摘 要:加快培養(yǎng)大批卓越工程師,是應(yīng)對(duì)當(dāng)前工程技術(shù)發(fā)展迫切需求的重要舉措,是國(guó)家實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐,是以習(xí)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(shí)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(xué)成果
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-4107(2024)11-0068-03
當(dāng)前科技革命正推動(dòng)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(jìn)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(shí)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(lái),我國(guó)加快了新時(shí)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(guó)工程院發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新
工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》,明確了新時(shí)代卓越工程培養(yǎng)模式的改革任務(wù)和重點(diǎn)舉措[1]。黨的二十大報(bào)告更是將“卓越工程師”列為國(guó)家戰(zhàn)略人才力量的重要組成部分,并提出了對(duì)卓越工程師隊(duì)伍的幾點(diǎn)具體要求:政治素質(zhì)過(guò)硬、業(yè)務(wù)能力突出、具備技術(shù)創(chuàng)新能力、能夠解決復(fù)雜工程問(wèn)題[2]。值得一提的是,2024年1月,黨中央、國(guó)務(wù)院決定首次設(shè)立并頒發(fā)國(guó)家卓越工程師獎(jiǎng),凸顯了國(guó)家對(duì)工程師隊(duì)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(shí)踐卓越工程師培養(yǎng)的有效路徑。 在高校理工類學(xué)科中,給排水科學(xué)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(duì)于確保給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性、設(shè)備運(yùn)行高效性和維護(hù)及時(shí)性具有重要意義。而“水工藝儀表與控制”作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程,與工程實(shí)踐緊密相連,是達(dá)成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?;诖?,教學(xué)團(tuán)隊(duì)以該課程為切入點(diǎn),以培育“知原理、懂操作、善運(yùn)用、活思維”的新時(shí)代卓越工程師為教學(xué)目標(biāo),分析當(dāng)前學(xué)情,總結(jié)現(xiàn)狀問(wèn)題,探索新時(shí)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(xué)情與痛點(diǎn)問(wèn)題分析 為實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo),同時(shí)解決人才培養(yǎng)和社會(huì)需求的結(jié)構(gòu)性矛盾,下文首先分析了課內(nèi)學(xué)情及社會(huì)對(duì)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(diǎn)問(wèn)題。
(一)課內(nèi)學(xué)情分析
1.從學(xué)生起點(diǎn)狀態(tài)分析 雖然學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程前已經(jīng)完成了大部分專業(yè)必修課的學(xué)習(xí),但由于這些課程分散在不同學(xué)期,學(xué)生未形成一個(gè)完整的知識(shí)體系,這種知識(shí)體系的缺失導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課的部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)了理解性障礙。當(dāng)學(xué)生面對(duì)一個(gè)綜合性的工程案例時(shí),難以從全局出發(fā)找到解決問(wèn)題的最佳方案。另外,學(xué)生習(xí)慣性地將獲得知識(shí)的途徑限于書本,缺乏多元化的學(xué)習(xí)資源,使得他們的視野和知識(shí)廣度受到限制。
2.從學(xué)生潛在狀態(tài)分析 由于本課程設(shè)置在大四學(xué)年,這一階段的學(xué)生往往面臨著就業(yè)、升學(xué)等多重壓力,因此很多學(xué)生以不掛科為終極目標(biāo),學(xué)習(xí)興趣不足,只重視考試結(jié)果,不僅輕視知識(shí)理解,更輕視對(duì)自身實(shí)踐能力的培養(yǎng)。另外,在當(dāng)下對(duì)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(dǎo)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(xué)生也陷入了“被動(dòng)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(wú)法得到充分發(fā)揮。
(二)社會(huì)對(duì)給排水專業(yè)卓越工程師的素質(zhì)需求 為了調(diào)查社會(huì)對(duì)給排水專業(yè)卓越工程師素質(zhì)的需求,教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了調(diào)查問(wèn)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(jí)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(qiáng)調(diào),在人才培養(yǎng)中應(yīng)重視跨學(xué)科思維,以適應(yīng)給排水工程與現(xiàn)代科技融合的趨勢(shì);同樣比例的受訪者認(rèn)為,實(shí)習(xí)實(shí)踐對(duì)學(xué)生至關(guān)重要,有助于其將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工作;超過(guò)65%的受訪者認(rèn)為,溝通與團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新與問(wèn)題解決能力比學(xué)歷更重要,這些能力能幫助學(xué)生更好地應(yīng)對(duì)工程挑戰(zhàn)??梢?jiàn),社會(huì)對(duì)給排水專業(yè)人才的需求更傾向于跨學(xué)科思維、實(shí)踐能力、創(chuàng)新及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。因此,在培養(yǎng)過(guò)程中應(yīng)全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì),以助力學(xué)生卓越的職業(yè)發(fā)展。 (三)亟須解決的痛點(diǎn)問(wèn)題 結(jié)合上述分析,針對(duì)“水工藝儀表與控制”這門課,教學(xué)團(tuán)隊(duì)總結(jié)出四大亟須解決的痛點(diǎn)問(wèn)題:痛點(diǎn)一,思政融入“硬”,如何提高學(xué)生的主動(dòng)參與度,把卓越工程師價(jià)值觀培育和塑造“基因式”地融入本門課?痛點(diǎn)二,躬行實(shí)踐“怠”,如何改革本門課的教學(xué)內(nèi)容與方式,滿足給排水卓越工程師實(shí)踐需求,讓人才培養(yǎng)與國(guó)家需要、社會(huì)需求之間不脫節(jié)?痛點(diǎn)三,融會(huì)貫通“差”,學(xué)生如何能將所學(xué)的知識(shí)整合,構(gòu)建知識(shí)體系,靈活地解決實(shí)際工程問(wèn)題?痛點(diǎn)四:交叉融合“少”,如何拓展知識(shí)獲得途徑,不將學(xué)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(diǎn)問(wèn)題,教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞“水工藝儀表與控制”這門課,形成了新時(shí)代卓越工程師培養(yǎng)模式下 “三結(jié)合、四務(wù)實(shí)、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(dòng)式”思政教育不同,教學(xué)團(tuán)隊(duì)注重提升學(xué)生的參與度,引導(dǎo)學(xué)生“自主式”思政,進(jìn)而解決思政元素融入生硬這一痛點(diǎn)問(wèn)題,這主要體現(xiàn)在“三結(jié)合”上。具體方式為:第一,在教學(xué)內(nèi)容上以激發(fā)學(xué)生興趣為主,注重時(shí)效性與系統(tǒng)性相結(jié)合。例如,在講解生物檢測(cè)技術(shù)時(shí),緊跟時(shí)事地講解了有關(guān)病毒抗體的檢測(cè)機(jī)理,又系統(tǒng)性地講解了抗體檢測(cè)發(fā)現(xiàn)史及亟待解決的問(wèn)題,通過(guò)生活讓學(xué)生對(duì)時(shí)事及最新技術(shù)的發(fā)展有更加切身的體會(huì),提高學(xué)生的認(rèn)知能力和思辨能力。第二,在教學(xué)方法上采用專題式與跟進(jìn)式相結(jié)合的方式融入思政元素,如團(tuán)隊(duì)設(shè)置了亞運(yùn)會(huì)專題,講解了“無(wú)廢亞運(yùn)”中杭州奧體中心游泳館是如何進(jìn)行水質(zhì)凈化的,并跟進(jìn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)精密投加的。整個(gè)跟進(jìn)過(guò)程,由學(xué)生自主完成,再由同學(xué)參與打分,學(xué)期末分最高的兩位學(xué)生可以獲得進(jìn)實(shí)驗(yàn)室與研究生師兄、師姐一起做實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)權(quán)。第三,在教學(xué)形式上分享型與互動(dòng)型相結(jié)合,教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生感興趣的是教師自身經(jīng)歷,因此團(tuán)隊(duì)會(huì)邀請(qǐng)業(yè)界名師現(xiàn)身課堂。比如,講到流動(dòng)電流檢測(cè)技術(shù)時(shí),教學(xué)團(tuán)隊(duì)就邀請(qǐng)了檢測(cè)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的核心成員,分享研發(fā)經(jīng)歷。同時(shí),課上教師會(huì)拋磚引玉,然后安排學(xué)生搜集相關(guān)思政資料,讓其課上給其他同學(xué)匯報(bào),以形成互動(dòng)交流。
(二)“四”務(wù)實(shí) 為了解決課堂重理論、輕實(shí)踐這一痛點(diǎn)問(wèn)題,教學(xué)團(tuán)隊(duì)要堅(jiān)持做到“四務(wù)實(shí)”。第一,實(shí)學(xué)。翻閱課本不難發(fā)現(xiàn),針對(duì)每一個(gè)檢測(cè)儀表的講解,都會(huì)配一個(gè)原理圖,雖然原理清晰明了,但學(xué)生在工作中看到儀表實(shí)物卻不認(rèn)識(shí),未建立原理圖與實(shí)物的對(duì)應(yīng)聯(lián)系。因此,教學(xué)團(tuán)隊(duì)會(huì)盡可能地將便攜儀表實(shí)物帶到課堂或找到儀表實(shí)操視頻、圖片,將儀表實(shí)體與原理圖一一對(duì)應(yīng)地講解給學(xué)生,讓其真正地“知原理、懂操作”,做到實(shí)學(xué)。第二,實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)在講解氨氮測(cè)量時(shí),會(huì)給予課上表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生動(dòng)手實(shí)操的資格。這種實(shí)驗(yàn)不用酸堿溶液,相對(duì)安全,測(cè)量過(guò)程中有顏色變化,實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線即刻便可呈現(xiàn)結(jié)果,學(xué)生興趣較高。有學(xué)生反饋,他本不喜歡給排水專業(yè),但實(shí)驗(yàn)后感嘆原來(lái)還可以做這些有意義、有意思的工作。第三,實(shí)習(xí)。每年開(kāi)課前學(xué)生都會(huì)去凈水廠、污水廠進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)一個(gè)星期的認(rèn)知實(shí)習(xí),借此機(jī)會(huì),教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師會(huì)特別注意讓學(xué)生關(guān)注各種構(gòu)筑物的自動(dòng)控制原理、過(guò)程及儀表實(shí)物,教學(xué)團(tuán)隊(duì)也會(huì)幫助學(xué)生聯(lián)系一些企業(yè)實(shí)習(xí)崗位,讓學(xué)生親身參與實(shí)際工程。第四,實(shí)練。近年來(lái),虛擬仿真成為高等教育領(lǐng)域備受矚目的教學(xué)工具,在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中,學(xué)生很難感受參數(shù)之間“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的關(guān)系,但虛擬仿真能讓學(xué)生身臨其境地去完成曝氣量、投藥量、污泥回流比等各項(xiàng)參數(shù)的控制,并調(diào)動(dòng)之前所學(xué)的很多水處理的理論知識(shí)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)鼓勵(lì)并帶領(lǐng)學(xué)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(shí)踐大賽,通過(guò)實(shí)際演練讓學(xué)生體會(huì)“善運(yùn)用”的重要性。
(三)“五”思維 思維活躍不僅能提升個(gè)人解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力,還能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行,對(duì)學(xué)生的職業(yè)發(fā)展也有重要影響。結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況,教學(xué)團(tuán)隊(duì)提出要著重提升學(xué)生的“五個(gè)思維”。第一,系統(tǒng)思維。主要目的是幫助學(xué)生系統(tǒng)地構(gòu)建知識(shí)體系,提升靈活運(yùn)用的能力。比如,講混凝與混凝控制時(shí),教學(xué)團(tuán)隊(duì)會(huì)先回顧物理化學(xué)中講到的膠體性質(zhì)、無(wú)機(jī)化學(xué)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(dòng)化控制專業(yè)中的控制問(wèn)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(huì)“無(wú)意”地犯些錯(cuò)誤,“故意”地提醒學(xué)生,希望學(xué)生能主動(dòng)糾錯(cuò),而不是一味地認(rèn)同教師所有的話,我們不要聽(tīng)話的學(xué)生,希望培養(yǎng)的是有扎實(shí)學(xué)識(shí)、有辯證思維能力的卓越工程師。第三,法治思維。這是未來(lái)學(xué)生走到工作崗位,確保工程項(xiàng)目合規(guī)、保護(hù)公共利益的重要保障,因此尤為重要。以前選修過(guò)法律、倫理相關(guān)課程的學(xué)生可以給其他學(xué)生普及一些相關(guān)知識(shí),同時(shí)讓匯報(bào)的學(xué)生及時(shí)體會(huì)不同課程之間融會(huì)貫通的快樂(lè)。第四,底線思維。引入水廠運(yùn)行實(shí)際案例,使學(xué)生意識(shí)到在設(shè)計(jì)、規(guī)劃、施工、管理給排水系統(tǒng)時(shí)可能出現(xiàn)的最不利情況,并采取相應(yīng)的措施來(lái)應(yīng)對(duì)這些情況。第五,創(chuàng)新思維。每章課程結(jié)束的時(shí)候,會(huì)留出5~10分鐘的時(shí)間,讓學(xué)生去天馬行空地復(fù)盤這章所學(xué)的知識(shí)還可以在哪里有所創(chuàng)新,教師不去論斷每個(gè)想法的可行性,更多地是讓學(xué)生暢所欲言,并且鼓勵(lì)其他學(xué)生去反駁上一個(gè)學(xué)生的創(chuàng)新點(diǎn),在來(lái)回的討論中,活躍學(xué)生的創(chuàng)新思維。
(四)“ 六”融合 除了關(guān)注學(xué)生的能力鍛煉外,交叉融合是推動(dòng)創(chuàng)新和發(fā)展的重要途徑之一[4]。通過(guò)加強(qiáng)交流、培養(yǎng)跨學(xué)科人才、創(chuàng)新研究方法和鼓勵(lì)跨界思維等方式,可以促進(jìn)交叉融合的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展[5]。因此,教學(xué)團(tuán)隊(duì)提出重點(diǎn)促進(jìn)“六融合”,作為教學(xué)配角的教師盡可能地為主角也就是學(xué)生搭建平臺(tái),并作出如下嘗試。第一,科教融合。課上,主講教師對(duì)我國(guó)自然等縱向研究課題做簡(jiǎn)略提及,鼓勵(lì)感興趣的學(xué)生積極參與到以此項(xiàng)目為依托的大創(chuàng)項(xiàng)目中。第二,學(xué)科融合。在教學(xué)內(nèi)容的安排上,教師會(huì)結(jié)合自身研究工作內(nèi)容,融合物理化學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、自動(dòng)控制等多方面知識(shí)。第三,產(chǎn)教融合。教師帶領(lǐng)學(xué)生參與實(shí)際的橫向課題,讓學(xué)生切身感知市場(chǎng)需求,將書本知識(shí)與實(shí)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(wèn)題的案例分享給學(xué)生。比如,講濁度測(cè)定的時(shí)候,教師會(huì)分享調(diào)研某地黑臭水體的經(jīng)驗(yàn),典型的實(shí)際案例告訴學(xué)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(shí)融合。教師要不斷地用理論知識(shí)武裝自己,積極申請(qǐng)教改課題,圍繞教學(xué)開(kāi)展研究。除此之外,教學(xué)團(tuán)隊(duì)還要真刀真槍地去檢驗(yàn)自己的教學(xué)理念,積極參與各項(xiàng)教學(xué)比賽。第六,人文融合。教師嘗試將人文學(xué)科的內(nèi)容和視角融入本門課的教學(xué)中。比如,在學(xué)習(xí)通中分享與水資源、環(huán)境保護(hù)相關(guān)的文學(xué)作品、紀(jì)錄片、新聞報(bào)道等,通過(guò)這些材料,激發(fā)學(xué)生對(duì)社會(huì)問(wèn)題的關(guān)注,培養(yǎng)他們的批判性思維和人文素養(yǎng)。 三、實(shí)踐教學(xué)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(xué)團(tuán)隊(duì)不到兩年就取得了一些成績(jī),學(xué)生能力也得到切實(shí)提升。以學(xué)生提供的實(shí)驗(yàn)記錄表為例,他們做的是氨氮檢測(cè)實(shí)驗(yàn),標(biāo)曲相關(guān)系數(shù)能達(dá)到0.9997,相對(duì)平均偏差能達(dá)到0.77%,更難能可貴的是,當(dāng)筆者有一個(gè)數(shù)字寫錯(cuò)的時(shí)候,學(xué)生問(wèn)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(gè)來(lái)自未來(lái)卓越工程師的嚴(yán)謹(jǐn)。學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)也得到了企業(yè)工程師的好評(píng)及認(rèn)可,并在各項(xiàng)賽事中屢創(chuàng)佳績(jī)。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(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng),在“深水杯”全國(guó)大學(xué)生給排水科技創(chuàng)新大賽中獲得了二等獎(jiǎng)和最具推廣獎(jiǎng),學(xué)生表示在比賽中收獲的不僅僅是獎(jiǎng)項(xiàng),更多的是能力的提升。
在新時(shí)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(jí),對(duì)于卓越工程師的需求日益凸顯。傳統(tǒng)的工程教育模式面臨著巨大的挑戰(zhàn),因此培養(yǎng)模式的創(chuàng)新變得尤為重要,而課堂作為人才培養(yǎng)的重要陣地,其創(chuàng)新思路和途徑的探索具有不可忽視的價(jià)值。本文以“水工藝儀表與控制”這門課為例,深入剖析了現(xiàn)階段教學(xué)痛點(diǎn)問(wèn)題,提出了具體的課堂創(chuàng)新思路與途徑,引入了新的教學(xué)理念和方法,主張學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí),在探究中成長(zhǎng),從而更好地掌握知識(shí)和技能,提高解決問(wèn)題的能力。教有佳境無(wú)止境,探索卓越工程師培養(yǎng)模式的路道阻且長(zhǎng),教師需要不斷探索和實(shí)踐,為培養(yǎng)更多具備高度工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的卓越工程師貢獻(xiàn)力量。
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