新工科背景下环境生态工程创新应用人才培养实践

杜青平， 陈浪城， 石 瑛， 尹光彩， 李冬梅

(1.广东工业大学 a.环境科学与工程学院;b.实验室与设备管理处,广州 510006;2.太原师范学院 生物系，太原 030031)

0 引 言

党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业五位一体的总体布局，提出努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。党的十九大报告把坚持人与自然和谐共生作为基本方略，进一步明确了建设生态文明、美丽中国的总体要求，集中体现了现阶段中国特色社会主义思想的生态文明观[1]。2017年教育部在复旦大学组织召开高等工程教育发展战略研讨会，明确了“新工科”人才培养的目标。以适应当今我国新技术、新业态、新产业为特点的新经济发展态势[2-3]。我国经过70年的经济建设已跃入工业大国行列，这种改变，改善了人们的生活水平，但也给生态环境造成了显著的破坏。环境污染状况比较严峻，许多环境问题是前人没有遇到过的[4-5]。这为环境生态学科提供了巨大的发展机会和创新空间。环境生态保护和可持续发展是当前整个人类面临的一个重大课题。

目前，国内不少大学对环境科学与工程类学科建设都给予了高度重视，发展势头迅猛。人类环境中各种问题最终归于一个生态系统的问题。环境生态工程是科学地、可持续地解决生态系统中出现的环境污染和科学发展的核心问题。环境生态工程是利用环境系统中物质循环原理，结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统[6]。通过生态学、系统学、工程学和经济学等学科的基本原理和方法利用设计、调控和技术组装的手段，对原有平衡被打破的生态系统进行修复，对会造成环境污染和破坏的传统生产方式进行修葺，并提高其生产能力，以至促进人类社会和自然环境的友好发展。现行制定的环境管理制度、实施的污染防治技术、制定的生态保护对策和措施、建立环境友好型社会等均离不开环境生态工程的引领和支撑。因此环境生态工程“新工科”人才会深入经济发展的各个行业，各个领域，有可能在相关领域占领制高点。由于环境生态学科涉及面广，是个新兴的交叉学科，在“新工科”的形势下，环境生态工程创新实践人才在数量和质量方面均存在短板与缺口。如何培养具备更高创新创业能力和跨界整合能力的新型环境生态工程技术和管理人才，是我国亟待解决的大问题，促使人们不得不加速思考创新实践型环境生态工程人才培养的新内涵和新的培养模式。

我校是工科为主的地方重点高校，每年招收环境生态工程专业学生50名。是华南地区唯一以工科见长的环境生态工程人才培养基地。因此，能否抓住新的契机，根据地方经济发展的特点，在“新工科教育”人才培养模式教育理念的指导下，积极探讨新的教学方法与人才培养模式，提高学生“新工科思维”与解决实际问题的能力，是新工科教育背景下环境生态工程专业必须思考的问题[7]。

1 环境生态工程创新应用人才培养目标明确

我校环境生态工程专业是在原有的生物工程(环境生物技术方向)专业基础上开办的。传统的生态学、环境科学以及环境工程专业分别要求学生具有扎实的生态学或者环境科学的理论知识以及具备环境检测、评价、规划设计、施工管理等能力，而面对复杂环境生态问题时，综合运用生态学、环境科学、环境工程的原理与方法解决环境污染和生态破坏问题的实践和工程能力就显得不足，难以从根本上解决环境问题。环境生态工程专业是将生态学、环境学和工程设计等知识和技能有机结合，既重视理论学习，又重视技能和实践能力的培养，并且融入了计算机科学、系统信息学等高新技术，从多个角度综合对环境问题进行监测、分析、评价、规划、治理保护等，从而达到环境生态系统稳定、和谐及可持续利用与发展。其融合性的专业特点决定学生能够通过系统的专业知识学习，掌握解决和管理复杂环境问题的基本能力。开设环境生态工程专业，既可加强我校生态工程专业人才培养的力度，凸显原有专业建立的特色，实现已有教育资源充分共享与合理利用，也能促进不同专业及学科间的共同发展，提升学校在广东省乃至全国普通高校中的综合实力与竞争能力，同时也为广东省培养出更多环境生态工程人才，有利于我校为广东省经济社会可持续发展做出更大贡献。因此学校申办环境生态工程专业有自己的基础、特色和优势。专业培养目标主要定位于：培养适应生态文明建设需求，德智体美全面发展，系统掌握生态环境演变机制规律，具备宏观生态视野和微观生态治理技术，扎实的工程实践能力，能够在环境与生态保护相关的企、事业单位或者部门从事生态规划与设计、环境生态研究、生态修复与建设、环境生态管理等方面的高素质创新应用型技术和工程人才。经过努力和磨练，能够逐渐成长为现代环境生态工程领域的工程师和管理者[8]。

2 专业培养特色鲜明

我校是一所以工为主,工、理、经、管、文、法、艺结合、多科性协调发展的省属重点大学，是广东省高水平大学重点建设高校，拥有国家工程中心、教育部重点实验室以及多个省级重点实验室，建设有3个国家级实验教学示范中心，1个国家级虚拟仿真实验教学中心,24个省级实验教学示范中心，3个省级虚拟仿真实验教学中心,是一个具有多学科、多品种，类型复杂等工科见长的大学。环境科学与工程学院在广东省最早(1983年)招收环境工程专业本科生。现有环境科学与工程一级学科博士点，环境工程、环境科学、环境生态工程、安全工程4个本科专业；形成了本科、硕士、博士一体化的人才培养体系。本专业结合广东省环境生态的气候、地域及环境治理现状，在环境学院形成的废水、废气、固体废物污染控制与生态修复、环境健康、安全工程等8个优势科研方向的基础上，重点围绕广东省的环保需求开展应用基础研究及产业化开发，着力培养适应广东经济社会发展要求、具有创新创业能力的高素质应用型环境生态工程人才。专业特色主要体现在：紧密结合地方生态修复工程建设实践，培养具有生态学学科视野，掌握生态学、环境科学及工学基本理论，培养具备良好的科学素质、积极的创新精神、超强的实践能力，能利用环境生物技术、工程技术手段及生态学原理解决或修复环境污染和生态破坏、开展生态规划和管理的应用型人才。

3 新工科创新应用人才培养模式的总体设计思路

将新工科大学生的创新实践能力培养当做一个系统工程，由权重系数法将专业必修课、专业选修课与公共基础课之间进行分类衡量，确定学科建设的骨干课程和特色课程，为专业培养包含的各类课程之间搭建起一座桥梁[8]；利用PBL+双语多模式授课、 强化实验和工程实践技能等系统方法将理论课程学习和创新实践能力培养紧密结合起来，使学生将理论学习-实践技能培养-工程技术认知等相关“新工科教育”人才所需要的基本素养进行整合，并提升学科建设的理论水平，实现学科建设和人才培养的有机结合。

4 新工科创新应用型人才培养实践

4.1 新工科背景下创新应用型人才培养方案的制定

为适应广东省及珠江三角洲地方经济发展环境生态保护和管理的需求，依据高等院校本科环境科学与工程类专业规范，本着同专业学生可以按不同规格和不同类别培养的思路，制订适合个性发展与地方经济发展的灵活结合的培养方案[9-10]。主要的特点体现在①从学分权重对各门课程进行相关性和重要度分类，突出专业的核心课程(10门，全部为专业基础必修课和专业必修课)；②对实验、设计课程进行论证，完善知识体系，从专业、实验技能、工程实践三位一体对学生进行高素质管理和培养；③优化课程体系，从公共基础课，专业大类基础课，专业基础课，专业课层层梯进优化课程结构；④根据生态文明建设的需要强化实践教学，增加野外生态实习，生产实习等实践教学的实习、实训条件，改革课程设计指导方式；⑤突出个性化发展和学科前沿培养。增加了17门专业基础选修和专业选修课，学生可以根据自身学习的需要选择项目管理、生态规划、工程实施等类型课程，实现“宽口径、厚基础、精专业、有特色”的人才培养(见图1)。

图1 新工科教育背景下环境生态工程专业课程体系特点

4.2 采用PBL+双语等多模式课程教育

结合专业招生人数一个行政班的实际情况，因材施教，采取多模式的课堂教育。结合广东经济发展毗邻港澳等特点，根据教育部、中华人民共和国高等教育环境科学与工程学科教学指导委员对环境生态工程专业创新型人才培养的要求，采用PBL人才培养模式、双语教学模式和传统教学模式相结合授课模式。PBL人才培养模式是一种围绕精心设计与现实问题情景一致的课题或者项目来组织课程与教学的一种教育方式[9]。学习者在教师的引导下，通过选题、判断问题、归纳假设、试验行动、分析研究数据、总结问题、再次验证和研究，直至最后得出解决问题的最佳方法。通过PBL授课模式来发展学生的批判性思维、提高解决问题的技能和协作能力等[11-12]。使学生既能掌握一定的基础知识，又能充分进行实践与运用，在课题学习和研究中早期接触环境科学与工程、生物工程、以及相关学科知识中存在的热点与难点问题，把基础知识与专业前沿知识结合起来，以期达到既系统地教育学生专业理论知识，又通过新的课题模式培养学生解决实际问题的能力。该授课模式提高了学生自主涉猎专业科技前沿知识、拓展专业相关知识领域的能力，并且能够对现有知识在实际工程中进行创新性地应用[13]。

4.3 新工科教育实践课程设计

以新工科人才创新能力培养为主线，针对不同阶段和不同层次学生的教学需要，完善实践教学体系，加强实践教学内容的整合和优化。积极构建与理论教学体系既密切联系又相对独立，教学内容前后衔接、循序渐进、层次分明，并与学校规模、办学层次、学科结构、专业特点相适应的实践教学体系；完善环境微生物学实验，生态学实验，野外生态实习，环境工程学实验，环境监测实验，生产实习，环境生态工程专业实验，毕业实习、毕业论文(设计)等相互联系、相互依托的实践教学环节，形成“以实验和工艺操作为基础，以课程论文(设计)为主线，以科学研究和工程训练为依托”的实践教学内容体系。该实践教学体系分为3个层次，依次递进，第1层次为基本技能训练，由认识实习和基础实验组成；第2层次为综合技能训练，它由若干课程设计和综合设计组成；第3层次为工程实践创新能力训练，学生根据自己的爱好进入大学生科技创新实践基地，研究自己拟定的课题和学生创新基金项目(大学生创新实验项目)，以及参加教师的科研项目，或者直接参与企业的课题项目进行定点岗位实践，强化和促进学生创新意识和创新能力的全面提升(见图2)。结合本专业引进、聘任及邀请国内外知名教授和企事业工程师的实践教学的一些优势，融合传统授课行为和学生学习思维习惯，构建适合环境生态工程应用型人才学培养的教学形式和示范课程。

图2 新工科背景下，课题实践教育对学生新工科标准素质培养

5 创新人才培养模式的成效

环境生态工程专业在创新人才培养模式的指导下，紧密结合广东经济发展的特点，重点培养学生的实际操作能力与创新能力，突出创新应用型专业人才的特色，形成了多层次、多规格的人才培养体系，也形成了教学互长教师培养新局面[14]。经过一系列的实践教育，对训练大学生新工科认证标准的各项目标都起到了很好的效果。

近4年获得的成效主要有：6项国家级、10项省级、20项校级大学生创新实验训练项目；获得12项省级与校级大学生“挑战杯”竞赛奖项。专业教师积极进行教改与科研活动，提高自身的教学水平与业务素质。近4年，有7人次获国家级、省级与校级教改荣誉奖，承担各级教学研究项目10项，发表教学研究论文13篇。主持承担各类科研项目近40项，其中国家自然科学基金5项，省(部)级科研项目8项，横向课题20余项，到位科研经费1 000余万元。发表学术研究论文近40篇，国家发明专利2项，实用新型专利6项。本专业学生的综合实力大大提高，本科毕业生受到用人单位的广泛欢迎和好评。

6 结 语

针对新工科教育的要求，本文在培养方案制定、课程模式设计、与企业合作的强工程实践的分散式岗位定点实习模式等素质教育集成方面进行开拓创新。探索了教学模式的多样化，与企业对接，定点实习为主要环节的实践能力培养模式，逐渐形成了稳定的创新实践人才教学团队[15-16]，摸索出一套具有交叉学科特色的“课程规划-多模式课程教育-企业协作新工科创新实践人才培养模式”，使毕业生达到了新工科人才培养的研究能力、工程实践能力、项目管理、设计开发能力、终身学习等各项标准要求，对环境生态工程专业及相关专业建设具有一定的示范作用。