新工科背景下環境生態工程創新應用人才培養實踐

杜青平， 陳浪城， 石 瑛， 尹光彩， 李冬梅

(1.廣東工業大學 a.環境科學與工程學院;b.實驗室與設備管理處,廣州 510006;2.太原師范學院 生物系，太原 030031)

0 引 言

黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業五位一體的總體布局，提出努力建設美麗中國，實現中華民族永續發展。黨的十九大報告把堅持人與自然和諧共生作為基本方略，進一步明確了建設生態文明、美麗中國的總體要求，集中體現了現階段中國特色社會主義思想的生態文明觀[1]。2017年教育部在復旦大學組織召開高等工程教育發展戰略研討會，明確了“新工科”人才培養的目標。以適應當今我國新技術、新業態、新產業為特點的新經濟發展態勢[2-3]。我國經過70年的經濟建設已躍入工業大國行列，這種改變，改善了人們的生活水平，但也給生態環境造成了顯著的破壞。環境污染狀況比較嚴峻，許多環境問題是前人沒有遇到過的[4-5]。這為環境生態學科提供了巨大的發展機會和創新空間。環境生態保護和可持續發展是當前整個人類面臨的一個重大課題。

目前，國內不少大學對環境科學與工程類學科建設都給予了高度重視，發展勢頭迅猛。人類環境中各種問題最終歸于一個生態系統的問題。環境生態工程是科學地、可持續地解決生態系統中出現的環境污染和科學發展的核心問題。環境生態工程是利用環境系統中物質循環原理，結合系統工程的最優化方法設計的分層多級利用物質的生產工藝系統[6]。通過生態學、系統學、工程學和經濟學等學科的基本原理和方法利用設計、調控和技術組裝的手段，對原有平衡被打破的生態系統進行修復，對會造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行修葺，并提高其生產能力，以至促進人類社會和自然環境的友好發展?，F行制定的環境管理制度、實施的污染防治技術、制定的生態保護對策和措施、建立環境友好型社會等均離不開環境生態工程的引領和支撐。因此環境生態工程“新工科”人才會深入經濟發展的各個行業，各個領域，有可能在相關領域占領制高點。由于環境生態學科涉及面廣，是個新興的交叉學科，在“新工科”的形勢下，環境生態工程創新實踐人才在數量和質量方面均存在短板與缺口。如何培養具備更高創新創業能力和跨界整合能力的新型環境生態工程技術和管理人才，是我國亟待解決的大問題，促使人們不得不加速思考創新實踐型環境生態工程人才培養的新內涵和新的培養模式。

我校是工科為主的地方重點高校，每年招收環境生態工程專業學生50名。是華南地區唯一以工科見長的環境生態工程人才培養基地。因此，能否抓住新的契機，根據地方經濟發展的特點，在“新工科教育”人才培養模式教育理念的指導下，積極探討新的教學方法與人才培養模式，提高學生“新工科思維”與解決實際問題的能力，是新工科教育背景下環境生態工程專業必須思考的問題[7]。

1 環境生態工程創新應用人才培養目標明確

我校環境生態工程專業是在原有的生物工程(環境生物技術方向)專業基礎上開辦的。傳統的生態學、環境科學以及環境工程專業分別要求學生具有扎實的生態學或者環境科學的理論知識以及具備環境檢測、評價、規劃設計、施工管理等能力，而面對復雜環境生態問題時，綜合運用生態學、環境科學、環境工程的原理與方法解決環境污染和生態破壞問題的實踐和工程能力就顯得不足，難以從根本上解決環境問題。環境生態工程專業是將生態學、環境學和工程設計等知識和技能有機結合，既重視理論學習，又重視技能和實踐能力的培養，并且融入了計算機科學、系統信息學等高新技術，從多個角度綜合對環境問題進行監測、分析、評價、規劃、治理保護等，從而達到環境生態系統穩定、和諧及可持續利用與發展。其融合性的專業特點決定學生能夠通過系統的專業知識學習，掌握解決和管理復雜環境問題的基本能力。開設環境生態工程專業，既可加強我校生態工程專業人才培養的力度，凸顯原有專業建立的特色，實現已有教育資源充分共享與合理利用，也能促進不同專業及學科間的共同發展，提升學校在廣東省乃至全國普通高校中的綜合實力與競爭能力，同時也為廣東省培養出更多環境生態工程人才，有利于我校為廣東省經濟社會可持續發展做出更大貢獻。因此學校申辦環境生態工程專業有自己的基礎、特色和優勢。專業培養目標主要定位于：培養適應生態文明建設需求，德智體美全面發展，系統掌握生態環境演變機制規律，具備宏觀生態視野和微觀生態治理技術，扎實的工程實踐能力，能夠在環境與生態保護相關的企、事業單位或者部門從事生態規劃與設計、環境生態研究、生態修復與建設、環境生態管理等方面的高素質創新應用型技術和工程人才。經過努力和磨練，能夠逐漸成長為現代環境生態工程領域的工程師和管理者[8]。

2 專業培養特色鮮明

我校是一所以工為主,工、理、經、管、文、法、藝結合、多科性協調發展的省屬重點大學，是廣東省高水平大學重點建設高校，擁有國家工程中心、教育部重點實驗室以及多個省級重點實驗室，建設有3個國家級實驗教學示范中心，1個國家級虛擬仿真實驗教學中心,24個省級實驗教學示范中心，3個省級虛擬仿真實驗教學中心,是一個具有多學科、多品種，類型復雜等工科見長的大學。環境科學與工程學院在廣東省最早(1983年)招收環境工程專業本科生?，F有環境科學與工程一級學科博士點，環境工程、環境科學、環境生態工程、安全工程4個本科專業；形成了本科、碩士、博士一體化的人才培養體系。本專業結合廣東省環境生態的氣候、地域及環境治理現狀，在環境學院形成的廢水、廢氣、固體廢物污染控制與生態修復、環境健康、安全工程等8個優勢科研方向的基礎上，重點圍繞廣東省的環保需求開展應用基礎研究及產業化開發，著力培養適應廣東經濟社會發展要求、具有創新創業能力的高素質應用型環境生態工程人才。專業特色主要體現在：緊密結合地方生態修復工程建設實踐，培養具有生態學學科視野，掌握生態學、環境科學及工學基本理論，培養具備良好的科學素質、積極的創新精神、超強的實踐能力，能利用環境生物技術、工程技術手段及生態學原理解決或修復環境污染和生態破壞、開展生態規劃和管理的應用型人才。

3 新工科創新應用人才培養模式的總體設計思路

將新工科大學生的創新實踐能力培養當做一個系統工程，由權重系數法將專業必修課、專業選修課與公共基礎課之間進行分類衡量，確定學科建設的骨干課程和特色課程，為專業培養包含的各類課程之間搭建起一座橋梁[8]；利用PBL+雙語多模式授課、 強化實驗和工程實踐技能等系統方法將理論課程學習和創新實踐能力培養緊密結合起來，使學生將理論學習-實踐技能培養-工程技術認知等相關“新工科教育”人才所需要的基本素養進行整合，并提升學科建設的理論水平，實現學科建設和人才培養的有機結合。

4 新工科創新應用型人才培養實踐

4.1 新工科背景下創新應用型人才培養方案的制定

為適應廣東省及珠江三角洲地方經濟發展環境生態保護和管理的需求，依據高等院校本科環境科學與工程類專業規范，本著同專業學生可以按不同規格和不同類別培養的思路，制訂適合個性發展與地方經濟發展的靈活結合的培養方案[9-10]。主要的特點體現在①從學分權重對各門課程進行相關性和重要度分類，突出專業的核心課程(10門，全部為專業基礎必修課和專業必修課)；②對實驗、設計課程進行論證，完善知識體系，從專業、實驗技能、工程實踐三位一體對學生進行高素質管理和培養；③優化課程體系，從公共基礎課，專業大類基礎課，專業基礎課，專業課層層梯進優化課程結構；④根據生態文明建設的需要強化實踐教學，增加野外生態實習，生產實習等實踐教學的實習、實訓條件，改革課程設計指導方式；⑤突出個性化發展和學科前沿培養。增加了17門專業基礎選修和專業選修課，學生可以根據自身學習的需要選擇項目管理、生態規劃、工程實施等類型課程，實現“寬口徑、厚基礎、精專業、有特色”的人才培養(見圖1)。

圖1 新工科教育背景下環境生態工程專業課程體系特點

4.2 采用PBL+雙語等多模式課程教育

結合專業招生人數一個行政班的實際情況，因材施教，采取多模式的課堂教育。結合廣東經濟發展毗鄰港澳等特點，根據教育部、中華人民共和國高等教育環境科學與工程學科教學指導委員對環境生態工程專業創新型人才培養的要求，采用PBL人才培養模式、雙語教學模式和傳統教學模式相結合授課模式。PBL人才培養模式是一種圍繞精心設計與現實問題情景一致的課題或者項目來組織課程與教學的一種教育方式[9]。學習者在教師的引導下，通過選題、判斷問題、歸納假設、試驗行動、分析研究數據、總結問題、再次驗證和研究，直至最后得出解決問題的最佳方法。通過PBL授課模式來發展學生的批判性思維、提高解決問題的技能和協作能力等[11-12]。使學生既能掌握一定的基礎知識，又能充分進行實踐與運用，在課題學習和研究中早期接觸環境科學與工程、生物工程、以及相關學科知識中存在的熱點與難點問題，把基礎知識與專業前沿知識結合起來，以期達到既系統地教育學生專業理論知識，又通過新的課題模式培養學生解決實際問題的能力。該授課模式提高了學生自主涉獵專業科技前沿知識、拓展專業相關知識領域的能力，并且能夠對現有知識在實際工程中進行創新性地應用[13]。

4.3 新工科教育實踐課程設計

以新工科人才創新能力培養為主線，針對不同階段和不同層次學生的教學需要，完善實踐教學體系，加強實踐教學內容的整合和優化。積極構建與理論教學體系既密切聯系又相對獨立，教學內容前后銜接、循序漸進、層次分明，并與學校規模、辦學層次、學科結構、專業特點相適應的實踐教學體系；完善環境微生物學實驗，生態學實驗，野外生態實習，環境工程學實驗，環境監測實驗，生產實習，環境生態工程專業實驗，畢業實習、畢業論文(設計)等相互聯系、相互依托的實踐教學環節，形成“以實驗和工藝操作為基礎，以課程論文(設計)為主線，以科學研究和工程訓練為依托”的實踐教學內容體系。該實踐教學體系分為3個層次，依次遞進，第1層次為基本技能訓練，由認識實習和基礎實驗組成；第2層次為綜合技能訓練，它由若干課程設計和綜合設計組成；第3層次為工程實踐創新能力訓練，學生根據自己的愛好進入大學生科技創新實踐基地，研究自己擬定的課題和學生創新基金項目(大學生創新實驗項目)，以及參加教師的科研項目，或者直接參與企業的課題項目進行定點崗位實踐，強化和促進學生創新意識和創新能力的全面提升(見圖2)。結合本專業引進、聘任及邀請國內外知名教授和企事業工程師的實踐教學的一些優勢，融合傳統授課行為和學生學習思維習慣，構建適合環境生態工程應用型人才學培養的教學形式和示范課程。

圖2 新工科背景下，課題實踐教育對學生新工科標準素質培養

5 創新人才培養模式的成效

環境生態工程專業在創新人才培養模式的指導下，緊密結合廣東經濟發展的特點，重點培養學生的實際操作能力與創新能力，突出創新應用型專業人才的特色，形成了多層次、多規格的人才培養體系，也形成了教學互長教師培養新局面[14]。經過一系列的實踐教育，對訓練大學生新工科認證標準的各項目標都起到了很好的效果。

近4年獲得的成效主要有：6項國家級、10項省級、20項校級大學生創新實驗訓練項目；獲得12項省級與校級大學生“挑戰杯”競賽獎項。專業教師積極進行教改與科研活動，提高自身的教學水平與業務素質。近4年，有7人次獲國家級、省級與校級教改榮譽獎，承擔各級教學研究項目10項，發表教學研究論文13篇。主持承擔各類科研項目近40項，其中國家自然科學基金5項，省(部)級科研項目8項，橫向課題20余項，到位科研經費1 000余萬元。發表學術研究論文近40篇，國家發明專利2項，實用新型專利6項。本專業學生的綜合實力大大提高，本科畢業生受到用人單位的廣泛歡迎和好評。

6 結 語

針對新工科教育的要求，本文在培養方案制定、課程模式設計、與企業合作的強工程實踐的分散式崗位定點實習模式等素質教育集成方面進行開拓創新。探索了教學模式的多樣化，與企業對接，定點實習為主要環節的實踐能力培養模式，逐漸形成了穩定的創新實踐人才教學團隊[15-16]，摸索出一套具有交叉學科特色的“課程規劃-多模式課程教育-企業協作新工科創新實踐人才培養模式”，使畢業生達到了新工科人才培養的研究能力、工程實踐能力、項目管理、設計開發能力、終身學習等各項標準要求，對環境生態工程專業及相關專業建設具有一定的示范作用。