跨学科驱动下环境工程专业课程体系的重构路径研究

牛俊玲,李庆召

(郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450046)

随着社会经济的高度发展，新的复杂问题不断涌现，亟须来自不同领域的人员相互合作，在科学研究方面，利用不同学科的知识来研究同一个问题，往往能够得出与传统单一学科方法不同的观点或新的启发。因此，跨学科复合型人才已成为社会人才需求热点，国内外越来越多的高校开始构建基于学科交叉的、以创新为目标的跨学科教学模式[1]。近年来欧洲高校以提高学校的跨学科研究、发展跨学科综合性大学来应对全球挑战，提高其在世界高等教育中的地位[2]。我国也越来越重视跨学科创新型人才的培养，在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中明确提出要“适应国家和区域经济社会发展需要，建立动态调整机制，不断优化高等教育结构”。

跨学科是社会和科学发展到一定阶段的刚性要求。环境问题作为工业文明的典型产物与全球关注的重大社会问题，环境污染的累积性和复杂性使得对环境问题的解决具有了跨行业性、手段多样性、牵涉利益多样性等特点，既需要工程技术、生物技术和人工智能等理工类知识和手段，又需要经济和管理等人文知识。这就决定了环境工程人才应该具备综合性的知识结构和能力结构，更需要有创新意识和创新能力[3]。所以，环境工程发展到现在，其跨学科体系中就包含了理、工、文、管理甚至医学等多种的学科知识。随着各种各样的交叉学科被引进环境工程专业，其必然会与传统的课程体系发生碰撞，从而促使了交叉课程开设、教材更新，甚至课程体系的再造等一系列的教学改革。课程体系是人才培育的核心要素，结构合理的课程体系是人才培养质量的重要保障[4]。因此，本文拟以郑州航空工业管理学院的环境工程专业为例，对跨学科课程体系的重建策略进行分析与探讨，期望能为我国地方普通高校的教育改革与发展提供借鉴。

一、依托跨学科融合本科教学平台，构建“大环工”课程体系

郑州航空工业管理学院(以下简称郑州航院)是河南省与原中国民用航空局共建高校，现有61个本科专业，涉及管、工、经、法、文、理、艺七大学科门类。我们根据“面向需求，打造特色，调整结构”的专业发展思路，围绕“厚基础、宽口径、重实践”的人才培养模式，培养社会急需的跨学科复合型的环境工程创新型人才的基本要求，围绕“知识-能力-情感”三维教学目标，全面系统考虑环境工程专业自身多学科融合的特点，分析了学校的传统优势学科，对郑州航院环境工程专业的课程体系进行整合和优化，使课程体系能够匹配专业培养目标，全过程打造具备高度社会责任感、充满人文情怀、强烈创新创业意识和工程实践能力的高素质复合型应用人才培养体系。跨学科优化融合的环境工程专业课程体系主要通过以下三个方面实现：

1.构建“土建环管”教学大平台，培养复合型新工科人才

以“新工科”为引领，以“大环工”为特色，促进学科交叉渗透和专业互融，探索环境工程专业的跨学科融合，通过将工程实践融入理论知识体系，培养学生解决复杂工程问题的能力。郑州航院的环境工程专业与土木工程、城乡规划、工程管理和工程造价同属土木建筑学院，分属四个不同的一级学科，但在多年的教学和科研工作中，相互间建立了千丝万缕的关系，相互合作解决了很多的复杂工程问题，完成了很多基础研究项目。特别是近年来，生态环境建设的理念深入人心，人们越来越关注城乡基础设施建设和生态环境的协调统一、社会经济发展与资源环境保护相协调,对工程类专业人才的综合性、复合性和创造性提出了更高的要求。因此,我们构建了“土建环管”为基础的“大环工”新工科课程体系，该体系围绕工程建设、施工管理和环境保护,合理配置专业基础课与专业课, 拓展相关学科领域知识，拓宽专业口径, 培养专业基础扎实、知识面广的人才，提高学生适应社会的能力[5]。为此，我校环境工程专业开设了《BIM基础》《给排水工程》《水力学与泵站》《环保运营管理》《画法几何与工程制图》《工程CAD》《工程测量学》《流体力学》《工程概预算》《建设项目环境监理》等“土建环管”专业大平台课程，紧扣产业需求，以“大环工”行业领域的特色为引领，以提高环境工程专业人才工程素养为目标，不断完善创新创业课程体系，将创新大环工“工程”基因根植于专业人才培养的全过程，强化学生实际工程分析及实践动手能力，提高其社会综合竞争力。

2.立足学校航空优势平台，跨学科建设带动专业发展

郑州航院的环境工程专业是在原化学教研室的基础上组建起来的，传统的《环境化学》《分析化学》《环境监测》《仪器分析》等专业课程和“土建环管”平台课程构成环境工程专业主干课程体系。为推动“大环工”人才培养体系，我们打破专业壁垒，构建学科交叉的平台，构建跨学科、多元化的交叉人才培养实施方案，培养学生基本工程素质和实践能力。结合学校学科布局，依托航空工程、材料工程、工业工程等具有行业特色专业的学科优势，建立 “大环工”专业人才培养课程体系。依托航空工程学科开设了《航空工程概论》等课程，让学生了解航空工程与环境工程专业交叉理论；依托材料学科开设了《航空材料腐蚀防护》，打造环境工程专业航空特色；依托管理科学与工程学科开设了《全面质量管理与标准化》课程，强化工程质量过程控制能力；依托信息自动化学科开设了《系统模拟与仿真》课程，助力学生提高解决实际工程领域中的抽象或复杂技术问题的能力。

跨学科建设促进多学科交叉融合，实现对传统环境工程工科专业教学体系进行升级优化，将新型功能材料、智慧技术及管理科学关键课程融入“大环工”专业课程体系，培养创新创业能力强、工程素养高、具备国际视野的高素质复合型新工科人才。

3.依托“文法经管”平台，融入人文社科知识

加强工科专业人文社会科学素质教育，可以开阔学生的人文视野，活跃其思维，提高辩证分析问题的能力，培养深厚的人文素养，提高复杂事件的能力，还有利于培养学生健全的人格、高尚的情操，从而提高学生的综合涵养。郑州航院是以管工结合为特色，管理优势明显的高校，我们在进行课程设置时，高度重视环境素质教育，设置了《环境法学》《环境经济学》《环境管理与规划》等课程，培养学生的环保意识、环境伦理和可持续发展理念，树立基本的价值底线与道德红线[6,7]。

通过人文艺术教育提升带动学校整体的人文氛围，学校重点建设以《中国传统文化》和《美学与艺术鉴赏》为主要门类的人文美学素质教育课程体系，并把人文素质通识课程教材建设纳入学校重点教材建设的规划之中，同时广泛利用各类在线优质教育资源开设人文类选修课程，并联合省内外兄弟院校交流使用或联合打造人文通识课程精品课。这些举措都助力“大环工”专业培养“德才兼备、博学广识、洞悉专业”的复合工程应用人才。

二、以创新能力培养和社会需求为导向，构建“多模块”立体式实践教学体系

为培养创新能力和实践能力强的高素质复合型环境工程专业技能人才，围绕环境工程专业工程认证标准，以“能实不虚、虚实结合”为指导原则，通过构建“多层次多模块”的立体式实践教学体系(图1)，力求每一门课程、每一个实验项目、每一个课程设计都能够提升学生的工程素养和创新能力，通过虚实结合的综合实验和毕业设计进一步训练提升学生解决复杂工程问题的能力。

1.构建“三层次”环境工程实验教学模块

基于环境工程专业认证标准中对实验教学方面的要求，将不同阶段能力培养的目标分解到不同的实验教学课程和实验项目中，构建了“三层次”环境工程专业实验教学体系。该实验教学体系实现了课堂教学与实验活动的有机融合、实验活动与学生创新能力培养的有机融合，为学生创造更多动手锻炼的机会，提升实验教学在创新人才培养中的作用[8-10]。

第一层次为专业基础理论实验：包括无机化学、有机化学、物理化学、分析化学等基础化学实验，以及物理实验、电子电工实验、工程力学实验等，通过基础实验训练，使学生养成良好的习惯，并掌握环境工程及相关学科基础实验中常规仪器和设备的使用方法。

图1 环境工程专业校内实践教学体系

第二层次为专业综合性实验：包括环境监测分析实验、水污染治理实验、大气污染治理实验、固体废弃物处理与资源化利用实验、环境工程原理实验等专业实验，通过专业综合性实验，培养学生进行综合性科学实验的能力、实际动手能力及分析解决问题的能力。

第三层次为创新研究实验：主要是科技竞赛实验模块，包括学生参与任课教师承担的各类科研课题、学生申请的国家级、省级和校级大学生科技创新计划项目、挑战杯科技大赛及其他竞赛类项目。学生通过该层次实验训练，能养成良好的科学素养，为学生走向工作岗位从事环境工程领域的研究工作打下坚实的基础。

2.工程虚拟仿真实验实训体系构建

环境工程专业培养的是具有一定创新能力的应用型人才。但在实验实训教学过程中，由于教学条件有限、教学学时不足等，加之环境工程专业毕业的学生岗位类型多样，而在教学过程中，不可能提供给学生全部的相关实训项目。基于此，在教学条件限制的情况下，将虚拟仿真实验引入环境工程专业实训教学中，实现理论、实验、工程实训三者的有机结合。这主要包括以下几个方面：

(1)专业综合能力导向的仿真实验实训系统

为培养学生解决复杂工程问题的能力，建设环境工程专业综合虚拟仿真实验实训系统，主要包括生活污水处理系统、典型工业废水处理系统、土壤污染物监测与治理系统。此外，将虚拟仿真实验平台引入到各级创新项目研究中，开展综合性、设计性虚拟仿真实验，实现“虚-创结合”；并依托专业实验室的实体平台和校企合作的实践基地，开展科学研究和成果转化，实现“虚-实结合”[11]。通过这些虚拟仿真系统的建设，实现“虚、理、工的结合”。

(2)社会需求导向的仿真实验实训系统

以环境工程专业人才的社会需求为导向培养学生的工程执业能力。基于此，构建虚实结合、开放共享的虚拟仿真实训系统，通过仿真系统的形式呈现给学生，提高学生对工程实践的认知和理解水平。比如，活性污泥水处理仿真实验实训系统，能清晰表达污水厂日常运营过程中日常碰到的管理问题、技术问题、工艺运行问题等，通过这些问题剖析，结合基础理论知识，引导学生分析问题、解决问题，从提高学生的综合就业竞争力。

3.建立多样化毕业设计选题机制

结合工程实践进行毕业设计的选题，建立校企合作、学科竞赛、创新创业、科研项目四个模块的题库，满足学生不同选题需求，保证设计达到新工科工程教育人才质量培养要求。

(1)校企合作选题：目前许多高校毕业实习都引入了校企合作项目，将其纳入毕业设计选题范畴，企业导师与高校导师联合指导毕业设计，以此来破解校企隔阂，精准定位企业工程需求，解决企业实际问题，实现工程实践和理论的无缝对接。

(2)学科竞赛类选题：设置创新学分，引导学生参与各类学科竞赛，同时创造各种便利条件，将学生感兴趣的竞赛题目作为毕业设计题目，以实现毕业设计与高水平学科竞赛有机对接。

(3)创新创业项目选题：学校开设有创新创业类课程，设置众创空间平台，针对学生自主申请或教师组织的各种大学生创新创业项目，从中选择级别高、有一定创新性、工程实践性强的项目作为毕业设计题目，实现环境工程教育与创新创业的深度融合。或者依托教师的科研项目，采用大学四年一贯制模式，引导学生尽早参与到相关研究项目中去，接触学科前沿知识，把握行业发展动态，实现学生自主选题，提高学生的科研创新能力。

在具体实施中将PDCA循环管理机制引入环境工程专业毕业设计教学环节，环境工程专业毕业设计中，有大量的设计、实验、修改、再实验的反复过程，应用PDCA循环方法，把毕业设计工作按PDCA循环原理科学合理地分解成毕业设计教师命题、论证及学生选题—计划(P)，毕业设计(论文)执行过程——实施(D)，毕业设计中期自查、学校查重、抽检-检查(C)，毕业设计(论文)修改完善-措施(A)，而且每个环节内部又可以形成次级PDCA循环[12]。

综上所述，环境工程专业人才培养在从传统教育向综合性应用型转变的过程中面临挑战，存在着人才培养目标明确但缺乏实效性的问题，存在培养方案及课程设置缺乏创新实践性、特色不显著，教学体系系统性不强、教学模式单一等问题。地方普通高校在人才培养模式的改革实践中要深刻领会应用型人才的内涵，对专业定位和人才培养目标重新审视，围绕目标构建跨学科的课程体系，强化培养学生创新能力。环境工程属于应用型学科，所以要让企业参与到人才培养方案的制定及实施的全过程中，使“培养”与“用人”不脱节。通过“企业-高校-研究机构”三位一体合作，构建“多模块”立体式实践教学体系，强化实践教学环节，提高学生的过程实践能力，使学生在理论知识、创新能力与工程素养三方面达到专业培养要求。