探索新时代卓越工程师培养模式下课堂创新途径

摘 要：加快培养大批卓越工程师，是应对当前工程技术发展迫切需求的重要举措，是国家实现高质量发展的重要支撑，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略部署。在此背景下，以给排水专业必修课程“水工艺仪表与控制”为例，探索了新时代卓越工程师培养模式下课堂创新思路与途径。

关键词：卓越工程师；水工艺仪表与控制；课堂创新；教学成果

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2024）11-0068-03

当前科技革命正推动产业变革，传统工业正加速向绿色、高效、智能化和信息化转型。卓越工程人才是深入推进新型工业化、加快形成新质生产力的重要战略资源，因此如何培育适应新时代特征的卓越工程师，已成为全球高等教育的重要议题。近年来，我国加快了新时代卓越工程师的培养步伐。2018年9月，教育部联合工信部与中国工程院发布了《关于加快建设发展新

工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》，明确了新时代卓越工程培养模式的改革任务和重点举措[1]。党的二十大报告更是将“卓越工程师”列为国家战略人才力量的重要组成部分，并提出了对卓越工程师队伍的几点具体要求：政治素质过硬、业务能力突出、具备技术创新能力、能够解决复杂工程问题[2]。值得一提的是，2024年1月，党中央、国务院决定首次设立并颁发国家卓越工程师奖，凸显了国家对工程师队伍的重视[3]。高校作为卓越工程师培养的主阵地，应发挥教育引领作用，积极探索并实践卓越工程师培养的有效路径。 在高校理工类学科中，给排水科学与工程是一门直接关系城市居民的公共卫生、生态环境的安全及生活质量的专业。培养具备卓越技术能力和专业素养的给排水工程师，对于确保给排水系统设计合理性、设备运行高效性和维护及时性具有重要意义。而“水工艺仪表与控制”作为给排水科学与工程专业的核心课程，与工程实践紧密相连，是达成专业培养目标的关键环节。基于此，教学团队以该课程为切入点，以培育“知原理、懂操作、善运用、活思维”的新时代卓越工程师为教学目标，分析当前学情，总结现状问题，探索新时代卓越工程师培养模式下的课堂创新途径，为给排水工程领域卓越工程师的培养提供了参考。

一、现状学情与痛点问题分析 为实现课程教学目标，同时解决人才培养和社会需求的结构性矛盾，下文首先分析了课内学情及社会对给排水专业卓越工程师素质的需求，总结了本课程现阶段亟须解决的痛点问题。

（一）课内学情分析

1.从学生起点状态分析 虽然学生在学习本门课程前已经完成了大部分专业必修课的学习，但由于这些课程分散在不同学期，学生未形成一个完整的知识体系，这种知识体系的缺失导致学生在学习本门课的部分知识点时出现了理解性障碍。当学生面对一个综合性的工程案例时，难以从全局出发找到解决问题的最佳方案。另外，学生习惯性地将获得知识的途径限于书本，缺乏多元化的学习资源，使得他们的视野和知识广度受到限制。

2.从学生潜在状态分析 由于本课程设置在大四学年，这一阶段的学生往往面临着就业、升学等多重压力，因此很多学生以不挂科为终极目标，学习兴趣不足，只重视考试结果，不仅轻视知识理解，更轻视对自身实践能力的培养。另外，在当下对卓越工程师迫切的需求下，教育者往往将更多的注意力放到专业素养与技能培养上，这种倾向容易导致忽视思政教育，使得课程思政出现了“硬融入”“表面化”的现象，学生也陷入了“被动式”思政的状态，从而削弱了思政教育的深度和广度，影响了专业教育与思政教育的有效结合，使得两者的协同效应无法得到充分发挥。

（二）社会对给排水专业卓越工程师的素质需求 为了调查社会对给排水专业卓越工程师素质的需求，教学团队设计了调查问卷，共收集了37位给排水领域卓越工程师的反馈。这些工程师包括高级工程师、总工程师和总经理等职位，均具备深厚的专业素养。经分析，86.49%的受访者强调，在人才培养中应重视跨学科思维，以适应给排水工程与现代科技融合的趋势；同样比例的受访者认为，实习实践对学生至关重要，有助于其将理论知识应用于实际工作；超过65%的受访者认为，沟通与团队合作、创新与问题解决能力比学历更重要，这些能力能帮助学生更好地应对工程挑战。可见，社会对给排水专业人才的需求更倾向于跨学科思维、实践能力、创新及团队协作能力。因此，在培养过程中应全面提升学生的综合素质，以助力学生卓越的职业发展。 （三）亟须解决的痛点问题 结合上述分析，针对“水工艺仪表与控制”这门课，教学团队总结出四大亟须解决的痛点问题：痛点一，思政融入“硬”，如何提高学生的主动参与度，把卓越工程师价值观培育和塑造“基因式”地融入本门课？痛点二，躬行实践“怠”，如何改革本门课的教学内容与方式，满足给排水卓越工程师实践需求，让人才培养与国家需要、社会需求之间不脱节？痛点三，融会贯通“差”，学生如何能将所学的知识整合，构建知识体系，灵活地解决实际工程问题？痛点四：交叉融合“少”，如何拓展知识获得途径，不将学生思维、能力的提高限制于课本内？

二、探索课堂创新思路 为解决以上痛点问题，教学团队围绕“水工艺仪表与控制”这门课，形成了新时代卓越工程师培养模式下 “三结合、四务实、五思维、六融合”的课堂创新思路，如图1所示。

（一）“三”结合 与“被动式”思政教育不同，教学团队注重提升学生的参与度，引导学生“自主式”思政，进而解决思政元素融入生硬这一痛点问题，这主要体现在“三结合”上。具体方式为：第一，在教学内容上以激发学生兴趣为主，注重时效性与系统性相结合。例如，在讲解生物检测技术时，紧跟时事地讲解了有关病毒抗体的检测机理，又系统性地讲解了抗体检测发现史及亟待解决的问题，通过生活让学生对时事及最新技术的发展有更加切身的体会，提高学生的认知能力和思辨能力。第二，在教学方法上采用专题式与跟进式相结合的方式融入思政元素，如团队设置了亚运会专题，讲解了“无废亚运”中杭州奥体中心游泳馆是如何进行水质净化的，并跟进了其他与水工艺仪表与控制相关的低碳节能技术，如循环水泵变频处理工艺是如何降低能耗的，酸碱液和次氯酸钠溶液是如何实现自动精密投加的。整个跟进过程，由学生自主完成，再由同学参与打分，学期末分最高的两位学生可以获得进实验室与研究生师兄、师姐一起做实验的体验权。第三，在教学形式上分享型与互动型相结合，教师发现学生感兴趣的是教师自身经历，因此团队会邀请业界名师现身课堂。比如，讲到流动电流检测技术时，教学团队就邀请了检测技术研发团队的核心成员，分享研发经历。同时，课上教师会抛砖引玉，然后安排学生搜集相关思政资料，让其课上给其他同学汇报，以形成互动交流。

（二）“四”务实 为了解决课堂重理论、轻实践这一痛点问题，教学团队要坚持做到“四务实”。第一，实学。翻阅课本不难发现，针对每一个检测仪表的讲解，都会配一个原理图，虽然原理清晰明了，但学生在工作中看到仪表实物却不认识，未建立原理图与实物的对应联系。因此，教学团队会尽可能地将便携仪表实物带到课堂或找到仪表实操视频、图片，将仪表实体与原理图一一对应地讲解给学生，让其真正地“知原理、懂操作”，做到实学。第二，实验。团队在讲解氨氮测量时，会给予课上表现优异的学生动手实操的资格。这种实验不用酸碱溶液，相对安全，测量过程中有颜色变化，实验操作是否规范通过标准曲线即刻便可呈现结果，学生兴趣较高。有学生反馈，他本不喜欢给排水专业，但实验后感叹原来还可以做这些有意义、有意思的工作。第三，实习。每年开课前学生都会去净水厂、污水厂进行长达一个星期的认知实习，借此机会，教学团队的教师会特别注意让学生关注各种构筑物的自动控制原理、过程及仪表实物，教学团队也会帮助学生联系一些企业实习岗位，让学生亲身参与实际工程。第四，实练。近年来，虚拟仿真成为高等教育领域备受瞩目的教学工具，在传统的课堂教学中，学生很难感受参数之间“牵一发而动全身”的关系，但虚拟仿真能让学生身临其境地去完成曝气量、投药量、污泥回流比等各项参数的控制，并调动之前所学的很多水处理的理论知识。教学团队鼓励并带领学生积极参加含有虚拟仿真比赛环节的市政环境类实践大赛，通过实际演练让学生体会“善运用”的重要性。

（三）“五”思维 思维活跃不仅能提升个人解决问题的能力和创新能力，还能促进团队协作和工程项目的顺利进行，对学生的职业发展也有重要影响。结合学生实际情况，教学团队提出要着重提升学生的“五个思维”。第一，系统思维。主要目的是帮助学生系统地构建知识体系，提升灵活运用的能力。比如，讲混凝与混凝控制时，教学团队会先回顾物理化学中讲到的胶体性质、无机化学中的吸附电中和，引出水处理中的絮凝混凝原理和影响因素，最后引出自动化控制专业中的控制问题，就此建立多门课程的系统联系。第二，批判思维。课上教师会“无意”地犯些错误，“故意”地提醒学生，希望学生能主动纠错，而不是一味地认同教师所有的话，我们不要听话的学生，希望培养的是有扎实学识、有辩证思维能力的卓越工程师。第三，法治思维。这是未来学生走到工作岗位，确保工程项目合规、保护公共利益的重要保障，因此尤为重要。以前选修过法律、伦理相关课程的学生可以给其他学生普及一些相关知识，同时让汇报的学生及时体会不同课程之间融会贯通的快乐。第四，底线思维。引入水厂运行实际案例，使学生意识到在设计、规划、施工、管理给排水系统时可能出现的最不利情况，并采取相应的措施来应对这些情况。第五，创新思维。每章课程结束的时候，会留出5～10分钟的时间，让学生去天马行空地复盘这章所学的知识还可以在哪里有所创新，教师不去论断每个想法的可行性，更多地是让学生畅所欲言，并且鼓励其他学生去反驳上一个学生的创新点，在来回的讨论中，活跃学生的创新思维。

（四）“ 六”融合 除了关注学生的能力锻炼外，交叉融合是推动创新和发展的重要途径之一[4]。通过加强交流、培养跨学科人才、创新研究方法和鼓励跨界思维等方式，可以促进交叉融合的实现和发展[5]。因此，教学团队提出重点促进“六融合”，作为教学配角的教师尽可能地为主角也就是学生搭建平台，并作出如下尝试。第一，科教融合。课上，主讲教师对我国自然等纵向研究课题做简略提及，鼓励感兴趣的学生积极参与到以此项目为依托的大创项目中。第二，学科融合。在教学内容的安排上，教师会结合自身研究工作内容，融合物理化学、城乡规划、自动控制等多方面知识。第三，产教融合。教师带领学生参与实际的横向课题，让学生切身感知市场需求，将书本知识与实际生产相融合。第四，校政融合。课上，教师将调研、解决地方环保问题的案例分享给学生。比如，讲浊度测定的时候，教师会分享调研某地黑臭水体的经验，典型的实际案例告诉学生除了有味道的臭水沟外，单纯浊度的升高也是黑臭水体划定的主要依据。第五，理实融合。教师要不断地用理论知识武装自己，积极申请教改课题，围绕教学开展研究。除此之外，教学团队还要真刀真枪地去检验自己的教学理念，积极参与各项教学比赛。第六，人文融合。教师尝试将人文学科的内容和视角融入本门课的教学中。比如，在学习通中分享与水资源、环境保护相关的文学作品、纪录片、新闻报道等，通过这些材料，激发学生对社会问题的关注，培养他们的批判性思维和人文素养。 三、实践教学成果与结论 在师生共同努力下，围绕“水工艺仪表与控制”这门课，教学团队不到两年就取得了一些成绩，学生能力也得到切实提升。以学生提供的实验记录表为例，他们做的是氨氮检测实验，标曲相关系数能达到0.9997，相对平均偏差能达到0.77%，更难能可贵的是，当笔者有一个数字写错的时候，学生问我，“老师，是不是记录表不能更改？那我重新再写一遍吧！”让我们真的看到了一个来自未来卓越工程师的严谨。学生到企业实习也得到了企业工程师的好评及认可，并在各项赛事中屡创佳绩。在市政环境类创新比赛中，参赛的三人均获东北地区三等奖以上奖项，在“深水杯”全国大学生给排水科技创新大赛中获得了二等奖和最具推广奖，学生表示在比赛中收获的不仅仅是奖项，更多的是能力的提升。

在新时代背景下，随着科技的飞速发展和产业结构的不断升级，对于卓越工程师的需求日益凸显。传统的工程教育模式面临着巨大的挑战，因此培养模式的创新变得尤为重要，而课堂作为人才培养的重要阵地，其创新思路和途径的探索具有不可忽视的价值。本文以“水工艺仪表与控制”这门课为例，深入剖析了现阶段教学痛点问题，提出了具体的课堂创新思路与途径，引入了新的教学理念和方法，主张学生在实践中学习，在探究中成长，从而更好地掌握知识和技能，提高解决问题的能力。教有佳境无止境，探索卓越工程师培养模式的路道阻且长，教师需要不断探索和实践，为培养更多具备高度工程实践能力与创新精神的卓越工程师贡献力量。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.教育部 工业和信息化部 中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见 [EB/OL].（2018-10-08）[2024-07-09].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/201810/t20181017_351890.html.

[2] 杨仁树.心怀“国之大者”培育卓越人才[J].人才资源开发，2023（9）.

[3] 中华人民共和国中央人民政府.中共中央 国务院关于表彰国家卓越工程师和国家卓越工程师团队的决定[EB/OL]. （2024-01-19）[2024-07-11].https：//www.gov.cn/zhengce/202401/content_6927128.htm.

[4] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）.

[5] 张维.基于学科交叉融合的本科拔尖创新人才培养[J].创新创业理论研究与实践，2021（23）.