新工科背景下建环专业人才培养策略改革与实践——以郑州大学为例

李瑞鑫，朱佳音，闫长斌，杨建中，张素磊

（1.郑州大学 土木工程学院，河南 郑州；2.青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛）

工程教育是我国高等教育的重要组成部分,在高等教育体系中“三分天下有其一”[1]。美国国家工程院院长曾指出，“具有最好工程人才的国家占据着经济竞争和产业优势的核心地位”[2]。自2013年起，我国本科的工科专业布点数与学生在校人数均已位居全球首位[3]，这保证了我国在短期内具备庞大的工科人才基础。新工科以新经济、新产业为背景，按照新工科的内涵，里瑟琦智库高等教育委员会梳理了2012年专业目录和2015年本科专业备案与审批结果（2016年2月发布），081002“建筑环境与能源应用工程”（以下简称“建环”）均入选新工科专业[4-5]。在百年未有之大变局下，符合新工科内涵的建环专业人才培养策略亟待重新构建。

一 基于新工科的人才培养内涵

有别于传统的工程教育，“新工科”是一种新型的工程教育理念，即“大工程观”[6]。“大工程观”不仅是带给我们教育“回归工程”的思考，更多的是教育内涵，教学理念与模式的串联和完善。“新工科”建设与大类招生制度都是为了高校在本科人才培养阶段能够融合学科优势，发挥专业特色，适应未来社会发展需求，为所培养人才贴上明确标识。“新工科”的内涵是以立德树人为指导,以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径,培养顺应时代发展、掌握先进技术、多元化、创新型工程人才,其特征应具有战略性、创新性、系统性、开放性[7]。大类招生培养模式的提出是为了减少考生填报专业志愿的盲目性，为入校生提供充足的专业认识与选择空间，内涵旨在倒逼专业建设以适应社会发展现状与未来需求，面对当前与未来的国家需求和学科建设提供支撑人才，相对于传统按照专业招生,是高校实行“通才教育”的一种改革。在不同的大类平台下整合专业、优化专业、适应当下、适应未来，以突出特色为专业建设方向，引入市场机制，利用大学科引导小专业，强化专业群的交叉融合，抓住学生分流后对专业热情的契机提升人才培养质量，落脚点仍在学科专业建设。

创新型人才的培养需要意识与能力并存，也更强调了培养过程的贯通。这种贯通的内涵建设应包括对基础知识应用的全过程贯通、对学科发展了解的全过程贯通、对创新意识养成的全过程贯通、对团队互助协作的全过程贯通等。大类招生模式立足于前期专业基础知识的通识培养，学科专业领域的知识普及帮助学生根据兴趣和双向选择原则进行专业分流，以对专业的兴趣为基础提高其未来对专业课程的自主学习意识。此外，大类平台的短期培养事先保证了即将从事不同专业学习学生之间的熟悉程度，这也可从侧面激发学生们在未来团队建立、知识共享、专业交叉、学科创新的意识，新工科教育理念与大类培养模式不谋而合（见图1所示）。

二 建环专业人才培养在新工科背景下的瓶颈问题

（一） 发展现状

建环专业自50年代开始在我国设立以来，历经“老八所”的前期发展引领目前已扩充至全国208所高校，专业覆盖范围更是从建筑空间的“小环境”调控扩大到了人工的“大环境”探究[8]。20世纪90年代后，相关高校本专业的设立多与热能工程和制冷与低温工程专业有着深厚的渊源，而基于历史原因，在高等学校本科专业目录中，建环专业归属于土木类，在院系设立中也有相当一部分高校将其设置在土木工程学院，这又使得它的专业建设带有浓厚的土建类色彩，“一专多能”的专业特点相较于其他的工科专业更具有交叉性与边缘性的可能。由于建环专业对高质量城市发展信息的反馈较为敏感，社会的快速发展不断引领着专业名称的变革，同时也引导着专业内涵建设与培养思路的调整。

图1 新工科与大类培养的贯通式教育内涵

郑州大学建环专业始建于1999年，2013年获批郑州大学特色专业建设点，2020年获批河南省一流本科专业建设点。2018年获批教育部首批“新工科”研究与实践项目《多学科交叉复合的土木类专业建设探索与实践》，2019年获批校级“六卓越一拔尖计划2.0”立项。自2017年始，依托土木大类平台开始与学院下设土木工程、交通工程和城市地下空间工程专业公共基于土木类实施大类招生计划，在实现学院下全部生源的大类培养全覆盖的同时将平台培养周期延长至了三个教学期，进一步巩固了大类培养模式对“新工科”人才培育在时间与空间上的支撑。

（二） 关键问题

根据我国当前对教育发展的实际需求，人才培养需加强人文素质与科学精神教育,注重提高学习能力、适应能力和创新能力,能够解决基于多学科交叉的复杂性科学问题，要按照“厚基础,提高能力,因材施教,培养特色”的差别化战略来构建符合目前经济社会需要的人才培养模式。以大类人才培养平台为例，现有课程体系设计中常在专业分流前将各专业核心基础课剥离出大类平台以保证其后各自专业的传统教学惯性，这有悖于新工科人才培养的内涵。此外，目前建环的专业课程体系存有明显的历史痕迹，即课程内容与知识单元具有普适性，这是教学惯性所致，对于解决目前普通的工程问题有清晰的指导，但对解决未来复杂工程问题缺乏指引。基于目前对一流学科发展的要求，专业发展需依托学科、支撑学科并明确方向，为此学院在凝练专业发展特色的同时，确立了培养人才需具备国际视野、创新能力和多学科交叉等综合素质，在完善教学计划的同时，基于“三体现、四贯穿”制定了大类培养模式下的专业人才培养策略，以实现新工科教育理念对培养人才战略性、创新性、系统性与开放性的要求。

三 依托大类平台的建环专业特色人才培养思路

建环专业发展的历史进程使其与多个学科和专业均有交叉，例如土木工程相关学科、建筑学相关学科、动力工程及工程热物理相关学科、机械工程相关学科、材料科学与工程相关学科等，这就使其具备了执行与有效开展贯穿式大类培养的沃土，可方便高校依托学科、学院、甚至学部建设大类培养平台。专业分流前的同课程设置可以保证学生在本科培养周期内具有相同的基础知识储备和相似的问题思考模式，这对于后期的专业学习与拓展有重要支撑，专业分流后基于专业知识的同向思维引导可进一步加强“新工科”理念的贯彻。郑州大学土木工程学院依托“工程安全与防灾”一流学科定位，各招生专业均围绕地下空间工程凝练出了专业特色，这对于分流后的课程设置具有指导意义。

目前建环的专业课程体系仍存有明显的历史痕迹，即课程内容与知识单元具有普适性，这是教学惯性所致，对于解决目前普通的工程问题有清晰的指导，但对解决未来复杂工程问题缺乏指引。在新的大类培养平台建设中，建环的专业课程体系设计除保证专业规范对知识单元和核心知识点的覆盖，还将在所有的课程教学设计中加入城市地下空间的相关性描述，旨在围绕同一工程与研究对象展开全面和深入的分析。与此同时，各专业的对象一致性将有利于实践课程的展开，在未来的认识实习、生产实习中，全专业学生将共同面对同一对象主体展开实践工作，又能结合不同专业敏感度发现工程实践中的交叉问题，而分流前的同学感情基础将进一步激发专业间交流的兴趣，创新意识养成与团队互助协作将水到渠成。学生的毕业设计不能仅从本专业出发，这也与实际工程背离，单一导师制也较难突破固化的思维模式。较好的课题设计应在学生前期共同学习与实习的基础上展开，以小团队多专业组成，辅以相关专业的教师作为指导，为工程问题的多维度解析与思考创造更好的条件。

四 基于新工科的建环专业特色人才培养策略

为牢固树立“人才培养为本、本科教育是根”的办学理念，坚持以“立德树人”为根本标准，以“加强通识、夯实基础、强化实践、激励创新”为总体原则，建环专业新版人才培养方案按照“1.5～3+X”的培养模式制定，学生在第4～7学期自主选择进入专业培养阶段。确立“通识+基础+专业”的课程体系，将大类培养阶段的课程纳入到“通识+基础”模块，课程学分配置中重基础、轻专业、强实践，为学生终身学习和持续发展奠定了坚实基础（见图2所示）。基于目前学校对于一流学科发展的要求，专业发展需依托学科、支撑学科并明确方向，为此学院在凝练专业发展特色的同时，确立了培养人才需具备国际视野、创新能力和多学科交叉等综合素质，在完善教学计划的同时，基于“三体现、四贯穿”建立了大类培养模式特色人才培养机制，以实现新工科教育理念对培养人才战略性、创新性、系统性与开放性的要求。

图2 课程体系的学分结构组成

（一） 教学环节三体现

1.专业特色在课程设置中的体现。对课程结构进行串联，在通识课程群中依托“地下空间环境”为载体，加强地下工程环境、新能源科学与技术、建筑模拟、智能建筑等学习潜能与科学前沿相关知识的拓展学习，帮助学生对专业核心知识的理解与延伸；在大类基础课程中强化“大工程观”，以建设工程导论与专业教育为引领，加强画法几何、理论力学、材料力学与工程经济学的基础理论学习，为专业分流后的融合交叉创造条件；新增地下空间环境控制特色课与空气污染控制，并在专业基础课建筑环境学、传热学与流体力学的课程教学内容中加入围绕地下空间工程的讨论与知识应用案例；调整实习实训环节主体对象，与城市地下工程专业共享签约实习单位，在认识实习与毕业实习中突出地下空间载体环境调控与系统设计运维中的相关问题。

2.科研成果在教学反哺中的体现。目前郑州大学教师岗位划分为教学岗、教研岗与科研岗三类，建环专业现有16人教师团队以教研岗与科研岗为主，科研方向近些年逐渐聚焦在了地下空间环境的健康与调控，并申请获批了多项国家级与省级相关科研立项，具备科研成果反哺教学的条件。首先，在课堂教学中，因教材内容无法及时反应科学进展，任课教师将各自科研成果或本领域相关科学前沿信息与教学内容相结合，让学生了解理论知识在学术研究中的具体体现，可提高学生学习兴趣、激发学习热情；其次，建环专业自2011年首先开展导师与班主任双轨制，每位教师从学生入学开始以学术引领为原则指导5-6人至本科毕业，尽早让学生接触科学前沿，参与科研项目，有效衔接课程知识向科学研究中的应用过度。

3.国际视野在培养过程中的体现。为加快实施《郑州大学十三五发展规划》中的人才培养质量提升工程和国际化战略推进工程，落实本科生海外访学比例10%的目标，学校制定了本科生国际交流“双千计划”，每年资助一批优秀本科生赴海外交流访学。郑州大学土木工程学院与欧洲多所高校建立了长效教育文化交流机制，每年的寒假与暑期均由学院专业教师带队，组织不少于20人的本科生访学团赴比利时、法国、德国、荷兰等高校展开交流。访学活动在学习专业课程的同时，也十分注重学生对欧洲文化的亲身接触和体验，让学生充分感受不同文化的差异，从而在多文化交流背景下培养学生的跨文化意识，拓宽自己的国际视野，为持续学习与发展提供帮助。

（二） 培养过程四贯穿

1.基础知识运用全贯穿。基础课知识学生难学、教师难教是工科专业的共性问题。为改善教学效果，教师多以改进教学方法与创新考核方式来提升教学质量。以学生为中心的知识传递更应在此基础上加强学生引导，突出基础知识在解决工程问题中的普适性，以加强学生对基础知识学习的兴趣。我院鼓励学生对基础知识的应用主要体现在竞赛与项目的双引导。从大一始，我院即开始组织进行不同的课程与学科竞赛，从院级的建筑建模大赛、力学竞赛，到校级的节能减排大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛，再到省级的制冷空调行业大学生科技竞赛与国家级的“人环奖”的良好组织可保证学生完整学习阶段中基础知识应用的平台。

2.专业能力拓展全贯穿。随着科学传播途径的不断扩展，常规教学已不能满足本科生对专业领域的好奇。我院为保证学生对专业领域发展的全面了解，筹备并定期主办课下的“厚山论坛-建环系列”，每月两次定期邀请本行业内企业高工、高校教授与本校老师结合专业发展动态和新近研究成果为学生们进行学术讲座，良好的互动对学生们持续了解专业发展方向具有良性的指引。同时，并行的“厚山论坛-土木系列”、“厚山论坛-城地系列”也可以引导学生对相关专业与本专业的交叉融合展开思考。

3.创新意识养成全贯穿。创新意识的养成需要引导学生学会思考，而有效引导学生思考的载体是科学研究。为提升创新型人才培养质量，教育部于2012年开始启动了“大学生创新创业训练计划”，同年，郑州大学土木工程学院高度重视，积极动员并鼓励和支持学生和教师申报，建立了完备的“国家级、校级和院级”项目三维立体资助体系，充分调动了师生的参与热情。2012-2016年学院大学生创新创业训练计划项目共有114项获得立项批准，其中国家级15项，校级62项，院级42项[9]。我院创新创业计划对学生创新意识的培养从学生大二立项，大三实施，直到大四部分项目作为毕业论文的研究基础继续延伸，持续对科学问题的思考可保证人才培养过程中创新意识的良好养成。

4.团队互助协作全贯穿。团队协作能力是新型工程技术人才适应未来社会发展需求的基本素质，也是新工科内涵中专业交叉融合创新的重要保证。为了保证培养人才能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色，能够就所遇问题与团队进行有效沟通和交流，我院除了为学生建立基于团队的多项学科竞赛平台外，在教学中也做了多种有益的尝试，例如《专业英语》课程教学中积极开展“翻转课堂”，给予三人小组的团队充分创作和知识分享的空间[10]；在《锅炉及锅炉房设备》课程设计中，要求学生邀请土木工程专业伙伴参与锅炉房建筑的设计，结合本专业的锅炉房工艺流程设计进行最终答辩。同时每年积极组织学生组建团队参与CAR-ASHRAE学生设计竞赛，吸纳建筑学专业与土木工程专业的有益知识展开设计方案的讨论，通过项目训练提升学生间多学科团队互助协作的能力，适应未来产业的转型发展。

五 结语

“新工科”的教育理念正逐步引导着高等教育从业人员不断深入思考，突破固化思维，同时，大类培养模式给予了该教育理念深入贯彻的空间和可能。培养具备战略性、创新性、系统性、开放性等综合素质，可服务于未来国家战略发展需求的新型工程技术人才需要从内涵建设开始。大类的培养模式不应仅考虑专业分流前学习时间与学习内容的简单同步，更应从贯穿式教育内涵着手，在全本科学习周期内基于特色主体打通学生“大工程观”思维，使其对问题的思考从原始的单维度专业转向多维度的工程学科，发挥学生基础知识在全学习过程中的贯穿应用能力，激发学生多专业知识储备在同向问题中的积极串联，如此才能保证学生在步入社会后具备一定的专业能力和全局战略眼光、具有可行的自主创新意识、保持行业中与同行协调与共享的习惯。结合专业特色，依托大类培养平台构建专业人才培养的长效机制，是对建环专业创新型人才培养体系贯通式改革的一种有益的探索。