新工科背景下農科院校環(huán)境工程專業(yè)建設思路與實踐

閆立龍，曲建華，王一帆

(東北農業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

經過多年不懈努力，我國工程教育工作不斷得到國際同行的認可。目前全國有151 校次環(huán)境工程專業(yè)通過認證工作，其中既有初次認證的高校，也有多次通過認證的高校，如同濟大學和哈爾濱工業(yè)大學等。同時從認證通過的高校數(shù)量可以看出，隨著國家對認證工作的重視，環(huán)境工程專業(yè)認證通過數(shù)量呈現(xiàn)平穩(wěn)期(2012 年以前)、過渡期(2013-2015 年)以及快速發(fā)展期(2016 年及以后)，如圖1 所示。目前全國每年通過認證的高校呈現(xiàn)遞增的趨勢。至2020 年全國共有64 所高校通過了環(huán)境工程專業(yè)認證，但通過環(huán)境工程專業(yè)認證的農林類院校僅有2 所(北京林業(yè)大學和南京農業(yè)大學)。

圖1 不同年限通過工程認證的環(huán)境工程專業(yè)數(shù)量

為主動應對“中國制造2025”“互聯(lián)網+”等重大戰(zhàn)略，教育部于2017 年2 月和4 月在復旦大學和天津大學召開專題研討會，分別就新工科的內涵、建設與發(fā)展路徑選擇等進行深入探討，并發(fā)布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，以推動工科教育的建設和發(fā)展及適應未來新需求。隨后，先后兩批共計1 457 項新工科項目獲得教育部批準立項，我國新工科教育研究進入新的發(fā)展階段，新工科的內涵與發(fā)展路徑不斷被人們挖掘出來。雖然我國在工程人才培養(yǎng)和教育方面取得很大成績，但隨著新一輪科技革命及產業(yè)革命的到來，新技術、新理論不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)工程教育在知識體系、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)理念方面面臨巨大挑戰(zhàn)，如何讓學生學有所成、學有所用，成為廣大工程教育人員普遍關心的問題。

在新工科概念逐漸被人們所熟知的時候，新農科建設逐漸走進人們的視野。“安吉共識”開啟了涉農專業(yè)建設的新篇章，是涉農專業(yè)應對新農業(yè)新鄉(xiāng)村新農民新生態(tài)建設的有效舉措。探討新形勢下涉農專業(yè)的人才培養(yǎng)模式受到人們廣泛關注。

環(huán)境工程專業(yè)作為一門實踐性較強的工科專業(yè)，近年來發(fā)展非常迅速，全國已經有250 余所高校開設此專業(yè)，畢業(yè)生數(shù)量不斷增大。然而學生培養(yǎng)質量在實踐能力以及創(chuàng)新能力等方面仍難以滿足行業(yè)需求。在新一輪人才培養(yǎng)方案修訂過程中如何處理好理論知識和實踐教學間的平衡，培養(yǎng)具有農學特色的農業(yè)環(huán)保人才，兼顧新工科和新農科的人才培養(yǎng)要求，已成為農業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)教育工作者亟待解決的問題。

一、傳統(tǒng)農科院所環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式面臨巨大挑戰(zhàn)

(一)傳統(tǒng)理論課程體系無法滿足新工科建設要求

隨著信息時代的到來，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術逐漸應用到環(huán)境工程領域，智慧水務、智慧環(huán)保等新名詞不斷涌現(xiàn)，而傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)理論課程體系基本以水、大氣、固廢及物理性污染控制等傳統(tǒng)課程進行開設，涉及人工智能、大數(shù)據(jù)的課程偏少。這必然導致行業(yè)用人需求與人才培養(yǎng)能力間匹配度低的狀況，從而出現(xiàn)學生就業(yè)難，而用人單位招不到人的窘況。此外，傳統(tǒng)農業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)更多參照工科院校，體現(xiàn)農科院校特色相對不足，無法滿足新農科背景下的人才培養(yǎng)要求。近些年來國家對環(huán)境保護與修復十分重視，相繼發(fā)布“水十條”“土十條”以及“大氣十條”，并不斷加大投入。在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略及黑土保護與修復背景下，傳統(tǒng)工科教育已經無法滿足國家新發(fā)展戰(zhàn)略對人才培養(yǎng)的需求。

(二)傳統(tǒng)實踐教學體系不夠完善

環(huán)境工程專業(yè)要求具有很強的實踐性。實踐課程能夠提高學生分析及解決實際問題能力、動手能力，該類課程為學生下一步就業(yè)及學習奠定良好基礎，是滿足新工程建設對工程技術人員新要求的重要環(huán)節(jié)。然而傳統(tǒng)農科院校環(huán)境工程專業(yè)實踐課程學時較為有限，且多局限于傳統(tǒng)以水、大氣、固廢等污染控制方面內容，涉及農學方面的內容較為有限，無法滿足鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下國家對農業(yè)環(huán)保技術人員的用人需求。

(三)學生創(chuàng)新能力有待提高

傳統(tǒng)以教師講授為主的授課方式降低了學生的參與度，學生基本以被動方式接受知識，教學過程中學生的參與度和積極性不高。此外，學生對國家重大戰(zhàn)略需求以及行業(yè)發(fā)展需求了解有限，對未來的就業(yè)去向了解不多，進一步降低了學生學習的積極性，學生的求知欲不強，學生的創(chuàng)新意識不能有效發(fā)揮。

(四)師資隊伍建設面臨較大考驗

傳統(tǒng)農業(yè)院校基本以環(huán)境科學和農業(yè)資源與環(huán)境等專業(yè)為基礎而成立，從而出現(xiàn)現(xiàn)有教師工程實踐經驗不足問題；同時新進教師多以剛畢業(yè)博士為主，這樣教師多以理論研究為主，實踐經驗相對缺乏，長此以往，農林院校環(huán)境工程師資隊伍整體實踐能力有待提高。而教師的實踐能力極大地影響了學生的實踐能力，從而無法滿足新工科建設對學生實踐能力培養(yǎng)要求。

二、堅持“厚基礎、寬口徑、強實踐、重個性、廣適應”培養(yǎng)理念

在新一輪人才培養(yǎng)修訂過程中，在課程設置方面充分借鑒傳統(tǒng)工科院校、特色農業(yè)院校的經驗，分析參照傳統(tǒng)工科院校、農科強校與東北農業(yè)大學課程設置體系異同的基礎上，立足傳統(tǒng)工科、交叉農科，面向鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設、黑土保護與修復等重大國家戰(zhàn)略，主動適應行業(yè)發(fā)展及社會經濟發(fā)展需求，形成了適宜于學校發(fā)展定位、行業(yè)發(fā)展需求的新課程體系，如圖2 所示。

圖2 新培養(yǎng)方案特點

厚基礎。加大數(shù)理化類課程所占比例，該類課程合計32 學分，占總學分比例將近20%(表1)，涉及課程包括大學物理、數(shù)學(概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、高等數(shù)學)等；同時設有有機化學、無機化學、普通化學、物理化學等化學類課程。并不斷加大對其實踐操作能力的培養(yǎng)，開設有大學物理實驗、基礎化學實驗I 和II 等基礎實驗課程。

表1 東北農業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)課程學時分布

寬口徑。在新人才培養(yǎng)方案修訂過程中，學院通過在專業(yè)必修課程中全院平臺課程體系，并按照大類進行招生，在課程設置過程中兼顧傳統(tǒng)環(huán)境專業(yè)工程專業(yè)，同時融入農學特色課程，如土壤學及其實驗、生態(tài)學等，經過1.5 年的大類培養(yǎng)后進行學院內部專業(yè)分流，繼續(xù)按專業(yè)進行培養(yǎng)。

強實踐。在新人才培養(yǎng)方案修訂過程中，注重加強實踐課程間的內在聯(lián)系，將實踐類課程比例提高至總學分的25%，并使多門實踐課程(課程實驗、綜合實驗、課程設計、畢業(yè)設計和認識實習、畢業(yè)實習等)融為一體，在實踐類課程設置過程中既考慮傳統(tǒng)工科院校設置的水、大氣及固體等污染類課程及對應的實驗課，又設有專業(yè)實習(綜合實習、環(huán)境監(jiān)測實習、環(huán)境工程原理、畢業(yè)實習)及課程設計(水和固廢)等實踐類課程；同時考慮農業(yè)院校的農學特色，增設了農業(yè)生態(tài)學實習、土壤學實習課程，讓學生對傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)及農業(yè)環(huán)境保護的生產實踐均有所了解，從而為下一步學習深造及就業(yè)奠定良好基礎。

重個性，廣適應。在新培養(yǎng)方案設置過程中因需提高數(shù)理化類課程和實驗實踐課程所占比例，專業(yè)課時所占比例不可避免地受到限制，為此在專業(yè)課設置過程中僅針對水、大氣及固廢的處理進行設置，且對學時數(shù)進行控制，其余所有與專業(yè)相關的課程均在專業(yè)限選課中體現(xiàn)，在選修課調整過程中根據(jù)學生個性發(fā)展需求分別設置工程設計模塊、傳統(tǒng)環(huán)境污染治理模塊、農業(yè)環(huán)保模塊，學生可以根據(jù)自己學習意愿和未來規(guī)劃選擇自己所需要的課程。

三、培養(yǎng)方案堅持體現(xiàn)交叉融合特性，傳承工科，輻射農科

(一)探索工農等學科交叉模式，培養(yǎng)“復合型”農業(yè)環(huán)境工程人才，應對新業(yè)態(tài)

正值國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施之際，面對科技革命和產業(yè)變革的迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)、量子信息、物聯(lián)網等新技術不斷涌現(xiàn)，學科交叉與融合的局面正在到來，單一學科體系已無法滿足日新月異的行業(yè)需求，這就要求農業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)學生同時具備新工科和新農科方面的知識與技能，注重學科交叉、注重前沿知識積累、注重新技術和新理論學習，面對企業(yè)需求，注重實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程設置過程中設置有數(shù)字農業(yè)技術應用、數(shù)據(jù)庫基礎與數(shù)據(jù)處理應用、程序設計與算法基礎等課程，以滿足學生大數(shù)據(jù)及人工智能方面的知識需求；同時將在傳統(tǒng)水處理實驗中增加自動控制部分內容，并新增智慧環(huán)境與智慧農業(yè)課程，主動應對行業(yè)和企業(yè)用人需求。

(二)改革農業(yè)院校環(huán)境工程人才培養(yǎng)模式，積極探索校企協(xié)同模式

農業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)肩負主動服務“美麗中國建設”“脫貧攻堅”及“鄉(xiāng)村振興”等多重使命。針對區(qū)域發(fā)展特點和國家改善農村人居環(huán)境以及落實“土十條”以及保護黑土地等重大需求，改變環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)體制，由理論性人才向實用型人才轉變，結合社會和企業(yè)需求，探討專業(yè)與企業(yè)協(xié)同育人模式，實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求順利對接，做到理論素養(yǎng)與實踐教育的充分結合。

利用學校建有污水處理站的優(yōu)勢，安排學生到校污水處理站進行長期實習，從處理工藝選擇、運行管理操作規(guī)程等方面發(fā)現(xiàn)存在的問題，通過分析及查閱資料，提出解決方案。同時方案中增設農業(yè)生態(tài)學和土壤學等農科實習內容，帶領學生走入向陽農場(學校基地)、畜禽養(yǎng)殖場等，結合專業(yè)知識，找出問題及解決措施。

多元主體協(xié)同育人。建立學校與實踐單位資源共享和協(xié)同培養(yǎng)的新機制。深化與高科技農業(yè)企業(yè)、環(huán)保企業(yè)、設計單位、科研院所等單位的交流與合作，吸收行業(yè)專家參與學生培養(yǎng)過程。邀請具有豐富實踐經驗的老師與任課教師共同擔任學生實踐課程指導教師，做到理論與實踐充分結合，實現(xiàn)學校與企業(yè)合力育人。邀請經驗豐富的智慧水務、畜禽養(yǎng)殖污染控制、土壤修復等行業(yè)及領域專家走進課堂及舉辦專題講座等，增加學生理論聯(lián)系實際、接觸實踐及行業(yè)前沿的機會，為學生接觸實踐創(chuàng)造條件。

四、多舉措并進提高學生創(chuàng)新意識

加大專業(yè)宣傳力度，并進行學生專業(yè)教育。專業(yè)學生入校后即對其進行專業(yè)教育，讓學生了解專業(yè)的發(fā)展前景；同時強化專業(yè)教師在學生學習過程中的正確引導，增加學科前沿知識以及結合課程內容增加學科研究熱點，讓學生熟悉行業(yè)的發(fā)展需求，提高學生學習的積極性。

引導學生參加大學生創(chuàng)新活動，并通過自主設計創(chuàng)新項目(尤其在畜禽污染控制、土壤修復等方面)、進入導師課題組及畢業(yè)設計分類指導(針對方向，成立畢業(yè)設計指導小組，按照工程設計、水處理、土壤污染控制與修復、環(huán)境監(jiān)測、固廢處理與資源化等進行分類指導)等多形式參加科學實踐活動。通過“學中探索、探索中學”等方式激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。同時在畢業(yè)論文指導過程中，成立了按照研究方向而設立的專業(yè)指導小組，每個小組2～3 人，指定專人任組長，小組共同完成本科畢業(yè)論文指導工作。開展大學生創(chuàng)新項目及專業(yè)競賽等活動，增加學生參與專業(yè)學習和科研實踐的機會，以問題為學習導向，讓學生從被動學習轉為主動學習，以提高教學效果。

五、充分挖掘內外資源，打造環(huán)境工程專業(yè)教育開放融合的新師資隊伍與平臺

優(yōu)化校內外協(xié)同育人組織模式，深化產教融合，推動社會優(yōu)質資源轉化為育人資源。完善師資隊伍的知識結構，結合課程體系，通過與校內相關學院，如電氣與信息學院、水利與土木工程學院、園藝學院、農學院、工程學院等通力合作，共同設計相關課程，打破學院、專業(yè)壁壘，增強學生的農學意識以及強化人工智能和大數(shù)據(jù)在農林領域及環(huán)境工程領域中的應用。采取“外引”“內培”雙模式來加強師資隊伍建設，利用學校在信息自動化、農學等先優(yōu)條件，同時利用網上教學平臺，解決短期師資不足問題。通過內部培養(yǎng)及引進方式解決師資長期不足及知識結構欠缺問題，在師資引進中注重多學科背景。選派教師到工科強校、設計院所等交流學習，提高教師的設計、實踐技能。此外，建立跨學科交融的新型研究機構，打造協(xié)作新平臺，為培養(yǎng)新型交叉工科人才提供保障。

六、結束語

在新工科和新農科雙背景下，構建適用于農科院校環(huán)境工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，不斷增強學生的創(chuàng)新意識，打造環(huán)境工程專業(yè)教育開放融合的新師資隊伍與平臺，以培養(yǎng)具有工科院校環(huán)境工程專業(yè)和具有農科特色的復合型人才。