新工科背景下環境工程“六層次一體化”卓越工程師人才培養體系探索

魯金鳳 孫紅文 展思輝 王鑫

摘 ?要：新時代新工科背景下，環境工程“交叉型、智能化、高度產業化和國際化”的行業發展趨勢對環境工程的人才培養提出了更高的要求。南開大學環境工程專業結合新工科卓業工程師計劃2.0要求和生態文明建設、一流專業對人才的培養要求，針對當前環境工程專業卓越工程師人才培養的現存問題，提出了“六層次一體化”卓越工程師人才培養體系，并通過示范班實踐探索和矯正，形成了一整套可操作、能復制的新工科環境工程創新性人才培養體系和實踐方案。

關鍵詞：新工科;環境工程;卓越工程師計劃2.0;六層次一體化

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0137-04

Abstract： Under the background of emerging engineering education in the new era， higher requirements on the personnel training in Environmental Engineering advanced during the industrial development trend of cross type， intelligence， high industrialization and internationalization. The Environmental Engineering major of Nankai University， in combination with the requirements of ?emerging engineering education ?excellent engineer plan 2.0 and the training requirements of the Ecological Civilization Construction and First-class Undergraduate Major， puts forward a six-level integration excellent engineer personal training system in view of the existing problems in the talent training of excellent engineers. It also carried out practical exploration and research on the demonstration class to correct some practices， and then formed a set of operable and reproducible ?emerging engineering education ?innovative talent training system and practice scheme for Environmental Engineering.

Keywords： emerging engineering education; Environmental Engineering; excellent engineer plan 2.0; six level integration

隨著中國特色社會主義進入新時代，中國高等教育也迎來了一場從規模擴張到內涵發展的“質量革命”;教育部提出了一系列教育教學的改革要求，包括新工科、新醫科、新農科、新文科的“四新”建設、“雙萬計劃”、“六卓越一拔尖”計劃2.0、“創新創業教育改革燎原計劃”等[1]。對工程類專業而言，新工科建設不僅指構建一系列智能化、交叉型的“新的工科專業”，也可以是工科類專業主動適應新一輪科技革命和產業變革的“工科新的（發展）方向”。而卓越工程師計劃2.0是當前工科類專業人才培養的重要方案，對人才培養的核心要義主要集中為“創新”和“實踐能力”的培養，在新工科背景下，如何構建符合專業發展趨勢的創新性卓越工程師人才培養體系，是高校工科類專業人才培養工作的“重中之重”。

作為國家生態文明建設中發揮排頭兵作用的環境工程專業，面對我國和世界范圍內環境保護事業的新形勢和新挑戰，亟需構建一整套符合環境工程專業“交叉型、創新性、智能化、高度產業化和國際化”行業發展趨勢的可操作、能推廣、見成效的創新性卓越工程師人才培養體系;并通過示范性實踐教學探索給出具體的從卓越工程師計劃1.0版本的“試驗田”過渡到“大田”培育計劃的具體實施方案，這對國內其他高校環境工程專業建設卓越工程師計劃2.0具有重要的借鑒和指導意義，可以加快環境工程專業實現國家的“大田”培育卓越工程師2.0計劃的進程，符合當前國家、區域經濟社會及行業對環境工程新工科人才培養的需求。

一、新工科背景下環境工程卓越工程師培養現狀及存在問題

當前，新工科建設背景下所提出的卓越工程師培養，實際上是區別于我國之前所開展的卓越工程師計劃1.0的要求的，當前亟需開展的卓越工程師教育與傳統的工科教育之間在基于能力素質的內涵、培養過程、培養平臺、培養方向均有著本質的區別[2-4]。對環境工程專業而言，“交叉型、創新性、智能化、高度產業化和國際化”行業發展趨勢亟需卓越工程師教育在上述五方面做出重大改革，但當前現有的環境工程專業的人才培養體系則存在許多與之不相適應的問題。

（一）培養體系陳舊，知識和能力培養要求與社會需求脫節

跟不上環境工程行業快速發展的需求和生態文明建設需求對環境工程專業人才培養的知識體系和能力要求，智慧環境、智慧水務、智慧城市等方面的需求在行業內已經快速發展，但在環境工程人才培養體系中，相關交叉類技術、知識體系在當前高校環境工程類教學中嚴重缺失，交叉融合、運用多學科知識解決復雜環境問題的能力培養方面不足。

（二）實踐教學環節不深入、走馬觀花，工程訓練模式單一、不智能

現有環境工程專業的實踐教學可以分為：實驗課類、課程設計/畢業設計類和實習類。實習類主要包括認識實習、生產實習和畢業實習，但當前大部分高校的生產實習和畢業實習的主要開展形式為到行業內相關企業參觀實習，走馬觀花地一走一看，特別是在疫情期間，由于防疫要求，可能很多高校甚至存在無法到企業實地走訪參觀的情況。而實驗類課程也存在教學模式單一，實驗多以驗證性實驗為主，缺乏開放性研發性實驗，實驗教學訓練體系不智能等情況。

（三）創新/工程訓練與課堂教學分家，缺乏創新思維與思想道德引領協同培養理念。

當前環境工程專業創新訓練體系和課程教學完全是兩套機制、兩張皮[5]，課堂講授的內容按部就班、按教材進行（一些教師可能會引入一些相關專業知識的前沿研究動態），而創新訓練則主要以大學生挑戰杯、國家大學生創新計劃等為依托，課程教學過程中缺乏創新/工程實踐訓練，學生所學知識無法與社會實際需求及最新工程應用、研發需求掛鉤。同時，當前一些課程盡管都開展了課程思政，但缺乏創新思維與思想道德引領協同培養的理念。

（四）缺乏可共享的校內產學研工程訓練/研發孵化平臺

原有的卓越工程師計劃1.0版本從“試驗田”過渡到卓越工程師計劃2.0“大田”培育過程中，是一個由單兵作戰轉化為集團作戰的過程，亟需建立一些可供多校聯合開發、共享的校內產學研工程訓練/研發孵化平臺，當前這部分嚴重缺乏。

二、新工科背景下環境工程卓越工程師人才培養體系構建與實踐

基于上述在新工科背景下環境工程卓越工程師人才培養中存在的一些問題，結合當前新工科背景下環境類工科專業交叉型、創新性、智能化、高度產業化和國際化的專業發展趨勢對創新創業人才培養的要求，以新工科背景下未來環境工程對創新性卓越工程師的培育要求和工程教育認證的人才培養要求為準則，通過跨院系、跨學科融合的方式，提出了“六層次一體化”環境工程卓越工程師人才培養的理念，即：（1）創新能力與思想道德協同培養層面;（2）創新基礎知識層面;（3）創新基本功層面;（4）創新思維與方法訓練層面;（5）工程實踐訓練與創新研發/孵化培養層面;（6）國際化層面。具體對應的培養體系構建如下：

（一）新工科背景下，注重創新能力培養與立德樹人、課程思政相結合，促進創新意識與思想道德協同培養

第一個層面是：立德樹人、創新能力與思想道德協同培養層面。新工科卓越工程師人才的創新意識、創新能力培養要引導激發學生的創新使命、創業責任擔當、職業道德、學術道德等立德樹人、思想道德引領協同培養。通過創新教育和專業課程思政相結合，教育引導學生正確認識世界和中國發展大勢，正確認識中國特色并與國際比較，正確認識環境工程師的時代責任和歷史使命，正確認識遠大抱負和腳踏實地的關系，樹立正確的理想信念。通過“創新教育與專業課程新技術/創新方法講授、課程思政”相結合，著力提高學生服務國家、服務人民的社會責任感、用于探索的創新精神和善于解決問題的創新實踐能力，發揚環境工程師的職業道德;引導大學生勤于學習、敏于求知，注重把所學知識內化于心，形成自己的見解;既要專攻博覽，又要關心國家、關心人民、關心世界，自覺擔當社會責任。

（二）構建兼顧基礎素質、專業基礎的交叉型/智能化模塊化課程體系

構建模塊化課程體系，是“六層次一體化”人才培養體系中的第二個層面：創新基礎知識層面。兼顧新工科和工程認證對“創新”和“工程能力”培養要求，結合現有 “智慧城市”“智慧水務”方面的一些優勢資源，頂層設計，跨院系、跨學科構建“基本素質與能力模塊”“學科基礎理論課程模塊”“專業基礎/基本技能模塊”“專業核心課程模塊”“交叉學科基礎類通識模塊”“智慧城市/人工智能環境模塊”“綜合實踐包模塊”等模塊化課程教學體系，為構建基于“智慧城市”和“生態文明”的新工科背景下的環境工程專業卓越工程師人才培養體系提供課程基礎保障。

（三）建立“虛實結合/線上線下互補”的實驗/實踐智慧訓練體系

第三個層面是：創新基本功訓練層面。針對新工科對環境工程專業本科生實驗、實踐動手能力的要求及對更便捷、體驗感更強的智能化實驗教學的需求，進一步提升了實驗課程、認識實習、專業生產實踐、畢業實習、課程設計、畢業設計等實驗、實習、實踐教學在整個教學中的定位與教學手段，增加了學生自主設計性實驗和綜合動手實驗的比重，將虛擬仿真、VR等沉浸式實驗項目引入實驗、實習、實訓教學中。發揮國家級虛擬仿真實驗項目、MOOC精品（實驗）課程、線下優質實驗/實踐課程等資源的作用，開放共享，建立“虛實結合/線上線下互補”的實驗/實踐智慧訓練體系。通過“全國虛擬仿真實驗教學創新聯盟環境科學與工程類專業委員”搭建環境類虛擬仿真共享聯盟，將各高校的實驗/課程設計/實習等虛仿資源凝聚、共享，實現了創新實踐訓練方式的多元化、智能化，并可在一定程度上解決各高校“大田”培育平臺受限問題。

（四）發揮跨院系本科生各級創新訓練平臺的優勢，將多級創新平臺訓練與專業課課堂創新訓練深度融合

第四個層面是：創新思維與方法訓練層面。以“互聯網+全國大學生創新創業大賽”“大學生挑戰杯”“國家大學生創新項目”各級創新創業訓練項目為創新基元，以跨學科、跨專業教師為引領，構建省部級重點實驗室、校院兩級開放實驗室、學院大型儀器分析測試平臺、南開大學創新創業平臺、“人工智能學院”聯合培養實驗室等多層次對本科生開放的創新訓練平臺，并將最新前沿科學研究訓練與課程教學深度融合，打造一支教學水平與科研能力雙高的教學團隊，為環境學科本科生提供全方位、最專業的創新能力培養指導，多管齊下，全方位強化創新思維與創新方法。

（五）打造以工程中心/實習基地為依托的產學研一體化可共享校內創新-實踐基地，同步開展工程實踐訓練與創新研發/孵化訓練

第五個層面：工程實踐訓練與創新研發/孵化培養層面。整合校內資源，打造以工程中心/實習基地/學生社團為依托的產學研一體化可共享校內創新-實踐基地，同步開展工程實踐訓練與創新研發訓練。由專業教師帶隊開展實習實訓、創新研究及多學科社團創新活動，并在綜合實習基地內將研究成果進行應用拓展;同時，通過地區聯合共享、智慧教研室等模式，區域內高校可線上線下共享產學研創新-實踐基地及相關資源。構建便捷、可推廣的工程實踐訓練與創新研發訓練人才培養模式。

（六）整合優勢資源，打造以“多級國際交流平臺/名人講座/雙語課程”為助力的多元國際化培養平臺

國際化、國際視野培養，是“六層次一體化”人才培養體系中的第六個層面。依托學院擁有的教育部“111”學科創新引智基地、科技部國際科技合作基地等多個國際合作中心，為本科生搭建多元國際交流平臺。結合名人講座、學生社團國際交流活動以及帶隊本科生暑期出國交流學習、參加國際大賽、承辦和參加國際會議、構建“新環工”交叉型雙語課程等培養模式，讓本科生零距離接觸國際前沿，逐步培養國際視野和國際競爭能力，并在國際舞臺上展現自身的創新能力，形成特色“國際化”創新性卓越工程師培養模式。

（七）“六層次一體化”環境工程卓越工程師人才培養體系的探索與實踐

當前，南開大學環境科學與工程學院已經開展了“立德樹人/創新與思政協同（創新價值觀層面）—模塊化課程體系（創新基礎知識層面）—虛實結合實驗實踐教學體系（創新基本功層面）—創新訓練與課堂深入融合（創新訓練方法層面）—可共享產學研一體化校內基地（工程實踐與創新應用轉化層面）、多元國際化平臺（國際化培養層面）”等一系列改革和實踐，形成了“六層次一體化”環境工程卓越工程師人才培養體系，并建立了南開大學環境工程新工科特色班。通過示范班實踐性研究，逐步形成了“前沿傳遞—引導滲透—教習指導—實戰訓練—自主創新—反哺教學”的全流程“貫通式”創新、工程實踐能力的培養實踐方案。

三、結束語

新工科建設背景下，已經給環境工程專業的人才培養提出了新的要求。圍繞“創新-實踐”不同層面構建的“六層次一體化”卓越工程師人才培養體系，符合當前和未來環境工程領域新的發展趨勢和要求，高度契合了新時代中國高等教育“內涵式”質量革命的發展需求，著重突出解決了現有卓越工程師培養模式在新工科建設背景下亟需解決的問題。以示范班為研究對象，結合“瞄準國際前沿，對焦行業需求、領跑專業領域”的環境工程卓越工程師人才培養目標，運用該體系開展人才培養過程中不斷矯正做法、迭代提升，已經初步探索出一套“六層次一體化”卓越工程師人才培養實施方案。在此培養體系和實施方案的培養下，本科生對專業的認可度大幅提升，人工智能類、計算機類與環境工程的融合課程吸引了本專業及其他大類中相關專業本科生的高度關注和認可。經過該體系培養的本科生的專業基本功、專業素養、創新能力、實踐動手能力均大幅提升，創新思維更與時俱進，能夠主動聚焦我國當前生態文明建設中的熱點需求技術和亟需解決的問題，運用專業基礎知識和創新設計思維解決復雜多變的現實環境工程問題，并具有一定的國際視野。“六層次一體化”環境工程卓越工程師人才培養體系是我們在當前新工科背景下，結合環境領域的資源與發展趨勢，圍繞“融合式創新、智能共享、多校融合共建”思路開展的卓越工程師人才培養“質量革命”的一個探索，需要進一步在與兄弟院校、合作企業共享、共建基礎上，不斷矯正做法，形成一整套真正符合新工科背景下對環境類卓越工程師人才需求的培養體系和實施方案。

參考文獻：

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