基于學科交叉的實踐教學改革研究

劉廣龍 張丹 蔡建波

[摘 要] 針對農業院校環境工程專業“新工科”建設的內在要求，以及在人才培養方面面臨的新挑戰，通過分析農業院校環境工程專業實踐教學存在的問題，結合華中農業大學環境工程專業實踐教學改革經驗，從學科交叉的視角提出了農業院校環境工程專業實踐教學改革的可行措施，要求環境工程專業本科生在夯實共性工程能力的前提下，以中國生態農業發展需求為導向，從而培育出能夠解決我國新時代農業環境問題的創新性人才。

[關鍵詞] 學科交叉;農業特色;環境工程;實踐教學

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）03-0073-04? ?[收稿日期] 2019-06-10

環境工程專業是我國高校近20年來發展迅速的專業之一。作為一門交叉學科，幾乎涉及各個行業。因此，一些行業性學校也紛紛針對其行業特點開設了與環境保護相關的專業。大量的農業院?；谌找嫱癸@的農村環境污染治理，也開設了環境工程專業[1]。然而，在眾多農業院校環境工程專業建設和發展的過程中，更多的是秉承傳統工科人才的培養模式，致使農業院校環境工程專業人才培養與我國嚴峻的農業環境問題需求不匹配。

實踐教學作為提升學生工程能力的重要環節，在環境工程專業教學中至關重要[2]，可使學生加深基礎知識的理解與掌握，鍛煉理論知識在實際中應用的能力，提升學生分析與解決實踐問題的能力。然而，眾多農業院校在現有的環境工程實踐教學中，實踐基地和對象與傳統工科院校的環境工程專業實踐教學極為相似，仍是圍繞城市污水處理、生活垃圾填埋等展開，致使農業院校環境工程專業畢業生并未具備農業院校環境工程的特色優勢[3]。

據此，筆者總結了華中農業大學環境工程專業實踐教學改革經驗，提出了基于學科交叉的農業院校環境工程實踐教學改革措施（見下圖）。

一、基于學科交叉的農業院校環境工程實踐教學改革的必要性

（一）農業院校環境工程專業本科生的工程能力亟待加強

自我國加入《華盛頓協議》以來，以工程專業認證為契機，進行人才培養模式改革，完善實踐教學，提升工科專業畢業生的工程技能，已成為我國高校環境工程專業建設的共識[4]。但由于近年來研究型大學的建設浪潮，導致農業院校更重視學生科研能力的培養，而對實踐教學的重視度不夠，培養方案變革緩慢。在現有的農業院校環境工程專業實踐教學中，驗證性和演示性實驗居多，綜合性實驗較少;認知實習和生產實習走馬觀花，動手實踐不足;畢業設計選題單一且陳舊，開拓性和創新性不足。同時，農業院校環境工程專業的實踐能力培養仍主要集中于水、氣和固廢的防治，對于新興的農業環境問題的防治缺乏針對性的實踐培訓[5]。

（二）農業院校環境工程學科基礎薄弱，實踐基地缺乏

農業院校環境工程多是由以前的農業資源與環境學科發展而來，都是從零開始，底子薄弱[6]。具有工科背景的專業教師年齡較輕，且多數為高校直接畢業的博士，不具有工程實踐經驗，直接影響了學生實踐能力的培養。此外，隨著市場經濟的發展和實習經費的限制，一些不同性質的生產實習都變成了認知實習，生產實習的跟班操作更是難以實現。一些實習單位因安全問題也不歡迎學生實習，尤其是在2020年新型冠狀肺炎疫情的影響下，實習單位基于人流密度等安全因素考慮，生產實習等實踐教學的開展變得更為困難。依托學科交叉，有望利用農業院校的優勢學科，如農業資源與環境、生物工程等專業在土壤污染修復、水體污染微生物修復工程方面的實踐教學資源，可在一定程度上緩解農業院校環境工程實踐教學的困境。

（三）農學特色流于形式，畢業生行業競爭力不足

現有的農業院校環境工程專業實踐教學仍是圍繞市政生活污水處理、生活垃圾處理和工業固廢利用等展開，缺乏與其他學科的深度融合，致使農學特色更多地停留在環境工程專業建設口號上。事實上，農業院校環境工程專業與工科院校的環境工程專業相比，具有自己突出的特色：一方面，資源與環境緊密結合。傳統的工科院校的環境工程專業往往更側重于各種污染治理技術的教學和研究，而對資源重視不夠。資源與環境是密切聯系的，農業院校將土壤、動物、植物、微生物等方面的研究優勢與環境污染治理相結合，必能提升環境污染治理技術的內涵。另一方面，農業院校在農業面源污染控制、生態治理技術方面具有獨特優勢，在科學施肥、畜禽養殖污染控制、污染物在土壤和植物中的遷移轉化方面具有明顯優勢[7]。農業院校在植物學、土壤學、微生物學、生態學方面的學科基礎使其能對環境治理技術有更加深入的研究和認識。

二、基于學科交叉的農業院校環境工程專業實踐教學改革可行性措施

（一）實踐教學體系改革

1.轉變教師教學觀念，提升教師工程能力。教師是實踐教學中的“主持人”，其教學觀念和工程能力直接影響了實踐教學質量。早期的農業院校環境工程專業教師秉承了傳統工程教學理念，在實踐教學中更多的限于傳統水、氣、固的工程治理實踐，而對于新興的農業面源污染控制工程認知不足，致使在實踐教學中缺少了對學生其他學科認知的引導[8]。新近教師則多為高校直接畢業的博士，缺乏工程實踐能力，難以真實有效地指導學生進行工程實踐。針對前者，建議建立跨學科組織，擴展不同學科之間的交流，豐富教師知識結構，通過不同學科教師間的學術交流會議，實現教師的思維碰撞。針對后者，鼓勵教師進行繼續教育，支持掛職鍛煉。要求年輕教師參與工程施工調試和運營管理，提高其工程意識。亦可聘任各類環境污染治理工程負責人擔任專業兼職教師，給年輕教師和學生營造良好的工程氛圍。華中農業大學資源與環境學院環境工程專業要求年輕教師參與本科生的“生產實習”，提高年輕教師的實踐育人能力和水平;鼓勵專業教師參與職業資格認證考試，打造“雙師型”教師，目前我院已有6人獲得了“環境影響評價工程師”的職業資格證書。

2.夯實共性工程能力，強化農學特色實踐技能。按照教指委的指導意見，環境工程專業的共性工程能力培訓主要包括“水污染控制工程”“固體廢棄物處理與資源化”和“大氣污染控制工程”。為強化農業院校環境工程專業實踐教學的農學特色，還應開設與農業面源污染控制、土壤污染防治等農業環境保護相關的課程及實踐，使學生具備解決農業、農村環境問題的能力[9]。華中農業大學資源與環境學院自2015年以來實施環境科學與工程類大類招生，以“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”為目標，將課程設置為文理基礎課、學院平臺課、學科基礎課、專業核心課和專業特色課五類，夯實流體力學、環境工程原理、工程制圖，以及水、氣、固廢污染控制工程等一般工科類課程的基礎技能，并增設機械設計基礎、電工技術、工程概預算、環境生物工程、環境生態工程、農業廢棄物資源化利用等其他學科的課程及實踐，使學生在掌握應知應會的“共性”工程知識和技能的同時，融合其他學科的知識解決農業環境污染問題。

3.建立跨學科的競賽平臺，鼓勵開放性平臺的多學科交叉融合。學科競賽有助于鍛煉學生理論知識分析和解決實際問題的能力[ 10 ]。環境工程專業的學生可以參加挑戰杯、神農杯、建模競賽、“互聯網+”創新創業大賽及國際環保設計競賽等。在競賽平臺的建設中，應打破學科壁壘，由不同的專業協作組織。在競賽中不同專業、不同特長的學生可將藝術設計、數學建模、生物化學工程、環保設計等諸多知識點有機融合，在加強創新的同時有利于學生開闊視野。華中農業大學環境工程專業已連續多年組建跨專業本科生隊伍參加了全球重大挑戰論壇、國際城市溫室設計大賽和挑戰杯等國內外專業競賽，極大地提升了學生的專業認知和協作創新能力。此外，在開放性平臺中，教師有意識地引導學生將多學科的知識交叉融合。例如，在新型冠狀肺炎疫情期間，華中農業大學環境工程專業在“認知實習”的教學過程中，積極地與北京歐倍爾軟件技術開發有限公司達成了技術合作協議，利用該公司的虛擬仿真平臺開展了水處理類虛擬仿真實習和固廢處理處置虛擬仿真實習，并將該公司的生態學類虛擬仿真軟件也納入實習當中，引導學生了解土壤重金屬污染修復和農村景觀濕地構建及季節性凈水調控。

（二）實踐教學平臺建設

1.建立校內實踐教學平臺，凸顯農業面源污染控制實踐。在高校內建立一個可供環境工程、環境科學、化學工程、生物工程等多學科交叉、資源共享的開放式實習基地，對于課程實踐教學、大學生創新創業訓練等實踐教學具有極大的幫助，也有利于多學科的交叉融合，還可以提升學生的創新能力[ 11 ]。華中農業大學采用教育部修購計劃、學校基建投資和科研經費購置設備及維持運行的模式，投入1000余萬元，建成了“華中農業大學資源與環境學院環境科學與工程實踐基地”，于2010年開始運行?；亟ㄓ幸蕴幚硇笄蒺B殖廢氣為重點的大氣污染控制實驗室，以處理畜禽廢水為特點的水污染處理實驗室，以處理農業廢棄物為對象的固體廢棄物處理實驗室等實踐教學平臺，并依據農業院校的特色，分步建設了校區生活污水濕地凈化系統、農業廢棄物碳化系統等若干農業面源污染控制實驗操作單元。該基地配套了學生學習自習室，學生可在基地反復操作，自行調節參數，記錄和分析數據，評估處理效果。

2.擴展校外實踐教學基地，改革實踐教學方法。國內農業院校環境工程專業在共性校外實踐基地方面，如水污染處理、廢棄物填埋等，并不存在太多困難，但是在特色實踐基地方面往往極為缺乏[ 12 ]。通過學科交叉，利用優勢學科的實踐教學基地，在增加了實踐教學平臺的同時，也強化了特色實踐能力的培養。例如，可將農業院校在生物工程、動醫動科、農業資源與環境等交叉學科相關的實踐教學基地，納入環境工程實踐教學。華中農業大學環境工程專業在認識實習的教學內容中，將土壤污染重金屬污染修復、地表水的微生物修復工程納入教學中，提升了學生的知識面和學科交叉能力。在生產實習中，我校與湖北祥云化工集團合作建立了環境工程實踐教學基地，將有機肥生產項目納入環境工程生產實習當中，培養學生解決農業環境問題的能力。此外，在生產實習過程中，創立了“回頭看”的實習方法，實行“實習—小組討論—回頭看—再討論—辯論—總結”的模式，激發了學生的學習熱情，也強化了學生認識問題和解決問題的能力。

3.注重虛實結合，建成了泛在化的實踐學習模式。結合卓越工程師人才培養經驗，考慮當前“95后”學生的特點，充分利用現代信息技術，通過“互聯網+實踐教學”模式共享優質的實踐教學資源，實現線上與線下、課內與課外、個性化與協作學習深度融合，建立了泛在化的實踐學習模式[ 13 ]。利用人工智能、虛擬仿真技術和VR技術，自主開發建設虛擬仿真項目，同時引入國家和企業的線上實踐教學資源，搭建虛實融合的生產實習平臺，構建“線上+線下”混合式實踐教學模式，學生通過在線學習實踐，激發學習興趣，增強求知欲望，提高實踐創新能力。同時，線上實習平臺能體現企業職業崗位能力與學生實際能力畫像對比結果，使企業能夠快速掌握學生的技能水平，實現企業精準招聘，學校精準育才，最終達到校企合作雙贏的良好效果[ 14 ]。疫情期間，我校環境工程專業與北京歐倍爾科學儀器有限公司達成深度合作，充分利用該公司的3D環境虛擬仿真實驗室，包括3D水污染控制設計虛擬仿真軟件、水處理類虛擬仿真軟件、大氣污染控制類虛擬仿真軟件、固體處理處置類虛擬仿真軟件等，完成了環境工程專業“水污染控制工程”“大氣污染控制工程”“固體廢棄物處理與資源化”課程的實驗教學。尤其是我們將該公司的3D生態學類虛擬仿真軟件，包括農田土壤重金屬污染場地生態修復虛擬仿真綜合實驗、耕地土壤鎘污染鈍化修復虛擬仿真實驗、農村景觀濕地構建及季節性凈水調控虛擬仿真實驗三個虛擬仿真模塊納入“認知實習”的教學中，得到了學生良好的反饋，切實解決了疫情期間實踐教學難以開展的問題。

三、結語

國家正處于生態文明建設高潮，因此在農業發展及新農村建設的過程中出現了新的環境問題，使農業院校環境工程專業人才培養面臨新的挑戰，這就要求環境工程專業本科生在夯實共性工程能力的前提下，以中國生態農業發展需求為導向，培養能夠解決我國新時代農業環境問題的創新性人才。通過學科交叉融合，構建全新的環境工程實踐教學體系和平臺，強化農業環境污染治理能力，從而切實服務于我國鄉村振興的戰略目標。

參考文獻

[1]陳建軍，蔣明，李博.分類培養形勢下農業院校環境工程專業人才培養方案設置探討[J].高教學刊，2017（7）：21-23.

[2]李成濤，韓佳慧，王家宏，等.以工程實踐能力培養為導向的環境類專業人才培養模式改革與實踐[J].教育教學論壇，2020（11）：134-135.

[3]隋濤.基于多學科交叉融合的環境工程專業創新性人才培養[J].西部素質教育，2020，6（2）：165-167.

[4]鄭賓國，牛俊玲，梁麗珍，等.工程教育業認證背景下地方高校環境工程專業實踐教學改革[J].教書育人（高教論壇），2019（18）：96-97.

[5]于英翠，馬愛生，左亞杰，等.環境工程專業就業現狀及實習體系的構建[J].高等農業教育，2019（4）：79-82.

[6]辛言君，崔德杰.農業院校環境工程專業實踐教學改革研究[J].安徽農業科學，2010，38（29）：16683-16685.

[7]褚潤，高波，羅蕊，等.對高等農林院校環境工程專業課程體系改革的思考[J].教學研究，2015，38（1）：58-61.

[8]?？×?，李慶召.學科交叉驅動下環境工程人才創新能力培養路徑的探索[J].高教學刊，2018（5）：33-34.

[9]周權鎖，陸雋鶴，周立祥，等.面向農業的環境工程專業實踐教學體系與平臺構建[J].實驗技術與管理，2019，36（7）：185-187.

[10]李伯耿，陳豐秋，陳紀忠，等.以創新創業型人才培養為核心打造專業新特色[J].高等工程教育研究，2011（3）：97-99.

[11]廖慶喜，張擁軍，廖宜濤，等.基于學科交叉融合的農業工程類一流專業建設探索與實踐[J].高等工程教育研究，2019（5）：11-15.

[12]黃曉霞，涂常青，王春英，等.地方本科院校環境工程專業實踐教學基地建設的探討[J].山東化工，2020，49（5）：188-189.

[13]歐陽科，謝珊.“互聯網+”條件下環境工程專業實踐環節教學改革探索[J].山東化工，2019，48（13）：179-180.

[14]張明芳.數字環保特色型環境工程專業人才培養體系改革研究[J].教育教學論壇，2018（51）：32-33.