新工科背景下農(nóng)科院校環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)思路與實踐

閆立龍，曲建華，王一帆

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

經(jīng)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(rèn)可。目前全國有151 校次環(huán)境工程專業(yè)通過認(rèn)證工作，其中既有初次認(rèn)證的高校，也有多次通過認(rèn)證的高校，如同濟大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。同時從認(rèn)證通過的高校數(shù)量可以看出，隨著國家對認(rèn)證工作的重視，環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)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(rèn)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(rèn)證，但通過環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)證的農(nóng)林類院校僅有2 所(北京林業(yè)大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué))。

圖1 不同年限通過工程認(rèn)證的環(huán)境工程專業(yè)數(shù)量

為主動應(yīng)對“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，教育部于2017 年2 月和4 月在復(fù)旦大學(xué)和天津大學(xué)召開專題研討會，分別就新工科的內(nèi)涵、建設(shè)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(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，以推動工科教育的建設(shè)和發(fā)展及適應(yīng)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(zhǔn)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(nèi)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(chǎn)業(yè)革命的到來，新技術(shù)、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(xué)生學(xué)有所成、學(xué)有所用，成為廣大工程教育人員普遍關(guān)心的問題。

在新工科概念逐漸被人們所熟知的時候，新農(nóng)科建設(shè)逐漸走進人們的視野?！鞍布沧R”開啟了涉農(nóng)專業(yè)建設(shè)的新篇章，是涉農(nóng)專業(yè)應(yīng)對新農(nóng)業(yè)新鄉(xiāng)村新農(nóng)民新生態(tài)建設(shè)的有效舉措。探討新形勢下涉農(nóng)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式受到人們廣泛關(guān)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(jīng)有250 余所高校開設(shè)此專業(yè)，畢業(yè)生數(shù)量不斷增大。然而學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)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(xué)間的平衡，培養(yǎng)具有農(nóng)學(xué)特色的農(nóng)業(yè)環(huán)保人才，兼顧新工科和新農(nóng)科的人才培養(yǎng)要求，已成為農(nóng)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(nóng)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(shè)要求

隨著信息時代的到來，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)逐漸應(yīng)用到環(huán)境工程領(lǐng)域，智慧水務(wù)、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(shè)，涉及人工智能、大數(shù)據(jù)的課程偏少。這必然導(dǎo)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(xué)生就業(yè)難，而用人單位招不到人的窘?jīng)r。此外，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)更多參照工科院校，體現(xiàn)農(nóng)科院校特色相對不足，無法滿足新農(nóng)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(fù)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(fù)背景下，傳統(tǒng)工科教育已經(jīng)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(xué)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(xué)生分析及解決實際問題能力、動手能力，該類課程為學(xué)生下一步就業(yè)及學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)，是滿足新工程建設(shè)對工程技術(shù)人員新要求的重要環(huán)節(jié)。然而傳統(tǒng)農(nóng)科院校環(huán)境工程專業(yè)實踐課程學(xué)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(nèi)容，涉及農(nóng)學(xué)方面的內(nèi)容較為有限，無法滿足鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下國家對農(nóng)業(yè)環(huán)保技術(shù)人員的用人需求。

(三)學(xué)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(xué)生的參與度，學(xué)生基本以被動方式接受知識，教學(xué)過程中學(xué)生的參與度和積極性不高。此外，學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生的求知欲不強，學(xué)生的創(chuàng)新意識不能有效發(fā)揮。

(四)師資隊伍建設(shè)面臨較大考驗

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)院校基本以環(huán)境科學(xué)和農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境等專業(yè)為基礎(chǔ)而成立，從而出現(xiàn)現(xiàn)有教師工程實踐經(jīng)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(jīng)驗相對缺乏，長此以往，農(nóng)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(xué)生的實踐能力，從而無法滿足新工科建設(shè)對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)要求。

二、堅持“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強實踐、重個性、廣適應(yīng)”培養(yǎng)理念

在新一輪人才培養(yǎng)修訂過程中，在課程設(shè)置方面充分借鑒傳統(tǒng)工科院校、特色農(nóng)業(yè)院校的經(jīng)驗，分析參照傳統(tǒng)工科院校、農(nóng)科強校與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)課程設(shè)置體系異同的基礎(chǔ)上，立足傳統(tǒng)工科、交叉農(nóng)科，面向鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設(shè)、黑土保護與修復(fù)等重大國家戰(zhàn)略，主動適應(yīng)行業(yè)發(fā)展及社會經(jīng)濟發(fā)展需求，形成了適宜于學(xué)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(chǔ)。加大數(shù)理化類課程所占比例，該類課程合計32 學(xué)分，占總學(xué)分比例將近20%(表1)，涉及課程包括大學(xué)物理、數(shù)學(xué)(概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué))等；同時設(shè)有有機化學(xué)、無機化學(xué)、普通化學(xué)、物理化學(xué)等化學(xué)類課程。并不斷加大對其實踐操作能力的培養(yǎng)，開設(shè)有大學(xué)物理實驗、基礎(chǔ)化學(xué)實驗I 和II 等基礎(chǔ)實驗課程。

表1 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)課程學(xué)時分布

寬口徑。在新人才培養(yǎng)方案修訂過程中，學(xué)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(shè)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(nóng)學(xué)特色課程，如土壤學(xué)及其實驗、生態(tài)學(xué)等，經(jīng)過1.5 年的大類培養(yǎng)后進行學(xué)院內(nèi)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(nèi)在聯(lián)系，將實踐類課程比例提高至總學(xué)分的25%，并使多門實踐課程(課程實驗、綜合實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和認(rèn)識實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等)融為一體，在實踐類課程設(shè)置過程中既考慮傳統(tǒng)工科院校設(shè)置的水、大氣及固體等污染類課程及對應(yīng)的實驗課，又設(shè)有專業(yè)實習(xí)(綜合實習(xí)、環(huán)境監(jiān)測實習(xí)、環(huán)境工程原理、畢業(yè)實習(xí))及課程設(shè)計(水和固廢)等實踐類課程；同時考慮農(nóng)業(yè)院校的農(nóng)學(xué)特色，增設(shè)了農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)實習(xí)、土壤學(xué)實習(xí)課程，讓學(xué)生對傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)及農(nóng)業(yè)環(huán)境保護的生產(chǎn)實踐均有所了解，從而為下一步學(xué)習(xí)深造及就業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。

重個性，廣適應(yīng)。在新培養(yǎng)方案設(shè)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(shè)置過程中僅針對水、大氣及固廢的處理進行設(shè)置，且對學(xué)時數(shù)進行控制，其余所有與專業(yè)相關(guān)的課程均在專業(yè)限選課中體現(xiàn)，在選修課調(diào)整過程中根據(jù)學(xué)生個性發(fā)展需求分別設(shè)置工程設(shè)計模塊、傳統(tǒng)環(huán)境污染治理模塊、農(nóng)業(yè)環(huán)保模塊，學(xué)生可以根據(jù)自己學(xué)習(xí)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(nóng)科

(一)探索工農(nóng)等學(xué)科交叉模式，培養(yǎng)“復(fù)合型”農(nóng)業(yè)環(huán)境工程人才，應(yīng)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(chǎn)業(yè)變革的迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)、量子信息、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，學(xué)科交叉與融合的局面正在到來，單一學(xué)科體系已無法滿足日新月異的行業(yè)需求，這就要求農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生同時具備新工科和新農(nóng)科方面的知識與技能，注重學(xué)科交叉、注重前沿知識積累、注重新技術(shù)和新理論學(xué)習(xí)，面對企業(yè)需求，注重實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程設(shè)置過程中設(shè)置有數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)處理應(yīng)用、程序設(shè)計與算法基礎(chǔ)等課程，以滿足學(xué)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(nèi)容，并新增智慧環(huán)境與智慧農(nóng)業(yè)課程，主動應(yīng)對行業(yè)和企業(yè)用人需求。

(二)改革農(nóng)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(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)肩負(fù)主動服務(wù)“美麗中國建設(shè)”“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(nóng)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?qū)嵱眯腿瞬呸D(zhuǎn)變，結(jié)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(jié)合。

利用學(xué)校建有污水處理站的優(yōu)勢，安排學(xué)生到校污水處理站進行長期實習(xí)，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(shè)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)和土壤學(xué)等農(nóng)科實習(xí)內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生走入向陽農(nóng)場(學(xué)校基地)、畜禽養(yǎng)殖場等，結(jié)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(xué)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(nóng)業(yè)企業(yè)、環(huán)保企業(yè)、設(shè)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(xué)生培養(yǎng)過程。邀請具有豐富實踐經(jīng)驗的老師與任課教師共同擔(dān)任學(xué)生實踐課程指導(dǎo)教師，做到理論與實踐充分結(jié)合，實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)合力育人。邀請經(jīng)驗豐富的智慧水務(wù)、畜禽養(yǎng)殖污染控制、土壤修復(fù)等行業(yè)及領(lǐng)域?qū)＜易哌M課堂及舉辦專題講座等，增加學(xué)生理論聯(lián)系實際、接觸實踐及行業(yè)前沿的機會，為學(xué)生接觸實踐創(chuàng)造條件。

四、多舉措并進提高學(xué)生創(chuàng)新意識

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

引導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新活動，并通過自主設(shè)計創(chuàng)新項目(尤其在畜禽污染控制、土壤修復(fù)等方面)、進入導(dǎo)師課題組及畢業(yè)設(shè)計分類指導(dǎo)(針對方向，成立畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)小組，按照工程設(shè)計、水處理、土壤污染控制與修復(fù)、環(huán)境監(jiān)測、固廢處理與資源化等進行分類指導(dǎo))等多形式參加科學(xué)實踐活動。通過“學(xué)中探索、探索中學(xué)”等方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。同時在畢業(yè)論文指導(dǎo)過程中，成立了按照研究方向而設(shè)立的專業(yè)指導(dǎo)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(dǎo)工作。開展大學(xué)生創(chuàng)新項目及專業(yè)競賽等活動，增加學(xué)生參與專業(yè)學(xué)習(xí)和科研實踐的機會，以問題為學(xué)習(xí)導(dǎo)向，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，以提高教學(xué)效果。

五、充分挖掘內(nèi)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(nèi)外協(xié)同育人組織模式，深化產(chǎn)教融合，推動社會優(yōu)質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為育人資源。完善師資隊伍的知識結(jié)構(gòu)，結(jié)合課程體系，通過與校內(nèi)相關(guān)學(xué)院，如電氣與信息學(xué)院、水利與土木工程學(xué)院、園藝學(xué)院、農(nóng)學(xué)院、工程學(xué)院等通力合作，共同設(shè)計相關(guān)課程，打破學(xué)院、專業(yè)壁壘，增強學(xué)生的農(nóng)學(xué)意識以及強化人工智能和大數(shù)據(jù)在農(nóng)林領(lǐng)域及環(huán)境工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。采取“外引”“內(nèi)培”雙模式來加強師資隊伍建設(shè)，利用學(xué)校在信息自動化、農(nóng)學(xué)等先優(yōu)條件，同時利用網(wǎng)上教學(xué)平臺，解決短期師資不足問題。通過內(nèi)部培養(yǎng)及引進方式解決師資長期不足及知識結(jié)構(gòu)欠缺問題，在師資引進中注重多學(xué)科背景。選派教師到工科強校、設(shè)計院所等交流學(xué)習(xí)，提高教師的設(shè)計、實踐技能。此外，建立跨學(xué)科交融的新型研究機構(gòu)，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(jié)束語

在新工科和新農(nóng)科雙背景下，構(gòu)建適用于農(nóng)科院校環(huán)境工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，不斷增強學(xué)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(nóng)科特色的復(fù)合型人才。