新工科人才培養(yǎng)課程改革探索與成效分析
——以“大氣污染控制工程”為例

李玉華，李海波，盧進登

（湖北大學 資源環(huán)境學院，湖北 武漢 430062）

近年來，國際政治經(jīng)濟形勢發(fā)生了重大變化，工科科技創(chuàng)新型人才的重要性更加突顯。為應(yīng)對新一輪的產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命，各國都提出了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略，如德國的“工業(yè)4.0”、美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、日本的“工業(yè)價值鏈”和我國的“中國制造2025”等［1］。人才培養(yǎng)特別是工科人才的培養(yǎng)模式，與產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革緊密聯(lián)系，體現(xiàn)出高等教育人才培養(yǎng)服務(wù)社會發(fā)展的功能。為此，我國推出一系列國家戰(zhàn)略，推進產(chǎn)學研用、校企協(xié)同，建立創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機制，加快培養(yǎng)引領(lǐng)創(chuàng)新、適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才。

調(diào)查研究表明，我國2020 年全國普通高校畢業(yè)生人數(shù)達到874 萬人，再創(chuàng)歷史新高?？晌覈艹鋈瞬?、復(fù)合型人才與高層次人才短缺，面對未來對新型工科人才的井噴式需求，我國當前的人才培養(yǎng)模式難以滿足未來新產(chǎn)業(yè)新經(jīng)濟的發(fā)展需要，亟須進行工科教育模式的變革。因此，面向新工科的拔尖創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機制及課程建設(shè)至關(guān)重要，新工科工程教育改革范式的推出恰逢其時［2-3］。

“大氣污染控制工程”作為環(huán)境工程專業(yè)的核心課程，旨在培養(yǎng)學生具有對一般大氣污染實際問題進行分析、計算、歸納、總結(jié)與提出初步解決方案等能力。通過在教學實踐過程中的不斷觀察與分析，發(fā)現(xiàn)在教學中還存在一定的問題，導(dǎo)致對學生的培養(yǎng)不能適應(yīng)我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，無法滿足國家新工科人才培養(yǎng)的需求。主要表現(xiàn)為：學生缺乏實踐經(jīng)驗，對企業(yè)文化接受和認同慢，缺少制定決策的技能，缺乏交流技巧等。因此，在課程的教學過程中進行了一系列改革探索，逐步實現(xiàn)教學模式從傳統(tǒng)的知識傳授主導(dǎo)型向能力培養(yǎng)主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變，以期通過課程改革，培養(yǎng)具備一定的國際視野，并具有環(huán)境保護技能的創(chuàng)新型人才，為促進經(jīng)濟社會發(fā)展，培養(yǎng)工科科技創(chuàng)新型人才，提供一定的參考。

一、教學過程中存在的痛點問題

通過對“大氣污染控制工程”教學過程和教學效果進行分析，發(fā)現(xiàn)課程教學過程中主要存在學生學習主動性差、知識體系割裂、能力培養(yǎng)欠缺等問題。

（一）學習主動性差

傳統(tǒng)教學模式以知識傳授為主，雖有利于學生系統(tǒng)掌握理論知識，但無法達成提高學生解決實際問題能力的培養(yǎng)目標，既不利于激發(fā)學生學習的主動性，也不利于學生實踐能力的培養(yǎng)。此外，信息時代使知識的獲取更加便捷，不僅開闊了學生的視野，而且降低了知識獲得的時間和精力成本。相比于傳統(tǒng)教學模式，互聯(lián)網(wǎng)學習更易吸引學生，但這易使學生對專業(yè)課程學習的興趣和深入學習的動力進一步降低，導(dǎo)致學生主動學習專業(yè)理論知識的意愿不強，在學習過程中缺少深入思考，無法將理論知識應(yīng)用于實踐。

（二）知識體系割裂

環(huán)境工程傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方案，基本采用三段式課程體系結(jié)構(gòu)，將基礎(chǔ)知識、專業(yè)基礎(chǔ)知識與專業(yè)課進行分類教學，且按基礎(chǔ)課→專業(yè)基礎(chǔ)課→專業(yè)課的教學順序進行授課安排。這就導(dǎo)致學生在前期的基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課階段投入了大量的時間和精力，在后期的專業(yè)課程學習過程中，無法應(yīng)用前期理論知識，甚至出現(xiàn)遺忘的情況。這種分散度較大的課程體系安排，易使學生的知識體系割裂，既不利于專業(yè)課程知識內(nèi)容的學習，也不利于學生實踐能力的提高，更不利于學生資源集成能力的培養(yǎng)，容易導(dǎo)致學生無法學會整合知識，構(gòu)建自己的知識網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)知識的綜合性。

（三）能力培養(yǎng)欠缺

環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)的能力要求是要掌握基本環(huán)境污染控制工藝與設(shè)備的設(shè)計方法，具有對環(huán)境科學技術(shù)與工程領(lǐng)域新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備進行研究、開發(fā)、設(shè)計和管理等方面的初步能力。傳統(tǒng)教學以講授為主，學生的工程知識僅停留在對課本概念的抽象認知上，對處理設(shè)備沒有直觀的認識，導(dǎo)致學生對環(huán)境處理技術(shù)的工程實際應(yīng)用了解甚少，面對實際問題無從下手。此外，課本知識多為基本的處理技術(shù)內(nèi)容，知識更新相對滯后，導(dǎo)致學生無法追蹤該學科的技術(shù)前沿。這些都制約了學生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，與環(huán)境工程人才培養(yǎng)的目標相背離，學生的能力培養(yǎng)工作亟待提高。

二、以學生為中心的課程改革創(chuàng)新

針對課程教學過程中發(fā)現(xiàn)的痛點問題，結(jié)合我國經(jīng)濟社會發(fā)展新工科人才培養(yǎng)目標，在課程教學過程中，應(yīng)將學生能力的培養(yǎng)放在首位，增強課程實踐內(nèi)容，提高學生工程分析和資源集成能力，增強學生的社會責任感。擬將課程的教學方式從傳統(tǒng)的知識傳授主導(dǎo)型向能力培養(yǎng)主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變，逐步實現(xiàn)從系統(tǒng)的教師傳授、學生學習的教學模式向教師輔導(dǎo)學生在活動中自主學習的教學模式轉(zhuǎn)變。

（一）以問題為導(dǎo)向，結(jié)合案例和科研項目對教學內(nèi)容進行更新

課程學習內(nèi)容的設(shè)置不再以課本章節(jié)為基礎(chǔ)，而是以問題為導(dǎo)向。由易到難設(shè)置實踐問題，再進一步將課程內(nèi)容與實踐問題結(jié)合。以問題為導(dǎo)向安排課程內(nèi)容，既有利于激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生的積極主動性，也有利于學生構(gòu)建綜合性自我知識網(wǎng)絡(luò)，削弱課程內(nèi)容之間的割裂性。同時，為解決問題，學生要應(yīng)用已有知識嘗試分析問題。這個過程既鞏固了學生前期所學知識，幫助學生初步建立了已有知識與課程內(nèi)容的聯(lián)系，又有助于教師新課程內(nèi)容的引入，促使學生明確學習目標，主動投入新知識的學習中，學以致用，既符合新工科人才培養(yǎng)的初衷，也符合學生學習心理的發(fā)展規(guī)律。

教師要充分利用網(wǎng)絡(luò)資源及學生喜歡應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進行學習的特性，鼓勵學生從網(wǎng)絡(luò)上自主獲取與課程內(nèi)容相關(guān)的已有工程案例，要求學生對工程案例進行討論分析，并在課堂上講解案例設(shè)計的合理性及不足，以鞏固學生的課程理論知識。教師進一步在課程中提出實際工程案例，要求學生自主查閱相關(guān)資料并進行討論，提出初步設(shè)計方案并在課堂上講解，接受其他學生及教師的質(zhì)疑，并最終確定工程設(shè)計方案，進一步進行核心設(shè)備工程設(shè)計計算并完成制作。完成后在班級中展示，并回答其他學生及教師的提問，對設(shè)備進行完善。在這個過程中，學生的問題分析、知識應(yīng)用和實踐動手能力都得到了充分的鍛煉，并增強了工程分析和資源集成能力。

為充分激發(fā)學生的創(chuàng)作潛能，可將科研項目納入教學內(nèi)容中，以科研促教學。教師在教學過程中，介紹與課程相關(guān)的科研項目，并鼓勵學生積極參與，提出個人建議。這個過程既有利于學生了解本專業(yè)的科學技術(shù)前沿，也有利于學生動手實踐，在研究過程中積極探索，發(fā)揮聰明才智，發(fā)現(xiàn)新問題、提出新思路，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能。

（二）多種教學方式并舉，充分利用現(xiàn)代化信息工具

在課程教學過程中，除采用傳統(tǒng)的教師講授方式外，學生學習多以小組形式進行。每個學生既要完成小組分工規(guī)定的個人任務(wù)，又要與組內(nèi)其他學生溝通、協(xié)作完成整個教學任務(wù)。在小組學習過程中，學生需要對任務(wù)進行討論分析，協(xié)調(diào)個人分工，動手制作，并對任務(wù)結(jié)果進行展示等。在整個過程中，學生通過討論分析、資料查閱總結(jié)深化了學習內(nèi)容，在動手制作過程中增強了實踐和創(chuàng)新能力；通過與他人協(xié)作，交流溝通能力和團隊協(xié)作能力得到了鍛煉，增強了學生的社會責任感。

課程教學充分利用現(xiàn)代信息工具，為學生的學習和教師對學習進度的把控提供便利。除利用多媒體進行課堂講授外，還應(yīng)鼓勵學生通過網(wǎng)絡(luò)獲取學習資源。同時，采用課程平臺輔助課程教學，一方面，學生可以通過課程平臺的課程回放，鞏固課堂知識；另一方面，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)簽到了解課程出勤情況，并定時通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布課程進度調(diào)查問卷，了解學生對課程的掌握程度及對課程教學的建議。

（三）建立健全考評體系

課程的教學效果需要一定的評價體系。教學改革需建立新的課程評價標準，實現(xiàn)對學生知識和能力的全面考查。

課程的考核方式由原來的閉卷考試+平時成績，調(diào)整為閉卷考試+過程考核+平時成績。其中閉卷考試主要對課程內(nèi)容的掌握程度進行考查，題目設(shè)置既包括基礎(chǔ)知識的識記和知識運用能力，也包括部分實際問題的分析；過程考核主要考查學生的實踐和創(chuàng)新能力，包括問題和案例分析講解、設(shè)備計算及制作等；平時成績主要包括對學生學習態(tài)度的考查，除傳統(tǒng)的簽到和平時作業(yè)外，還包括學生的課程參與度。

三、教學改革成效

本課程以新工科人才培養(yǎng)目標為指導(dǎo)，重構(gòu)課程教學內(nèi)容，改進課程教學過程，更新課程評價體系，以期增強學生的工程能力，實現(xiàn)環(huán)境工程人才培養(yǎng)的個性化和多樣化，不斷提升課程教學質(zhì)量。通過對前期的教學改革工作進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)課程改革初見成效，學生參與度提升，學習積極主動性增強，實踐和創(chuàng)新能力有所提升。教學成果具有一定的推廣價值，但也存在不足，需要進一步完善。

（一）主動學習意識增強

在前期教學改革的實施過程中，學生學習積極性明顯提升。以專題討論為例，學生會踴躍提出自己感興趣的專業(yè)問題（部分問題統(tǒng)計見表1），并在分組討論過程中積極查閱資料，形成有效的成果，在課堂上交流。學生充分發(fā)揮主動性，針對實際問題，利用網(wǎng)絡(luò)資源和專業(yè)知識進行探究。在這個過程中獲取新的專業(yè)知識，并在探索中凝練問題，自主申請創(chuàng)新項目，進行更深入的研究。

表1 專題討論學生建議題目節(jié)選

續(xù)表

（二）綜合能力有效提升

在課程學習過程中，學生的工程分析、資源集成和社會責任感提升，實踐和創(chuàng)新意識增強。以工程案例設(shè)計及設(shè)備制作為例，學生根據(jù)實際工程案例進行分析、討論，根據(jù)個人專長自主進行分工，并在完成個人任務(wù)的基礎(chǔ)上，與組內(nèi)其他成員深入討論，以保證方案設(shè)計的完整性和一致性，增加學生對課程內(nèi)容的學習深度。同時，制作核心設(shè)備并進行展示，以更好地鍛煉學生的問題分析、實踐動手、溝通和協(xié)調(diào)能力。網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查結(jié)果顯示，大多數(shù)學生都希望通過這樣的方式提升自己的團隊合作能力。

（三）改進措施

課程的教學創(chuàng)新改革雖取得了一定的成效，但還有問題值得進一步思考與改進。例如在小組教學過程中，極個別學生不愿參與小組任務(wù)，寧可在過程考核中拿零分，也不愿組隊。針對這樣的學生，教師可能還要進一步加強與學生的交流，鼓勵學生克服羞怯和畏難心理。

此外，因課程時間限制，教師無法針對學生感興趣的所有問題進行深入的討論分析，只能選取有代表性的問題進行講授，可能會打消部分學生的積極性。設(shè)計資料的短缺及模型制作原材料匱乏等問題也對課程教學改革有一定的制約作用，教學改革還有待進一步完善。