新工科背景下地方院校環境科學專業實踐教學體系改革

余友清　丁世敏　解曉華　李武斌　朱金山

[摘 要]按照新工科專業建設要求，以培養學生解決復雜工程問題的能力為目標，長江師范學院對環境科學專業實踐體系目標、內容、實驗方法進行了一系列改革，通過對專業基礎實踐能力、工科設計能力及科研和創新能力三個培養目標的優化，可以有效鞏固學生的專業基礎知識，提高學生專業實踐能力、工程技術能力及使用現代化工具的水平，并提高人才培養質量。

[關鍵詞]新工科;環境科學;實踐教學體系;改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0066-03

新一輪科技、產業革命催生世界范圍內的教育變革，高等學校工程類教育也從注重“科研范式”向“工程范式”演變[1]。為了應對這一變化，滿足符合新技術、新產品、新業態和新模式下的產業結構需求，教育部相繼發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，指導我國工科專業教育模式改革。各高校工科專業也從教育理念、專業結構、質量標準、課程體系及實踐環節等方面入手，制訂滿足新工科要求的高級工程技術人才培養方案。

在新工科建設中，實踐環節在加深學生對理論知識理解的同時，在學生實踐能力、創新意識、工程實踐能力等培養方面起決定性作用，直接關系到人才培養目標能否達成。工程教育的實踐教學體系從課程實驗、專業認知實踐到工程綜合實踐多個層次培養學生的專業基礎實踐能力及工程實踐能力，最終培養出適應新產業發展需求的高素質應用型人才[2-3]。

環境科學專業是一門以解決環境問題為根本目標的學科，培養目標有基礎研究、實際應用及工程問題解決等綜合要求，需要學生具有扎實、寬廣的理論基礎，同時還要具有較高的創新意識、使用現代技術的能力及工程實踐能力。因此，在環境科學人才培養中，以提高學生解決復雜工程問題能力為目標，在實踐教學中著力培養學生的創新能力、實踐能力及工程技術能力的教學改革顯得尤為重要。受人才結構、教育理念的制約，地方院校環境科學專業實踐教學體系知識內容和現實環境問題脫節、方法手段落后，不利于培養創新型卓越工程人才。長江師范學院（以下簡稱“我校”）充分發揮環境科學專業產教研融合的特點，以培養環境科學專業學生解決復雜環境工程能力為核心，對環境科學專業實踐教學體系改革進行了有益的嘗試。

一、地方院校環境科學專業實踐教學體系存在的問題

部分普通院校對新工科建設理解不夠深入，對環境科學實踐教學改革力度不大[4]。環境科學專業屬于交叉學科，其基礎知識涵蓋面廣、工程技術更新速度快。以前的人才培養方案更多注重理論知識的傳授，實踐教學體系的專業綜合設計、專業見習及工程實踐可用學時嚴重不足，不能支持專業能力提高及工程實踐能力培養。其次，地方院校受硬件條件、雙師型教師比例及實踐教學內容的制約，不能提供滿足新工科培養目標的實踐教學平臺及專業的實踐教師隊伍，導致實踐教學項目、內容及方法相對陳舊。實踐教學更多的是突出演示、驗證及模擬實驗現象，既不能加深學生對專業知識的理解，提升學生的學習興趣，又落后于現代技術在環保行業中的應用，不能滿足環保行業對工程技術人員工程實踐能力的需求。加之地方院校由于和科研院所、企事業單位合作力度不夠，不能建立長期、穩定的實踐教學及實習基地，缺乏配套的實踐資源。專業見習、專業實踐及生產實習等內容和行業實際結合不緊密，不能滿足地方環保行業對學生工程能力素質的需求。

二、我校環境科學實踐教學體系改革原則

新工科建設的核心是在教育教學中引入工程教育的新理念 [2-3]。環境科學實踐教學體系改革要遵循新工科建設和發展的基本規律，以培養具有創新創業能力、多學科交叉能力、高素質的卓越工程科技人才為目標[3]。實踐教學改革既要整合傳統環境科學基礎實踐知識，又要和其他新興工科結合，構建新的學科專業體系，滿足工程教育的要求。因此，環境科學專業實踐教學體系改革應注重實踐項目、內容及方法和新興工科交叉融合，在實踐教學中突出現代技術的運用，培養學生解決復雜環境工程問題的能力。

作為地方院校，人才培養目標及規格要嚴格對照地方政府經濟發展規劃、企業需求及學校辦學定位的要求。2015年9月，重慶市人民政府發布了《重慶市深入推進智慧城市建設總體方案（2015—2020年）》，到2020年，基本建成新型工業化、信息化、城鎮化和農業現代化融合同步發展，智慧化水平和網絡信息安全保障能力國內領先的國家中心城市。在該方案中，“智慧化”“信息化”“環境監控”是重慶市智慧城市社會管理的重點，也是對重慶市地方院校環境科學專業人才培養方案的要求。

從環保行業看， “十二五”期間，重慶形成了由1個主城區特大城市、6個大城市、25個區（縣）城中等城市、100多個小城鎮組成的城市建設新格局，并將建成40多個具有較強產業集聚功能的工業園區，城市化和工業化的快速發展帶來的環境問題對環境監測、治理、規劃及管理提出了新的挑戰。加之我校位于三峽庫區核心地帶，三峽庫區水環境、生態環境保護及庫區消落帶治理也是對本地環保行業提出的一個新課題。

從產業看，重慶市逐漸培育了集成電路、平板顯示、物聯網、機器人等高端智能裝備、新材料、新能源及智能汽車、頁巖氣、MDI一體化、生物醫藥、環保十大新興產業集群。十大新興產業集群中的頁巖氣產業主要集中在我校所在的涪陵區，其在生產過程中可能產生的環境問題的解決也要求環境科學專業的學生必須提高解決環保相關工程問題的能力。

因此，我校環境科學專業實踐教學體系必須根據地方政府發展規劃、產業發展特點、行業需求及新工科建設要求進行改革，以培養符合行業發展的應用型人才。

三、環境科學專業實踐教學體系改革方案

為了契合地方政府、行業、企業發展的需求，我校環境科學專業依照新工科的理念，聚焦三峽庫區環境保護，定位于培養學生環境專業基礎知識與工程能力并重、具備“立體化、自動化、智能化”環境綜合監測技術的高素質應用型人才，將環境科學實踐教學體系細化為三個部分，即環境科學專業基礎實踐、工科設計能力及科研和創新能力實踐，如圖1所示。

（一）環境科學專業基礎實踐能力培養改革

環境科學專業基礎實踐分為基礎數理知識實踐、基礎工程知識實踐、基礎專業知識實踐、工程認知實踐和人文社會實踐，如圖2所示。基礎數理知識實踐以大學物理、無機及分析化學、有機化學及物理化學課程實驗為主，培養學生實驗基本操作、數據處理能力及科學的實驗態度。基礎數理知識實踐是后續專業基礎課程的理論及實踐基礎，是對基礎理論的驗證和補充，體現學科交叉融合。

基礎數理知識實驗通過無機化學、有機化學、物理化學、分析化學、大學物理等專業基礎課程的實驗教學環節培養學生基本實驗理論及實驗操作技能。這兩方面實踐能力的培養與科學教育相貫通，主要體現為培養學生基本實驗操作能力、科學理論的驗證及初步運用合理的實驗方法研究問題的能力。

基礎工程知識實踐主要包括工程制圖及程序設計，培養學生工程實踐基礎能力及運用現代技術手段的能力，為以后參與多學科交叉的工程實踐打下基礎。我校環境科學專業培養面向復雜環境問題，可以利用物聯網、大數據等現代化工程技術手段進行環境問題監測及治理的專業人員，將基礎工程知識實踐作為基礎工程能力培養的基石。

基礎專業知識實踐包括環境化學、環境監測、環境工程、環境遙感及地理信息系統實驗，主要培養學生專業實踐能力、基礎工程技術能力及設計能力。學生通過專業知識實踐，初步學會環境監測、治理的基本技術、方法及設備操作。學生通過環境化學實踐理解污染物形成及處理處置過程中的化學本質;通過環境監測實踐了解培養水、土、氣及物理污染的監測技術;通過環境工程實踐初步了解污染治理技術、設備及流程;通過環境遙感及地理信息系統實踐培養在環境監測及治理中運用大數據、物聯網等現代技術的能力。

工程認知實踐包括工程訓練及環境問題調查兩方面。工程訓練主要培養學生的基本工程操作技能，為學生將來從事復雜工程實踐打下基礎。環境問題調查主要以認知見習為主，包括環境特征及環境演變見習、智慧環保見習及環境工程見習（讓學生圍繞身邊環境問題、生態系統及生態農業、環境特征及環境演變、環保措施及污染防治技術等方面開展認識性實習），主要培養學生對行業的認知，加深學生對理論知識的理解，并提高學生專業學習的興趣及積極性。

（二）環境科學專業工程實踐能力培養方案

提升環境科學專業畢業生的專業工程實踐能力是新工科的核心內容，也是衡量畢業生質量的重要指標。環境科學專業工程實踐能力是基礎實踐能力的提升，是畢業生處理環境工程問題的基本素質要求。

針對環境科學專業的性質和培養目標，改革原有專業實踐教學體系。在專業課程實驗的基礎上，我校根據專業工程能力培養需要在環境監測、環境工程、水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理處置、環境規劃與管理、環境影響評價等主要的專業課程中開展課程實習（設計），形成包括專業課程實驗、專業見習、專業課程綜合設計及工程實踐等在內的完善的實踐教學環節，優化了實踐教學內容，強化了學生的工程技術應用能力。

專業工程實踐考核方式改變了原來單一的考核方式，把專業課程實驗、專業見習、專業課程綜合設計及工程實踐各個環節都納入考核范圍，進行過程化考核。根據課程特點及不同階段的教學要求，通過文獻調研、方案設計、調研匯報、實踐過程、報告撰寫等考核方式進行，每個過程的考核以相應的過程性材料作為考核依據，可利用圖片、文本或視頻等多種形式。 過程考核能有效提高學生對實踐項目的認知，有助于引導學生在平時實驗過程中更多地關注實驗全過程， 引導學生在掌握基本實踐技能的同時提高學生的工程實踐能力。

（三）環境科學專業科研創新能力培養

在學生專業科研創新能力培養方面，我校著重改變以往實踐教學重理論、輕實踐，以及實踐項目與地方經濟發展結合不緊密、專業人才培養與社會需求脫節等問題，提出了“問題導向—無縫對接—聯合培養”的人才培養模式，構建以區域環境特色工程問題為導向的、產學研結合的實踐教學內容。同時緊緊圍繞三峽庫區及地方生態環境問題，大力推進實踐教學項目更新，培養符合地方環保行業需求的工程技能型人才;緊密結合地方環境特征問題，培育優質大學生創新創業項目及科技創新項目。教師以解決三峽庫區生態建設與環境保護問題為導向，從一年級的環境問題自主見習開始，讓學生將實驗實訓、課程設計、課程實習及畢業論文任務完成與實際環境問題的解決緊密結合，從而破解傳統模式下學生在校學習與校外實踐相脫離的“兩張皮”現象，真正達到產學研有機結合、能夠解決實際問題的實踐教學效果。

夯實人才培養與地方行業需求一體化、無縫對接模式。一是主動將環境科學專業實踐項目、實驗方法和技術手段與行業實際生產對接，避免脫離行業實際需求。二是主動將人才培養質量與行業技術要求相對接，嚴格按照社會環保技術崗位特點和能力要求培養人才。三是主動將學生的就業與急需崗位相對接，把崗位就業與本科生實習有機結合起來，實現畢業前的學習與畢業后的崗位對接。

聯合培養，校企（地）合作。首先，系統分析本地現有環保人才在結構、層次和應用能力等方面存在的問題及行業需求，進行聯合培養;同時，組建高質量的雙師型實踐教學團隊，利用優秀專業人才的行業經驗及企業基礎設施條件，聯合共建專業實踐基地，滿足學生專業實踐鍛煉需求。建構校企、校地互動的模式，不僅調動了行業力量，而且可大幅降低學校辦學成本和企業培訓成本，大幅提高應用型人才培養的質量。

四、結論

新工科建設的核心是要將工程教育的理念、教學體系及能力要求融入現有人才培養方案，針對國家及地方發展規劃、行業需求和未來發展要求，培養具有解決復雜工程問題能力的應用型人才。本文根據新工科建設要求，通過對我校環境科學專業實踐教學體系及人才培養目標的改革，通過對專業基礎實踐能力、工科設計能力及科研和創新能力三個培養目標的優化，提高我校環境專業學生的工程能力。這對推動我校建立環境科學專業新工科、優化人才培養模式、培養具備“立體化、自動化、智能化”環境綜合監測技術的高素質應用型人才具有較大意義。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 林健.引領高等教育改革的新工科建設[J].中國高等教育，2017（Z2）：40-43.

[3] 林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017（2）：26-35.

[4] 宋鵬，李常洪，李補喜. 管理類專業“雙驅動”實踐教學模式研究[J].教育理論與實踐， 2017（6）：3-5.

[5] 施曉秋，趙燕，李校堃.融合、開放、自適應的地方院校新工科體系建設思考[J]. 高等工程教育研究，2017（4）：10-15.

[責任編輯：陳 明]