新农科背景下农业特色化学类专业建设的研究与实践

饶震红，张晨辉，杜凤沛

中国农业大学理学院，北京 100193

中国农业大学是我国现代农业高等教育的起源地，近年来积极落实习近平总书记“以立德树人为根本，以强农兴农为己任”“培养知农爱农新型人才”的重要指示[1]，坚定知农爱农、强农兴农的办学使命，在“新农科”指导下，牵头并联合其他涉农高校，引领奏响了“安吉共识”“北大仓行动”“北京指南”新农科三部曲，绘制了新农科建设的基本框架。根据这一基本框架，我校面向新农业、新农民、新乡村、新生态，遵循“交叉融合”基本理念，重构了课程体系、传统涉农专业标准和新农科专业布局，新农科育人格局基本成型[2,3]。在该大背景下，基于对化学作为中心学科，在保障国家粮食安全和农业绿色高质量发展起支撑作用的认识，我校化学类专业在2013年率先提出的“教科融合、理农结合、突出特色、强化创新”人才培养理念基础上，加强“知农爱农”情怀教育和“强农兴农”本领教育，“知-质-能”一体化培养，对教学理念、培养方案和教学模式等进行了全面改革，2016年重构了农业特色化学类专业人才培养体系，培养了一批具有引领农业未来发展能力的化学领军后备人才，为国内行业院校尤其是农林院校特色型、创新型理科人才培养进行了有益的实践并提供了成功的范例，较好地解决了国内化学类专业建设同质化问题、专业建设与农业发展需求交融问题、专业建设与学生能力塑造相生等问题，产生了很好的示范与辐射作用。

1 新农科背景下农林院校化学类专业建设需要思考的问题

1.1 农林院校化学类专业建设内涵定位问题

据调查显示，目前我国34所农林高校开设了化学类专业(表1)。从培养方案看，多数与理科、工科等院校类似，特色不突出、专业定位不明确，人才培养服务国家重大战略需求不足；课程体系和教学内容相对比较固定，有些已经相对陈旧，无法适应现代社会知识快速更新和信息技术快速融入的现状，也无法满足未来学科和行业发展对现代技术的需求。而化学是农林院校重要的支撑学科之一，在保障国家粮食安全和国家农业绿色高质量发展等战略需求方面作用巨大，我校19个学院中有14个学院开设了不同层次的化学课程，9个双一流建设学科中有8个与化学学科密切相关。农药、化肥、兽药、地膜等绿色投入品的研发与高效利用，重金属、农药等面源污染的治理，黑土地的保护，农作物秸秆等生物质资源的利用，农产品安全与食品的加工利用等，都是目前国家急需人才的领域[4–6]。因此新农科背景下化学类专业如何凸显农业特色？如何更好地服务国家需求？是建设新专业还是对现有专业进行改革重构并按照“四新”理念完成改造升级，以便更好地满足“四新”人才培养的需要，需要各高校结合培养目标和办学定位而定，也是当前急需解决的问题。

表1 全国农业院校化学类专业设置

1.2 农林院校化学类专业人才培养的内涵特征问题

确定专业的人才培养目标，需要结合国家社会经济、文化发展和高校人才培养定位而定[7]。我校作为我国农业院校的排头兵，化学类专业人才培养目标是：培养具有农业特色的领军后备人才。本科教学在于“通”和“广”，为“专”而“精”的研究生阶段输送人才，那么什么样的学生可以称之为农业特色化学领军后备人才？区别于非农高校的特征内涵是什么？衡量标准是什么？面对农业未来发展的不确定性带来的挑战，世界知名的涉农高校康奈尔大学以培养学生学术卓越、创业精神和跨学科领导力为理念，注重凝聚力、责任力和实践力建设[8]，其化学专业的核心课程围绕化学分支学科开展，强调化学研究的协作力，开拓化学生物学和材料科学等，为未来大力拓宽了创造空间；在设置荣誉课程之外，还提供个性化课程，并将课程核心实验室与生物化学、分子生物医学工程等含有农业特征的学科研究结合，提供独特的学习与工作经验相结合的教学方式，使得学生经过仔细的推理和试错实验，从不完整和多样的信息中得出确定的结论[9]。我国农林院校也积极研究农科类人才的需求转变和培养趋向，探索创新创业育人体系，比如东北农业大学的“双创四驱”教育模式、吉林农业大学的“1+N”双园驱动模式、云南农业大学的“三融合，五驱动”模式等[10–12]，那么我们培养的领军后备人才与国外名校比较有何区别？成长为领军后备人才应具有哪些本领要素才能胜任呢？这也是当前急需明确的问题。

1.3 农林院校化学类专业人才培养模式问题

构建专业如同盖楼房，体系是钢架，课程是方砖。粘合钢架与方砖的是教学条件、教学模式和教学手段。以教学理念为指导，确立人才培养方案，寻路径，内生动力与外部需求相结合是专业构建落实的方法。当前信息数字化对教育的未来带来了挑战[13]，教学资源的多样化，学习渠道的多元化，都使得我们欲将领军后备人才的培养落实到实处，人才培养模式、课程与实践教学体系的重构势在必行。因而我们必须思考用何种模式和保障机制实现农业特色化学领军后备人才能力的发展与迁移，让学生感悟自身的发展价值，提升对农业特色化学专业的认可度。

2 构建农业特色的化学类专业，育化学领军后备人才的实践

中国农业大学开展化学教学的历史悠久(图1)，2019年化学专业成为国家一流专业建设点，应用化学专业成为北京市一流专业建设点。长期以来我们直面农大学子“知农爱农情怀不深、强农兴农能力不足、学农为农行动不够”等人才培养现实问题，深刻剖析，找准突破，面向国家“三农”领域重大战略需求，依托学校农业优势学科，持续推动本科教育教学改革，确立了“肩负使命，追求卓越，突出特色，树情炼能”的人才培养新理念，形成了农业特色鲜明的化学类专业。

图1 中国农业大学化学学科发展历史时间线

2.1 积极开展教学研究，确立培养目标，形成具有农业特色的“中农大化学方案”

2.1.1 情怀教育是制订人才培养方案的指引目标

涉农情怀教育是我校化学类专业领军后备人才培养重点关注的问题。它不是简单的乡土观念、爱国教育、民族精神，而是学生个体对国家主体思想上的认同，行动上的协同。当前国家农业发展战略中粮食安全问题、农产品供给质量问题，农村绿色发展问题都以化学学科为支撑，因而农林院校的化学教育要立足于“农”，首先体现农业情怀与奋发为农的使命感培育，这也是与非农高校化学教学不同之处。而从我校生源的进出口分析，学生普遍存在着知农爱农情怀不足的问题。农村本科生源由2002年的35%降至2017年的25%；以2017学年为例，学年内传统农业相关专业学生流动净减123人，化学类专业作为通用型理科专业流动净减5人，招收的硕士研究生中本校生源不足20%[14]，因此制订人才培养方案首先以学生的知农爱农情怀教育为先导。

2.1.2 能力培养是执行人才培养方案的动力目标

信息化工业革命的发展给农业带来飞跃的契机，从对农业发展的社会经济、文化生态特质的认识，到对精准农业、数字农业和农业区块链的理解，都是在短期内完成的[15]。对于农业发展的未来更是充满期待和疑虑，学生怎样面向未来的农业呢？在多项省部级和校级教学研究项目的支撑下，我们认识到只有增强学生应对未来发展的能力，才能顺应并引领未来，研究解析出了能力培养六要素——适应力、学习力、思辨力、践行力、创新力和领导力(图2)。首先要让学生具备适应力，即主动识变、应变、求变并适应环境变化的能力培养；学习力是学生的终身学习理念、学习兴趣和自主学习能力的培养；思辨力即学生在国际视野、家国情怀下的独立批判性思维培养；践行力是学生直面挑战、勇于实践和脚踏实地作风培养；创新力则为发现问题、提出问题和解决问题能力的培养；领导力是团队协作、组织和领导能力的培养。诸力乘积凝聚为引领未来农业发展的特色后备人才具有的本领，成为领军后备人才必有的特征内涵。

图2 引领未来的创造性人才六要素分析

2.1.3 以情怀教育和能力培养为主线制订农业特色的“中农大化学方案”

面向国家农业发展战略需求，结合学校的办学定位，我校化学类专业将培养具有良好的植物保护学、农学、生物学知识；具有自主学习能力和创新意识，具有国际视野、历史使命感和社会责任心的行业拔尖创新、领军后备人才作为人才培养目标，以“肩负使命，追求卓越，突出特色，树情炼能”为教学理念，情怀教育和能力培养为主线，将课程分为三级四型，即通识教育课、专业理论课、实验实践课；基础型、拓展型、研究型、实战型，组建特色课程群，搭建校内外协同育人实践平台，制订课程标准，理农交叉融合，变学科优势和资源优势为育人优势，从师资力量、教学资源和评价监督多维度保障教学计划实施，形成引领农业未来发展的“知农爱农”型化学领军后备人才“中农大化学培养方案”(表2)。

表2 中国农业大学化学专业本科培养方案简表

2.2 彰显“新农科”特征，三融合变革人才培养模式

2.2.1 理农融合，组建特色课程群，绘制课程体系蓝图，培养知农爱农情怀

课程体系是人才培养过程的具体化，是教学骨架。我校化学类专业在“肩负使命，追求卓越，突出特色，树情炼能”的教学新理念指导下，结合“新农科”建设交叉融合特征，将多门类课程搭配组合，寻求实现教学目标最佳的学习分配。我们突破传统公共课-基础课-专业基础-专业课的设课形式，搭建了通识教育-专业教育-课内课外实验实践教育三主题框架。按照知识认知的时序将学习分为三个阶段，从理论知识、方法训练、综合设计和创新实践四个维度，设置以提升学生能力“六要素”为宗旨的多模块层级教学。形成三阶段四维度多模块的伞状课程体系结构(图3)，呈现出以拓展进阶为题的引航特色。我校现阶段化学与应用化学本科专业采取大类招生、分流培养的方法，依托我校农业学科的优势，组建三个特色课程群，理农融合，课程模块上呈现出以农业为题的差异特色。设置特色通识教育课程群，65.5学分，占学生总学分的42%，注重知识组成的多元性，增加了化学与社会、有害生物学概论、生物化学等课程作为必修课，通专结合，给予学生更多的、宽泛的知识储备；设置特色化学核心课程群，化学专业增加“农药学概论”作为必修课程，应用化学专业将农药合成、农药分析等作为主干必修；设置生物活性分子设计、生物质化学与化工、农药生物测定与毒理学、农产品品质与营养分析、农药制剂学、转基因食品安全评价、植保机械与施药技术等20门含有农药学、农学、食品等学科知识的特色选修课群，学生还可选修其他院系跨学科课程、双学位课程、研究生课程等，将化学专业教育和科学精神与农业学科知识结合，利用课程教学浸润知农爱农情怀教育。这些措施有效强化了学生综合素养、全球视野、人文素质、基础理论培养和创新能力培养，拓展了学生综合素质发展广度，开掘了学科交叉融合深度，提升了核心专业能力的高度。

图3 三阶段四维度多模块的伞状课程结构

2.2.2 教科融合，设立特色学分，搭建实验实践体系，培养“强农兴农”本领

实验实践体系是强化学生能力要素培养，塑造创新精神与意识的沃土。我校化学类专业设立农事实践、科研训练、创新创业等特色学分，借助学校资源优势，借助广大校友的鼎力相助，结合信息科技手段，搭建了系列实验综合平台、学科竞赛梯度进阶平台、虚拟数字教学平台、科研引领训练平台、多角度实习平台和社会服务实践平台。教学、实践与社会服务三位一体，从实验课程、业余科研、农事企业实习和社会服务四方面，在时间轴和能力轴方向对本科生进行四年不间断的实验实践教学闭环培养，跨学科融合，形成“一体四度双循环”实验实践教学体系(图4)。

图4 “一体四度双循环”实验实践教学体系

我们以引导学生扎根“三农”为关键，以培养学生知行合一为重点，围绕化学知识的应用，率先实施耕读教育，把学习课堂开设于田野中。“农事认知实习”将学生带入中国农业大学涿州教学实验场，直接认识、感知农业，生动地进行爱农情怀教育，弘扬新时代耕读文化精神，培养学生在学习和实践中树立正确劳动价值观，厚植“三农”情怀。以申请课程项目为指引，从校级到市级到国级，搭建梯度实验竞赛赛道，开展“学术创新与实践”活动，逐渐增强践行力；学生任意选择研究方向不同的教师指导，将化学课程学习与交叉学科结合，与农业前沿课题结合，进行“科研训练”专题活动，实施创新创业挑战式实践学习；到校企合作基地和农事企业实习，直接对接乡村科技扶贫，回馈社会，把论文写在祖国大地上，增长了学习成就感与自身价值实现感，同时历练了领导力，实现情怀教育与能力培养双升。

2.2.3 将课程教学大纲变育人大纲，情怀教育与专业融合，全面实施课程思政

在全国率先将课程教学大纲变育人大纲。实现化学类专业每一门本科课程，从知识传授、能力培养、情怀素质提升三个维度设计教学目标和教学内容，多渠道融合农科，将立德树人教育、创新创业教育有机融入课程教学，完成育人使命。借助“挖讲听做”思政教学四方阵营(图5)，实现课程教学的“传道授业解惑”；推进多级课程思政教改立项，建设思政“最美课堂”、开拓“心灵花园”；在党委和关工委的主导下，设立“润物·耕心”工作室，通过学校“思政启育记”“课程思政云展览”等活动，研讨交流思政教育融入专业课建设的经验；针对本科生举办学术创新实践和学科国际在线系列讲座；以我国取得的科技成就和学科前沿问题激励学生，思考自己的未来与国家的命运和前途的关系。开辟“文化长廊”，以植物性杀虫药剂化学研究的奠基人黄瑞纶先生的铜像为起点，在门厅和侧厅展示我院过去和如今在农药学领域做出突出贡献的教师事迹和优秀论著；在行政楼层墙面，以时间为轴线，讲述从1905年的“农艺化学门”到当下我校化学学科的发展史；在教学楼层墙面展示科学家的故事和我国农业硕果，随着楼梯上行，楼道两侧是历届学生青春的笑脸；以校庆为契机在本科生中开展校史知识竞赛，借身旁真实史实唤起学生的家国情怀。组织学生参加“稼穑青年聚力首都乡村振兴行动”的公益实践，躬体力行，以农药安全为题，到平谷区北独乐河村和大华山镇小峪子村走访农药使用问题，开展科学用药知识宣传，了解农药售价，进行贸易调研，双育双促，激发社会责任感，提升学生的思辨能力，实现综合能力的社会迁移。

图5 思政教育四方阵营

2.3 培育知农型教师，提升教学质量，确立人才培养方案保障机制

教师作为人才培养方案顺利执行的核心和根基，近年来，在人员数量和学历结构方面发生了显著变化(表3)。从表中可知我校化学专业教师增加50%，应化专业增加38%，生师比达到4 : 1；90%以上教师具有博士学历，青年教师绝大多数具有海外学习与工作经历，具有全面的理科知识结构与较强的专业工作能力。但教学能力尚待提高，体现在学生对课程的评价结果上不乐观，教师对自身的发展也感到困惑，究其原因在于教育理念与社会需求和实践的贴合度间隙较大。欲培养知农爱农型领军后备人才，教师首先在本学科研究的基础上兼具农业特色的知识，具有研究农村问题的技能，成为知农型特色教师，才能授人以渔。

表3 中国农业大学化学类专业专任教师结构

贯彻“四路径”培育知农型教师(图6)，发挥“教师教学发展中心”分中心的作用，分别邀请全国12所学校的教学名师开办“名师论坛”；举办教育教学“专题宣讲会”，围绕化学支撑新农科建设的方法展开大讨论，邀请农药界权威作“化育英才”系列报告；开办“明理讲堂”，组织教师收看全国脱贫攻坚总结表彰大会，感悟在新农科建设中教师担负的职责。每年委派青年教师带领化学类专业学生前往中国农业大学涿州实验农场或上庄试验站进行农业认知实习。与学生一起近距离参观大田农业，聆听田间生产和管理知识讲座；举办化学系“青年学术沙龙”和“青年教师发展论坛”，邀请中国科学院以及美国、德国、比利时等专家学者讲授植物保护最新的研究进展，体会化学与农业的融合，引导教师从科研中找教学，从教学中找科研；重新调整设立基层教学组织，开展同行教师听课、预讲、集体课程讨论等活动，设立奖励机制，展示“立德树人好老师”，督促教师申请教学研究和科研项目，教师可以因学术发展而解决教学困惑。

图6 知农型教师培育路径

3 农业特色化学领军后备人才培养方案实施效果

通过人才培养方案的实践，丰富了专业建设内涵，本科生主动学习和创新意识得到显著提升，起点高，站位高，增强了自身能力。表现在学生100%参加“国创”“市创”、URP等项目的申报，早进科研实验室已成为一种时尚。申报发明专利和参与发表科研论文成为展示能力的舞台，年均20篇论文说明学生对本专业的认可度增强，成就感显著提升，攻读研究生比例从55%提高到70%。加深了学生的“知农爱农”情怀，在本校继续深造从事农业研究的学生人数增长了30%，有约20%的毕业生到涉农基层单位工作，把服务“三农”作为建功立业的舞台，显著增长了专业影响力。毕业生的优秀口碑，吸引中国农药工业协会和多家农药知名企业、上市公司与学院签署人才联合培养协议，互惠互赢，形成良性循环，更广泛地探索高层次的人才培养。

4 结语

面向国家农业发展战略需求，我校化学类专业在新的教学理念指引下，充分研究人才培养能力要素，分析“新农科”背景下专业建设存在的问题，结合学校人才培养定位，以情怀教育和能力培养为目标，构建了具有农业特色的化学领军后备人才培养方案，为农林院校特色型、创新型理科人才培养进行了有益的实践，提供了成功的范例。该方案层次化、阶段化、立体化设立学科课程，融合建立了“三段四维度课程体系”和“一体四度双循环实验实践体系”，在思政教育四方阵营助力下，开展教学新模式，同时加强知农型教师队伍建设，经过实践，学生能力与情怀双升，符合新农科建设对高等农业教育提出的要求，产生了较好的示范与辐射作用。