新工科視角下環(huán)境類專業(yè)教學模式創(chuàng)新研究

李 莉,丁宗慶,曹 俊,錢 珊

(漢江師范學院 化學與環(huán)境工程學院，湖北 十堰 442000)

當今社會逐漸從工業(yè)化向信息化轉變。移動計算、云共享、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新型信息都已經(jīng)融入社會發(fā)展的各個領域，并取得了重大進展。在萬物互聯(lián)的時代背景下，新型信息材料、新能源、智力制造、生物醫(yī)學工程、量子物理等新興科技手段逐漸相互交匯又聯(lián)創(chuàng)發(fā)展，帶動著新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài)和新模式的不斷發(fā)展[1]。新科技正在迅速變革著人們的社會生活，也影響著高等教育體系建設。隨著我國對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷落實，以節(jié)能環(huán)保技術為代表的新型環(huán)保產(chǎn)業(yè)逐漸具有了更高的發(fā)展水平，同時國家的戰(zhàn)略發(fā)展也對人才提出了更高的標準，新時代背景下，人才必須要在各方面都具備一定的能力素質(zhì)。綜合素質(zhì)高的人才需求也引發(fā)了教育界的思考，并提出了全新的教育理念：學科間的交叉融合，即形成培養(yǎng)跨院系、跨學科、跨專業(yè)人才的教育模式。

一、新工科視角下教學模式上的創(chuàng)新

隨著新科技時代的不斷進步，高校工科的知識構架、學科的意識形態(tài)、多領域間的融合、實際應用的方式等等都深受科學技術的影響。教育部也根據(jù)國家新時代的人才需求，全力推動高校創(chuàng)新教育模式實施落地，落實與產(chǎn)業(yè)需求合作，實現(xiàn)協(xié)同育人，由過去注重理論知識訓練的教學模式，向注重實際訓練的教學模式過渡，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、創(chuàng)造意識、創(chuàng)造力和實際創(chuàng)新能力已經(jīng)逐漸作為教學目標。多所院校進行“厚基礎、重素養(yǎng)、強實際、增才能、跨專業(yè)、長見識、創(chuàng)機遇、善協(xié)作、快反應、求創(chuàng)新”教學理念的探索研究，并針對現(xiàn)在我國對可持續(xù)競爭力和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求不斷轉變基本形態(tài)，逐漸摸索出教育的本質(zhì)需求，即以學生能力發(fā)展為中心，以社會需求為響應目標，以理論、技術、實踐并軌發(fā)展為特色，追求高度靈活性的課程搭配和動態(tài)適應性的教學目標[2]。

(一)建立專業(yè)課程線上線下混合教學模式

教育的未來將會逐漸達成自我實現(xiàn)自我教育的目標。如今大學培養(yǎng)目標也越來越符合學生的個人興趣等個性化創(chuàng)新人才培養(yǎng)標準。因此，教學資源的不斷更新在信息時代成為必然的發(fā)展趨勢。目前手機與電腦已充分普及，有效利用電子設備實現(xiàn)教學靈活開展，成為創(chuàng)新探索的第一步。據(jù)調(diào)查顯示，約八成的大學生希望將線上教育應用于課堂教學中，通過諸如云課堂、遠程上課等實現(xiàn)教學組織形式的靈活性。能夠打破學習時間、空間局限，打通課堂教育與課外學習之間的橋梁，利用網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡課堂的長效性發(fā)展。教師可以將課程相關的資料通過網(wǎng)絡推送給學生，同時在院系、高校之間共享，讓學生能夠提前展開預習，在課程中可根據(jù)學生自我學習情況有針對性地進行授課，真正做到查漏補缺，提高課堂教學效率。線上、線下同步進行的課堂教學形式將最大限度地提高學生積極性，進而有效提升課堂效果。同時學生在課后通過網(wǎng)絡分享、課后復習及實踐情況等模塊進行線上線下混合式學習。充分利用共享數(shù)據(jù)及智能教育等先進信息技術，打通不同專業(yè)間的壁壘，最大限度地匯聚優(yōu)質(zhì)教學資源，將教學內(nèi)容進行分解，讓學生能夠根據(jù)自我需求或薄弱環(huán)節(jié)選擇有針對性的學習方式。將教學內(nèi)容實行分包上傳，學生可進行非線性的自由組合，主要采取學習或混合式并行編排。還可根據(jù)興趣的不同進行進修，通過網(wǎng)絡還可以實現(xiàn)教師全程指導，提高學習效率及靈活度[3]。

(二)建立創(chuàng)新教學體系，實施教學考核

針對新時代對人才的綜合需求，學校需要重組課程體系及教學內(nèi)容。適應新工科環(huán)境下的培養(yǎng)目標，精準設計教學方案、個性化教學策略，實施有針對性的人才培養(yǎng)，通過校內(nèi)與其他院校協(xié)作、學校與企業(yè)合作、高校與社會的交流，構建理論、知識、能力、素質(zhì)全方位深度融合的全新教學體系。

首先，在專業(yè)課程中，滲透思想政治建設。如今全球都無比重視環(huán)境保護，我國必須將生態(tài)系統(tǒng)的保護、環(huán)境文明建設提上建設日程。2018年全國生態(tài)環(huán)境保護大會再次強調(diào)了生態(tài)文明及環(huán)境保護在國家建設中的重要作用。因此，環(huán)境類專業(yè)教師必須要在教學中滲透思想政治教育的基本理念，培養(yǎng)學生保護環(huán)境的意識和社會責任感。在專業(yè)課程講授中也要有效融合思想政治和歷史教學，讓學生全面了解我國環(huán)境發(fā)展歷程，引用我國環(huán)保方面的歷史經(jīng)驗，讓學生深刻感受到我國在污染治理方面的實際措施和成效，更要積極承擔國際社會責任，培養(yǎng)有理論、有技術、有高度責任感的專業(yè)人才。

其次，創(chuàng)新組建個性化的科學課程體系及考核機制。學校的課程體系不僅以培養(yǎng)學習者的基本能力為目標，還同時應該重視個體發(fā)展的差異性，充分考慮學習者在高等教育各個階段的發(fā)展變化，創(chuàng)建具有靈活性的和重組的課程體系。在課程初期階段，首先學生可以從最簡單的學習目標與課程方案設計開始逐步實施，并在學習中通過多階段反饋意見、考核學生成績后不斷對課程方案加以迭代調(diào)整與重構，使學生在學習中逐漸明確自身的優(yōu)點、學習需要和目標，讓學生有更多的課程選擇權，并最終更好地完成相應學習。與靈活的課程體系相對應的則是多元的考核方式。改變傳統(tǒng)的單一筆試考核方式，努力對學生實行全面綜合素質(zhì)能力的考核。根據(jù)學生對課程體系的完成程度、平時成績專題討論、實踐課程、課堂表現(xiàn)等進行綜合素質(zhì)的評估，采取多層次、多內(nèi)容、多模式的考試方法，以綜合評分或?qū)W分制、集點制等考核制度提高學生自主學習能力，激發(fā)學生日常學習的熱情，進而積極參與課堂，同時還能更加科學地了解學生對理論知識的掌握情況和實際動手能力水平。靈活個性的課程體系使得課程更加具備多元化選擇和動態(tài)調(diào)整的柔性特點，教學過程也從固定學制轉變?yōu)閺椥詫W制，真正實現(xiàn)以人為本，尊重個體發(fā)展。

最后，打造互動式課堂，營造愉快的學習氛圍。素質(zhì)教育要求新理念下的課堂氛圍應該具備愉快、流動、互動、合作的特征，傳統(tǒng)教學課堂上教師作為課堂的主體占用了大部分的課堂時間，導致留給學生主動思考、互動提問的時間太少，師生的交流時間不足，使得課堂氛圍較為死板，教師對學生的學習效果也不能及時準確地了解。新時代的教學理念，要求教師打造問答式互動課堂，營造輕松活潑的學習氛圍，突破傳統(tǒng)教學的困境與局限，以學生的視角指導學習，激發(fā)學生探索精神和自主學習的興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，讓課堂從“老師為本”，變?yōu)椤皩W生為本”。以互動合作的師生關系促進溝通良好的課堂氛圍，進而促進學生更好的學習。同時教師還要擅長引用多媒體教學，給學生創(chuàng)造多感官體驗。讓課堂氛圍真正從“嚴肅認真”變?yōu)椤盎印⒒钴S”，讓學生在多感官中成長學習；教學內(nèi)容從“焦點式”變?yōu)椤傲Ⅲw、輻射”。環(huán)境類專業(yè)的知識點較為復雜，部分知識點較難理解，僅僅用語言教學很難讓學生理解學習，并且當前環(huán)境新技術不斷革新，環(huán)境類專業(yè)的知識日新月異，很多的教材陳舊內(nèi)容已經(jīng)不適于時代變遷，當下互聯(lián)網(wǎng)科技飛速發(fā)展，教師要善于利用多媒體技術與課堂教學相結合，借助各種多媒體軟件，讓學生抽象思維與形象思維相結合，讓課堂“知識庫”不斷得到更新及補充。同時教師還可以通過專題討論、布置課題等多種形式讓學生參與課程設計，做課堂真正的“主人翁”。通過課下小組研討、課題制作等多種形式增強師生之間的交流，鞏固理論知識，同時增加學生之間的思維碰撞，培養(yǎng)學生自主學習能力及用知識解決問題的能力。

二、新工科視角下實踐課程上的創(chuàng)新

新的時代背景下，經(jīng)濟全球化和世界多極化不斷深入發(fā)展，對人才的需要也不斷發(fā)生變化，用人單位更加需要復合型、創(chuàng)新型及實用型的人才。培養(yǎng)理論知識扎實、知識面廣、動手能力強具有創(chuàng)新精神的人才，這是環(huán)境類專業(yè)教育的主要目標。要實現(xiàn)這樣的高質(zhì)量教學目標，不僅要依賴于課堂的理論教學，更加需要高校建立創(chuàng)新的實踐課堂。讓學生在實踐中加強理論能力，在動手中培養(yǎng)思維能力，在運用中激發(fā)創(chuàng)新能力[3-6]。

(一)創(chuàng)新實驗室機制

根據(jù)教育改革下新工科的大局觀，關注目前國家和社會的真正需求，也關注每個學生的個人特點及成長，高校需要更加注重應用知識的傳授，實際動手專業(yè)能力的培養(yǎng)，并積極為學生創(chuàng)造學習理論知識的環(huán)境。如環(huán)境專業(yè)可建立“環(huán)境科學與工程實驗室”，將實驗室管理責任與實驗項目目標責任并軌發(fā)力，實行雙向負責制度。努力進行全局規(guī)劃、統(tǒng)籌管理。實驗室可以實行滾動運行模式，打破原有實驗室學科之間的分割局面，甚至可以實行跨學科創(chuàng)新實驗使用模式，根據(jù)研究課題的目標，建立科學的實驗方案。不同學科之間學生相互合作，共同進行實驗項目，不只提高了實驗室的使用效率，更加強了學科之間的融合。同時，建立嚴格的安全保障體系，探索綠色、科學、高效的實驗室運行機制。

(二)建立新的實驗課程體系

目前環(huán)境科學的實踐課程絕大多數(shù)依然是理論課程的附屬品，依附于理論課的開展而實行。這種模式下實驗課程安排往往只是為了驗證理論知識，實驗內(nèi)容重復且陳舊，缺乏創(chuàng)新的實踐。但如今可持續(xù)競爭力人才的培養(yǎng)，需要學校努力符合綜合素質(zhì)高、實踐能力強的學生培養(yǎng)目標，真正以市場需求為導向，產(chǎn)學合作協(xié)同育人才是新工科環(huán)境下人才培養(yǎng)的最終模式。實驗課程逐漸脫離對理論課的附屬，依據(jù)環(huán)境學科體系設立實驗教學體系，努力與企業(yè)相互合作，將現(xiàn)實課題引入高校課堂，以企業(yè)技術難點突破國家項目攻關等，設計實驗題目，建立實驗小組，真正運用專業(yè)知識攻關現(xiàn)實問題。

通過校企合作，把應用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)滲透到學校專業(yè)課程、校內(nèi)外實驗研究、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等教學實踐中。同時進一步培養(yǎng)學生的應用創(chuàng)新能力與綜合實踐素養(yǎng)，也就為創(chuàng)新型教育體系建設提供更加充實的內(nèi)容支持與教育生態(tài)保證。

(三)創(chuàng)新實踐課程內(nèi)容

首先，實驗課程的整合與優(yōu)化。目前環(huán)境類的實驗課程大多還是存在單一理論驗證及實驗操作重復等弱點，造成學生能力鍛煉不足、實驗資源浪費的現(xiàn)象。學?？梢酝ㄟ^實驗內(nèi)容的梳理，對實驗課程進行資源整合與優(yōu)化。例如環(huán)境類專業(yè)實驗可以將相同內(nèi)容的環(huán)境分析類實驗與環(huán)境監(jiān)測類實驗進行整合，并在內(nèi)容上增加綜合性實習訓練內(nèi)容，以具體詳實的實習過程取代單一的驗證性實驗。不僅能夠大大提高學生的參與興趣，增加團隊合作能力，還可以提高實驗室的使用效率。學生通過自己創(chuàng)立的現(xiàn)實課題，探索解決現(xiàn)實困難的方案，并在真實驗證過程中攻克難題、驗證理論知識，最終形成成果報告。

其次，實驗內(nèi)容上的優(yōu)化。通過對環(huán)境的許可、實驗課程的統(tǒng)計，我們還可以看出環(huán)境類專業(yè)還存在很多實驗內(nèi)容不同，但實驗方法基本相同的重復實驗。我們可以將實驗方式相同但不同內(nèi)容的實驗課程進行整合，創(chuàng)立全新主題的綜合性實驗項目。將使用相同實驗技巧的實踐課程融合在一個實驗項目中，既可以提高實踐課程效率，又可以讓學生更好地掌握知識之間的聯(lián)系，還有利于在綜合運用中解決綜合性的問題。

最后，實踐課程應用上的創(chuàng)新。努力為學生創(chuàng)造實踐應用及個性發(fā)展的機會，將實踐教學與項目實踐進行有機結合，努力為學生創(chuàng)造跨專業(yè)選修，積極引導學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)到企業(yè)實驗室進行實習，并且要提供到國家科學院進行深造學習的各種機會，使學生在各類實踐中拓展視野與增長實踐能力。在學校的實踐課程中，更需要大量加入現(xiàn)實的實驗方式，增強學生分析及解決現(xiàn)實問題的能力，增強學生的綜合素質(zhì)，提高學生競爭力。例如傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測實驗僅僅只是鍛煉學生的實驗技巧，熟悉實驗步驟。在新工科環(huán)境下，我們可以將實踐課程的內(nèi)容進行改革，監(jiān)測實驗能夠讓學生對當?shù)氐恼鎸嵀h(huán)境進行實時監(jiān)測。實踐課程主要過程包括設計方案選擇、實際采樣樣品、分析數(shù)據(jù)、處理分析樣品、形成實驗報告。最終形成方案匯報并提出解決方案。整個實驗全程都由學生獨立完成，這樣不僅能夠讓學生在實踐課程中進行了完整的技術及操作鍛煉，更是通過解決現(xiàn)實問題增加了應用及創(chuàng)新能力。

同時，還可以通過企業(yè)與高校聯(lián)合創(chuàng)辦項目實驗室的模式，實現(xiàn)實踐課程的應用性及創(chuàng)新性。環(huán)境類專業(yè)對環(huán)境監(jiān)測的實驗，我們可以與企業(yè)或社會進行聯(lián)合項目申辦。比如汽車尾氣與環(huán)境污染的實驗，需要對大氣指數(shù)、霧霾指數(shù)等進行監(jiān)測，并融合車流的數(shù)據(jù)進行運算，同時必須關注車流量與環(huán)境污染之間有無數(shù)據(jù)關聯(lián)，通過實驗形成監(jiān)測數(shù)據(jù)報告、實驗匯報，為當?shù)氐沫h(huán)保政策提供理論支持。這是高校實踐課程社會實踐進行融合的優(yōu)秀案例。學生不僅是在實踐課程中提高了理論知識的熟練度，更是通過與政府機關、企業(yè)之間的聯(lián)合合作積累了社會經(jīng)驗，為當?shù)氐沫h(huán)保政策提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)依據(jù)，也為當?shù)卮蜈A“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”提供了技術支持。

三、新工科視角下跨界合作上的創(chuàng)新

要實現(xiàn)人才教育綜合實力的提高，必須堅持以學生為中心，通過跨院、跨校、跨界教學資源的協(xié)同化，形成“線上共享教學中心”。通過校企合作、產(chǎn)學合作，真正實現(xiàn)按實際需求培養(yǎng)人才，以國家需求攻克難關[7]。

(一)建立跨?？缃缃逃Y源協(xié)同體系

在新時期發(fā)展階段，必須不斷優(yōu)化多元化人才的教育目標，采用理論、技能、實際課程交叉方式進行教學與快速重構課程系統(tǒng)，實現(xiàn)跨校、跨界教育協(xié)作，輔助學生專業(yè)知識的融合掌握和創(chuàng)新能力的綜合提高，以較高靈活性與動態(tài)發(fā)展方式適應新時期的發(fā)展氛圍。針對個體化的學生培養(yǎng)目標，實現(xiàn)教育要求的精細化，充分利用網(wǎng)絡化平臺和智慧教學系統(tǒng)，匯聚跨區(qū)域、跨界、跨校的優(yōu)秀教育資源。通過校企聯(lián)合、學校和社區(qū)間的深度融合共同進行精準優(yōu)化的協(xié)同教育和培訓，實現(xiàn)對學員的主動式、漸進型教學方式培養(yǎng)。提升學生理論、知識、能力、素養(yǎng)等全方面素質(zhì)能力，并全方位的深度挖掘?qū)W員潛力，將學生發(fā)展與職業(yè)發(fā)展、企業(yè)需求相結合。

(二)建立企業(yè)合作實習基地

環(huán)境類專業(yè)是實踐應用性很強的學科，學校通過與對口企業(yè)建立合作，利用企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營資源建立穩(wěn)定的實習基地，讓學生實現(xiàn)理論知識與實際應用的無縫銜接，提高應用能力，通過實習鍛煉了解應用環(huán)境和實踐環(huán)境。學生在實習中對未來職業(yè)環(huán)境及工作形態(tài)也進行了初步了解，更加明晰自己的興趣愛好和職業(yè)規(guī)劃。將企業(yè)技術革新等項目在學習實驗室進行孵化，建立“環(huán)境科學與工程實驗中心”，改變環(huán)境類學科依附于理論的傳統(tǒng)模式，真正促進環(huán)境與學生能力素質(zhì)的有機融合，形成理論教學與實踐教學統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的氛圍。根據(jù)實驗性質(zhì)構建不同實驗類型，分為基本型、提高型、創(chuàng)新型實驗方式，努力創(chuàng)建科研與教學相結合的教學模式，同時構建科研與企業(yè)需要相結合的實驗內(nèi)容與科研項目。才能真正為企業(yè)輸送高素質(zhì)人才，為學生打造高品質(zhì)的學習和實踐環(huán)境。

綜上所述，在新工科建設背景下高校工科教育應該以教學效果提升、培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)為目標。通過對環(huán)境學科的創(chuàng)新課程探討，表明了建立敏捷化的教育體系必要性。以培養(yǎng)目標多元化、課程模塊分類化、理論與實踐融合化、教學資源協(xié)同化為主要教學形式。遵循課程體系創(chuàng)新性、迭代性、靈敏性、協(xié)同性等原則，通過校企合作、產(chǎn)學合作的基本方式真實實現(xiàn),按實際需求目標培養(yǎng)人才，以國家需求攻克難關，打造能夠培養(yǎng)真正的符合國家人才需求、全面提高學生綜合素質(zhì)的教育體系。