學科交叉融合背景下農業環境工程教學改革與人才培養模式探討

沈崢 王佳琪 周海一 周雪飛 張亞雷 王詩卓 聶發輝

摘 要 多學科交叉是學科發展的必由之路，是創新型人才培養的重要途徑。農業環境工程是農業工程與環境工程兩門學科的交叉融合。然而，傳統的教學模式和人才培養模式無法充分利用交叉學科帶來的優勢。為了持續推進黨的二十大提出的對人才培養改革創新要求，針對當前農業環境工程的教學模式現狀，并以同濟大學新農村發展研究院的實踐改革經驗為例，在多學科交叉融合的背景下制定“多學科、重實踐、講創新”的教學改革方案，并探索新時期“新農科改革和實踐”的人才培養模式，從而進一步加快農業環境類創新型人才建設。

關鍵詞 農業環境工程；多學科交叉；教學改革；人才培養模式

中圖分類號：G42 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.13.064

學科建設是實現我國科技創新的關鍵，當前單一學科的培養模式已經無法適應現代創新型人才培養的需求，我國的教育模式也正由單一學科的“孤軍奮戰”逐漸向多學科交叉融合的“并肩作戰”轉變。因此，跨學科建設已經成為學科建設的主要手段，學科交叉融合也逐漸成為教學改革和人才培養的趨勢[1]。利用學科交叉融合的手段對傳統工科專業進行改革，不僅積極推進了我國工程教育改革的建設，而且為培養新興領域人才提供了條件。我國是一個農業大國，習近平總書記在黨的二十大報告中明確指出：“全面推進鄉村振興，加快建設農業強國”，這為中國式農業農村現代化發展指明了方向。隨著現代工業的發展，農業技術也得到了升級，但在發展“金山銀山”的同時，也要考慮到對“綠水青山”的保護，因此農業環境工程逐漸走進大眾視野[2]。

為了解決日臻嚴重的農業污染問題，大量工科類或農業類院校都會開設這門學科，但在形式和內容上仍存在許多弊端。南京農業大學梁劍茹老師強調農業大學在工科方面實踐條件嚴重不足，且此現象長期存在[3]；青島農業大學牟少巖教授指出一些地方性農業院校學科發展不平衡，這種不平衡對于學科交叉融合具有不利的影響[4]。傳統農業院校的教學模式和人才培養模式無法充分利用交叉學科帶來的優勢，導致高校在環境工程方面的人才培養要求與我國日益加重的農業環境現狀不相適應[5]。而同濟大學作為一所以工科為主的綜合性研究型高校，具有很強的工科優勢與學科創新能力，同時也提供了大量科研實踐平臺，為多學科交叉發展提供了條件。

文章通過分析農業環境工程的教學模式現狀，從同濟大學自身實際出發，整合規劃、建筑、能源、電子信息等多學科協同交叉，制定“多學科、重實踐、講創新”的農業環境工程教學改革方案，探索多學科交叉融合“新農科改革和實踐”人才培養模式機制創新與實踐。

1? 農業環境工程學科教學模式現狀

1.1? 課程內容老舊冗雜，學生自主學習能力差

當前高校在農業環境工程這門課上設置的課程內容單一老舊，重復冗雜，缺少整體性，只限于對特定的課程進行教學，而不能與其他學科進行橫向的聯系。比如在課程內容的設計上缺乏創新意識，不能反映出現代科學技術的發展程度，教師沒有意識去增設一些課外的相關內容，并講授一些與生態環境相關的課外書籍。若課堂上老師輸出的內容極難引起學生們的興趣，那么學生的自主學習能力也得不到提高。聯合國教科文組織在《學會生存》的報告中指出：“未來社會的文盲，將不會是沒有掌握一定知識的人，而是那些不會學習的人”。由此可見，傳統的“灌輸式”教學只能傳授學生知識，而不能提高學生的學習能力，自主學習對于一個學生是尤為重要的。然而，當前我國高校學生自主學習能力普遍偏低，很少有學生會主動思考并提出疑問，學生也很少在課后主動查閱相關書籍進行拓展學習，這是在教育教學中需要引起重視的地方[6]。

1.2? 依附理論課程，缺乏實踐經驗

“重理論、輕實踐、重知識、輕能力”的教學方式導致了大部分學生的創造性、分析問題和解決問題的能力十分匱乏。教師教授傳統的理論課程僅僅是對書本上已有的理論進行簡單的闡述，而缺少對所學知識的交叉滲透和融會貫通能力的培養，更缺少的是對綜合分析、設計和科研等綜合能力的培養。在《農業環境工程》這門課程傳統的“填鴨式”教學方式下，教師灌輸理論，學生認真聽講，整個過程缺乏師生互動，缺少必要的思考和對未知領域的探索，難以培養動手能力和分析解決問題的能力，更談不上創新意識的養成。實踐是理論的基礎，只有通過實踐才能對一個事物有充分認識，但一些高校將實踐能力的培養流于形式。在目前的實驗教學中，高校設置的實驗大多為演示實驗，致使學生的動手能力下降，創新能力不足。高校開展相關的實踐活動也是走馬觀花、不求甚解，自身能力沒提升的同時也造成了實踐資源的浪費。

1.3? 思維無法發散，學科交叉流于表面

學生無法將所學知識融會貫通的原因主要有以下2個。1）當前我國普通院校師資力量薄弱，教師與外部環境的接觸的機會少，不能適應國際上的最新研究趨勢，且教師的專業知識結構較為單一，對其他學科的涉獵較少，因此缺乏對課程內容的創新能力。與此同時，多數學生沒有主動學習的意識，教師和學生的思維皆無法發散。然而，發散思維是創新思維最基本和最普遍的方法，是人類思維創新的原動力，因此在教育和學習的過程中想要得到創新能力的提高必須先培養思維發散能力。2）大多數情況下在教學中涉及的學科交叉融合都停留在初級階段，即捆綁式學科交叉[7]。捆綁式學科交叉是學科之間最簡單的融合方式，將兩門或者兩門以上學科進行捆綁，例如利用微生物處理污染廢水，將生物學的知識應用于環境治理，這是淺層的學科交叉。由此可見，目前的學科交叉模式仍流于表面，并不深入，學生在多學科交叉融合方面的探索非常缺乏。多學科交叉融合不僅僅是表面的結合，更是學科知識之間進行螯合后產生一些“奇妙的反應”，從而形成一種更加具體生動的產物。

2? 農業環境工程學科教學改革方案

2.1? 改革課程教學模式，培養自主學習能力

培養學生自主學習能力是培養創新型人才的首要任務，其中改革課程教學模式是邁出培養創新型人才的第一步。1）在課堂上，教師不能固守傳統的教育方式，要改變教育理念，構建以“以人為本”的教育方式。農業環境工程這門學科并沒有那么成熟，因此給學生和教師留有很多思考的空間[8]。如果教室里的教學只是老師的“一言堂”，那么學生就很少會進行自主學習，因為他們沒有參與的意識，也沒有自己的想法。給學生提供展示自我想法的“舞臺”是改善教學氛圍的一劑“良藥”。以同濟大學新農村發展研究院的農業環境工程課程教學為例，教師在課前給學生布置上課任務，比如分享自己身邊發現的農業環境問題，引導學生各抒己見，暢所欲言。結合本專業的相關知識與生活中的所見所聞，在環境污染危害、環境治理手段和相關理論知識等方面進行匯報。學生通過主動思考，引出相關話題，教師再進行知識的延伸，有利于學生更好地掌握相關知識點，培養學生自主學習的興趣與能力。2）在考核過程中，考核方式應呈現多樣化，建立開放式的考核機制。一般的考核方法以“課堂+考試”的模式為主，然而，在書本上能找到答案的考試嚴格意義上來說對培養學生的自主學習能力和創新能力都并無益處。應試能力的考核對于現如今大多數高校學子來說皆不在話下，但對思維創新能力和自主學習能力的考核在如今的考核形式中卻很少。開放式考核即根據教學內容的特點，靈活地采取理論課程的考核，給學生提供機會和平臺，讓學生進行自我學習、自我測試與自我評價。考核內容相對自由，測試形式呈現多樣化的趨勢，旨在培養學生在考核中學習的習慣，提高教學質量[9]。

2.2? 探索多平臺合作模式，增長學生實踐經驗

增長學生實踐經驗是培養創新型人才的關鍵。1）建立校內的多學科交叉實踐平臺，同濟大學新農村發展研究院深入貫徹黨的二十大提出的推動鄉村產業、人才和生態振興的要求，建設同濟大學現代農業工程與新能源研究的公共學科平臺——新奧同濟生態園（新奧同濟生態園依托同濟大學在農業工程、新農村人居環境建設、農村規劃建筑、農村生態環境等方面的科教與人才優勢，是個跨越多個學科專業的農業生態綜合平臺），為同學們提供科研實踐和交流的平臺。2）探索校企合作模式，為同學們提供多平臺實踐服務。同濟大學作為常務理事單位，聯合中國農業大學、浙江大學等國內外42家高校科研機構和企業聯合發起成立“國家農業科技發展戰略智庫聯盟”，旨在打造“國際知名、國內領先的專業化農業科技發展戰略智庫聯合體”。上海設施農業技術研究中心依托同濟大學，與上海市有關部門開展多學科交叉，拓展和強化設施農業的工程技術與基礎理論，并建立相應的機制，以推動設施農業的成果轉化。加速科技成果向生產力的轉換，縮短成果轉化的時間，滿足企業、鄉村生產的需求，提高已有的技術成果的成熟性、配套性與工程化程度，并在產業內實現擴散，推動產業技術進步與經濟發展，為我國的設施農業工程建設提供高水平人才與技術支撐。

2.3? 構建跨專業教學團隊，深入學科交叉融合

深入學科交叉融合是培養創新型人才的核心。習近平總書記指出中國式現代化與農業農村現代化密不可分。然而，農業現代化的快速發展離不開多學科交叉技術作為支撐，有專家學者提出信息技術與生物技術在農業的綠色發展上提供了大量支持。“新農科建設”已從“提檔升級”逐漸向“交叉融合”過渡，這也要求農業學科在教學改革方面要有新的進展[10]。農業環境工程是利用環境工程方面的工程技術去解決日臻嚴重的農業環境問題，本質上也是一種交叉學科。然而淺層的學科交叉無法滿足現如今人才培養的需要，高校的教學改革必須引導農業環境工程突破傳統學科的界限，實現能源、材料、電子信息等的深度交叉融合，因此，智慧農業環境工程逐漸成為研究熱點[11]。同濟大學新農村發展研究院在農村環境治理方面按照“變單純污染治理為廢物資源化”思想，開發了厭氧-微藻聯合資源化處理高濃度有機廢水新工藝，并研發出相關核心專用設備，為農村的水污染治理提供了新方法。其次，教師組成的教學團隊在教學改革中起著相當重要的作用，且智慧農業環境工程涉及知識面較廣且更新速度快的特點，因此構建以農學教師為基礎，整合資源環境、電子信息方面教師，甚至跨學科、跨學院支撐的教師隊伍迫在眉睫。同濟大學從自身出發，建成包含國內外超過300名多領域專家的師資庫，他們均為相關高校、科研院所、社會組織、地方政府和龍頭企業等方面的領軍人物。逐步建立以新農村發展研究院為依托，農科教相結合的綜合服務模式，推動產學研合作、科研教學模式改革與機制體制創新，建立基于村鎮多種形式的服務基地和跨地區、跨學科的信息化網絡服務平臺。

3? 農業環境工程學科人才培養模式

3.1? 優化培養目標，樹立跨學科培養觀念

建立跨學科人才培養觀念是進行人才培養的第一步，對人才培養模式的創新具有決定性的作用。眾多學者研究發現，許多世界一流大學都較早地樹立了跨學科意識，從而積累了更為豐富的跨學科建設經驗。從20世紀90年代開始，日本就開始了學科建設的改革，跨學科研究領域逐漸成為日本教育教學的焦點領域，京都大學作為日本頂尖的綜合類研究型大學，有著深厚的跨學科研究積淀，并且建設了國際頂尖的跨學科研究平臺——iCeMS（京都大學細胞材料綜合研究中心）[12]。德國的大學非常重視跨學科教研工作，在前瞻性學科交叉與培育新學科方面處于世界領先地位，并且它們能夠做到“因地制宜”，在不同的學校、不同的跨學科領域具有不同的培養機制[13]。這些研究型高校的跨學科理念根植于科技創新改革，為學科發展創造了優勢并培養了一系列跨學科研究團隊，同時也為我國的跨學科平臺建設與人才培養模式提供了借鑒依據。我國人才培養的當務之急是樹立跨學科培養觀念。樹立跨學科培養觀念首先應優化人才培養目標。當今社會不僅僅需要能解決這些跨學科問題的人才，更需要培養能夠運用多學科知識提出問題并分析解決的人才。因此，“新農科改革與實踐”人才培養目標要從“學會”向“運用”轉變，從“單一”向“多元”轉變，培養高水平創新型人才。

3.2? 強化學科交叉，建立人才培養第二通道

革新傳統培養模式，構建“以學科交叉為基礎，強化學生創新意識”的人才培養第二通道。強化學科交叉體現了辦學組織的靈活性、管理的開放性和資源的整合性等諸多優勢，是“新農科改革與實踐”人才培養模式的一種有效載體。1）高校應優化交叉學科教師隊伍的建設，教師在教育教學過程中起著主導作用，教師隊伍的建設在進行強化學科交叉的進程中有著不容小覷的作用。在教學過程中，教師要開設具有交叉學科特點的課程，以優化學生的交叉學科知識結構，進而培養學生的創新思維意識。2）“學科交叉”不局限于課本知識的學習，更強調在實踐中的應用。高校應更加重視學生在交叉學科背景下的創新能力、動手能力和實踐能力的培養。南京信息工程大學深化教育改革體制，拓展共建主體，形成多元化的共建體系，構建“政－產－學－研”協同培養機制，為學生的科研學習構建多學科交叉實踐平臺，有效提升了創新型人才培養的質量[14]。

3.3? 改革考核方式，完善人才評價體系

人才考核與評價是檢驗人才培養質量的標準。在交叉學科的背景下，“新農科改革與實踐”人才培養模式要求以交叉學科的創新意識為切入點，改革考核方式，完善人才評價體系。1）高校應提出權威的評價標準。結合學科交叉的優勢，建立評價體系中的評價標準。學科交叉融合有利于增長學生的思維創新能力，使其對知識體系的深度掌握得更加透徹，也有助于學生們對跨學科的橫向知識進行了解與掌握，從而提高創新實踐能力。因此，需要建立包括學科知識、創新意識、探索能力和實踐能力在內的可量化和不可量化的指標體系，并改進學生綜合測評考核辦法，將“新農科創新”精神和能力納入考核指標體系中[15]。2）樹立科學的考核觀念，端正對考核目的的認識。當前我們對人才考核的方式趨于多樣化，只有當考核目的與人才培養的要求一致時，才能對“新農科改革與實踐”人才培養質量進行準確的評價，否則培養出的學生創新意識差，無法適應社會發展的新需求。最后，人才培養評價體系若只是針對學生而言未免過于局限，因此評價范圍應擴大到教師隊伍和高校資源，建立健全多學科交叉的考核評價體系[16]。

4? 結語

綜上所述，隨著當代科學技術的進步，各個學科在不斷發展的同時交叉融合也逐漸成為主流趨勢。培養高層次人才不僅僅需要扎實的基礎，更需要發散的思維，因此，多學科交叉融合是培養高層次人才的“必由之路”。本文針對當前農業環境工程教學存在的弊端，結合同濟大學的實踐改革經驗總結該學科教學改革的措施，并在教學改革的基礎上提出“新農科改革和實踐”人才培養模式。為高校農業環境工程教學改革提供可借鑒的方案，發揮多學科交叉的優勢，為我國人才培養探索新的模式，輸送更多能在農業方向上解決問題的高水平人才。

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（責任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2023-01-30

基金項目：教育部新農科研究與改革實踐項目“多學科交叉融合的農業工程人才培養模式機制創新與實踐”（202009）；國家重點研發計劃政府間國際合作項目（2022YFE0120600）；國家自然科學基金面上項目（21978224）；江西省級教改課重點課題“‘工程教育引領，產學協同驅動，多元培養支撐’卓越環境工程人才實踐能力培養體系構建與實踐”（JXJG-22-5-4）；江西省學位與研究生教育教學改革研究項目（JXYJG-2021-110）。

作者簡介：沈崢（1978—），男，浙江奉化人，博士，教授，研究方向為農業環境污染治理。E-mail：shenzheng@tongji.edu.cn。

*為通信作者，E-mail：zhangyalei@tongji.edu.cn。