一起做實驗的體驗權(quán)。第三，在教學形式上分享型與互動型相結(jié)合，教師發(fā)現(xiàn)學生感興趣的是教師自身經(jīng)歷，因此團隊會邀請業(yè)界名師現(xiàn)身課堂。比如，講到流動電流檢測技術(shù)時，教學團隊就邀請了檢測技術(shù)研發(fā)團隊的核心成員，分享研發(fā)經(jīng)歷。同時，課上教師會拋磚引玉，然后安排學生搜集相關(guān)思政資料，讓其課上給其他同學匯報，以形成互動交流。（二）“四”務(wù)實為了解決課堂重理論、輕實踐這一痛點問題，教學團隊要堅持做到“四務(wù)實”。第一，實學。翻閱課本不難發(fā)現(xiàn)，針對每一個檢測儀表的講解，都會配一個原理圖，雖然原理清晰明了，但學生在工作中看到儀表實物卻不認識，未建立原理圖與實物的對應(yīng)聯(lián)系。因此，教學團隊會盡可能地將便攜儀表實物帶到課堂或找到儀表實操視頻、圖片，將儀表實體與原理圖一一對應(yīng)地講解給學生，讓其真正地“知原理、懂操作”，做到實學。第二，實驗。團隊在講解氨氮測量時，會給予課上表現(xiàn)優(yōu)異的學生動手實操的資格。這種實驗不用酸堿溶液，相對安全，測量過程中有顏色變化，實驗操作是否規(guī)范通過標準曲線即刻便可呈現(xiàn)結(jié)果，學生興趣較高。有學生反饋，他本不喜歡給排水專業(yè)，但實驗后感嘆原來還可以做這些有意義、有意思的工作。第三，實習。每年開課前學生都會去凈水廠、污水廠進行長達一個星期的認知實習，借此機會，教學團隊的教師會特別注意讓學生關(guān)注各種構(gòu)筑物的自動控制原理、過程及儀表實物，教學團隊也會幫助學生聯(lián)系一些企業(yè)實習崗位，讓學生親身參與實際工程。第四，實練。近年來，虛擬仿真成為高等教育領(lǐng)域備受矚目的教學工具，在傳統(tǒng)的課堂教學中，學生很難感受參數(shù)之間“牽一發(fā)而動全身”的關(guān)系，但虛擬仿真能讓學生身臨其境地去完成曝氣量、投藥量、污泥回流比等各項參數(shù)的控制，并調(diào)動之前所學的很多水處理的理論知識。教學團隊鼓勵并帶領(lǐng)學生積極參加含有虛擬仿真比賽環(huán)節(jié)的市政環(huán)境類實踐大賽，通過實際演練讓學生體會“善運用”的重要性。（三）“五”思維思維活躍不僅能提升個人解決問題的能力和創(chuàng)新能力，還能促進團隊協(xié)作和工程項目的順利進行，對學生的職業(yè)發(fā)展也有重要影響。結(jié)合學生實際情況，教學團隊提出要著重提升學生的“五個思維”。第一，系統(tǒng)思維。主要目的是幫助學生系統(tǒng)地構(gòu)建知識體系，提升靈活運用的能力。比如，講混凝與混凝控制時，教學團隊會先回顧物理化學中講到的膠體性質(zhì)、無機化學中的吸附電中和，引出水處理中的絮凝混凝原理和影響因素，最后引出自動化控制專業(yè)中的控制問題，就此建立多門課程的系統(tǒng)聯(lián)系。第二，批判思維。課上教師會“無意”地犯些錯誤，“故意”地提醒學生，希望學生能主動糾錯，而不是一味地認同教師所有的話，我們不要聽話的學生，希望培養(yǎng)的是有扎實學識、有辯證思維能力的卓越工程師。第三，法治思維。這是未來學生走到工作崗位，確保工程項目合規(guī)、保護公共利益的重要保障，因此尤為重要。以前選修過法律、倫理相關(guān)課程的學生可以給其他學生普及一些相關(guān)知識，同時讓匯報的學生及時體會不同課程之間融會貫通的快樂。第四，底線思維。引入水廠運行實際案例，使學生意識到在設(shè)計、規(guī)劃、施工、管理給排水系統(tǒng)時可能出現(xiàn)的最不利情況，并采取相應(yīng)的措施來應(yīng)對這些情況。第五，創(chuàng)新思維。每章課程結(jié)束的時候，會留出5～10分鐘的時間，讓學生去天馬行空地復盤這章所學的知識還可以在哪里有所創(chuàng)新，教師不去論斷每個想法的可行性，更多地是讓學生暢所欲言，并且鼓勵其他學生去反駁上一個學生的創(chuàng)新點，在來回的討論中，活躍學生的創(chuàng)新思維。（四）“六”融合除了關(guān)注學生的能力鍛煉外，交叉融合是推動創(chuàng)新和發(fā)展的重要途徑之一[4]。通過加強交流、培養(yǎng)跨學科人才、創(chuàng)新研究方法和鼓勵跨界思維等方式，可以促進交叉融合的實現(xiàn)和發(fā)展[5]。因此，教學團隊提出重點促進“六融合”，作為教學配角的教師盡可能地為主角也就是學生搭建平臺，并作出如下嘗試。第一，科教融合。課上，主講教師對我國自然等縱向研究課題做簡略提及，鼓勵感興趣的學生積極參與到以此項目為依托的大創(chuàng)項目中。第二，學科融合。在教學內(nèi)容的安排上，教師會結(jié)合自身研究工作內(nèi)容，融合物理化學、城鄉(xiāng)規(guī)劃、自動控制等多方面知識。第三，產(chǎn)教融合。教師帶領(lǐng)學生參與實際的橫向課題，讓學生切身感知市場需求，將書本知識與實際生產(chǎn)相融合。第四，校政融合。課上，教師將調(diào)研、解決地方環(huán)保問題的案例分享給學生。比如，講濁度測定的時候，教師會分享調(diào)研某地黑臭水體的經(jīng)驗，典型的實際案例告訴學生除了有味道的臭水溝外，單純濁度的升高也是黑臭水體劃定的主要依據(jù)。第五，理實融合。教師要不斷地用理論知識武裝自己，積極申請教改課題，圍繞教學開展研究。除此之外，教學團隊還要真刀真槍地去檢驗自己的教學理念，積極參與各項教學比賽。第六，人文融合。教師嘗試將人文學科的內(nèi)容和視角融入本門課的教學中。比如，在學習通中分享與水資源、環(huán)境保護相關(guān)的文學作品、紀錄片、新聞報道等，通過這些材料，激發(fā)學生對社會問題的關(guān)注，培養(yǎng)他們的批判性思維和人文素養(yǎng)。三、實踐教學成果與結(jié)論在師生共同努力下，圍繞“水工藝儀表與控制”這門課，教學團隊不到兩年就取得了一些成績，學生能力也得到切實提升。以學生提供的實驗記錄表為例，他們做的是氨氮檢測實驗，標曲相關(guān)系數(shù)能達到0.9997，相對平均偏差能達到0.77%，更難能可貴的是，當筆者有一個數(shù)字寫錯的時候，學生問我，“老師，是不是記錄表不能更改？那我重新再寫一遍吧！”讓我們真的看到了一個來自未來卓越工程師的嚴謹。學生到企業(yè)實習也得到了企業(yè)工程師的好評及認可，并在各項賽事中屢創(chuàng)佳績。在市政環(huán)境類創(chuàng)新比賽中，參賽的三人均獲東北地區(qū)三等獎以上獎項，在“深水杯”全國大學生給排水科技創(chuàng)新大賽中獲得了二等獎和最具推廣獎，學生表示在比賽中收獲的不僅僅是獎項，更多的是能力的提升。在新時代背景下，隨著科技的飛速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷升級，對于