面向解決復雜工程問題的給排水科學與工程專業(yè)實踐教學改革與探索

汪彩文 張揚 湖南城市學院

我國給排水專業(yè)評估工作始于2004年開始實施，專業(yè)評估的主要目的是通過評價與監(jiān)督，促進專業(yè)教學質(zhì)量的提高，同時根據(jù)給排水行業(yè)發(fā)展指導專業(yè)人才培養(yǎng)。中國工程教育協(xié)會為對標《華盛頓協(xié)議》相關要求，制定了符合我國本科工程教育基本定位的《工程教育認證標準》，提出了支撐培養(yǎng)目標的12點畢業(yè)要求達成，重點提出了為解決復雜工程問題必須具備的知識、能力、素養(yǎng)要求，采用何種措施保證學生在學校經(jīng)歷復雜工程問題教育環(huán)境也一直是各工程教育認證專業(yè)所面臨的重點與難點，如何有效保證理論教學與實踐教學無縫對接，解決理論知識與工程實踐脫節(jié)的不足也是專業(yè)在教學改革中必須直面的問題。實踐教學承載著將科學基本原理創(chuàng)造性的運用于工程實踐的重要作用，如何通過科學有效的方法使學生獲得解決復雜工程問題能力在實踐教學活動中落實一直也是專業(yè)重點關注的熱點。

一、復雜工程問題的特征與內(nèi)涵

根據(jù)《工程教育認證標準》中定義的復雜工程問題[1]，工科專業(yè)面臨的復雜工程問題實質(zhì)是必須運用深入（而非淺顯）的工程原理分析、研究、模擬—設計、開發(fā)、解決工程技術在環(huán)境、社會、經(jīng)濟、文化、法律等多目標沖突條件下的工程問題的交流、溝通及最優(yōu)化方案的表達與表現(xiàn)。復雜工程問題強調(diào)的是問題的本質(zhì)，即所謂復雜工程問題應該是由工程引出的問題復雜，這個問題可以是技術層面、工程層面或者其他層面，不能用常規(guī)的方法或者套用某些方法解決問題，問題的解決過程中應該包含有創(chuàng)造性的、創(chuàng)新性的成果在內(nèi)。由此，解決復雜工程問題能力的關鍵核心是要求學生對所掌握的知識、技能能“學以致用”，能做到“知行統(tǒng)一”。這不僅要求學生對知識有十分熟練的掌握，更要求學生能夠運用科學原理完成多目標沖突或者多因素干擾下的工程實踐。

根據(jù)《高等學校給排水科學與工程專業(yè)評估認證標準》[2]有關畢業(yè)要求12點表述中有8條直接涵蓋了復雜工程問題達成要求，在“職業(yè)規(guī)范”“個人和團隊”“項目管理”“終身學習”4個畢業(yè)要求中雖沒有明確復雜工程問題達成要求，但根據(jù)復雜工程問題的界定，上述4條實際包含了有關解決復雜工程工程問題應具備的“素質(zhì)要求”能力達成，也即需要學生能夠在團隊協(xié)作、交流溝通、職業(yè)素養(yǎng)和多學科交叉融合中發(fā)揮專業(yè)人才的作用，能綜合考慮社會環(huán)境、文化、經(jīng)濟、社會效益、健康、安全、法律等因素，對復雜工程問題進行優(yōu)化解決[3，4]。能力達成不再只能關注于畢業(yè)生專業(yè)知識與技能方面會不會的問題，而應該是在社會環(huán)境、跨文化等約束條件下能不能做，在社會價值取向、道德約束層面可不可做，在社會效益、經(jīng)濟效益等值不值得做的綜合素質(zhì)與能力要求。

二、能力培養(yǎng)措施與手段

專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中秉持“以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力貫穿人才培養(yǎng)全過程”和“以學生能力培養(yǎng)為主線”，根據(jù)社會、行業(yè)需求將復雜工程問題實質(zhì)與表象細化，將培養(yǎng)目標制定的畢業(yè)要求變成可操作、能實施、好衡量的具體要求，并落實到各個教學環(huán)節(jié)，明確到各個教學內(nèi)容與目標。專業(yè)在實踐教學過程中，堅持把解決復雜工程問題作為教學的根本出發(fā)點和落腳點，貫徹“以學生為中心，以產(chǎn)出為導向”的教育理念，強化工程實踐能力培養(yǎng)，保證學生知識要求、能力要求、素質(zhì)要求的達成。

（一）聚焦社會需求，行業(yè)發(fā)展，推進校企深度合作

由于企業(yè)和工程院校都需要解決復雜場景下非技術因素與技術因素存在的沖突[5]，因此二者在人才解決復雜工程問題能力需求上具有相當?shù)囊恢滦?，同時在人才能力培養(yǎng)與人才能力需求上具有矛盾性和互補性。高等院校培養(yǎng)的畢業(yè)生應該具備能夠解運用所學知識解決技術因素與非技術因素沖突條件下的復雜工程問題的基本能力，以求適用企業(yè)生產(chǎn)實踐過程中的需求；同時，企業(yè)在長期實踐中得到的解決技術因素與非技術因素沖突中方法與經(jīng)驗，可以作為高等院校十分有價值的參考借鑒，用以完善工程教育的培養(yǎng)模式。

專業(yè)充分整合地區(qū)行業(yè)（企業(yè)）和學校的優(yōu)勢資源，建立“校內(nèi)+校外”協(xié)同育人“雙輪驅(qū)動”人才培養(yǎng)模式。著力促進學生能力“構(gòu)架”的完善和綜合素質(zhì)“豐度”的提高，突出“以學生為中心”工程實踐能力和創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識培養(yǎng)。專業(yè)與設計、施工、運營管理等多家單位建立了深度合作，不斷優(yōu)化化校企聯(lián)合培養(yǎng)人才方式、內(nèi)容。在實踐教學過程中實行“請進來、走出去”的策略，校內(nèi)實踐課程邀請行業(yè)（企業(yè)）專家參與實踐教學過程，對校內(nèi)實踐教學活動中的偏重技術設計，較少關注技術方案及非技術沖突因素場景設定等不足進行修正。校外實踐改變以往“以學生為主，以教師為輔”的任務與主體不明確的缺陷，強調(diào)校外實踐教學活動應以培養(yǎng)學生實踐工程能力為主，校內(nèi)外教師應主動參與到實習過程，校內(nèi)教師以提高工程實踐素養(yǎng)為目的，真正保證在實踐教學活動中學生、教師的參與度。既可以讓企業(yè)實踐經(jīng)驗用于指導專業(yè)實踐教學改革和提高教師實踐教學水平，又可以保證專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中提高社會需求與行業(yè)需求的契合度。

（二）深化“雙創(chuàng)”教育，強化實踐能力培養(yǎng)

復雜工程問題需要建立合適的、創(chuàng)造性的抽象模型，就需要學生能夠創(chuàng)造性的利用知識理解、構(gòu)建、處理抽象模型，能夠基于抽象模型進行工程實踐，創(chuàng)造性的利用知識而非套用知識解決實踐問題是實踐教學的最終目的。對于無法用常規(guī)方法完全解決或者在專業(yè)規(guī)范標準中沒有完全包含的因素，就需要綜合分析，通過借鑒、啟發(fā)、改造原有方法獲得新的解決方式，需要綜合工程原理、環(huán)境、社會、經(jīng)濟等多方面的因素統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)，創(chuàng)造性的考慮問題，從而在各方利益均衡中找到平衡點，既可以是方法創(chuàng)新又可以是原理創(chuàng)新。

依托校內(nèi)實踐、實驗和第二課堂，著力提升創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新精神。實驗課程增加了綜合性、設計性實驗比例，驗證性實驗通過虛擬仿真來完成基本理論的熟悉與掌握，綜合性、設計性實驗則以文獻查詢、小組討論、實驗分析、總結(jié)與改進等流程培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。充分利用校內(nèi)第二課堂的資源，積極開展校內(nèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，依托專業(yè)申報建設的省普通高等學校產(chǎn)學研合作示范基地和省村鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)安全保障工程技術研究中心2個平臺，以此設立部分開放實驗保證學生參與度，提高學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。以“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、“挑戰(zhàn)杯”“深水杯”等大學生系列課外學術科技競賽等校外第二課堂，不斷激發(fā)學生的創(chuàng)新靈感和創(chuàng)業(yè)意識，培養(yǎng)學生的“雙創(chuàng)”能力。

（三）優(yōu)化實踐教學內(nèi)容與層次，提升培養(yǎng)的有效性

實踐教學作為培養(yǎng)學生解決非技術性限制因素復雜工程問題重要教學的環(huán)節(jié)，必須承載著有關工程倫理、社會與經(jīng)濟效益、環(huán)境、文化、法律、安全等非技術性單一或多個問題，因此，實踐教學必須有合適的載體用以涵蓋此類問題，培養(yǎng)學生形成解決復雜工程問題的思維，凝練隱藏在復雜工程問題表象下的工程實質(zhì)，構(gòu)建復雜工程問題解決思路。實踐教學承擔的畢業(yè)要求達成應設計與之匹配的環(huán)境，實踐教學層次應體現(xiàn)由簡單到復雜，工程問題應由單一限制因素到多因素。良好的實踐教學內(nèi)容安排不但能保證實踐教學成果評價走出以“技術先進”作為唯一評價準則的誤區(qū)，同時也能讓學生在專業(yè)學習中獲得解決復雜工程問題能力的提高與培養(yǎng)。

對于專業(yè)課程類的課程設計，主要以鍛煉學生運用工程知識和專業(yè)知識解決工程設計等技術層面的能力，培養(yǎng)學生具有解決技術與非技術因素相沖突場景下的工程意識。根據(jù)一個完整的工程設計流程和《市政公用工程設計文件編制深度規(guī)定》，對于本科畢業(yè)生而言，畢業(yè)設計內(nèi)容不需要（不可能）編制項目建議書和可行性研究報告，但為保證學生分析問題和綜合運用工程知識解決技術層面的工程問題之外，還應設定有關與工程設計相沖突環(huán)境、經(jīng)濟等非技術限制因素，故對于設計任務的分析、討論與研究就包含了建設項目的必要性、設計所采用的標準、工程設計方案比較（論證）、經(jīng)濟分析等內(nèi)容。

設計成果不僅是學生對專業(yè)知識掌握熟練程度的體現(xiàn)和教師對學習成果與效果的檢驗，更是學生利用自身的工程知識表達設計意圖，與教師溝通交流，表現(xiàn)設計意圖重要的途徑，因此在專業(yè)的實踐教學過程中應通過工程實踐環(huán)境的還原與預演培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。

三、結(jié)語

本文對照工程教育認證標準有關復雜工程問題的表述，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標和對復雜工程問題在本專業(yè)層面的表象，提出了一些培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的方法與措施。通過推進校企深度合作、強化實踐能力培養(yǎng)、提升能力培養(yǎng)的有效性等手段和措施，聚焦了社會需求與行業(yè)發(fā)展，強化了實踐教學能力培養(yǎng)，提升了實踐教學有效性，有效的提高了學生解決復雜工程問題的能力。