新工科背景下农林院校环境科学专业人才培养思考与革新

杨晓梅 黄懿梅 宋小燕

摘    要：文章基于当前环境科学专业人才培养的实际，综合分析新工科背景下环境科学专业日常教学及实践问题，分别从培养目标、教学模式、教学方法3个层面进行深入剖析，探讨农林院校环境科学专业人才培养模式革新举措，以期为实现国家山水林田湖草沙绿色发展目标而培养更具有专业性、实践性、创新性的高素质复合型环保人才。

关键词：新工科;环境科学;培养模式;教学改革

中图分类号：X1      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）10-0005-03

一、引言

随着我国科技战略规划目标的制定，为支撑服务创新驱动发展的需要，国家在出台“一带一路”“中国制造

2025”“互联网+”等政策的同时，重点强调以新技术、新产业、新模式为代表的新经济发展的重要性及必要性，从而对高校相关专业人才培养提出了更高的要求，以新工科理念为引领的全国高等院校工程教育改革及培养模式转变迫在眉睫[1]。新工科作为工程教育的新理念，以互联网和工业智能为核心，囊括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等新兴领域[2]。环境科学专业具有问题导向性强、多学科交叉密切、综合性显著等特点，目的是培养具有扎实理论基础、卓越实践能力、对前沿问题具有分析及探索精神的环保人才。然而，在新工科及工程专业认证背景下，环境科学专业的定位问题争议较大，这不仅是对国家环境科学专业的培养体系的挑战，也是对开设环境科学专业的高等院校的考验。此外，受全球新冠疫情影响，传统教育模式受到极大冲击，课堂教学及体验式互动指导受到严重限制，寻求兼容并包、形式灵活、教学互惠的多元化教育模式，发展更有弹性、更有活力、更有时代特色的教育教学理念，已成为我国高等教育亟待革新的驱动力[3-4]。因此，新工科背景下，如何更新环境科学专业培养理念、改革培养结构、创新培养模式、完善培养体系，已成为各高校开设环境科学专业面临的难题，尤其是工程专业认证流行的当下，农林院校环境科学专业的定位与发展面临着巨大挑战[5]。基于此，文章将从培养目标、教学模式、教学方法等方面，探讨农林院校环境科学专业人才培养模式新举措，以期为新工科背景下农林院校环境科学专业人才培养及体系重构提供思路与参考。

二、农林院校环境科学专业人才培养的思考

我国农林院校环境科学专业的开设，不仅有着浓厚的“农林”色彩，而且其学科定位及专业课程体系架构也有别于普通工科专业，其人才培养目标、培养模式及教学方法等方面存在明显的不足。

（一）培养目标

当前，在高等教育人才培养过程中，教育部对高校各个学科及所属专业有着相对完善的培养体系的要求，其中培养目标分为以下两个部分。第一，基本培养目标，即通过学习，以期为党、为人民培养身心健康、知识结构合理，具有深厚爱国情怀、国际视野和团队合作精神，有健全的人格、高尚的人文情怀和社会责任感，且德智体美劳全面发展的新时代社会主义合格建设者和接班人。第二，专业培养目标。就环境科学专业而言，通过专业理论学习及相关课程实践，以期培养具有扎实的环境科学专业系统理论知识，具备环境监测与评价、环境规划与管理、环境效应与污染控制研究等基本技能，能够在农林、生态、城建、国土、地矿、防灾减灾等领域胜任环境监测与评价、规划与设计、开发利用、预测预报、污染控制与修复、环境管理等工作的创新型专门人才。在环境科学专业培养目标中，基本培养目标的核心在于“为谁培养人”“培养什么人”，意在树立大格局、大情怀、大志向，属于世界观范畴的培育;而专业培养目标的核心在于“怎样培养人”，意在塑造具备专业技能、能解决实际问题、能应对挑战及具有创新能力的专业型人才，属于方法论范畴的培育。总体来看，基本培养目标是在思想上培育并构建人才科学观;而专业培养目标则是在实践中夯实并提升人才专业的应用性，二者相辅相成。

然而，新工科背景下环境科学专业的培养目标既要满足基本培养目标及专业培养目标的要求，又要适应新时代以互联网及工业智能为核心的社会发展需求，且要区别于环境工程专业，并突出环境科学专业在农林院校的专业特色，从而实现在培养目标上的重新定位与发展。同时，基于工程专业认证的现实需求，环境科学专业的培养目标必须明确其学位性质，即如果授予毕业生工学学位，应充分解读国际认可的工程类专业培养体系设置要求，结合当前环境科学专业体系，构建并突出以工程信息及互联网技术应用为培育方向的专业体系新框架;如果授予毕业生理学学位，则应充分强化基础理论、提升实践操作及创新能力，开拓理论和实践衔接中新技术应用的认知范畴。因此，如何重新规划、调整与定位环境科学专业培养目标，使其更加务实且符合新工科人才市场需求，不仅是各高等院校环境科学专业面临的问题，更是农林院校环境科学专业发展面临的极大挑战。

（二）培养模式

当前，环境科学专业教学模式主要以课程教学为主、实践操作为辅，教学模式及教学活动形式相对单一，主要体现在以下几个方面。

1.理论课程多而杂，系统性、支撑性较差

当前，大多数高校采取“2+2”教学模式，即前2年进行学位通识教育（理学/工学），主要完成基础类课程学习，后2年进入专业课程及技能培养阶段，完善专业知识体系（含实践）及学位论文。这种模式下，教师确实可以集中精力，在通识理论铺垫及专业提升方面进行深入培育，然而，由于环境科学专业所涉及的知识较多，集中教学阶段容易出现“通而不精、泛而不专”的现象，同时，繁重的通识课程与后续专业技能培养容易脱节，可能导致“学而无用”的主观错觉。此外，就系统性而言，尽管“2+2”教学模式是近年来我国高等院校普遍采用的方式，以便集中时间来夯实基础学科知识，提高基础学科知识的掌握能力，但是，环境科学专业是多学科交叉、融合而形成的新学科，不仅涉及自然科学，还涉及社会科学，如管理学、社会学、法学等。在这种复杂学科融合背景下，虽然环境科学专业学生在基础教学阶段可以掌握一定的基础知识，但是在专业教学阶段，这部分教學内容容易产生重复，甚至容易使学生对环境问题的认识、剖析，以及处理方式产生偏颇，这与环境科学专业人才培养目标相悖。

2.实践教育少而浅，流程化、形式化明显

当前，环境科学专业实践教育环节主要分为课程实验与实习（含通识与专业）两部分，其中，课程实验主要基于课程大纲及课程质量标准，在教学阶段完成相关的实验课时，意在让学生掌握基本的实验原理、操作步骤及计算方法，具有独立操作相关仪器、分析实验误差、解读实验数据的能力，属于基础实验技能的培养;而实习主要分为通识类实习与专业类实习，环境科学专业通识类实习主要以植物学、地学及土壤学为大方向，开展野外综合实习，而专业类实习主要针对具体课程，深入厂、矿及污染物处理处置中心，进行体验式参观学习或实地操作，从而提升学生的专业素养及专业技能。然而，这两类实践主要存在的问题是受实验条件、课时数及实习基地的限制，所选择的实验内容相对简单，标准化教学及流程化操作明显，学生缺乏独立思考的空间;而专业类实习以参观实习为主，学生只了解实际生活中环境问题处理的大概流程，缺乏实地操作的培训，最终导致实践的形式大于内容，内在技能及驱动力未被提升，无法充分发挥学生的主动性。

3.培育项目简而少，探索性、创新性欠缺

以“课程教授+实验实习”为主导的教学模式，校内培育类项目相对单一、数量稀少。尽管大学生创新创业训练计划涉及多个层次（如国家级、省级和校级），但相对于庞大的高校群体及学生人数，实际参与人次有限，而该类项目所涉及的选题大多依附于教师的在研课题，在创新性及前瞻性方面明显不足。同时，受项目考核、结题的需求，学生缺乏对新知识、新现象、新发现的探讨，从而导致项目在深层次、探索性层面的思考及锻炼被忽略，难以发挥学生的主动创造能力。此外，与国外高校相比，我国高校与企业合作的培育类项目较少，在面对实际问题时的自主力及创新力不足，从而与当前以互联网和工业智能为核心的新工科教育理念格格不入，势必成为专业办学及后续就业中的短板。

（三）教学方法

科学合理的教学方法不仅有利于专业知识的传授，更有利于学生对知识的汲取与应用;丰富多样的教学活动不仅使刻板枯燥的专业理论变得“接地气”，還可以大大增强学生的自我学习意识和主观能动性，从而实现教学相长，师生共进[6]。新工科背景下，如何改进环境科学专业的教学方法，以适应信息化发展及工业智能人才的需求？高校应重新审视当前的教学方法，以及在教学活动中所采用的实践性教学手段，将跨学科的信息技术与智能应用结合起来，使外在转变（教学模式）与内在驱动（教学方法）统一起来，从而形成环境科学专业教学新思路。

三、农林院校环境科学专业人才培养的革新

基于当前环境科学专业的人才培养目标，农林院校应以新工科背景为发展契机，通过不断革新环境科学专业人才培养目标、培养模式、教学方法，培养符合社会发展需求的人才。

（一）培养目标的革新

在原有基础培养目标及环境科学专业培养目标的基础上，增加智能技术应用能力的培养，强调信息化技术在环境科学专业中的重要性及应用价值，从而使环境科学专业学生具备利用智能技术解决环境问题的能力。作为农林院校，其环境科学专业的培养目标还应契合自身发展特色，以国家山水林田湖草沙绿色发展战略为指南，构建具有农林特色的环境科学专业培养体系，同时，应冲破农林院校壁垒，加强技能培育及实践环节，缩小与工科或综合院校环境科学专业的差距，从而确立具有农林院校特色的环境科学专业人才培养目标。

（二）教学模式的革新

新工科背景下教学模式的革新应以基础理论与实践相互契合为起点，调整课程分配模式及实践时间，将“2+2”教学模式调整为“1+2+1”教学模式（图1），即第1年夯实基础学科教育，如“高等数学”“大学物理”“有机化学”“无机化学”“生物学”等课程，所涉及的实验及实践训练可与理论教学同时进行;第2年和第3年采用“专业基础课+专业课”混合式教育模式，开设专业必修课程、探索类锻炼项目及专业课程实习;第4年以实体单位实习、学位论文试验及论文撰写为核心环节，最终完成学位论文答辩。将原来相对割裂的“理论教学—实验实习”转变为“课程教学—实践应用—创新培育”的互馈系统，融合农林院校特色，提升农林环境问题在专业教学及实验、实习中的占比;通过探索类实践锻炼项目，拓宽环境科学专业知识体系架构，延伸基础理论与实际应用的衔接，了解新技术成果或产品在本专业领域的应用及技术瓶颈，从而提升学生在人才就业市场的竞争力及未来发展的专业潜能。

（三）教学方法的革新

随着新工科教育理念的推行，挖掘更具有潜力、更适应时代发展的教学方法，对环境科学专业学生的培养具有重要的现实意义。基于此，环境科学专业的教学方法应呈现多元化态势，将灵活性、兼容性及适应性贯穿整个专业教学过程，即针对核心基础理论形成标准化教育教学方法，如课堂讲授、实验演示及案例分析等，针对专业技能提升及创新力培育可采用实践性教学方法，如案例规划、环境问题模拟与处理预案等，针对环境热点问题及科学前沿可采用研究性教学方法，如开设探索类培育课程，开拓学生参与科研活动的空间，提升学生自主学习的意识，发挥学生的主动性及创造力，以适应社会发展对人才创新能力的需求。此外，教学方法的多元化趋势，对教育教学的实施主体——教师提出了更高的要求。农林院校环境科学专业教学方法的多元化，应契合其自身特色及专业定位，除了通过提升当前流行的体验式教学方法外，还应该让信息技术植入专业教育的各个环节，如智慧农业产品设计与开发、环境问题信息化预测等，使教学方法及教学活动向更具有实践性、研究性及开放性的方向发展，从而达到新工科背景下人才培养的要求。

四、结束语

新工科背景下如何应对以互联网和工业智能为核心素养的人才需求，已成为我国高等教育需要思考的核心问题，而在工程专业认证的潮流驱动下，环境科学专业的定位与发展不仅是各大工科及综合院校的问题，更是各农林院校教育教学改革的重点和难点。因此，农林院校应尽快重新审视环境科学专业现有的培养目标，通过转变环境科学专业教学模式、革新教学方法、提升农林特色的融合、加强信息技术在解决环境问题中的应用，以实践性教学、研究性培育及开放式探索等手段，强化学生的实践技能及创新能力，从而为培养新时代高素质复合型环保人才提供保障。

参考文献：

[1]  吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2]  李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19.

[3]  MALHOTRA A， YANG C， FENG X. Application of constructivism and cognitive flexibility theory to  build a comprehensive， integrated， multimodal inter-professional education and practice （CIM-IPEP） program[J].Journal of interprofessional care，2021：1-6.

[4]  WESSLING K， ROLF V D V. Flexibility in educa-tional systems：Concept， indicators and directions for future research[J]. ROA Research memorandum， 2021：6.

[5]  宋籽霖，曲東，李明.“双一流”建设背景下高等农林院校环境科学与工程学科特色发展的探讨[J].中国林业教育，2019，37（5）：42-46.

[6]  李琛，陈春晟，刘兵.“教”与“学”双主体协同互促教学设计方法研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2022，76（5）：48-49.

收稿日期：2023-01-06                                                          修回日期：2023-02-28

作者简介：杨晓梅（1983—），女，陕西宝鸡人，西北农林科技大学资源环境学院环境科学与工程系副教授，博士，研究方向为环境土壤学、农田土壤污染。

基金项目：西北农林科技大学教育教学改革项目“‘环境污染化学优质课程建设”（JXGG2017）、“气象水文学跨学科新型研究生教育模式探索”（JXGG22055）