基于水利创新人才培养的科研成果进课堂教学模式探索

靳晓颖，张鹏飞，刘 翠

（黄河水利专业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

2020 年9 月，习近平总书记在科学家座谈会上发表了重要讲话，他指出，我国“十四五”时期及更长时期的发展对加快科技创新提出了更为迫切的要求， 我国经济社会发展和民生改善比过去任何时候都更加需要科学技术解决方案， 都更加需要增强创新这个第一动力［1］。为响应中央号召，践行习近平总书记关于科技创新的重要讲话精神，落实《国家中长期科学和技术发展规划 （2021—2035 年）》《“十四五”国家科技创新规划》等文件要求，河南省人民政府印发了《河南省“十四五”科技创新和一流创新生态建设规划》［2］，并修订了《河南省促进科技成果转化条例》，全面推进科技创新工作。 国家强起来要靠创新，创新要靠人才，而人才培养要靠教育。 作为承担人才培养、科学研究、社会服务、文化传承创新等职能的高职院校而言， 为区域经济社会发展输送创新型技术技能人才，是其义不容辞的责任担当，而黄河水利职业技术学院（以下简称“黄河水院”）作为“双高计划”A 档建设单位， 也一直致力于新时代水利领域创新人才培养工作。 将科研成果转化为教学资源，丰富教学内容，弥补教材的不足，让学生有机会了解学科前沿，发展创新思维，直观地了解科研是如何进行的、科研成果是如何产生的，有利于培养学生的学科素养和创新创造能力［3］。 本文拟以黄河水院城市水利专业的海绵城市工程设计与施工课程为例，探索科研成果进课堂的教学模式，以期为同类专业创新人才培养提供经验借鉴， 助力水利行业创新人才培养。

1 科研成果进课堂的意义和现状

1.1 科研成果进课堂的意义

科学研究和人才培养是高校不可分割的两大职能，也是衡量高校教师专业水平的重要指标。 科研成果与教育教学是密切相关的，教师在课堂上所讲授的内容实际上也是教材编写之前的科研成果，因此往往有一定的滞后性，这就造成学生获得的课堂知识与当代前沿知识有一定的断层。 对教师而言，某些科研成果是自己亲力亲为获得的，所以对科研过程理解得更加透彻，在研究过程中感悟颇深，自己讲解起来更加得心应手；对学生而言，科研成果中的新思路、新方法、新对策可以启迪其开拓创新意识。 将科研成果融入课堂， 既可以让学生了解基础理论知识的重要性，激发学生的学习兴趣，又能提高学生对科技前沿的认知，提高学生的自主学习能力，这对于培养创新型人才具有重要意义，同时也有利于科研与教学之间的互促共进，有利于教师、学生学习共同体的形成，以及课程教学目标和专业人才人培养目标的顺利实现。

1.2 科研成果进课堂的现状

如何将先进的科研成果引入教学实践，实现科研与教育一体化，是培养适应和支撑产业发展、具备创新素质和国际竞争力的工科大学生的重要手段［4］。 清华大学将优秀科研成果的内容开设为一门新课或一门课的部分内容， 编写成教材或教材的一部分； 把教学内容直接与正在开展的科研工作结合起来，开设研究性、创新性实验，培养学生的创新思维；分解科研项目，将其中的一部分提供给学生开展SRT（学生研究训练），并把SRT 项目的研究成果完善成新的教学实验； 根据教学特点对科研设备和装置进行改造，使之可以开展教学，丰富实验教学平台等［5］。 内蒙古科技大学生物学教学团队建立了科研成果转化为教学内容的制度， 鼓励本科生提前进入科研实验室，提高了学生的创新意识和动手能力［6］。国防科技大学传感器与测试技术教学团队为实现科研反哺教学，在教学团队建设、课堂教学内容、课程实验及学生创新实践等多个方面进行了改革［7］。 国外也非常重视科研成果向教学的转化，比如，日本有专门的产业技术综合研究所， 主要目的便是促进科研成果的转化； 而日本的大学经常开展讲座并形成制度，通过知名教授举办讲座，将最新科研成果传授给学生，鼓励学生提问，自主探索［8］。 美国高校教学中鼓励课题讨论，针对学科前沿，提倡学生自行搜集材料，在课堂中提出不同的见解和看法［9］。德国高校采取教学与科研统一的办学原则， 高校会主动到企业寻找课题，开展面向企业的科研，同时将最新的研究成果引入教学中；企业为了自身技术创新和发展的需要，也在国家支持下在高校建立研究中心、实验室，为高校提供各种各样的科研项目及相应的经费［10］。

科研成果进入课堂教学， 可以让学生了解实际的科研课题，引导学生运用理论知识解决实际问题，这种教学模式的优势就在于能有效激发学生的创新思维，提升学生的自主学习能力和创新能力。 但是，不同的科研成果与课程教学的融合点不同， 适用的教学方法和具体教学模式也不尽相同。 科研成果进课堂的难点就在于，如何选取合适的科研成果，如何将科学研究的思路、方法有效融入课堂教学，引导学生将学习过程与研究过程融合起来， 真正达到激发创新思维、提升创新能力的目的。

2 基于水利创新人才培养的科研成果进课堂教学模式可行性分析

2.1 专业和课程情况

城市水利专业在传统水利工程知识基础上融入了现代水利和生态水利知识， 深度践行生态文明建设理念，有效对接“黄河生态保护和高质量发展”国家战略， 致力谱写以海绵城市建设和生态水利建设为主体的新时代城市治水新篇章。 学生毕业后既能从事传统水利工程建设工作， 也能开展现代生态水利工程建设工作，就业面向农业水利、城市水利等领域，涉及农业水利工程、城市水利工程、海绵城市工程、城镇供排水工程等设计及施工管理技术领域。

海绵城市工程设计与施工课程是高职城市水利专业的核心技能课程之一。 该课程在专业课程体系中起承前启后的衔接作用， 既对前置各门专业基础课程进行了系统的综合应用和相关的知识点、 技能点对接，同时也为后续课程的开展奠定基础、创造条件。 该课程主要培养学生掌握海绵城市建设关键技术和常见海绵设施建设的相关知识与技能； 使之能够解决海绵小区、城市道路、城市绿地或其他场景海绵设施类型选择、结构设计、参数计算、施工组织及维护管理等相关问题；会利用低影响开发、水敏感城市等雨水控制管理利用的先进理念解释和分析当前城市发展过程中面临的水资源、水环境、水生态、水灾害等问题； 会利用相关知识和技能解决简单的海绵城市雨水控制管理利用工程设施的规划、设计、施工、监理等问题；通过积极参与教学活动，培养学生的创新能力、团队协作能力和沟通交流表达能力等。

2.2 相关教学设计

所选科研成果应与专业人才培养目标、 课程教学目标高度契合。 低影响开发（Low Impact Development，LID） 是20 世纪90 年代末发展起来的暴雨管理和面源污染处理技术， 旨在通过分散的小规模的源头控制措施来达到对暴雨所产生的径流和污染的控制，使开发地区尽量接近于自然的水文循环，这与我国海绵城市建设理念十分相符。 将低影响开发的理念、技术措施、设计方法等融入海绵城市工程设计与施工课程教学中， 对于完成课程教学目标和专业人才培养目标有重要的促进作用。因此，可将低影响开发（LID）科研成果引入课堂教学，通过多角度融入，全方位提升育人效果。科研成果进课堂的可行性分析如图1 所示。

2.2.1 国内外研究前沿和行业发展动态进课堂，课程内容时讲时新

低影响开发（LID）的研究背景与专业人才培养目标及课程教学目标高度契合。 对国内外海绵城市建设领域研究前沿的详尽了解和行业发展动态的跟踪关注，是顺利开展低影响开发（LID）的基础。 可将低影响开发（LID）涉及的海绵城市建设领域的新理念、新技术、新方法、新材料、新政策、新标准等及时融入课程教学，保证教学内容时讲时新，引导学生关注行业发展动态、明晰课程及专业学习目标，助力学生制订更加科学合理的职业生涯发展规划和终身学习计划，同时提升社会责任感、专业认同感和自豪感。

2.2.2 项目研究成果进课堂， 助力学生掌握课程核心知识与技能

低影响开发（LID）的研究内容与海绵城市工程设计与施工课程的教学内容高度契合。 可将低影响开发（LID）的研究成果以实际工程案例的形式融入课程教学，采用案例教学法、任务驱动教学法等多种方法和途径，真正实现理论与实践相结合、教学与生产相结合、知识与能力相结合，助力学生掌握课程和专业的核心知识与技能。

2.2.3 项目研究方法进课堂，提升学生分析、解决问题的能力

低影响开发（LID）的研究方法、思路和技术路线等可作为学生解决海绵城市建设领域同类问题时的范式。 海绵城市工程设计与施工课程可实施项目化教学，低影响开发（LID）的“方法范式”可作为学生面对同类问题时举一反三的重要参考，“方法”是学生学习的核心内容，“方法教学” 是培养和提升学生发现问题、分析问题、解决问题能力的关键。

2.2.4 项目研究话题研讨进课堂， 激发学生的创新思维

低影响开发（LID）的研究过程是一场奇妙的探索之旅，在确定了起点（项目研究背景和基础）和终点（项目研究目标）后，有无数条“路径”可供选择，在确定“路径”和开展实施的过程中，我们会遇到无数种“可能”。基于这无数种“可能”，可在课程教学过程中发起话题讨论、头脑风暴、专题研究、创新项目等形式多样的教学活动，灵活选用合作学习教学法、讨论式教学法、探究式教学法、思维导图法、六顶思考帽、进阶提问、限时路演、启发式教学法、创新工作坊等方法和形式，激发学生的创新思维、系统思维，引导学生多角度审视、思考问题，培养和提升学生的创新能力、团队协作能力、交流表达能力，助力学生综合素养提升和全面发展。

2.2.5 劳动教育贯穿课堂内外，教学相长形成“师生学习共同体”

通过对已结项项目的成果推广和分析总结可以发现新的科研问题， 融合行业热点和研究前沿后可以确定新的研究方向。 课程教学团队教师对低影响开发（LID）的相关研究正在持续开展，而科研项目进展过程中会涉及大量的资料收集、情境调查、试验模型制作、试验数据采集整理、样品分析、数据统计、试验场日常维护等工作。工作内容与课程教学内容契合度高，可依托学生的课内外实践和创新创业活动， 吸纳大量学生参与其中。学生通过亲身参与科研项目，不仅启发了创新思维、获得了核心技能，还得到了劳动锻炼，培养了坚韧不拔的品格、科学严谨的态度和精益求精的精神。在科研项目进展过程中， 学生在教师引导下可积极发挥学习主体作用；教师在帮助学生解决疑问的过程中，也可积极完善研究思路、创新研究方法、提升教科研水平，教学相长，助力形成“师生学习共同体”。

3 基于水利创新人才培养的科研成果进课堂教学模式的实施

3.1 科研成果选择

根据所述课程的特点及其在专业课程体系和专业人才培养中的重要地位和作用， 将课程教学团队教师主持或参与的低影响开发（LID）科研成果引入课堂。 所选取的科研项目成果基本情况如下。

3.1.1 基于降落面差异的开封海绵城市雨水资源利用潜力及措施研究

该项目是河南省高等学校重点科研项目（项目编号为17A570007）， 针对当前开封市水资源利用现状和存在的瓶颈问题，采用基于降落面差异的方法，对开封市雨水资源利用的潜力进行计算分析， 以期为开封市海绵城市建设及雨水资源科学合理的利用提供坚实的数据基础和可行性技术支撑。 主要研究内容有：（1）针对开封市雨水资源可利用量计算问题， 利用基于降落面差异的分析方法，对不同降落面进行分析和汇总，确定计算公式和方法， 从而确定开封市雨水资源利用的潜力。 （2）针对雨水资源利用后能带来的收益问题，利用“扩散效益树”方法，确定开封市雨水资源利用的经济、生态和社会效益因子，利用转换法、益本比法、替代工程法等，量化计算开封市雨水资源的经济、生态环境和社会效益。（3）针对如何高效地利用雨水资源的问题，从补充地下水、涵养湿地和有效成为第三类水源等三个方向，基于雨水的资源功能性，对高效利用的技术手段（地下补水桩、小区集水系统）进行研究，并确定其基本形式和具体结构形式。

3.1.2 基于可替代污水处理技术的引黄灌区人工湿地构建关键技术研究

该项目为河南省高等学校重点科研项目（项目编号21B570003），围绕河南省面临的“四水问题”及引黄灌区存在的水资源、水环境、水生态、水安全等危机现实，从海绵城市建设视角出发，研究基于可替代污水处理技术的引黄灌区人工湿地构建关键技术。主要研究内容有：（1）在分析比对不同类型人工湿地优缺点及其运行有效性影响因子的基础上，从“四水同治”视角出发，在海绵城市建设理念指导下，设计复核人工湿地系统模型及试验方案。 （2）基于水流跟踪理念采集水样，采用动静结合的方式对化验结果进行对比分析，掌握不同填料组合、不同铺设形式、不同水流方向、不同水流路径、不同污水类型等试验模式下复合人工湿地系统模型的污水处理效果；依托从加拿大弗莱明学院可替代性污水处理研究中心（CAWT） 引进的人工湿地系统数据模型SubWet2.0对试验数据进行拟合，提出模型及试验方案修改完善建议。（3）结合引黄灌区“四水问题”，验证模型及试验方案的合理性、有效性，并给出有针对性的人工湿地系统构建关键技术方案，以便后期投入使用及推广。

3.2 教学模式的实施

就海绵城市工程设计与施工课程内容和所选取科研成果案例的特点而言， 科研成果进课堂的融合点在该课程的项目三“城市小区海绵设施设计”中。在这里，可采用“N＋1＋1”教学模式（如图2 所示）。

所采用“N＋1＋1”教学模式中，“N”是多个示范案例，采用举例的方式，教师示范设计，学生内化知识；“1” 是实际工程主项目， 即所选取的低影响开发（LID）科研成果项目，课中学生分组设计，教师辅助指导；“1”为创新设计辅助项目，课后学生自主设计，教师倾听、评价。 从第一层“输入-接受”，到第二层“内化-构建”，再到第三层“输出-创新”，“N＋1＋1”教学模式符合学生的认知规律和成长成才规律。

在“N”示范案例环节，依托丰富的课程资源和工程案例， 创设聚焦于城市内涝灾害、 海绵城市建设、新型技术发展等的讨论话题，凝练出“功成不必在我，功成必定有我”的思政教育主题，启发学生深入思考在碳达峰、 碳中和趋势下水利行业的责任与担当，激发学生的专业使命感和自豪感。 在“1”实际工程主项目环节，灵活选用进阶式提问、画龙点睛、循循善诱等教学方法， 注重强化对学生的工程伦理教育，引导学生在工程岗位上要以规范、标准和技术规程为准则，渗透“标准规范不离手、科学严谨记心头”的思政主题教育，着重提升“务实肯干、坚持不懈、精雕细琢”的工匠素养和职业精神。在“1”创新设计辅助项目环节，依托省级创客空间、省级工程技术中心等平台，学生小组合作完成创新设计任务，参与人工湿地试验等科研项目的生产劳动， 同时做好海绵校园示范工程环境维护和校外志愿活动， 借此培养劳动意识和创新精神，激扬“惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜”的思政教育主题。

通过低影响开发（LID）科研成果进课堂及“N＋1＋1”教学模式的实施，学生的创新思维得到有效激发，不仅积极参加了“发明杯”等创新创业大赛，获得2021年德国柏林国际数字化人才创新技能大赛总冠军等佳绩，而且部分学生还尝试申请了海绵城市新技术国家发明专利。 所设置的“可量化减碳小区”“海绵小区关键设施减碳对比”“零碳有我”等创新环节，也延伸了学生未来的创新发展之路，让学生在成长中坚定走中国特色的生态发展之路、文化自信之路。

4 结语

将科研成果融入课堂教学， 将科研与教学有机统一起来，是提升高校教学质量、提高创新人才培养质量的必经之路。但是，科研成果进课堂的探索是一项系统而长期的工作， 不仅需要教师有深厚的教学理论及实践基础， 还强调教师需要有较为开阔的学术视野，能够站在学科前沿，实时更新自己的科学知识，并基于教育教学原理，将科研成果转变为教育资源，融入日常课程教学，引导学生积极参与到科研项目中去。这样，不仅可以培养学生的科研能力和创新意识，而且还能增加师生互动，达到教学相长、共同进步的目的。