新農科背景下農業特色化學類專業建設的研究與實踐

饒震紅，張晨輝，杜鳳沛

中國農業大學理學院，北京 100193

中國農業大學是我國現代農業高等教育的起源地，近年來積極落實習近平總書記“以立德樹人為根本，以強農興農為己任”“培養知農愛農新型人才”的重要指示[1]，堅定知農愛農、強農興農的辦學使命，在“新農科”指導下，牽頭并聯合其他涉農高校，引領奏響了“安吉共識”“北大倉行動”“北京指南”新農科三部曲，繪制了新農科建設的基本框架。根據這一基本框架，我校面向新農業、新農民、新鄉村、新生態，遵循“交叉融合”基本理念，重構了課程體系、傳統涉農專業標準和新農科專業布局，新農科育人格局基本成型[2,3]。在該大背景下，基于對化學作為中心學科，在保障國家糧食安全和農業綠色高質量發展起支撐作用的認識，我校化學類專業在2013年率先提出的“教科融合、理農結合、突出特色、強化創新”人才培養理念基礎上，加強“知農愛農”情懷教育和“強農興農”本領教育，“知-質-能”一體化培養，對教學理念、培養方案和教學模式等進行了全面改革，2016年重構了農業特色化學類專業人才培養體系，培養了一批具有引領農業未來發展能力的化學領軍后備人才，為國內行業院校尤其是農林院校特色型、創新型理科人才培養進行了有益的實踐并提供了成功的范例，較好地解決了國內化學類專業建設同質化問題、專業建設與農業發展需求交融問題、專業建設與學生能力塑造相生等問題，產生了很好的示范與輻射作用。

1 新農科背景下農林院校化學類專業建設需要思考的問題

1.1 農林院校化學類專業建設內涵定位問題

據調查顯示，目前我國34所農林高校開設了化學類專業(表1)。從培養方案看，多數與理科、工科等院校類似，特色不突出、專業定位不明確，人才培養服務國家重大戰略需求不足；課程體系和教學內容相對比較固定，有些已經相對陳舊，無法適應現代社會知識快速更新和信息技術快速融入的現狀，也無法滿足未來學科和行業發展對現代技術的需求。而化學是農林院校重要的支撐學科之一，在保障國家糧食安全和國家農業綠色高質量發展等戰略需求方面作用巨大，我校19個學院中有14個學院開設了不同層次的化學課程，9個雙一流建設學科中有8個與化學學科密切相關。農藥、化肥、獸藥、地膜等綠色投入品的研發與高效利用，重金屬、農藥等面源污染的治理，黑土地的保護，農作物秸稈等生物質資源的利用，農產品安全與食品的加工利用等，都是目前國家急需人才的領域[4–6]。因此新農科背景下化學類專業如何凸顯農業特色？如何更好地服務國家需求？是建設新專業還是對現有專業進行改革重構并按照“四新”理念完成改造升級，以便更好地滿足“四新”人才培養的需要，需要各高校結合培養目標和辦學定位而定，也是當前急需解決的問題。

表1 全國農業院校化學類專業設置

1.2 農林院校化學類專業人才培養的內涵特征問題

確定專業的人才培養目標，需要結合國家社會經濟、文化發展和高校人才培養定位而定[7]。我校作為我國農業院校的排頭兵，化學類專業人才培養目標是：培養具有農業特色的領軍后備人才。本科教學在于“通”和“廣”，為“專”而“精”的研究生階段輸送人才，那么什么樣的學生可以稱之為農業特色化學領軍后備人才？區別于非農高校的特征內涵是什么？衡量標準是什么？面對農業未來發展的不確定性帶來的挑戰，世界知名的涉農高校康奈爾大學以培養學生學術卓越、創業精神和跨學科領導力為理念，注重凝聚力、責任力和實踐力建設[8]，其化學專業的核心課程圍繞化學分支學科開展，強調化學研究的協作力，開拓化學生物學和材料科學等，為未來大力拓寬了創造空間；在設置榮譽課程之外，還提供個性化課程，并將課程核心實驗室與生物化學、分子生物醫學工程等含有農業特征的學科研究結合，提供獨特的學習與工作經驗相結合的教學方式，使得學生經過仔細的推理和試錯實驗，從不完整和多樣的信息中得出確定的結論[9]。我國農林院校也積極研究農科類人才的需求轉變和培養趨向，探索創新創業育人體系，比如東北農業大學的“雙創四驅”教育模式、吉林農業大學的“1+N”雙園驅動模式、云南農業大學的“三融合，五驅動”模式等[10–12]，那么我們培養的領軍后備人才與國外名校比較有何區別？成長為領軍后備人才應具有哪些本領要素才能勝任呢？這也是當前急需明確的問題。

1.3 農林院校化學類專業人才培養模式問題

構建專業如同蓋樓房，體系是鋼架，課程是方磚。粘合鋼架與方磚的是教學條件、教學模式和教學手段。以教學理念為指導，確立人才培養方案，尋路徑，內生動力與外部需求相結合是專業構建落實的方法。當前信息數字化對教育的未來帶來了挑戰[13]，教學資源的多樣化，學習渠道的多元化，都使得我們欲將領軍后備人才的培養落實到實處，人才培養模式、課程與實踐教學體系的重構勢在必行。因而我們必須思考用何種模式和保障機制實現農業特色化學領軍后備人才能力的發展與遷移，讓學生感悟自身的發展價值，提升對農業特色化學專業的認可度。

2 構建農業特色的化學類專業，育化學領軍后備人才的實踐

中國農業大學開展化學教學的歷史悠久(圖1)，2019年化學專業成為國家一流專業建設點，應用化學專業成為北京市一流專業建設點。長期以來我們直面農大學子“知農愛農情懷不深、強農興農能力不足、學農為農行動不夠”等人才培養現實問題，深刻剖析，找準突破，面向國家“三農”領域重大戰略需求，依托學校農業優勢學科，持續推動本科教育教學改革，確立了“肩負使命，追求卓越，突出特色，樹情煉能”的人才培養新理念，形成了農業特色鮮明的化學類專業。

圖1 中國農業大學化學學科發展歷史時間線

2.1 積極開展教學研究，確立培養目標，形成具有農業特色的“中農大化學方案”

2.1.1 情懷教育是制訂人才培養方案的指引目標

涉農情懷教育是我校化學類專業領軍后備人才培養重點關注的問題。它不是簡單的鄉土觀念、愛國教育、民族精神，而是學生個體對國家主體思想上的認同，行動上的協同。當前國家農業發展戰略中糧食安全問題、農產品供給質量問題，農村綠色發展問題都以化學學科為支撐，因而農林院校的化學教育要立足于“農”，首先體現農業情懷與奮發為農的使命感培育，這也是與非農高校化學教學不同之處。而從我校生源的進出口分析，學生普遍存在著知農愛農情懷不足的問題。農村本科生源由2002年的35%降至2017年的25%；以2017學年為例，學年內傳統農業相關專業學生流動凈減123人，化學類專業作為通用型理科專業流動凈減5人，招收的碩士研究生中本校生源不足20%[14]，因此制訂人才培養方案首先以學生的知農愛農情懷教育為先導。

2.1.2 能力培養是執行人才培養方案的動力目標

信息化工業革命的發展給農業帶來飛躍的契機，從對農業發展的社會經濟、文化生態特質的認識，到對精準農業、數字農業和農業區塊鏈的理解，都是在短期內完成的[15]。對于農業發展的未來更是充滿期待和疑慮，學生怎樣面向未來的農業呢？在多項省部級和校級教學研究項目的支撐下，我們認識到只有增強學生應對未來發展的能力，才能順應并引領未來，研究解析出了能力培養六要素——適應力、學習力、思辨力、踐行力、創新力和領導力(圖2)。首先要讓學生具備適應力，即主動識變、應變、求變并適應環境變化的能力培養；學習力是學生的終身學習理念、學習興趣和自主學習能力的培養；思辨力即學生在國際視野、家國情懷下的獨立批判性思維培養；踐行力是學生直面挑戰、勇于實踐和腳踏實地作風培養；創新力則為發現問題、提出問題和解決問題能力的培養；領導力是團隊協作、組織和領導能力的培養。諸力乘積凝聚為引領未來農業發展的特色后備人才具有的本領，成為領軍后備人才必有的特征內涵。

圖2 引領未來的創造性人才六要素分析

2.1.3 以情懷教育和能力培養為主線制訂農業特色的“中農大化學方案”

面向國家農業發展戰略需求，結合學校的辦學定位，我校化學類專業將培養具有良好的植物保護學、農學、生物學知識；具有自主學習能力和創新意識，具有國際視野、歷史使命感和社會責任心的行業拔尖創新、領軍后備人才作為人才培養目標，以“肩負使命，追求卓越，突出特色，樹情煉能”為教學理念，情懷教育和能力培養為主線，將課程分為三級四型，即通識教育課、專業理論課、實驗實踐課；基礎型、拓展型、研究型、實戰型，組建特色課程群，搭建校內外協同育人實踐平臺，制訂課程標準，理農交叉融合，變學科優勢和資源優勢為育人優勢，從師資力量、教學資源和評價監督多維度保障教學計劃實施，形成引領農業未來發展的“知農愛農”型化學領軍后備人才“中農大化學培養方案”(表2)。

表2 中國農業大學化學專業本科培養方案簡表

2.2 彰顯“新農科”特征，三融合變革人才培養模式

2.2.1 理農融合，組建特色課程群，繪制課程體系藍圖，培養知農愛農情懷

課程體系是人才培養過程的具體化，是教學骨架。我校化學類專業在“肩負使命，追求卓越，突出特色，樹情煉能”的教學新理念指導下，結合“新農科”建設交叉融合特征，將多門類課程搭配組合，尋求實現教學目標最佳的學習分配。我們突破傳統公共課-基礎課-專業基礎-專業課的設課形式，搭建了通識教育-專業教育-課內課外實驗實踐教育三主題框架。按照知識認知的時序將學習分為三個階段，從理論知識、方法訓練、綜合設計和創新實踐四個維度，設置以提升學生能力“六要素”為宗旨的多模塊層級教學。形成三階段四維度多模塊的傘狀課程體系結構(圖3)，呈現出以拓展進階為題的引航特色。我校現階段化學與應用化學本科專業采取大類招生、分流培養的方法，依托我校農業學科的優勢，組建三個特色課程群，理農融合，課程模塊上呈現出以農業為題的差異特色。設置特色通識教育課程群，65.5學分，占學生總學分的42%，注重知識組成的多元性，增加了化學與社會、有害生物學概論、生物化學等課程作為必修課，通專結合，給予學生更多的、寬泛的知識儲備；設置特色化學核心課程群，化學專業增加“農藥學概論”作為必修課程，應用化學專業將農藥合成、農藥分析等作為主干必修；設置生物活性分子設計、生物質化學與化工、農藥生物測定與毒理學、農產品品質與營養分析、農藥制劑學、轉基因食品安全評價、植保機械與施藥技術等20門含有農藥學、農學、食品等學科知識的特色選修課群，學生還可選修其他院系跨學科課程、雙學位課程、研究生課程等，將化學專業教育和科學精神與農業學科知識結合，利用課程教學浸潤知農愛農情懷教育。這些措施有效強化了學生綜合素養、全球視野、人文素質、基礎理論培養和創新能力培養，拓展了學生綜合素質發展廣度，開掘了學科交叉融合深度，提升了核心專業能力的高度。

圖3 三階段四維度多模塊的傘狀課程結構

2.2.2 教科融合，設立特色學分，搭建實驗實踐體系，培養“強農興農”本領

實驗實踐體系是強化學生能力要素培養，塑造創新精神與意識的沃土。我校化學類專業設立農事實踐、科研訓練、創新創業等特色學分，借助學校資源優勢，借助廣大校友的鼎力相助，結合信息科技手段，搭建了系列實驗綜合平臺、學科競賽梯度進階平臺、虛擬數字教學平臺、科研引領訓練平臺、多角度實習平臺和社會服務實踐平臺。教學、實踐與社會服務三位一體，從實驗課程、業余科研、農事企業實習和社會服務四方面，在時間軸和能力軸方向對本科生進行四年不間斷的實驗實踐教學閉環培養，跨學科融合，形成“一體四度雙循環”實驗實踐教學體系(圖4)。

圖4 “一體四度雙循環”實驗實踐教學體系

我們以引導學生扎根“三農”為關鍵，以培養學生知行合一為重點，圍繞化學知識的應用，率先實施耕讀教育，把學習課堂開設于田野中。“農事認知實習”將學生帶入中國農業大學涿州教學實驗場，直接認識、感知農業，生動地進行愛農情懷教育，弘揚新時代耕讀文化精神，培養學生在學習和實踐中樹立正確勞動價值觀，厚植“三農”情懷。以申請課程項目為指引，從校級到市級到國級，搭建梯度實驗競賽賽道，開展“學術創新與實踐”活動，逐漸增強踐行力；學生任意選擇研究方向不同的教師指導，將化學課程學習與交叉學科結合，與農業前沿課題結合，進行“科研訓練”專題活動，實施創新創業挑戰式實踐學習；到校企合作基地和農事企業實習，直接對接鄉村科技扶貧，回饋社會，把論文寫在祖國大地上，增長了學習成就感與自身價值實現感，同時歷練了領導力，實現情懷教育與能力培養雙升。

2.2.3 將課程教學大綱變育人大綱，情懷教育與專業融合，全面實施課程思政

在全國率先將課程教學大綱變育人大綱。實現化學類專業每一門本科課程，從知識傳授、能力培養、情懷素質提升三個維度設計教學目標和教學內容，多渠道融合農科，將立德樹人教育、創新創業教育有機融入課程教學，完成育人使命。借助“挖講聽做”思政教學四方陣營(圖5)，實現課程教學的“傳道授業解惑”；推進多級課程思政教改立項，建設思政“最美課堂”、開拓“心靈花園”；在黨委和關工委的主導下，設立“潤物·耕心”工作室，通過學校“思政啟育記”“課程思政云展覽”等活動，研討交流思政教育融入專業課建設的經驗；針對本科生舉辦學術創新實踐和學科國際在線系列講座；以我國取得的科技成就和學科前沿問題激勵學生，思考自己的未來與國家的命運和前途的關系。開辟“文化長廊”，以植物性殺蟲藥劑化學研究的奠基人黃瑞綸先生的銅像為起點，在門廳和側廳展示我院過去和如今在農藥學領域做出突出貢獻的教師事跡和優秀論著；在行政樓層墻面，以時間為軸線，講述從1905年的“農藝化學門”到當下我校化學學科的發展史；在教學樓層墻面展示科學家的故事和我國農業碩果，隨著樓梯上行，樓道兩側是歷屆學生青春的笑臉；以校慶為契機在本科生中開展校史知識競賽，借身旁真實史實喚起學生的家國情懷。組織學生參加“稼穡青年聚力首都鄉村振興行動”的公益實踐，躬體力行，以農藥安全為題，到平谷區北獨樂河村和大華山鎮小峪子村走訪農藥使用問題，開展科學用藥知識宣傳，了解農藥售價，進行貿易調研，雙育雙促，激發社會責任感，提升學生的思辨能力，實現綜合能力的社會遷移。

圖5 思政教育四方陣營

2.3 培育知農型教師，提升教學質量，確立人才培養方案保障機制

教師作為人才培養方案順利執行的核心和根基，近年來，在人員數量和學歷結構方面發生了顯著變化(表3)。從表中可知我校化學專業教師增加50%，應化專業增加38%，生師比達到4 : 1；90%以上教師具有博士學歷，青年教師絕大多數具有海外學習與工作經歷，具有全面的理科知識結構與較強的專業工作能力。但教學能力尚待提高，體現在學生對課程的評價結果上不樂觀，教師對自身的發展也感到困惑，究其原因在于教育理念與社會需求和實踐的貼合度間隙較大。欲培養知農愛農型領軍后備人才，教師首先在本學科研究的基礎上兼具農業特色的知識，具有研究農村問題的技能，成為知農型特色教師，才能授人以漁。

表3 中國農業大學化學類專業專任教師結構

貫徹“四路徑”培育知農型教師(圖6)，發揮“教師教學發展中心”分中心的作用，分別邀請全國12所學校的教學名師開辦“名師論壇”；舉辦教育教學“專題宣講會”，圍繞化學支撐新農科建設的方法展開大討論，邀請農藥界權威作“化育英才”系列報告；開辦“明理講堂”，組織教師收看全國脫貧攻堅總結表彰大會，感悟在新農科建設中教師擔負的職責。每年委派青年教師帶領化學類專業學生前往中國農業大學涿州實驗農場或上莊試驗站進行農業認知實習。與學生一起近距離參觀大田農業，聆聽田間生產和管理知識講座；舉辦化學系“青年學術沙龍”和“青年教師發展論壇”，邀請中國科學院以及美國、德國、比利時等專家學者講授植物保護最新的研究進展，體會化學與農業的融合，引導教師從科研中找教學，從教學中找科研；重新調整設立基層教學組織，開展同行教師聽課、預講、集體課程討論等活動，設立獎勵機制，展示“立德樹人好老師”，督促教師申請教學研究和科研項目，教師可以因學術發展而解決教學困惑。

圖6 知農型教師培育路徑

3 農業特色化學領軍后備人才培養方案實施效果

通過人才培養方案的實踐，豐富了專業建設內涵，本科生主動學習和創新意識得到顯著提升，起點高，站位高，增強了自身能力。表現在學生100%參加“國創”“市創”、URP等項目的申報，早進科研實驗室已成為一種時尚。申報發明專利和參與發表科研論文成為展示能力的舞臺，年均20篇論文說明學生對本專業的認可度增強，成就感顯著提升，攻讀研究生比例從55%提高到70%。加深了學生的“知農愛農”情懷，在本校繼續深造從事農業研究的學生人數增長了30%，有約20%的畢業生到涉農基層單位工作，把服務“三農”作為建功立業的舞臺，顯著增長了專業影響力。畢業生的優秀口碑，吸引中國農藥工業協會和多家農藥知名企業、上市公司與學院簽署人才聯合培養協議，互惠互贏，形成良性循環，更廣泛地探索高層次的人才培養。

4 結語

面向國家農業發展戰略需求，我校化學類專業在新的教學理念指引下，充分研究人才培養能力要素，分析“新農科”背景下專業建設存在的問題，結合學校人才培養定位，以情懷教育和能力培養為目標，構建了具有農業特色的化學領軍后備人才培養方案，為農林院校特色型、創新型理科人才培養進行了有益的實踐，提供了成功的范例。該方案層次化、階段化、立體化設立學科課程，融合建立了“三段四維度課程體系”和“一體四度雙循環實驗實踐體系”，在思政教育四方陣營助力下，開展教學新模式，同時加強知農型教師隊伍建設，經過實踐，學生能力與情懷雙升，符合新農科建設對高等農業教育提出的要求，產生了較好的示范與輻射作用。