课程思政案例分享（十七） | 学以致用勤实践、明德培思求真知，培养新时代综合性水利人才

Part 1

课程介绍

《水资源系统优化原理与方法》是水文与水资源工程专业的一门必修课程。通过学习，学生能够掌握水资源系统优化的基本理论、分析方法、决策技术等，和水资源系统分析、评价、优化模型构建及其计算机软件求解等方面的知识，为学习水资源、水环境相关专业课，和从事相关专业工作及科学研究打下扎实基础。通过实际复杂水资源系统→概化为抽象系统→构建数学模型→计算机程序设计→求解并验证模型的适用性→修改和完善数学模型等过程，培养学生认识、分析、解决问题的科学思维，促使学生运用马克思主义的辩证观点去领悟科学研究的内涵。

Part 2

教学目标

知识目标

《水资源系统优化原理与方法》这门课程对高等数学、线性代数和数理统计等相关前期课程的基础要求较高，通过该课程的学习，学生能够掌握水资源系统优化中的基本概念、基本原理和基本方法；在理解各水资源系统各类优化方法的基础上，需要掌握各方法在实际工程运用的使用范围、限制条件、搭建流程；进一步，熟练掌握各优化方法编程实现所需的EXCEL优化求解工具、LINGO和MATLAB优化工具箱等三类软件。

能力目标

通过本课程学习，学生能够学会收集、整理、查阅文献，提出工程实际运用问题；从系统论的角度再认识数学模型的构建、优化算法的程序设计，将实际复杂水资源系统概化为抽象的模型系统；进一步，通过计算机编程实现具体功能并进行分析检验。通过以上过程，学生通过学习经典算法及编程实践掌握“提出问题-概化描述-编程实现”这一问题概化求解的基本方法，体会“概化抽象-基本原理-算法程序设计-结果分析与检验”这一解决复杂实际工程问题的科学思路。通过学习，学生自身体验计算机编程的乐趣，同时培养提出问题、概化问题、解决问题的能力。

德育目标

通过优化模型目标函数的拟定和约束条件的建立，培养学生的规则意识、约束观念，并以社会主义核心价值观来进行价值定位。

通过水资源复杂系统的抽象概化到模型构建再到优化算法的实现，培养学生由复杂到简单，再由简单到复杂的思维转换能力、以及对实际复杂的问题认知和解决能力，充分体会马克思主义认识论、方法论和实践论的内涵。

通过学习多种优化求解方法和工具进行水资源工程问题建模求解，随着知识的不断更新、科学技术的不断进步，水资源的新问题会不断涌现，解决其问题的方法和技术也要不断创新，学以致用。

通过对优化方法的系统学习，培养学生建立一种利用辩证唯物主义和历史唯物主义的观点去观察和分析事物的科学思维，摒弃唯心主义和机械唯物主义。

Part 3

教学策略

思政元素融入设计

《水资源系统优化原理与方法》作为水利工程学科门类的专业基础课程，其基本内涵就是将复杂水资源系统概化为抽象的模型系统并对其进行优化，既有实际复杂水资源系统的抽象概化问题，又有成熟的优化算法的基本原理，同时还有数学模型求解的技术方法，是理论与实践结合较好的重要学科基础课程之一。

培养认识问题、分析问题、解决问题的科学研究基本素质。水资源系统优化模型的构建过程包括以下步骤：首先，要根据水资源系统内各要素的关系，概化成由点、线、面构成的水资源系统网络图，即概化成用于优化模型的抽象水资源系统，然后，设定决策变量，根据水资源系统实际要达到的效果设定目标函数，根据水量平衡、供水量及需水量等方面确定约束条件，再通过程序设计由计算机计算获得模型结果，这一根据事物直观现象→进行概括、分析和综合→从而认识事物的本质、全体、内部联系和事物本身规律的过程，正符合马克思主义从感性认识到理性认识的辩证统一观点。

培养学生的规则意识，增强“四个自信”，涵养家国情怀。在构建水库优化调度的动态规划模型中，需要一定的规则设定各类变量、构建系统方程，按照一定的规则来推求最优决策，从而形成最优策略，整个过程都在一定的规则和约束下进行，方可推求出模型的最优解。古人云‘欲知平直，则必准绳；欲知方圆，则必规矩’，这一传统智慧在当今世界仍然行之有效，习近平总书记也强调‘注重培育人们的法律信仰、法治观念、规则意识’的理念，引入以上内容使大家积极思考、增长见识、培养规则意识。

讲解水资源系统多目标规划模型时，以三峡水利工程为例，阐述三峡工程防洪、发电、航运、供水和生态等多项功能，详细介绍三峡工程的世界之最，激发学生为自己从事水利专业而感到自豪和骄傲，也为社会主义国家集中力量办大事感到无上荣光，从而深入体会中国特色社会主义的优越性，强化“四个自信”，使学生从专业的角度去涵养家国情怀和爱国热情。

将实践践真行的观点结合我国社会发展及总体布局要求融入专业教学之中。在上机程序设计编程环节中，融入马克思主义实践论当中从实践到认识，再从认识到实践如此实践、认识、再实践、再认识，循环往复以至无穷，逐步深化和提高的观点，使水库规划设计满足经济、政治、文化、社会、生态五个目标。同时，实地踏勘调研中，收集和分析现场数据、文献查阅及报告撰写工作，充分发挥学生的主观能动性，体验社会发展现状，领悟个人与祖国命运的紧密联系，培养学生刻苦钻研、敬业奉献的工匠精神，求真务实、改革创新的科学素养。

将马克思主义的认识论、实践论和方法论融入专业知识学习体系建设之中。水资源系统优化原理与方法作为水利工程学科门类的专业基础课程，课程实质为将复杂水资源系统概化为抽象的模型系统并对其进行优化的过程，课程既涉及实际复杂水资源系统的抽象概化问题，又需学习掌握多个成熟的优化算法，同时还涵盖数学模型求解的技术方法，是理论与实践结合较好的重要基础课程之一。既能培养学生认识问题、分析问题和解决问题的基本科研素养，又使学生体会马克思主义的认识论、实践论和方法论的深刻内涵。

教学方法

教授方法。课堂理论知识讲授24学时，上机实验教学8学时。课内讲授推崇研究型教学，以知识为载体，传授相关的思想和方法，引导学生进行探究式学习。上机实验教学则提出基本要求，引导学生相对独立地解决实际工程问题。

学习方法。培养学生重视基本理论的钻研，在理论指导下进行实践，养成探索的习惯；注意从实际问题入手，归纳和提取基本特性，设计抽象模型，最后实现计算机问题求解（计算程序设计及算法的实现）。建立从现实世界（实际水资源系统），到抽象世界（水资源系统优化模型），再到计算机程序设计（优化算法的实现）。明确学习各阶段的重点任务，做到课前预习，课中认真听课，积极思考，课后认真复习，不放过疑点，充分利用好教师资源和同学资源。仔细研读教材，适当选读参考书的相关内容，从系统模型算法实现的角度，深入理解概念，掌握方法的精髓和算法的核心思想，不要死记硬背。积极参加上机实验，在上机实验中加深对优化原理与方法的理解。

Part 4

教学成效

围绕“立德树人”根本要求，以《水资源系统优化原理与方法》课程为依托，以思想政治教育元素和思想政治教育功能融入课堂教学各环节为手段，以实现知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一为课程结构，开展了基于课程思政的《水资源系统优化原理与方法》课程改革探索工作。该探索工作拓宽了学生的知识面和实践渠道，提高了学生的分析、解决问题的综合能力，树立了学生的规则意识，培养了学生的工匠精神和科学精神，增强了学生对社会主义核心价值观的深刻体会。

Part 5

作者简介

门宝辉，水利与水电工程学院教授，博士生导师，担任教育部学位与研究生教育发展中心学位论文通讯评议专家、中国科学院博士学位论文通讯评议专家、《南水北调与水利科技》（中文核心期刊）编委。荣获北京高等学校青年教师社会调研优秀项目一等奖2项，荣获教育部水利类教学指导委员会教学成果优秀奖1项，荣获2017年华北电力大学教学成果奖二等奖1项，荣获华北电力大学大学首届教师教学创新大赛一等奖1项，2008年获得广东核电育才奖，2016年入选华北电力大学教学名师培育计划（第四期），2018年获得“协和新能源育才奖”，荣获华北电力大学教学优秀特等奖2次，教学优秀奖6次；主持教育部产学合作协同育人项目2项，主持华北电力大学“双一流”研究生课程建设3项，主持华北电力大学本科教改项目1项；出版“十三五”规划教材3部，主编的教材《水资源系统优化原理与方法》（科学出版社）被评为“北京高等学校优质本科教材课件”，发表教改文章12篇。

孟长青，水利与水电工程学院讲师，硕士生导师。主要从事工程水文及水利计算、水资源系统优化原理与方法方面教学工作，获得华北电力大学大学首届教师教学创新大赛一等奖（排名第二），参与2020年教育部产学合作协同育人项目“工程水文及水利计算智能云教材建设”1项，发表教改文章2篇，参与华北电力大学研究生慕课建设1项。

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