面向環境類新工科人才培養的探索與實踐

王鑫 陳妹

摘 ?要：隨著經濟和社會的快速發展，環境問題的解決越來越依賴于多學科知識的深度融合，而傳統的環境類工科專業亟待開展對新工科人才培養的探索。為了培養適應快速發展的環境產業的人才，南開大學依托于環境工程、資源循環科學與工程和環境生態工程三個環境類工科專業及南開大學的綜合性多學科優勢，設置個性化培養方案，啟動環境類新工科特色班建設。環境類新工科特色班實行小班教學、一對一導師制、特色化教學培養模式，為培養環境領域的復合型工程技術人才進行了實踐和探索。

關鍵詞：本科生;新工科;學科交叉;環境類新工科特色班

中圖分類號：C961 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0134-03

Abstract： With the fast development of economy and the society， the treatment of environmental issues focuses more on the deep merge of interdisciplinary knowledge. So the conventional environmental engineering education has to be moved to emerging engineering education. In order to cultivate talents for the fast developing environmental industry， Nankai University took advantages of the comprehensive multidisciplinary in that university and relied on the college's superior disciplines including Environmental Engineering， Resource Cycle Science and Engineering and Environmental Ecological Engineering to set up environmental engineering special classes. Environmental special classes implement small class， one-to-one tutor system， and personalized training mode to cultivate technical talents in the environmental field.

Keyword： undergraduates; emerging engineering education; interdisciplinary; environmental special classes

為抓住當今世界產業變革與科技革命的新機遇，教育部于2017年啟動了新工科（Emerging engineering education，3E）的建設[1-2]，開啟了在新科技革命、新產業革命、新經濟背景下的工程教育改革，旨在通過以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，從而實現培養未來多元化、創新型卓越工程人才的目標。與傳統工科相比，新工科更強調學科的實用性、交叉性與綜合性[3-4]。通過多學科交叉融合、綜合發展，新工科把學生的工程實踐能力、創新能力和綜合應用能力提到了新的高度[5-6]，基于此，各高校對新工科背景下的人才教學模式展開了積極地探索與研究[7-10]。為滿足新工科背景和新經濟條件下對環境工程專業人才的新要求，南開大學整合環境類三個工科專業（環境工程、資源循環科學與工程和環境生態工程），以開拓的精神，打破固有的學科壁壘，依托南開大學的綜合性多學科優勢，結合環境學科的優勢方向，于2021年設立了環境類新工科特色班。

隨著現代工業文明的快速發展，人類賴以生存的環境正在受到前所未有的挑戰，形形色色污染物排放到環境中，與水體、土壤、大氣形成復雜的混合體，在地球化學反應和環境生物的共同作用下，污染物不斷變化，對環境造成了巨大的破壞。其治理難度極大，遠遠超出目前人類的科學認知和技術水平，傳統工學的技術方法難以勝任復雜多變的污染治理。為了解決復雜的環境污染問題，為子孫后代留下宜居的生態環境，各高校要強化實踐訓練，培養創新型的環境類新工科人才。

在新工科建設和工程教育專業認證理念指導下，南開大學環境類新工科特色班以環境工程專業為引領、結合國家級一流本科專業點建設，融合資源循環科學與工程和環境生態工程專業，通過名師一對一引領、個性化課程設置、本碩課程打通、強化實踐育人等培養模式，制定“拓寬基礎，理工交叉，強化應用，激勵創新，提高素質，多規格、多層次、多渠道培養”的人才培養戰略，充分發揮南開大學多學科的優勢;通過融合南開大學工程相關學科的師資力量和知名企業、設計院、工程技術中心的資源，強化工程實踐教學，從而形成具有南開特色的新工科環境類人才培養體系。

一、南開大學環境類新工科特色班選拔與培養方案

（一）特色班選拔與培養機制

南開大學環境類新工科特色班通過“筆試+面試”的方式，從南開大學當年招收的本科新生中進行二次選拔，遴選出對環境學科具有濃厚興趣的優秀新生進入環境類新工科特色班，每年招生人數控制在15～20人的規模，從而實現小班化培養。南開大學環境類新工科特色班依托于南開大學環境類學科優質師資和豐富的校外實習實踐基地資源，實行導師負責制，成功入選環境類新工科特色班的學生與特色班的導師通過雙向選擇后，確定一對一指導關系;同時為每位學生配備一位跨學科導師和一名企業專家。通過本學科導師、跨學科導師和企業導師的聯合指導，為每位入選的同學制定特色的培養方案，同時企業導師將為學生提供特色實習實訓企業平臺，從品德素養、學業規劃、科研探索和實習實踐等方面為特色班的每位學生提供全方位輔導，讓特色班所培養的畢業生都具有自己的交叉學科屬性。

（二）特色培養方案

南開大學環境類新工科特色班對標生態文明國家戰略，旨在通過培養跨學科復合型專業人才，為實現生態環境低碳治理和國家“碳中和”的愿景培養出高水平人才。在南開大學“通識課+專業課”的總體培養方案中，環境類新工科特色班對專業選修課進行了個性化調整，作為個性化培養模塊，讓學生和導師具有充分的自主權構建所需的課程元素（圖1）。

在通識課與專業必修課的基礎上，專業選修課根據培養方案，注重選擇新工科特色的課程。通過工程認證持續改進，在培養方案調整過程中，與人工智能學院聯合將人工智能導論、大數據計算及應用等課程直接引入到環境工程的專業選修課中，引導學生掌握智能化技術，從而在環境領域精準融入新興人工智能等技術;通過與生物、化學、材料和計算機等多學科進行交叉融合，學生將系統掌握生物電化學技術、功能化膜材料的定向設計與制備、智能化污染物處理工藝與控制技術等，進而培養出在環境領域基礎研究、新工藝與技術開發、工程應用等方面均具有扎實理論基礎的人才。

實踐是檢驗真理的唯一標準。除個性化的專業課外，環境類新工科特色班也更加注重強化實習實踐，著力提升學生的工程實踐能力。在專業實習實踐的基礎上，特色班導師與企業導師將積極創造條件，為學生提供更多實習實踐的機會，包括參觀實習、工程實踐、產品開發等，并在期末時組織學生進行實習實踐交流會，使特色班學生在分享中見證自己的成長。在本科期間，導師們將積極引導學生參加創新創業大賽等，讓學生們在科研、實踐過程中培養創新思維與能力。在大四時，導師將創造機會讓學生進入高水平設計院、環保公司等企業實習，進一步提高學生解決復雜工程問題的能力。同時，特色班學生的畢業論文/設計將與導師的科研項目適當結合，使得學生畢業論文/設計更有針對性和價值，也進一步提高學生綜合運用所學知識開展科學研究的能力。

二、南開大學環境類新工科特色班的培養目標及預期效果

南開大學環境類新工科特色班以“注重素質、培養能力、強化基礎、拓寬專業、嚴格管理、保證質量”為教學指導思想，培養能勝任新時代中國特色社會主義生態文明建設和京津冀地區經濟發展需求，具有創新能力、國際視野、團隊精神和溝通合作能力，勝任環保行業復雜多變的環境問題治理、環保監察、生態保護、規劃、設計、管理、研發的復合型工程技術人才及領軍領導人才。

環境類新工科特色班本著以學生為中心的原則，通過實施個性化的特色化培養方案，學生的個性特質將得到充分的尊重與發展，最大程度地激發學生對環境學科的興趣與學習積極性，每位學生的創新能力與實踐能力等將得到培養與提升。同時，在特色化人才培養過程中，通過引導學生參加各類實踐活動和創新創業大賽，讓學生在活動過程中將所學專業理論知識與實踐能力有機結合，使得所學專業理論知識在實踐過程中得以夯實，從而提升自身的專業能力和綜合素質。同時，個性化培養方案將更有利于學生結合自身特質更早的確立職業生涯規劃，從而在學習實踐過程中有計劃、有目的地提升自身競爭能力和就業實力。經南開大學環境類新工科特色班所培養的學生在畢業時各項能力將顯著提升，達到畢業要求。環境類新工科特色班畢業生將繼續傳承“愛國、敬業、創新、樂群”的南開優良傳統。經過特色培養后，畢業五年內的特色班學生將具有獨立進行復雜污染控制工程的設計、審查、運營、組織管理的能力，以及環境工程方面的新理論、新工藝和新設備的研究和開發能力，具備多學科融合和終身學習的能力，能夠出色勝任本專業及相關領域、行業的工作。

學生收獲受益終身的能力得益于個性化的人才培養方案，特色班學生職業生涯規劃明確，自身競爭力與就業能力增強，將有利于提升學生就業率。在培養過程中涌現出的品學兼優、具備科研潛力的學生，也能更早被發掘，獲得更多深造的機會，從而盡早產出原創性成果或開發出環保領域具有應用前景的先進技術。

同時，在一對一導師指導制下，對導師也提出了更高的要求，專業導師需主動承擔導師職責，尊重學生的個性發展需求，以提升學生的實踐水平、創新能力和綜合素質為根本目標。在個性化培養過程中，專業導師需加強與學生的互動、增強師生合作，指導期間有利于增強師生交流，通過導師的言傳身教達到教學的目的與育人的效果。通過一對一指導，也將有利于教師教學能力的提升，促進學科建設，推進教學改革，提升專業的競爭力，提高人才培養質量。

三、結束語

為實現2060年“碳中和”及當前大力建設新工科的教育體系的雙重背景下，我國亟需培養一批能夠勝任環保行業復雜多變的環境問題治理、管理、研發的復合型工程技術人才。南開大學環境類新工科特色班的開設順應新工科背景下的新形勢與新要求。環境類新工科特色班作為新工科背景下的教學改革試驗田，通過完善的特色人才培養機制，加強學生科學思維、創新能力、綜合素質的提升與培養;強化與企事業單位之間的對接合作，增強實踐，有望培養出在環境領域教學、科研、技術開發、工程應用等方面的復合型高級專業人才。

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