新工科背景下專業選修課程的教學改革與探索

曹際玲 黃華軍 喻成龍 王嶸 張嵚

[摘 要] 隨著新一輪科技革命與產業革命進程的推進，高等工程教育進入新工科建設新紀元。專業選修課程作為專業必修課程的重要補充和拓展，其課程建設對培養高等工程科技創新型復合人才具有重要的支撐作用。在新工科建設背景下，以環境科學與工程學科的專業選修課程“水土保持工程學”為例，從教學目標、課程內容、教學方式和考核方式等多個方面開展了初步的教學改革和探索，提高了學生的學習興趣和課程教學質量，培養了學生的創新能力、實踐能力及團隊協作能力。

[關鍵詞] 新工科;專業選修課程;產學融合;創新能力

[基金項目] 2021年度江西省高等學校教學改革研究課題“新工科建設背景下面向工程教育認證的環境科學與工程專業實踐教學體系的研究和實踐”（JXJG-21-3-24）

[作者簡介] 曹際玲（1986—），女，山東臨沂人，博士，江西農業大學國土資源與環境學院講師，主要從事土壤微生物與污染修復研究;張 嵚（1981—），男，湖北黃石人，博士，江西農業大學國土資源與環境學院副教授（通信作者），主要從事土壤礦物學研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）21-0065-04 [收稿日期] 2022-02-16

隨著新一輪科技革命與產業革命的不斷推進，2017年教育部召開了高等工程教育發展戰略研討會，提出開展新工科建設，以推動高等工程教育的變革，形成具有中國特色的工程教育模式，為新經濟發展培養新型工程科技人才[1]。相對于傳統工科，新工科提高了對工科人才創新創業能力的要求，需要培養創新和實踐能力強、國際競爭力強的復合型人才。新工科建設掀起了我國高等工程教育人才培養模式探索和改革的新一輪熱潮。地方高等院校在支撐區域經濟發展和產業轉型升級方面發揮著重要作用，在新工科建設背景下，地方高等院校工科人才培養將迎來新的發展機遇和挑戰。工程教育的革新是實現創新人才培養的重要手段，而實踐教學在培養學生創新能力和意識方面發揮著重要作用，如何將理論教學和實踐教學有機融合并形成良好的教育體系，是高等工程教育革新的重要方面[2]。

在學科專業的現有課程中，專業必修課程一直是院校和教師的建設重點，一般采用理論知識講授和實踐實習相結合的方式開展教學，教學成效較好，學生評價較高。專業選修課程可擴大學生的知識面，培養和發展學生的興趣和潛能，是專業必修課程的補充和拓展。同時，與專業必修課程相比，專業選修課程教學自由度強，教學內容選擇面廣，是開展教育教學改革試點的較好選擇[3]。但其課程建設和學生的重視度不夠，一定程度上限制了學生創新和應用能力的培養，成為新工科建設中的短板[4]。本文以地方高等院校環境科學與工程學科專業選修課程“水土保持工程學”為例，探討新工科背景下專業選修課程的教學改革，旨在為專業選修課程建設和創新人才培養提供參考。

一、新工科背景下專業選修課程教學現狀分析

專業選修課程是指與專業學科有一定相關性的一類選修課程的總稱。一般是由院校根據學生培養目標設置，學生根據要求和興趣進行選擇。專業選修課程設置的目的是拓寬學生的視野，改善學生的專業知識體系，培養學生的學習興趣，促進學生個性和綜合能力的發展，對于培養多元化、創新性復合型人才具有重要的支撐作用[5]。目前，學生選修專業課程主要根據課程名稱，從課程是否容易通過、課程內容是否簡單、授課教師是否寬松、是否容易獲得學分等方面考慮，對于課程知識內容關注較少。因此，學生在選修專業課程前對選修課程學習目的不明確，一定程度上影響了課程學習效果。另外，學生對專業選修課程的重視度不夠。雖然專業選修課程與專業有一定的關聯，但大多學生對專業必修課程的關注度更高，而對相關選修課程的重視度不夠。如環境專業學生對“大氣水污染控制”“環境監測”等專業必修課程的關注度普遍更高，大多數學生都有這樣一個認識：通過專業核心課程的學習，可以掌握一定的專業知識和技能，為今后工作奠定較好的基礎。而對于專業選修課程，例如“水土保持工程學”，學生普遍認為日后不會或較少從事水土保持工作，選修該課程只是為了獲得學分，學習的熱情和興趣不高，導致教學效果不理想。

教學方式和課程方式單一。由于受到課程學時和條件的限制，一些在專業必修課中較為行之有效的手段并不完全適用于選修課程。目前，專業選修課程的教學以多媒體課件講授教材內容為主，學生的參與度和參與意愿不足。例如，“水土保持工程學”涉及內容較多，水土保持專業學生在之前已學習了“土力學”“水文學”等課程，掌握了一定的專業基礎知識，但對于環境科學與工程專業學生而言，該課程在大二學年開設，學生并沒有學習水土保持相關專業基礎知識，認為一些課程術語較抽象，影響了學習效果和興趣，教師教學時需將專業知識相關的基礎知識以通俗易懂的方式呈現給學生，但較多的理論講授也影響學生的學習熱情。同時，很多學生對專業選修課程不重視，認為只要參加考試或提交論文達到要求即可，忽視了平時課堂學習，對于平時課堂互動提問不重視，缺少主動思考。專業選修課程的教學現狀一定程度上影響了專業選修課程在培養實踐性和創新型人才方面應有的作用。

二、新工科背景下專業選修課程教學改革探索

（一）以新工科建設為契機，明確課程教學目標

新工科建設推動高等工程教育改革，為地方高校轉型帶來了契機和挑戰，是推動地方高等院校發展進步的動力。地方高等院校在開展建設時應找準自身發展定位和角色，保持自身特色和方向。作為地方農業院校，我校在培養地方農業領域專業人才方面發揮著重要作用。農業院校的環境學科以農林學科為基礎，具有鮮明的專業特色。“水土保持工程學”課程在環境科學與工程專業開設之初，堅持農林院校環境專業特點，在教育回歸工程綱領的指引下，該專業選修課程的建設目標是通過闡明水土流失成因、揭示主要危害和相應水土保持工程措施類型等，使學生掌握水土保持在環境科學中應用的基本方法，具備一定的工程規劃方法，培養學生的綜合分析和應用能力，為學生未來從事環境工程方面的研究和管理工作奠定基礎。

新工科建設的一項重要任務是培養創新性、應用型工程科技人才，課程建設是實現工程教育革新的基礎和手段。在課程建設目標的總領下，該課程建設以水土保持實例為基礎，教師引導學生從水利和環境兩方面對具體水土保持案例進行討論，闡明作用、分析規律，并嘗試對具體問題編制方案，體現出課程的實戰性和應用性。例如，為了讓學生理解水土保持工程措施實施在流域水土保持中的作用及其影響因素，我們以引洪淤地工程為例，引導學生開展資料調查，了解引洪淤地工程的實施在治洪、攔沙、淤地改良土壤等方面的功能，同時引導學生探究引洪淤地工程的影響因素，如水沙規律、工程設計布局等，進而從多角度培養學生的綜合分析和實踐能力。

（二）圍繞新工科背景專業培養需求，合理設置課程內容

“水土保持工程學”課程主要是在學生大學二年級開設，這些學生在大一學年學習了“高等數學”“大學物理”和“普通化學”等專業基礎課程。這些專業基礎課程主要是介紹基礎理論和應用理論等一些共性知識，與專業學科知識差距較大，學生較難與專業學科產生直接聯系，難以形成較清晰的學科概念。專業選修課程是專業基礎課程的拓展，“水土保持工程學”是學生較早接觸的專業相關課程之一，有必要在課程內容設置上緊緊圍繞專業培養特色，提升學生的學習興趣，培養學生的學科意識和榮譽感[6]。

作為環境科學與工程專業的一門專業選修課程，“水土保持工程學”課程設置的教學目標主要是通過學習水土保持工程措施，使學生掌握水土保持的基本概念，了解工程措施規劃設計方法。該課程涉及水土流失、土壤侵蝕、土力學、水文學等多方面的基礎知識，環境科學與工程專業的學生尚未學習相關專業基礎知識，所以教師在進行該課程教學時，首先需結合相關專業基礎知識，方便學生理解相關工程措施。“水土保持工程學”課程共包括水土流失規律、水土保持規劃、工程措施和開發建設項目水土保持等內容。課程內容的設置方式是由基礎到進階，層層推進，融合知識性和趣味性。以“溝道治理淤地壩工程”這部分內容為例，為了使學生理解淤地壩工程，通過引入天然聚湫，從其形成、作用等方面，結合視頻圖片來介紹天然淤地壩工程，生動和有畫面感的教學內容可較好地吸引學生的注意力，并引導學生思考探尋天然聚湫數百年未被沖毀的原因。此外，工程人才培養還要融入課程思政教育，以提升其育人價值，注重專業課程與人文教育相融合。例如，在溝道治理工程技術的學習中，引導學生樹立和踐行生態文明建設理念，設計谷坊和攔沙壩工程時兼顧工程的水保效果和生態環境功能，堅持人與自然的和諧共生。

（三）基于產學融合，變革教學方式

新工科建設背景下，高等院校的人才培養強調教育回歸工程，培養具有創新能力的工科人才，將專業教學與產業實踐相融合。傳統的教學以教師教授為主，是一種灌輸式的教學，學生是知識的被動接受者，在學習的過程中缺少自主思考和探究的時間，導致學生無法形成基本的實踐意識，分析和解決問題能力得不到較好的鍛煉。基于產教融合理念，在課程設置和教學時應合理規劃理論教學與實踐教學比例。該課程采用線上和線下教學相結合的教學方式，在提高學習效果和教學質量的同時，還培養了學生的創新實踐能力。

隨著信息技術手段的發展，教育信息化程度不斷提高。線上課堂由于其靈活性、可重復性和不受時空局限等特點，成為一種新的教學方式。該課程在線上課堂中采用慕課平臺建立相關課程，對于基礎知識如土力學、水文學、土壤侵蝕原理等可以適當安排在線上課堂中，學生可通過線上學習掌握相關知識，并在每部分知識最后設計了檢測題，可以通過問題完成情況總結學生的學習情況，并在線下課堂進行相應知識的重點介紹和輔導。在線上開展部分基礎能力的訓練與學習，學生的學習效果可以得到動態監管，學生可以及時查漏補缺。同時，學生可以用電腦、手機客戶端等靈活利用課外時間開展學習，提升學習效率。在線下課堂中，課堂講授、小組討論和實踐操作相結合。教師和學生的角色和互動交流發生改變，教師通過實例引導啟發學生自主思考，使學生獲得具體生動的水土保持學知識，提高學生的學習積極性，鍛煉學生應用相關知識分析問題、解決問題的能力。例如，在課程教學中，將全班同學分組，每組學生需要參照教師的要求選擇一種水土流失案例，開展文獻資料查閱，進而制定水保方案在課堂上匯報或與其他同學進行交流。教師和其他組的學生可以進行提問和評價，促進學生的良性交流。這一過程提高了學生的自主思考和學習能力，促進了學生間的團結協作，將理論知識在“實戰”中驗證。此外，鑒于水土保持是一門與現實生態環境建設密切聯系的學科，我們嘗試設置部分實操內容，將抽象的理論知識以生動具體形象的現實材料和實例呈現出來，有助于吸引學生的學習興趣、增強課程的實踐性。以“河道橫向演變”這部分內容為例，為了使學生理解河道凹岸和凸岸演變差異，利用小型實驗模擬彎曲河道，通過流水沖擊來展示河道兩岸在水流沖擊下的演變特征，生動形象的實操課程使學生更好地理解了課程知識點。

（四）以創新實踐能力培養為指引，優化考核方式

通過教學方式的優化，激發學生的學習興趣和學習熱情，而教學效果的評價、學習效果的考核均依賴于恰當的考核評價方式。考核方式是課程建設中重要的一環，合理的評價方式和多元化的考核方式能充分體現課程的教學效果和學生的學習效果。“水土保持工程學”的課程考核結合線上學習和線下教學兩個方面開展。其中線上考核包括學習時長和問題考查;線下考核包括課堂表現、方案匯報和筆試考核。綜合多種方式的考核可縮小單一方式對學習效果評估的偏差，也形成了課程學習—實戰模擬的閉環。這一考核方式有利于整體評價學生理解水土保持和環境科學與工程的關系，從專業視角評估學生在水土流失與防治方面的學習效果;有利于評估學生從土壤侵蝕、水土流失的角度思考、討論、查閱、探討環境問題產生原因的實踐能力;有助于培養學生根據所學進行水保方案編制的“實戰”能力。同時，線下課堂的小組討論匯報也有利于培養學生間的團結協作能力。對于工程科技人才而言，面對新科技、新產業、新技術的不斷革新，個體的知識水平和智慧有限，而團體間的協作可相互配合、相互汲取智慧，碰撞出新的靈感火花[7]。環境工程專業涉及化學、生物、物理、計算機等多方面的科學技術，即使同一個領域，個體也可能不能掌握全部技能，因此，團體協作能力也是創新型工科人才需具備的重要品質。整體而言，該專業選修課程的教學采用線上線下結合的方式，以考促學，以評促學，結合實戰，在學習過程中注重團體協作能力的培養，為新工科背景下應用型創新人才的培養奠定基礎。

新工科背景下，我們國家對于應用型工程創新人才的需求不斷增加，在專業選修課程的教學過程中，更應注重工程學科傳統教學方式的革新。“水土保持工程學”課程的教學改革和探索，結合線上線下方式，從基礎、實戰模擬、創新等方面落實理論與實踐教學融合的理念和政策，緊密圍繞新工科背景下專業培養特色，培養學生的學習興趣和創新能力，同時引導學生注重自主學習和團隊協作，從創新實踐出發，培養理論知識完善、實踐能力突出的綜合型人才。

參考文獻

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[7]顧菊平，堵俊，華亮.新工科視域下綜合性大學電氣類創新型人才培養的路徑選擇[J].中國大學教學，2018（1）：56-60.

Exploration and Teaching Reform of Professional Elective Courses under the Background of “Emerging Engineering Education” Construction： Taking the Course of Water and Soil Conservation Engineering as an Example

CAO Ji-ling， HUANG Hua-jun， YU Cheng-long， WANG Rong， ZHANG Qin

（School of Land Resources and Environment， Jiangxi Agricultural University， Nanchang， Jiangxi 330045， China）

Abstract： With the advancement of new round of scientific and technological revolution and industrial revolution， higher engineering education has entered a new era of “emerging engineering education” construction. As an important supplement and expansion of the compulsory courses， the construction of professional elective courses is of great importance to the cultivation of innovative and composite talents of advanced engineering technology. In the context of the construction of “emerging engineering education”， taking the professional elective course of Water and Soil Conservation Engineering of environmental science and engineering major as an example， the preliminary teaching reform and exploration are carried out from the aspects such as teaching objectives， teaching content， teaching methods and assessment methods. As a result， the reform has enhanced students’ learning interest and the teaching quality of the course， and improved students’ innovation ability， practical ability and cooperation ability.

Key words： “emerging engineering education”; professional elective courses; industry-education integration; innovation ability