水资源系统优化原理与方法课程思政元素的探索

案例说明+课程基本信息

案例说明：

水资源系统优化原理与方法的思政教育目标是要让学生建立一种科学思维方式，用辩证和历史唯物主义的观点去观察和分析问题，培养其规则意识和约束观念，以社会主义核心价值观来进行价值定位。将马克思主义的认识论、方法论和实践论融入专业知识的学习之中，由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，培养学生一种认识和分析以及解决问题的基本素养，提高学生运用马克思主义的辩证观点去领悟科学研究的内涵。教学过程中通常采用研究型教学方式，以知识为载体，传授相关的思想和方法，鼓励学生养成探索的习惯，从实际问题入手，力求理论与实践的辩证统一。

课程基本信息：

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，使学生掌握水资源系统优化的基本理论、分析方法和决策技术等，以及水资源系统分析、评价、优化模型构建及其计算机软件求解等方面的知识，要求掌握水资源系统的概念、优化模型的建立及求解方法，包括水资源系统的线性规划模型、对偶模型、整数规划模型、非线性规划模型、动态规划模型、多目标规划模型等一些新的理论和方法，引导学生将系统工程的观点、思想、方法和原理具体应用到水资源工程及水利水电工程的规划、设计和管理等工程实践中，为学习水资源规划及利用、水库优化调度、水环境保护等专业课、以及毕业后从事水利工程等相关专业工作及进行科学研究打下基础。

01教学目标

（一）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，使学生掌握水资源系统优化中的基本概念、基本原理和基本方法，使学生掌握建立水资源系统模型的方法及其求解方法，要求掌握线性规划模型及其单纯形求解方法、修正单纯形法、线性规划的对偶问题及其对偶单纯形法、整数线性规划的分支定界法和割平面法、0-1型整数规划及指派问题，无约束非线性规划的解析搜索法，包括梯度法、牛顿法和共轭梯度法等，有约束的非线性规划的拉格朗日法和罚函数法等，动态规划的基本原理及确定性和随机性动态规划模型的求解方法，多目标规划的主要目标法、线性加权和法、理想点法以及功效系数法等相关理论知识和模型方法等。

（二）能力目标

从系统论的角度认识数学模型的构建、优化算法的程序设计，提升采用计算机编程解决复杂水资源系统问题的能力；使学生在学习水资源系统优化原理与方法的过程中体会“概化抽象、基本原理、算法程序设计、结果分析与检验”这一水利类解决复杂实际工程问题的学科形态，通过经典算法模型学习与实践，掌握“问题、形式概化描述、计算机程序化”的问题求解的基本路经，在体验实现计算机自动计算的乐趣同时，提高学生理性评判能力、对复杂问题的认知能力和解决能力。

（三）素质目标

1. 专业素质目标

（1）掌握水资源系统优化原理与方法的基本概念，以及实际问题描述和解决方法。

（2）掌握“问题、形式概化描述、计算机程序化”这一典型的问题求解过程。

（3）增强理论结合实际能力，获得实现优化算法程序、实现计算机自动计算等更多解决复杂工程问题的专业技能。

2. 思政教育目标

（1）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。

（2）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到复杂的转换能力、以及对实际复杂问题认知能力和解决能力，充分体会马克思主义认识论、方法论和实践论的内涵。

（3）通过对优化方法的系统学习，培养学生建立一种科学思维，要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，而不是唯心主义和机械唯物主义去分析和解决问题。

02教学策略

（一）课程思政融入设计

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，讲授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一个方法的基本原理，既有实际复杂水资源系统的抽象概化问题，又有较为成熟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。本课程教学过程中将马克思主义认识论、实践论和方法论等观点融入其中。

1. 认识问题、分析问题、解决问题，是科学研究的基本素质

水资源系统优化模型的构建过程，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。

2. 规则意识和约束观点是实现系统优化的基本特征

在构建水库优化调度的动态规划模型中，需要一定的规则划分阶段、设定阶段变量、决策变量、状态变量、指标函数、构建系统方程，按照一定的规则（逆序或顺序）来推求每一阶段的最优决策，从而形成最优策略，整个过程都在一定的规则和约束条件下进行，方可推求出模型的最优解，这也正符合马克思主义的价值观，现实世界任何事务的价值是在一定规则和条件下才能实现。

3. 以三峡水利工程多目标规划模型为例，激发学生的爱国热情和家国情怀

在讲解水资源系统多目标规划模型的内容时，以三峡水利工程为例，阐述三峡工程发挥防洪、发电、航运和供水四项功能，较为详细地向学生介绍三峡工程的世界之最，激发学生从事水利专业而感到自豪和骄傲，为社会主义国家集中力量办大事感到无上荣光，使学生从专业的角度去体会家国情怀和爱国热情。

4. 上机程序设计和编程实践环节，引入马克思主义实践论

上机程序设计和编程实践环节，将马克思主义理论联系实际，实事求是，在实践中检验真理和发展真理的观点融入其中。与此同时，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。同时培养学生改革创新、积极进取、敬业奉献的工匠精神，以及不断探索勇于担当的科学精神。

（二）教学方法

1.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问题。

2.学习方法：养成探索的习惯，培养学生重视基本理论的钻研，在理论指导下进行实践；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。

03教学成效

通过在《水资源系统优化原理与方法》课程教学中融入课程思政元素，首先丰富了该课程的思政教学资源，革新了传统的思政教育方式，使专业课程教学有机融合的思政教育，相比传统思政课程教育具有更明显的感染力和实效性；其次，改变传统的专业课程教学中重专业知识和技能、轻德育教育的现象，在专业知识和技能的教学过程中，融入爱国热情和民族自豪感以及家国情怀、职业素养和科学探索精神等实例，学生获得专业知识的兴趣也更加浓厚；最后，通过修订课程教学大纲，有效融入课程思政教育元素，更新教学内容，促使教师更新和探索教学方法，进而提高教学水平。

作者简介

门宝辉，教授，博士生导师。主持教改项目4项，获得北京高等学校青年教师社会调研优秀项目一等奖2项、二等奖1项，获得教育部水利类教学指导委员会教学成果优秀奖1项，获得校级教学成果奖二等奖1项、教学优秀特等奖2次、教学优秀奖6次，入选华北电力大学教学名师培育计划（第四期），出版“十三五”规划教材3部，发表教改文章13篇，指导大学生创新项目获得国家级优秀4项。

来源：华电微教务