刘广龙 张丹 蔡建波

[摘 要] 针对农业院校环境工程专业“新工科”建设的内在要求，以及在人才培养方面面临的新挑战，通过分析农业院校环境工程专业實践教学存在的问题，结合华中农业大学环境工程专业实践教学改革经验，从学科交叉的视角提出了农业院校环境工程专业实践教学改革的可行措施，要求环境工程专业本科生在夯实共性工程能力的前提下，以中国生态农业发展需求为导向，从而培育出能够解决我国新时代农业环境问题的创新性人才。

[关键词] 学科交叉;农业特色;环境工程;实践教学

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）03-0073-04   [收稿日期] 2019-06-10

环境工程专业是我国高校近20年来发展迅速的专业之一。作为一门交叉学科，几乎涉及各个行业。因此，一些行业性学校也纷纷针对其行业特点开设了与环境保护相关的专业。大量的农业院校基于日益凸显的农村环境污染治理，也开设了环境工程专业[1]。然而，在众多农业院校环境工程专业建设和发展的过程中，更多的是秉承传统工科人才的培养模式，致使农业院校环境工程专业人才培养与我国严峻的农业环境问题需求不匹配。

实践教学作为提升学生工程能力的重要环节，在环境工程专业教学中至关重要[2]，可使学生加深基础知识的理解与掌握，锻炼理论知识在实际中应用的能力，提升学生分析与解决实践问题的能力。然而，众多农业院校在现有的环境工程实践教学中，实践基地和对象与传统工科院校的环境工程专业实践教学极为相似，仍是围绕城市污水处理、生活垃圾填埋等展开，致使农业院校环境工程专业毕业生并未具备农业院校环境工程的特色优势[3]。

据此，笔者总结了华中农业大学环境工程专业实践教学改革经验，提出了基于学科交叉的农业院校环境工程实践教学改革措施（见下图）。

一、基于学科交叉的农业院校环境工程实践教学改革的必要性

（一）农业院校环境工程专业本科生的工程能力亟待加强

自我国加入《华盛顿协议》以来，以工程专业认证为契机，进行人才培养模式改革，完善实践教学，提升工科专业毕业生的工程技能，已成为我国高校环境工程专业建设的共识[4]。但由于近年来研究型大学的建设浪潮，导致农业院校更重视学生科研能力的培养，而对实践教学的重视度不够，培养方案变革缓慢。在现有的农业院校环境工程专业实践教学中，验证性和演示性实验居多，综合性实验较少;认知实习和生产实习走马观花，动手实践不足;毕业设计选题单一且陈旧，开拓性和创新性不足。同时，农业院校环境工程专业的实践能力培养仍主要集中于水、气和固废的防治，对于新兴的农业环境问题的防治缺乏针对性的实践培训[5]。

（二）农业院校环境工程学科基础薄弱，实践基地缺乏

农业院校环境工程多是由以前的农业资源与环境学科发展而来，都是从零开始，底子薄弱[6]。具有工科背景的专业教师年龄较轻，且多数为高校直接毕业的博士，不具有工程实践经验，直接影响了学生实践能力的培养。此外，随着市场经济的发展和实习经费的限制，一些不同性质的生产实习都变成了认知实习，生产实习的跟班操作更是难以实现。一些实习单位因安全问题也不欢迎学生实习，尤其是在2020年新型冠状肺炎疫情的影响下，实习单位基于人流密度等安全因素考虑，生产实习等实践教学的开展变得更为困难。依托学科交叉，有望利用农业院校的优势学科，如农业资源与环境、生物工程等专业在土壤污染修复、水体污染微生物修复工程方面的实践教学资源，可在一定程度上缓解农业院校环境工程实践教学的困境。

（三）农学特色流于形式，毕业生行业竞争力不足

现有的农业院校环境工程专业实践教学仍是围绕市政生活污水处理、生活垃圾处理和工业固废利用等展开，缺乏与其他学科的深度融合，致使农学特色更多地停留在环境工程专业建设口号上。事实上，农业院校环境工程专业与工科院校的环境工程专业相比，具有自己突出的特色：一方面，资源与环境紧密结合。传统的工科院校的环境工程专业往往更侧重于各种污染治理技术的教学和研究，而对资源重视不够。资源与环境是密切联系的，农业院校将土壤、动物、植物、微生物等方面的研究优势与环境污染治理相结合，必能提升环境污染治理技术的内涵。另一方面，农业院校在农业面源污染控制、生态治理技术方面具有独特优势，在科学施肥、畜禽养殖污染控制、污染物在土壤和植物中的迁移转化方面具有明显优势[7]。农业院校在植物学、土壤学、微生物学、生态学方面的学科基础使其能对环境治理技术有更加深入的研究和认识。

二、基于学科交叉的农业院校环境工程专业实践教学改革可行性措施

（一）实践教学体系改革

1.转变教师教学观念，提升教师工程能力。教师是实践教学中的“主持人”，其教学观念和工程能力直接影响了实践教学质量。早期的农业院校环境工程专业教师秉承了传统工程教学理念，在实践教学中更多的限于传统水、气、固的工程治理实践，而对于新兴的农业面源污染控制工程认知不足，致使在实践教学中缺少了对学生其他学科认知的引导[8]。新近教师则多为高校直接毕业的博士，缺乏工程实践能力，难以真实有效地指导学生进行工程实践。针对前者，建议建立跨学科组织，扩展不同学科之间的交流，丰富教师知识结构，通过不同学科教师间的学术交流会议，实现教师的思维碰撞。针对后者，鼓励教师进行继续教育，支持挂职锻炼。要求年轻教师参与工程施工调试和运营管理，提高其工程意识。亦可聘任各类环境污染治理工程负责人担任专业兼职教师，给年轻教师和学生营造良好的工程氛围。华中农业大学资源与环境学院环境工程专业要求年轻教师参与本科生的“生产实习”，提高年轻教师的实践育人能力和水平;鼓励专业教师参与职业资格认证考试，打造“双师型”教师，目前我院已有6人获得了“环境影响评价工程师”的职业资格证书。

2.夯实共性工程能力，强化农学特色实践技能。按照教指委的指导意见，环境工程专业的共性工程能力培训主要包括“水污染控制工程”“固体废弃物处理与资源化”和“大气污染控制工程”。为强化农业院校环境工程专业实践教学的农学特色，还应开设与农业面源污染控制、土壤污染防治等农业环境保护相关的课程及实践，使学生具备解决农业、农村环境问题的能力[9]。华中农业大学资源与环境学院自2015年以来实施环境科学与工程类大类招生，以“厚基础、宽口径、强能力、高素质”为目标，将课程设置为文理基础课、学院平台课、学科基础课、专业核心课和专业特色课五类，夯实流体力学、环境工程原理、工程制图，以及水、气、固废污染控制工程等一般工科类课程的基础技能，并增设机械设计基础、电工技术、工程概预算、环境生物工程、环境生态工程、农业废弃物资源化利用等其他学科的课程及实践，使学生在掌握应知应会的“共性”工程知识和技能的同时，融合其他学科的知识解决农业环境污染问题。

3.建立跨学科的竞赛平台，鼓励开放性平台的多学科交叉融合。学科竞赛有助于锻炼学生理论知识分析和解决实际问题的能力[ 10 ]。环境工程专业的学生可以参加挑战杯、神农杯、建模竞赛、“互联网+”创新创业大赛及国际环保设计竞赛等。在竞赛平台的建设中，应打破学科壁垒，由不同的专业协作组织。在竞赛中不同专业、不同特长的学生可将艺术设计、数学建模、生物化学工程、环保设计等诸多知识点有机融合，在加强创新的同时有利于学生开阔视野。华中农业大学环境工程专业已连续多年组建跨专业本科生队伍参加了全球重大挑战论坛、国际城市温室设计大赛和挑战杯等国内外专业竞赛，极大地提升了学生的专业认知和协作创新能力。此外，在开放性平台中，教师有意识地引导学生将多学科的知识交叉融合。例如，在新型冠状肺炎疫情期间，华中农业大学环境工程专业在“认知实习”的教学过程中，积极地与北京欧倍尔软件技术开发有限公司达成了技术合作协议，利用该公司的虚拟仿真平台开展了水处理类虚拟仿真实习和固废处理处置虚拟仿真实习，并将该公司的生态学类虚拟仿真软件也纳入实习当中，引导学生了解土壤重金属污染修复和农村景观湿地构建及季节性净水调控。

（二）实践教学平台建设

1.建立校内实践教学平台，凸显农业面源污染控制实践。在高校内建立一个可供环境工程、环境科学、化学工程、生物工程等多学科交叉、资源共享的开放式实习基地，对于课程实践教学、大学生创新创业训练等实践教学具有极大的帮助，也有利于多学科的交叉融合，还可以提升学生的创新能力[ 11 ]。华中农业大学采用教育部修购计划、学校基建投资和科研经费购置设备及维持运行的模式，投入1000余万元，建成了“华中农业大学资源与环境学院环境科学与工程实践基地”，于2010年开始运行。基地建有以处理畜禽养殖废气为重点的大气污染控制实验室，以处理畜禽废水为特点的水污染处理实验室，以处理农业废弃物为对象的固体废弃物处理实验室等实践教学平台，并依据农业院校的特色，分步建设了校区生活污水湿地净化系统、农业废弃物碳化系统等若干农业面源污染控制实验操作单元。该基地配套了学生学习自习室，学生可在基地反复操作，自行调节参数，记录和分析数据，评估处理效果。

2.扩展校外实践教学基地，改革实践教学方法。国内农业院校环境工程专业在共性校外实践基地方面，如水污染处理、废弃物填埋等，并不存在太多困难，但是在特色实践基地方面往往极为缺乏[ 12 ]。通过学科交叉，利用优势学科的实践教学基地，在增加了实践教学平台的同时，也强化了特色实践能力的培养。例如，可将农业院校在生物工程、动医动科、农业资源与环境等交叉学科相关的实践教学基地，纳入环境工程实践教学。华中农业大学环境工程专业在认识实习的教学内容中，将土壤污染重金属污染修复、地表水的微生物修复工程纳入教学中，提升了学生的知识面和学科交叉能力。在生产实习中，我校与湖北祥云化工集团合作建立了环境工程实践教学基地，将有机肥生产项目纳入环境工程生产实习当中，培养学生解决农业环境问题的能力。此外，在生产实习过程中，创立了“回头看”的实习方法，实行“实习—小组讨论—回头看—再讨论—辩论—总结”的模式，激发了学生的学习热情，也强化了学生认识问题和解决问题的能力。

3.注重虚实结合，建成了泛在化的实践学习模式。结合卓越工程师人才培养经验，考虑当前“95后”学生的特点，充分利用现代信息技术，通过“互联网+实践教学”模式共享优质的实践教学资源，实现线上与线下、课内与课外、个性化与协作学习深度融合，建立了泛在化的实践学习模式[ 13 ]。利用人工智能、虚拟仿真技术和VR技术，自主开发建设虚拟仿真项目，同时引入国家和企业的线上实践教学资源，搭建虚实融合的生产实习平台，构建“线上+线下”混合式实践教学模式，学生通过在线学习实践，激发学习兴趣，增强求知欲望，提高实践创新能力。同时，线上实习平台能体现企业职业岗位能力与学生实际能力画像对比结果，使企业能够快速掌握学生的技能水平，实现企业精准招聘，学校精准育才，最终达到校企合作双赢的良好效果[ 14 ]。疫情期间，我校环境工程专业与北京欧倍尔科学仪器有限公司达成深度合作，充分利用该公司的3D环境虚拟仿真实验室，包括3D水污染控制设计虚拟仿真软件、水处理类虚拟仿真软件、大气污染控制类虚拟仿真软件、固体处理处置类虚拟仿真软件等，完成了环境工程专业“水污染控制工程”“大气污染控制工程”“固体废弃物处理与资源化”課程的实验教学。尤其是我们将该公司的3D生态学类虚拟仿真软件，包括农田土壤重金属污染场地生态修复虚拟仿真综合实验、耕地土壤镉污染钝化修复虚拟仿真实验、农村景观湿地构建及季节性净水调控虚拟仿真实验三个虚拟仿真模块纳入“认知实习”的教学中，得到了学生良好的反馈，切实解决了疫情期间实践教学难以开展的问题。

三、结语

国家正处于生态文明建设高潮，因此在农业发展及新农村建设的过程中出现了新的环境问题，使农业院校环境工程专业人才培养面临新的挑战，这就要求环境工程专业本科生在夯实共性工程能力的前提下，以中国生态农业发展需求为导向，培养能够解决我国新时代农业环境问题的创新性人才。通过学科交叉融合，构建全新的环境工程实践教学体系和平台，强化农业环境污染治理能力，从而切实服务于我国乡村振兴的战略目标。

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