理工融合理念下地方高校教学改革与探索——以环境科学专业为例

陈 明，程媛媛，史广宇，姜 晶

（苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009）

党的十八大以来，未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同我国加快转变经济发展形成历史性交汇，工程在社会中的作用发生了深刻变化，工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎。新工科是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征［1］。在新工科的背景下，理工融合是当今高等理工科教育中的一个世界性发展趋势。理工融合是指通过适当的“理中有工”或“工中有理”的知识结构设计，使学生在扩充知识的同时体会其中所包含的方法论，即科学精神和工程素养的融合，在一定程度上兼得科学方法论和工程方法论之要谛［2］。

环境科学是一门交叉学科，它是运用自然科学和社会科学的有关学科理论、技术和方法研究和解决环境问题，协调经济建设与环境保护间的关系。我校环境科学专业是国家一流专业，本专业以立德树人为根本任务，紧扣长三角地区高质量发展对环境管理、风险防控等应用型环境科学人才的需求，充分发挥环境科学与工程学科优势，培养具有家国情怀、社会责任感、可持续发展理念、解决复杂环境问题能力的高级专门人才。近年来环境科学专业学生就业出现专业不对口及就业难的问题，因此，在培养环境科学专业人才时必须关注学生实践创新能力的培养，着重培养学生解决实际环境问题的能力［3-4］。

一、理工融合理念下环境科学专业教学过程中发现的主要问题

我校环境科学专业从设置以来就归口于工科，因此理工融合一直以来是我校环境科学专业的特色，然而在教学过程中发现以下三个主要问题。

（一）理论课程授课与实验实践教学体系衔接不紧密

我校环境科学专业教学资源相对缺乏，对学生的授课方式多数局限于课堂教学模式。学生通过课上的时间获取相应的理论知识，课后通过课本或图书馆等途径进一步学习，使得学生只能学习到固有的理论知识，很难将学习到的理论知识与当下环保热点或者区域发展相结合。多数课程均以理论课形式进行授课，虽有些课程配套了相关实验教学，但迫于学时的限制，实验教学安排课时较少，而且相关内容的理论教学和实验教学不能同步，导致学生在学习过程中会觉得理论知识很枯燥，失去对专业知识学习的兴趣和积极性。环境科学专业的实验教学课程多数为课内实验，依附于理论课程，导致存在部分重理论、轻实验的问题；认为实验教学只是理论教学的补充和扩展，实验形式多以演示性和验证性实验为主，实验内容要完全按照课程教学大纲执行，实验设计环节缺少灵活性和创新性。

环境科学专业在大一阶段没有给学生安排实践课程，大二暑假小学期学生才开始进行认识实习，紧接着大三安排了四门实践必修课程，分别是：“专业实践”“专题调查”“环境规划课程设计”和“环境影响评价课程设计”。暑假小学期两门课程，大四上学期安排了两门实践选修课程：“导师制专题实践”和“环境评价案例分析”。环境科学专业早在学生大一期间开设了新生研讨必修课，目的是让学生对专业有较全面、客观的认识与理解，但课程结束后并没有在暑假小学期安排学生进行认识实习，及时让学生将课堂上了解到的专业情况转化成现场直观的感受，激发学生的专业热情与专业认同感。学生在大二阶段开始学习相关的基础专业课，课程结束后，暑假小学期并没有进行相关专业性较强的实践课程，而是开始认识实习，学生对专业的了解还停留在比较浅层次的认识，不利于后续核心专业课的学习。

（二）实践创新培养体系的系统性和进阶性不足

目前，环境科学专业理论课程体系与实践环节系统性薄弱，连贯性不足。大一至大四各学期的实践教学环节安排进阶性不足，不能与理论课程相匹配。例如，在大三暑假小学期安排了两门必修实践课（“专业实践”和“专题调查”），其中“专题调查”课程相对比较具有自主性，学生在学完大二基础专业课程后就可以开展，放在大三相对有些晚。若在大二暑假就安排“专题调查”实践课程，还可以为大三的核心专业课程学习奠定基础。同时，学生在大三阶段有一门核心专业课程“土壤污染修复理论与技术”，许多学生反映初次接触这门课程的时候，由于对土壤污染和土壤修复的相关情况不是很了解，学起来比较吃力。如果在大二暑假小学期进行专题调查，调查内容中包括当地的土壤状况。学生可以通过组队调查的方式了解土壤污染情况，并且运用所学的基础专业理论知识分析如何解决土壤污染的问题。当学习“土壤污染修复理论与技术”这门课程的时候，学生会带着之前调查的污染情况及如何解决土壤污染的问题学习相应的内容，并能够及时根据所学内容提出具体的方案。另外，“专业实践”和“专题调查”这两门课程中的部分内容还存在重复，导致实践课程的进阶性不明显。暑假小学期时间相对比较短暂，安排两门实践课程，学生精力有限，不能全身心投入课程中，最终导致两门实践课程的效果均不佳。

此外，“导师制专题实践”和“环境评价案例”分析两门实践课程安排在大四上学期，原本这两门课程的目的是加强学生动手实践能力，促使学生参与到科研课题或者实际工作案例中，将课堂所学知识在实践中加以印证，为毕业后进一步深造或进入职场奠定基础。然而这两门课程的课程性质为专业教育任选课，多数学生在大四阶段选修课学分已修满，因此选择这两门课程的学生人数相对较少。并且由于大四上学期学生面临着毕业论文、考研等压力，学生对于这两门选修课的重视程度也不是很高，最终导致环境专业的毕业生实践能力欠缺，综合素质不全面。

（三）实践创新平台构造不够完善

环境科学专业现有的实践创新平台相对短缺，多样性不足，支撑功能发挥不明显。虽然所属环境科学与工程学院目前设有佛山市南海区苏科大华南环境研究院、海绵城市实验室和VOC治理实验室等校地实践创新平台，但这些实践创新平台多数适用于环境工程专业。我校环境科学专业主要包含三个研究方向：环境规划与管理、土壤修复、环境健康与生态，针对这些研究方向所设课程的实践平台相对较少，学生进行理论课学习后，缺乏实践，很难将理论知识与实际情况联系起来。例如，环境科学专业在大三学期开设了“土壤污染修复理论与技术”课程，此课程主要教授土壤环境污染的相关理论，更偏重土壤环境污染防治技术，旨在使学生能够掌握各类土壤污染修复治理方法。教学过程中介绍各类修复技术时，由于没有土壤实验评估修复平台，学生只能从文字上或者示意图中去理解什么是物理修复技术、什么是化学修复技术、什么是微生物修复技术等，很难有直观的印象。学生在课堂上所学的知识不能及时在实践中进行巩固和印证，对基本原理和基本理论的理解不够深入，导致毕业进入工作后，分析解决复杂工程问题的能力相对薄弱。

对于学生创新创业的培养，目前学生只在大四阶段有一门导师制专题实践选修课程。由于导师制专题实践是选修课，选择这门课的学生并不是很多，即使部分学生选修了这门课程，迫于考研复习的压力，完成效果也不是很好。环境科学专业也鼓励学生参加大学生暑期社会实践项目、“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛等专业相关的创新实践，但一般都是临时组建团队，并且需要耗费大量的人力物力，所以参与的学生和指导教师的积极性普遍较低。此外，虽然环境科学专业有很多校企合作项目，但基本均用于学生暑假小学期实习，对于学生创业实践能力的培养相对较少，企业导师制也没有发挥实质的作用，导致现有理论实践教学与社会企业实际需求相脱节，无法实现学生综合素质与实践能力的高效培养。

二、解决问题的途径与方法

针对上述存在的问题，在教学过程中从以下方面进行完善与探索。

（一）教学锚定实践、融合提升互动

通过引入多种教学资源，如慕课、课程资源、微课视频库、仿真课程等，进一步激发学生的学习积极性，促进师生互动交流，保障教学效果，实现教学相长。在理论课教学过程中，将工科思维融入讲授中，讲述专业知识及对应的实际应用过程，培养学生将知识运用于实践的能力。通过“教学锚定实践—融合提升互动”的模式，提升理论授课与实践教学的紧密衔接。

1.教学锚定实践。以提升学生实践创新能力为出发点，从理论教学目标、实践教学目的、考核方式等方面对课程体系进行深入分析与改革优化，运用内容分析、学习反应信息分析等方法，将理论课程的知识体系融入实践环节，优化课程教学设计，构建理论教学与实践环节有机融合的教学体系。例如，学生在大一阶段上完新生研讨必修课后，紧接着在大一暑假小学期开展认识实习实践课程，使得学生对自己的专业有更加全面直观的了解，同时激发学生对专业的热情，迎接大二基础专业课的学习。在大二基础专业课学习完成后，大二暑假小学期开展专题调查实践课程，在老师的指导下，让学生将所学专业知识应用到实践过程中，真正接触环境科学专业，进一步增强学生的专业热情，提高学生的实践能力。

2.融合提升互动。结合环保热点与区域高质量发展的需求，设置专业教师的课程专题报告、行业精英主旨报告、课程典型案例研讨、专利模块专题等多维互动手段，改变传统课堂的教学方式，引导学生及时了解专业的发展动态与前景，增强学生的专业认同感与专业热情，培育学生严谨的科研精神与职业操守。通过建设仿真课程、制作微课视频集等方法，进一步激发学生的学习积极性，促进师生互动交流，保障教学效果，实现教学相长。此外，引入“全程导师制”模式，学生从大一入学开始，通过师生互选方式，每3～4名学生配备1名科研导师和1名企业导师，在大学四年的学习时间里，定期对学生进行科学实验和企业实习的指导，引导学生积极参与创新创业项目。此外，为了改变疲于应付考核的现状，提升实验实践课程考核的公平性、客观性及合理性，针对实践考核环节，运用评价研究、学习反应信息分析等方法，构建与之匹配的教师评价、学生互评、导师测评的三级考核评价体系。该体系犹如模范标杆，让学生能够理解每个考核环节的考核要点，即知晓什么是“标准动作”，从而能够更积极主动地完善自我，实现实验实践教学成效的显著提升。

（二）全过程培养“四部曲”

针对目前环境科学理论课程体系与实践环节系统性薄弱、连贯性不足等问题，后期实施过程中可以从三个专业方向出发（环境规划与管理、土壤修复、环境健康与生态），梳理大一至大四各学期实践环节课程，对实践教学内容进行持续改革与优化，通过“四部曲”的全过程培养模式，增强实践创新培养体系的系统性和进阶性，提升学生解决复杂环境问题能力的培养效果，实现学生的差异化培养。

1.第一步：行业认知引导。大一新生对科研及行业的认知匮乏，为了让学生对专业有较全面、客观的认识与理解，通过开设新生研讨必修课程，安排学生与资深专业教师和行业精英进行面对面交流，确定学生大学四年的科研导师和企业导师。暑期小学期开展认知实习，首先让学生全方位了解目前关注的环境问题，理解其产生的原因及解决方法，进一步知道环境科学专业在解决这些环境问题中发挥的作用，并且通过参观相关企业的方式，让学生全方位直观了解环境行业的就业情况，增强学生的专业热情与专业认同感。

2.第二步：理论基础夯实。大二通过专业基础课的学习夯实学生的理论知识水平，结合暑期小学期的专题调查，通过组队调查的方式了解目前自己身边或者当下比较关注的环境问题，并且运用所学理论知识分析如何解决这些环境问题。通过这一过程的时间，让学生领悟理论知识在实际中的运用，提升学生知识的融会贯通及综合运用能力，为后续核心专业课程的学习打好基础。

3.第三步：专业素质培育。大三的专业课涵盖了环境科学专业三个主要研究方向的核心课程，其中还包含两门课程设计：“环境规划”和“环境影响评价”。大三核心专业课及课程设计为学生实践创新能力的塑造提供了机会与途径。暑假小学期进一步开展专业实践，通过参观、考察和调研，使学生了解当前社会对环境科学专业知识的应用和需求情况，了解当前环境质量状况和环境保护建设状况，能初步分析存在问题和成因，并制定出具体的方案。学生通过专业实践，可以进一步深化专业思想，加深对基本原理和基本理论的理解，进一步提升自己的专业素质水平。

4.第四步：实践技能提升。大四的课程主要设计一些实践类课程，并且这些课程的性质均设置为集中实践必修课，主要包括导师制专题实践、环境评价案例分析、毕业实习、毕业论文等。在实践实习过程中，学生可以发现自己的优势和不足，及时取长补短，不断精进。通过大四实践类课程的学习，学生能够更深入了解专业领域，学用结合、学以致用，架起理论和实践相结合的桥梁，加快理论知识与生产力的转化过程，提升学生分析解决复杂工程问题的能力，为毕业后进一步深造或进入职场奠定基础。

（三）多平台多方位联合打造

针对目前实践创新平台短缺、多样性不足、支撑功能发挥不到位等问题，后期可以通过深入分析环境科学专业三个主要研究方向（环境规划与管理、土壤修复、环境健康与生态）的相关社会服务和科研项目，建设相对应的环境生态工程实验平台、土壤实验评估修复平台、环境模拟实验平台、环境毒理平台等实践平台，在讲授理论课的同时，可以借助实践平台，结合真实案例，使学生能够更好地将理论知识和实践相结合，在掌握专业知识的同时，对真实场地的情况也有一定了解。例如，在讲授土壤污染修复理论与技术课程中的物理修复技术时，介绍完基本概念后，可以通过土壤实验评估修复平台（仿真实验），模拟土壤被挥发性或者半挥发性有机物污染后，对其进行物理修复（土壤蒸汽浸提修复技术），通过仿真实验，向污染土壤内引入清洁的空气使其产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气态的污染物排出土壤。学生通过仿真实验，可以直观地了解污染物的物理修复过程，更好地掌握其修复原理，对进入职场后面对真实污染场地的修复治理有很大的帮助。

此外，在大学四年中，环境科学专业鼓励和保障学生参加课外科研、大学生暑期社会实践项目、全国大学生课外学术科技作品竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛等专业相关的创新实践，打造创新创业实践孵化平台。通过科技写作的理论授课知识，结合学生实践环节所学的技能，以及在学科竞赛中的研究内容，引导学生开展科技论文的写作。通过学校校企融合政策，开展创业意识培训、创办企业培训、创新能力提升等系列培训活动，帮助学生提高创业实践能力，扶持大学生自主创业，将创新创业教育融入人才培养全过程，构建全方位创新创业扶持服务生态系统，多形式促进创新创业教育见成效。

结语

坚持“以本为本”，推进“四个回归”，加快建设环境科学专业高水平本科教育。立足于我校应用型环境科学国家一流专业的人才培养目标，结合环保热点与区域高质量发展的环保需求，通过理工融合的发展模式，将实践教学环节覆盖整个本科学习期间，以提升学生实践创新能力为出发点，通过优化完善培养方案，丰富教学资源与手段，建立完备的理论联系实践的教学体系，强化学生专业知识与实践能力的紧密度，构建全过程进阶式实践创新能力培养体系，建设多维度实践创新平台，实现科研精神培育与实践创新能力塑造四年不断线，提高环境科学专业学生的专业热情和职业能力，培养应用型环境科学的高水平理工科复合型人才，推进我国生态环保人才队伍建设，为生态文明建设和增强经济社会可持续性能力提供数量充足、结构合理、素质优良的人力资源保障。