新工科视角下环境类专业教学模式创新研究

李 莉,丁宗庆,曹 俊,钱 珊

(汉江师范学院 化学与环境工程学院，湖北 十堰 442000)

当今社会逐渐从工业化向信息化转变。移动计算、云共享、大数据、人工智能、区块链等新型信息都已经融入社会发展的各个领域，并取得了重大进展。在万物互联的时代背景下，新型信息材料、新能源、智力制造、生物医学工程、量子物理等新兴科技手段逐渐相互交汇又联创发展，带动着新经济、新业态和新模式的不断发展[1]。新科技正在迅速变革着人们的社会生活，也影响着高等教育体系建设。随着我国对环境可持续发展战略的不断落实，以节能环保技术为代表的新型环保产业逐渐具有了更高的发展水平，同时国家的战略发展也对人才提出了更高的标准，新时代背景下，人才必须要在各方面都具备一定的能力素质。综合素质高的人才需求也引发了教育界的思考，并提出了全新的教育理念：学科间的交叉融合，即形成培养跨院系、跨学科、跨专业人才的教育模式。

一、新工科视角下教学模式上的创新

随着新科技时代的不断进步，高校工科的知识构架、学科的意识形态、多领域间的融合、实际应用的方式等等都深受科学技术的影响。教育部也根据国家新时代的人才需求，全力推动高校创新教育模式实施落地，落实与产业需求合作，实现协同育人，由过去注重理论知识训练的教学模式，向注重实际训练的教学模式过渡，培养创新精神、创造意识、创造力和实际创新能力已经逐渐作为教学目标。多所院校进行“厚基础、重素养、强实际、增才能、跨专业、长见识、创机遇、善协作、快反应、求创新”教学理念的探索研究，并针对现在我国对可持续竞争力和创新人才培养的要求不断转变基本形态，逐渐摸索出教育的本质需求，即以学生能力发展为中心，以社会需求为响应目标，以理论、技术、实践并轨发展为特色，追求高度灵活性的课程搭配和动态适应性的教学目标[2]。

(一)建立专业课程线上线下混合教学模式

教育的未来将会逐渐达成自我实现自我教育的目标。如今大学培养目标也越来越符合学生的个人兴趣等个性化创新人才培养标准。因此，教学资源的不断更新在信息时代成为必然的发展趋势。目前手机与电脑已充分普及，有效利用电子设备实现教学灵活开展，成为创新探索的第一步。据调查显示，约八成的大学生希望将线上教育应用于课堂教学中，通过诸如云课堂、远程上课等实现教学组织形式的灵活性。能够打破学习时间、空间局限，打通课堂教育与课外学习之间的桥梁，利用网络资源，实现网络课堂的长效性发展。教师可以将课程相关的资料通过网络推送给学生，同时在院系、高校之间共享，让学生能够提前展开预习，在课程中可根据学生自我学习情况有针对性地进行授课，真正做到查漏补缺，提高课堂教学效率。线上、线下同步进行的课堂教学形式将最大限度地提高学生积极性，进而有效提升课堂效果。同时学生在课后通过网络分享、课后复习及实践情况等模块进行线上线下混合式学习。充分利用共享数据及智能教育等先进信息技术，打通不同专业间的壁垒，最大限度地汇聚优质教学资源，将教学内容进行分解，让学生能够根据自我需求或薄弱环节选择有针对性的学习方式。将教学内容实行分包上传，学生可进行非线性的自由组合，主要采取学习或混合式并行编排。还可根据兴趣的不同进行进修，通过网络还可以实现教师全程指导，提高学习效率及灵活度[3]。

(二)建立创新教学体系，实施教学考核

针对新时代对人才的综合需求，学校需要重组课程体系及教学内容。适应新工科环境下的培养目标，精准设计教学方案、个性化教学策略，实施有针对性的人才培养，通过校内与其他院校协作、学校与企业合作、高校与社会的交流，构建理论、知识、能力、素质全方位深度融合的全新教学体系。

首先，在专业课程中，渗透思想政治建设。如今全球都无比重视环境保护，我国必须将生态系统的保护、环境文明建设提上建设日程。2018年全国生态环境保护大会再次强调了生态文明及环境保护在国家建设中的重要作用。因此，环境类专业教师必须要在教学中渗透思想政治教育的基本理念，培养学生保护环境的意识和社会责任感。在专业课程讲授中也要有效融合思想政治和历史教学，让学生全面了解我国环境发展历程，引用我国环保方面的历史经验，让学生深刻感受到我国在污染治理方面的实际措施和成效，更要积极承担国际社会责任，培养有理论、有技术、有高度责任感的专业人才。

其次，创新组建个性化的科学课程体系及考核机制。学校的课程体系不仅以培养学习者的基本能力为目标，还同时应该重视个体发展的差异性，充分考虑学习者在高等教育各个阶段的发展变化，创建具有灵活性的和重组的课程体系。在课程初期阶段，首先学生可以从最简单的学习目标与课程方案设计开始逐步实施，并在学习中通过多阶段反馈意见、考核学生成绩后不断对课程方案加以迭代调整与重构，使学生在学习中逐渐明确自身的优点、学习需要和目标，让学生有更多的课程选择权，并最终更好地完成相应学习。与灵活的课程体系相对应的则是多元的考核方式。改变传统的单一笔试考核方式，努力对学生实行全面综合素质能力的考核。根据学生对课程体系的完成程度、平时成绩专题讨论、实践课程、课堂表现等进行综合素质的评估，采取多层次、多内容、多模式的考试方法，以综合评分或学分制、集点制等考核制度提高学生自主学习能力，激发学生日常学习的热情，进而积极参与课堂，同时还能更加科学地了解学生对理论知识的掌握情况和实际动手能力水平。灵活个性的课程体系使得课程更加具备多元化选择和动态调整的柔性特点，教学过程也从固定学制转变为弹性学制，真正实现以人为本，尊重个体发展。

最后，打造互动式课堂，营造愉快的学习氛围。素质教育要求新理念下的课堂氛围应该具备愉快、流动、互动、合作的特征，传统教学课堂上教师作为课堂的主体占用了大部分的课堂时间，导致留给学生主动思考、互动提问的时间太少，师生的交流时间不足，使得课堂氛围较为死板，教师对学生的学习效果也不能及时准确地了解。新时代的教学理念，要求教师打造问答式互动课堂，营造轻松活泼的学习氛围，突破传统教学的困境与局限，以学生的视角指导学习，激发学生探索精神和自主学习的兴趣，培养学生创新意识，让课堂从“老师为本”，变为“学生为本”。以互动合作的师生关系促进沟通良好的课堂氛围，进而促进学生更好的学习。同时教师还要擅长引用多媒体教学，给学生创造多感官体验。让课堂氛围真正从“严肃认真”变为“互动、活跃”，让学生在多感官中成长学习；教学内容从“焦点式”变为“立体、辐射”。环境类专业的知识点较为复杂，部分知识点较难理解，仅仅用语言教学很难让学生理解学习，并且当前环境新技术不断革新，环境类专业的知识日新月异，很多的教材陈旧内容已经不适于时代变迁，当下互联网科技飞速发展，教师要善于利用多媒体技术与课堂教学相结合，借助各种多媒体软件，让学生抽象思维与形象思维相结合，让课堂“知识库”不断得到更新及补充。同时教师还可以通过专题讨论、布置课题等多种形式让学生参与课程设计，做课堂真正的“主人翁”。通过课下小组研讨、课题制作等多种形式增强师生之间的交流，巩固理论知识，同时增加学生之间的思维碰撞，培养学生自主学习能力及用知识解决问题的能力。

二、新工科视角下实践课程上的创新

新的时代背景下，经济全球化和世界多极化不断深入发展，对人才的需要也不断发生变化，用人单位更加需要复合型、创新型及实用型的人才。培养理论知识扎实、知识面广、动手能力强具有创新精神的人才，这是环境类专业教育的主要目标。要实现这样的高质量教学目标，不仅要依赖于课堂的理论教学，更加需要高校建立创新的实践课堂。让学生在实践中加强理论能力，在动手中培养思维能力，在运用中激发创新能力[3-6]。

(一)创新实验室机制

根据教育改革下新工科的大局观，关注目前国家和社会的真正需求，也关注每个学生的个人特点及成长，高校需要更加注重应用知识的传授，实际动手专业能力的培养，并积极为学生创造学习理论知识的环境。如环境专业可建立“环境科学与工程实验室”，将实验室管理责任与实验项目目标责任并轨发力，实行双向负责制度。努力进行全局规划、统筹管理。实验室可以实行滚动运行模式，打破原有实验室学科之间的分割局面，甚至可以实行跨学科创新实验使用模式，根据研究课题的目标，建立科学的实验方案。不同学科之间学生相互合作，共同进行实验项目，不只提高了实验室的使用效率，更加强了学科之间的融合。同时，建立严格的安全保障体系，探索绿色、科学、高效的实验室运行机制。

(二)建立新的实验课程体系

目前环境科学的实践课程绝大多数依然是理论课程的附属品，依附于理论课的开展而实行。这种模式下实验课程安排往往只是为了验证理论知识，实验内容重复且陈旧，缺乏创新的实践。但如今可持续竞争力人才的培养，需要学校努力符合综合素质高、实践能力强的学生培养目标，真正以市场需求为导向，产学合作协同育人才是新工科环境下人才培养的最终模式。实验课程逐渐脱离对理论课的附属，依据环境学科体系设立实验教学体系，努力与企业相互合作，将现实课题引入高校课堂，以企业技术难点突破国家项目攻关等，设计实验题目，建立实验小组，真正运用专业知识攻关现实问题。

通过校企合作，把应用创新能力的培养渗透到学校专业课程、校内外实验研究、创新创业等教学实践中。同时进一步培养学生的应用创新能力与综合实践素养，也就为创新型教育体系建设提供更加充实的内容支持与教育生态保证。

(三)创新实践课程内容

首先，实验课程的整合与优化。目前环境类的实验课程大多还是存在单一理论验证及实验操作重复等弱点，造成学生能力锻炼不足、实验资源浪费的现象。学校可以通过实验内容的梳理，对实验课程进行资源整合与优化。例如环境类专业实验可以将相同内容的环境分析类实验与环境监测类实验进行整合，并在内容上增加综合性实习训练内容，以具体详实的实习过程取代单一的验证性实验。不仅能够大大提高学生的参与兴趣，增加团队合作能力，还可以提高实验室的使用效率。学生通过自己创立的现实课题，探索解决现实困难的方案，并在真实验证过程中攻克难题、验证理论知识，最终形成成果报告。

其次，实验内容上的优化。通过对环境的许可、实验课程的统计，我们还可以看出环境类专业还存在很多实验内容不同，但实验方法基本相同的重复实验。我们可以将实验方式相同但不同内容的实验课程进行整合，创立全新主题的综合性实验项目。将使用相同实验技巧的实践课程融合在一个实验项目中，既可以提高实践课程效率，又可以让学生更好地掌握知识之间的联系，还有利于在综合运用中解决综合性的问题。

最后，实践课程应用上的创新。努力为学生创造实践应用及个性发展的机会，将实践教学与项目实践进行有机结合，努力为学生创造跨专业选修，积极引导学生创新创业到企业实验室进行实习，并且要提供到国家科学院进行深造学习的各种机会，使学生在各类实践中拓展视野与增长实践能力。在学校的实践课程中，更需要大量加入现实的实验方式，增强学生分析及解决现实问题的能力，增强学生的综合素质，提高学生竞争力。例如传统的环境监测实验仅仅只是锻炼学生的实验技巧，熟悉实验步骤。在新工科环境下，我们可以将实践课程的内容进行改革，监测实验能够让学生对当地的真实环境进行实时监测。实践课程主要过程包括设计方案选择、实际采样样品、分析数据、处理分析样品、形成实验报告。最终形成方案汇报并提出解决方案。整个实验全程都由学生独立完成，这样不仅能够让学生在实践课程中进行了完整的技术及操作锻炼，更是通过解决现实问题增加了应用及创新能力。

同时，还可以通过企业与高校联合创办项目实验室的模式，实现实践课程的应用性及创新性。环境类专业对环境监测的实验，我们可以与企业或社会进行联合项目申办。比如汽车尾气与环境污染的实验，需要对大气指数、雾霾指数等进行监测，并融合车流的数据进行运算，同时必须关注车流量与环境污染之间有无数据关联，通过实验形成监测数据报告、实验汇报，为当地的环保政策提供理论支持。这是高校实践课程社会实践进行融合的优秀案例。学生不仅是在实践课程中提高了理论知识的熟练度，更是通过与政府机关、企业之间的联合合作积累了社会经验，为当地的环保政策提供理论依据及数据依据，也为当地打赢“蓝天保卫战”提供了技术支持。

三、新工科视角下跨界合作上的创新

要实现人才教育综合实力的提高，必须坚持以学生为中心，通过跨院、跨校、跨界教学资源的协同化，形成“线上共享教学中心”。通过校企合作、产学合作，真正实现按实际需求培养人才，以国家需求攻克难关[7]。

(一)建立跨校跨界教育资源协同体系

在新时期发展阶段，必须不断优化多元化人才的教育目标，采用理论、技能、实际课程交叉方式进行教学与快速重构课程系统，实现跨校、跨界教育协作，辅助学生专业知识的融合掌握和创新能力的综合提高，以较高灵活性与动态发展方式适应新时期的发展氛围。针对个体化的学生培养目标，实现教育要求的精细化，充分利用网络化平台和智慧教学系统，汇聚跨区域、跨界、跨校的优秀教育资源。通过校企联合、学校和社区间的深度融合共同进行精准优化的协同教育和培训，实现对学员的主动式、渐进型教学方式培养。提升学生理论、知识、能力、素养等全方面素质能力，并全方位的深度挖掘学员潜力，将学生发展与职业发展、企业需求相结合。

(二)建立企业合作实习基地

环境类专业是实践应用性很强的学科，学校通过与对口企业建立合作，利用企业生产与经营资源建立稳定的实习基地，让学生实现理论知识与实际应用的无缝衔接，提高应用能力，通过实习锻炼了解应用环境和实践环境。学生在实习中对未来职业环境及工作形态也进行了初步了解，更加明晰自己的兴趣爱好和职业规划。将企业技术革新等项目在学习实验室进行孵化，建立“环境科学与工程实验中心”，改变环境类学科依附于理论的传统模式，真正促进环境与学生能力素质的有机融合，形成理论教学与实践教学统筹协调的氛围。根据实验性质构建不同实验类型，分为基本型、提高型、创新型实验方式，努力创建科研与教学相结合的教学模式，同时构建科研与企业需要相结合的实验内容与科研项目。才能真正为企业输送高素质人才，为学生打造高品质的学习和实践环境。

综上所述，在新工科建设背景下高校工科教育应该以教学效果提升、培养学生综合素质为目标。通过对环境学科的创新课程探讨，表明了建立敏捷化的教育体系必要性。以培养目标多元化、课程模块分类化、理论与实践融合化、教学资源协同化为主要教学形式。遵循课程体系创新性、迭代性、灵敏性、协同性等原则，通过校企合作、产学合作的基本方式真实实现,按实际需求目标培养人才，以国家需求攻克难关，打造能够培养真正的符合国家人才需求、全面提高学生综合素质的教育体系。