程永光　蘇凱　吳云芳

[摘要]在建設(shè)“雙一流”和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的背景下，課題組以武漢大學(xué)水利水電工程專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的認識實習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、水利創(chuàng)新設(shè)計大賽為案例，對增進教學(xué)效果的指導(dǎo)思想、基本原則、實施措施、效果評估等進行介紹，探討了高素質(zhì)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的有效方式，指出在“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)、制度保障”思想指導(dǎo)下，將課內(nèi)實踐和課外實踐緊密結(jié)合，讓創(chuàng)新意識一脈貫通，是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要途徑。

[關(guān)鍵詞]水利水電工程;認識實習;課程設(shè)計;畢業(yè)設(shè)計;創(chuàng)新實踐

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）11-0014-04

武漢大學(xué)的“水利工程”學(xué)科是國內(nèi)辦學(xué)歷史最悠久的重點一級學(xué)科之一，目前正大張旗鼓地開展“雙一流”學(xué)科建設(shè)。水利水電工程專業(yè)是建設(shè)的主體，目標是培養(yǎng)“基礎(chǔ)厚、知識寬、能力強、素質(zhì)高，富有團結(jié)合作與鉆研創(chuàng)新精神及國際化視野，可從事水利水電工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理、科研工作的高級工程技術(shù)實踐和創(chuàng)新人才”[1]。為實現(xiàn)此目標，該專業(yè)近年來對實踐和創(chuàng)新兩方面加大改革力度，在認識實習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新實踐等方面均提出相應(yīng)舉措，取得了明顯效果。本文以該專業(yè)的認識實習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、水利創(chuàng)新設(shè)計大賽為案例，介紹改進教學(xué)效果的指導(dǎo)思想、基本原則、實施措施、效果評估等，以探討適應(yīng)“雙一流”建設(shè)要求的實踐課程教學(xué)理念和教學(xué)方法。

一、“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)、制度保障”的基本思想

“雙一流”建設(shè)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)是宏大的系統(tǒng)工程，本科教育質(zhì)量提升是其最重要的支撐。實踐訓(xùn)練是本科階段培養(yǎng)創(chuàng)新型、國際化人才不可忽視的環(huán)節(jié)。實踐環(huán)節(jié)中，除了培養(yǎng)方案中以課程形式安排的實踐教學(xué)外，課外的實踐活動也是重要的組成部分[2]。課程實踐和課外實踐應(yīng)緊密結(jié)合、相輔相成、相互促進。實踐訓(xùn)練的目標是創(chuàng)新意識養(yǎng)成和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，故在各項活動中須將創(chuàng)新理念一脈貫通。在實踐活動組織中，既要充分調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮他們創(chuàng)新創(chuàng)造的主體性，又要發(fā)揮教師的主導(dǎo)性，重視指導(dǎo)工作的高遠性、啟發(fā)性、持續(xù)性，兩方面都十分關(guān)鍵。而管理制度的規(guī)范化、科學(xué)化、嚴密化也是實踐效果的重要保障。多年來，遵循“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)、制度保障”的基本思想，武漢大學(xué)水利水電工程專業(yè)的課內(nèi)課外創(chuàng)新實踐均取得了明顯成效。

二、認識實習——強化“疑問牽引、自主學(xué)習”

認識實習是本科生認識自己專業(yè)的實習，是引導(dǎo)學(xué)生從“門外人”變?yōu)椤伴T內(nèi)人”、跨入專業(yè)的起步環(huán)節(jié)[3-4]，很多學(xué)校將其安排在第4學(xué)期后期或第5學(xué)期，此時基礎(chǔ)課已結(jié)束，專業(yè)課即將開始。我校每年均由6名教師帶隊，組織6個班近200名本專業(yè)學(xué)生赴三峽、葛洲壩、隔河巖、水布埡等著名的水利樞紐工程進行為期1周的現(xiàn)場認識實習。以往，實習活動由教師講授、專家講座、現(xiàn)場參觀、撰寫實習報告等環(huán)節(jié)組成，整個過程缺乏有針對性的動員和嚴格的總結(jié)，且學(xué)生學(xué)習處于被動跟隨狀態(tài)，因而真正深刻認識和理解專業(yè)的學(xué)生不多，實習報告中記流水賬和寫旅游感想的不少。

為了激發(fā)學(xué)生主動認識專業(yè)、熱愛專業(yè)、研究專業(yè)的熱情，我們根據(jù)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的原則，提出“疑問牽引、自主學(xué)習”的理念，推行“出發(fā)演講，預(yù)告問題，激發(fā)疑問，促進思考;開卷考試，以考促學(xué)”方式，在認識實習前增加動員環(huán)節(jié)，在認識實習后增加考試總結(jié)環(huán)節(jié)。動員會上邀請經(jīng)驗豐富的教授做題為“你準備好了嗎？”的熱情洋溢的演講，從美麗的實習地、合理的行程安排引出關(guān)于水電開發(fā)原理、建設(shè)成就、發(fā)展前景、爭論焦點、國家戰(zhàn)略需求、工程特殊性、關(guān)鍵技術(shù)等方面的數(shù)十個開放性、啟發(fā)性的問題，要求學(xué)生在實習中尋找答案，并預(yù)告這些問題與回校后的考試密切相關(guān)。這種動員激發(fā)了學(xué)生回答這些專業(yè)基本問題、熱點問題的強烈愿望和對實習的向往，他們開始積極主動地思考和查閱文獻，并在教師講授、專家講座、現(xiàn)場參觀中頻繁提問和求證?；匦：蟮目荚嚥扇　按箢}量、開放靈活題型、無標準答案、不固定滿分題數(shù)、開卷考試”形式，讓學(xué)生在數(shù)十個題目中選擇自己認識深刻的開展論述，表達自己的獨立見解?！安还潭M分題數(shù)”驅(qū)使學(xué)生在給定的時間內(nèi)全力以赴回答更多問題，拉開了差距，消除了少題量形式難以區(qū)分學(xué)生潛力的缺點。

這種“激發(fā)好奇心、調(diào)動主動性、發(fā)揮主體性”的思路抓準了學(xué)習的“驅(qū)動力”，發(fā)揮了學(xué)生的“自主性”，真正起到幫助學(xué)生“認識專業(yè)”的目的。雖然缺乏量化數(shù)據(jù)，但五年來，學(xué)生對該課的評教分數(shù)均在95分以上，實習課教師從學(xué)生的實習表現(xiàn)和考試卷面上，以及專業(yè)課教師在后續(xù)專業(yè)課上，均發(fā)現(xiàn)學(xué)生對專業(yè)的熱愛和了解程度顯著提高。

三、課程設(shè)計——強調(diào)“設(shè)計意識、空間概念”

以水利水電工程專業(yè)主干課程水電站的配套實踐環(huán)節(jié)——水電站課程設(shè)計展開討論。水電站課程設(shè)計是鞏固和深化對水電站課程內(nèi)容的理解，應(yīng)用相關(guān)理論、方法、技術(shù)來分析與解決問題的重要實踐環(huán)節(jié)，重點是訓(xùn)練學(xué)生對水電站的功能與空間進行設(shè)計和表達的能力[3]。我校將該環(huán)節(jié)安排在第6學(xué)期水電站課程結(jié)束后，以“某水電站地面廠房設(shè)計”為題進行為期1.5周的設(shè)計實踐。以往教學(xué)組織包括任務(wù)布置、日常指導(dǎo)、成果批改等環(huán)節(jié)，但由于不少學(xué)生缺乏“設(shè)計意識”和“空間想象力”，在確定廠房高程和尺寸時主要依靠教師提供的經(jīng)驗數(shù)字進行加減，在設(shè)備的布置上往往難以滿足安裝和檢修要求，且繪圖表達錯誤較多。

為了改變這種將“設(shè)計”等同于“繪圖”，將“布置”等同于“計算”的錯誤，我們對“任務(wù)布置”環(huán)節(jié)進行改革，并增加了“電站模型參觀”“成果問題排查”環(huán)節(jié)。在“任務(wù)布置”中特別強調(diào)“空間設(shè)計”思想，明確討論“設(shè)計與繪圖，布置與計算”的辯證關(guān)系，舉例給出水、機、電、輔助系統(tǒng)布置的基本原則和常見形式，特別要求學(xué)生提交手繪圖紙以杜絕CAD圖拷貝問題。任務(wù)布置后即進行“電站模型參觀”，帶領(lǐng)學(xué)生仔細觀看和親手撫摸模型，建立空間概念和熟悉布置要求。在成果提交前的“成果問題排查”要求學(xué)生按照老師提供的“水電站課程設(shè)計中40個常犯錯誤”表，逐條進行錯誤排查和修改，以消除設(shè)計內(nèi)容和成果格式等方面的常規(guī)錯誤。

通過“強調(diào)空間設(shè)計、組織模型參觀、排查成果問題、要求手繪圖紙”等措施，以及進～步加強的設(shè)計指導(dǎo)環(huán)節(jié)，使學(xué)生確實經(jīng)歷設(shè)計思想、設(shè)計步驟、設(shè)計方法、設(shè)計細節(jié)的訓(xùn)練，體會到精益求精的做事態(tài)度。五年來，水電站課程設(shè)計成果的質(zhì)量明顯提高，在評價標準未變的條件下，學(xué)生成績得A的數(shù)量大幅增多，得C的明顯減少，評教成績均在90分以上。

四、畢業(yè)設(shè)計——“優(yōu)化選題、因材施教、過程控制”

畢業(yè)設(shè)計是綜合應(yīng)用大學(xué)所掌握的知識和鍛煉能力，針對具體技術(shù)問題進行設(shè)計或研究，促進認識升華、能力提高、技術(shù)更新的實踐環(huán)節(jié)，是教學(xué)、科研、工程實踐相融合的過程[5-6]。近年來，本專業(yè)面臨的形勢有所變化：（1）國內(nèi)大型水電建設(shè)高潮退去，非洲、拉美、東南亞和一帶一路沿線國家水電建設(shè)需求增大，學(xué)生畢業(yè)后從事國際工程設(shè)計、施工、管理的人數(shù)增多;（2）抽水蓄能、風能、海洋能發(fā)電形式快速崛起，人才需求量增長;（3）有半數(shù)以上畢業(yè)生選擇進入研究生階段深造;（4）工程設(shè)計技術(shù)不斷革新，三維協(xié)同設(shè)計、建筑信息模型系統(tǒng)（BIM）、有限元分析（FEM）、計算流體動力學(xué)（CFD）快速普及。

為了適應(yīng)新情況新需求，我校水利水電專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計進行了改革，在選題、指導(dǎo)、進度控制、答辯等方面均提出新舉措。選題上，加大研究論文型、新趨勢型題目比例，適當壓縮常規(guī)設(shè)計型比例;強調(diào)實踐性、新穎性、科學(xué)性并重;要求每人一題，互不重復(fù)且每年更新;鼓勵因材施教，根據(jù)學(xué)生特點和發(fā)展去向擬定題目。近年有代表性的題目有：兩葉片風力機尾流特性研究、螺旋葉潮流能水輪機工作特性數(shù)值模擬研究、基于內(nèi)特性及數(shù)理分析的水泵水輪機全特性曲線研究、地下廠房監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用、水電站地面廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震分析、抽水蓄能電站廠房三維空間設(shè)計及虛擬現(xiàn)實顯示、基于CATIA三維數(shù)字水電站地下廠房設(shè)計、基于C.NET的貼邊鋼岔管輔助設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用、基于ANSYS的任意截面的內(nèi)力圖形的處理及界面開發(fā)、基于IB -LB耦合算法的貫流式水輪機三維水錘計算、燈泡式水輪機過渡過程三維數(shù)值模擬、基于頻率特征的混凝土重力壩損傷識別方法、考慮土體空間變異性的土坡穩(wěn)定系統(tǒng)可靠度分析、礦渣一硅酸鹽水泥膠凝體系的強度與水化特性、白鶴灘水電站右岸壩基及邊坡水文地質(zhì)條件評價與滲流場分析、松濤水利樞紐初期導(dǎo)流方案風險決策研究、大崗山高拱壩施工期溫度仿真數(shù)值分析。

指導(dǎo)上，推行師生自由互選，每位導(dǎo)師指導(dǎo)的學(xué)生數(shù)與其提供題目的吸引力相關(guān)，限制每位教師指導(dǎo)學(xué)生數(shù)最多不超過5位;要求師生每周討論工作進展2次;做好周記表格填報;鼓勵教師將學(xué)生安排在“研究生辦公室”甚至“教授辦公室”。進度控制上，通過“開題報告、中期檢查、預(yù)答辯”來加強督促控制，這些環(huán)節(jié)均組織報告會，填寫書面報告和表格，由三位以上指導(dǎo)教師組成的委員會進行評判，給出的成績占畢業(yè)設(shè)計總成績的30%。在答辯環(huán)節(jié)，專家評閱占21%，指導(dǎo)教師評閱占21%，答辯委員會評分占28%。答辯委員會由教授、副教授組成，每位同學(xué)上臺演講10分鐘，回答問題10分鐘。

通過“合理選題、因材施教、過程控制、精心指導(dǎo)、全面計分”的耦合作用，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計成果的創(chuàng)新性、科學(xué)性、規(guī)范性明顯提高。2012至2017年的6年中，共222位學(xué)生參加水電站方向的畢業(yè)設(shè)計，成果申報并獲批“湖北省優(yōu)秀學(xué)士論文”的11項，隨后整理成學(xué)術(shù)論文正式發(fā)表的30余篇（多位學(xué)生的論文在國際權(quán)威雜志上發(fā)表），成果獲“湖北省優(yōu)秀學(xué)士論文”的比例達4.95%，明顯高于全院的3.3%和全校的2.8%。其中成績最為突出的是程永光教授，5年來指導(dǎo)23個畢業(yè)設(shè)計論文，通過創(chuàng)新性選題和精心指導(dǎo)，學(xué)生成績獲“優(yōu)”的15位，比例達65%，成果獲“湖北省優(yōu)秀學(xué)士論文”4項，相關(guān)研究內(nèi)容已發(fā)表論文9篇，其中“Construction of pump-turbinecharacteristics at an，y spec/f/c speed by domain，-partitionedtransformation”“Three - dimen，sional prediction， of reservoirwater temperature by the lattice Boltzmann method： valida-tion”“3D CFD simulation of the runaway proce.ss ofo Pel-ton， turbine”“l(fā)lydraulic characteristics ofo siphon，- shapedoverjlow tower in a long water conveyan，ce sy.stem： CFD simu-lation and analysis"等被國際SCI期刊發(fā)表。

五、創(chuàng)新實踐——“突出創(chuàng)新、廣泛動員、優(yōu)中選優(yōu)”

積極發(fā)動和指導(dǎo)學(xué)生參加課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑[6-7]，我院將參加“國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”“全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽”作為水利水電工程專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的重要組成部分，投入巨大力量進行組織，取得明顯成效。2009年以來，中國水利教育協(xié)會和教育部高等學(xué)校水利類教學(xué)指導(dǎo)委員會共舉辦6屆“全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽”，有1043支隊伍參賽，參賽高校數(shù)最多時達90所（圖1）。武漢大學(xué)水利水電學(xué)院共派出23支隊伍代表武漢大學(xué)參賽，獲得16個特等獎、5個一等獎、2個二等獎的突出成績，其中特等獎?wù)既珖?23個特等獎的17%，我校獲特等獎的比例達70%，遠大于平均比例11.8%，是全國參賽高校之冠（圖2）。武漢大學(xué)這23支參賽隊中，水利水電工程專業(yè)學(xué)生占主體，指導(dǎo)教師均來自水利水電學(xué)院。能取得如此突出的成績，與學(xué)院制訂的“發(fā)動全院學(xué)生參加水利創(chuàng)新實踐，進行多輪預(yù)賽嚴格競爭和反復(fù)錘煉隊伍，精選并優(yōu)化配置指導(dǎo)教師和隊員，加強創(chuàng)新思維、理論和技術(shù)培訓(xùn)”的方針密切相關(guān)。以2011年“第二屆全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽”為例，學(xué)院于2010年下半年即與華中科技大學(xué)水電與數(shù)字化學(xué)院共同主辦“同城水電創(chuàng)新設(shè)計大賽”，進行創(chuàng)新設(shè)計熱身;2011年上半年，開始學(xué)院內(nèi)的動員、組隊和多輪初賽，通過4輪比賽，最初55支隊伍通過激烈競爭依次精選到20、10、7、5支隊伍;脫穎而出的5支隊伍又進行重新模型制作和多次答辯預(yù)演，才最終代表學(xué)校參加全國比賽。在強手如云的賽場上，我校隊員才華爆發(fā)，以絕對優(yōu)勢斬獲3個特等獎、2個一等獎。該項活動動員了全校200余位學(xué)生和20余位老師參加，在學(xué)院形成了濃郁的創(chuàng)新實踐氣氛，鍛煉了一大批優(yōu)秀大學(xué)生的創(chuàng)新意識和分析問題解決問題能力。

在組織過程中，動員、組隊、指導(dǎo)等環(huán)節(jié)均十分關(guān)鍵。動員會上，特別邀請經(jīng)驗豐富的教授進行演講，有力宣傳了創(chuàng)新設(shè)計與國家發(fā)展和同學(xué)們成長成才的關(guān)系，啟發(fā)了學(xué)生參加創(chuàng)新訓(xùn)練的積極性，分析了本次比賽的主題和歷屆比賽的特點，傳授了管用的創(chuàng)新原則和技巧。例如，程永光教授曾指導(dǎo)5個隊參加4屆比賽，全部獲得特等獎，他總結(jié)出的獲獎作品必備特點“創(chuàng)新性、重要性、科學(xué)性、可實現(xiàn)性、技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性”對指導(dǎo)學(xué)生取得好成績發(fā)揮了重要作用。組隊方面，允許在院內(nèi)初賽階段重新調(diào)整隊員和指導(dǎo)教師，能使隊伍成員優(yōu)勢互補，達到最佳配置，保證在組織協(xié)調(diào)、模型制作、文稿撰寫、演講表達、對外聯(lián)絡(luò)等各方面都有最合適的人員來負責。在指導(dǎo)上，教師既充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，又及時糾正他們前進的方向，還掌握隊員的情緒波動，及時鼓勵他們戰(zhàn)勝困難。經(jīng)過大賽錘煉的學(xué)生，不僅創(chuàng)新意識強、意志品質(zhì)好，而且做事有方法和策略，這是他們在今后道路上取得更大成績的基礎(chǔ)。

作品要獲獎，創(chuàng)新選題最為關(guān)鍵。選題既要靠學(xué)生自主地廣泛查閱資料和開展頭腦風暴，也需要指導(dǎo)教師的合理點撥和指引。近幾屆我校特等獎作品的創(chuàng)新性突出，如“生態(tài)水力綜合除螺裝置”利用水流動能/勢能相互轉(zhuǎn)換原理來去除水中釘螺;“超聲波直立斜管（板）沉淀池”用超聲波振動來啟動沉砂池表面污泥;“霧化水汽處理廢氣PM2.5自動控制裝置”用自動控制的霧化水幕來去除空氣中的PM2.5;“基于全自動機械表原理的波浪能發(fā)電裝置”引進全自動機械表原理實現(xiàn)多自由度運動的能量利用;“太陽能高效吸附式空氣取水裝置”利用太陽能驅(qū)動的冷凝吸附裝置在旱區(qū)取水;“螺旋板動靜旋流水沙分離裝置”用彎道水流離心力來分離水和沙;“槳板浮船模塊化潮/河流能發(fā)電裝置”利用水流與浮船的相對直線運動來做功高效發(fā)電;“減速坎聯(lián)動的儲一曝氣增氧裝置”利用汽車碾壓減速坎的能量來為水體曝氣。這些標題、內(nèi)容、創(chuàng)新性、實物制作、錄像都是由不計其數(shù)的討論、修改、嘗試、失敗、再嘗試、再修改凝練和升華而得。

總結(jié)經(jīng)驗，除了創(chuàng)新選題、精益求精等基本要素外，“廣泛動員、反復(fù)競爭、優(yōu)中選優(yōu)”的選拔過程，“強將配精兵、高人勤指點”的有力組織，是取得創(chuàng)新實踐突出成績的重要保證。

六、結(jié)語

課內(nèi)實踐和課外實踐緊密結(jié)合是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要途徑。武漢大學(xué)水利水電工程專業(yè)大學(xué)生實踐教學(xué)改革的嘗試表明，在“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)、制度保障”的思想指導(dǎo)下，將創(chuàng)新意識一脈貫通于各個環(huán)節(jié)，通過找準驅(qū)動力、精心指導(dǎo)、嚴格管理就能取得認識實習和課程設(shè)計效果的明顯改善，而通過創(chuàng)新選題、強化指導(dǎo)、優(yōu)化步驟就能取得畢業(yè)設(shè)計和課外創(chuàng)新實踐的突出成績。

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[責任編輯：鐘嵐]