導(dǎo)語：環(huán)境工程專業(yè)科技創(chuàng)新實踐研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：基于新工科環(huán)境類專業(yè)對應(yīng)用型人才和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求，探索了由學(xué)生掌握課程主動權(quán)，教師輔助的科技創(chuàng)新實踐教學(xué)模式。學(xué)生將全流程參與實驗調(diào)研、設(shè)計、操作、總結(jié)及成果展示環(huán)節(jié)，充分鍛煉信息獲取能力、專業(yè)文本撰寫能力、動手能力、溝通交流能力，以獲得綜合素質(zhì)的提升。研究成果有助于提升環(huán)境類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高畢業(yè)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)滿足我國生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略需求的環(huán)境工程專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：新工科；環(huán)境工程；教學(xué)；創(chuàng)新實踐

一、研究背景

新工科建設(shè)是為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，基于新時期國家發(fā)展需求、國際競爭形勢，持續(xù)深化工程教育改革的重大行動計劃，對加快我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、推動制造強國建設(shè)、實現(xiàn)高質(zhì)量經(jīng)濟增長，都具有十分重要的戰(zhàn)略意義[1]。這也對高校的工科教育提出了新的要求，一方面需推進新興工科專業(yè)的建設(shè)，如大數(shù)據(jù)、云計算、智能科學(xué)與技術(shù)等，另一方面加快傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，培養(yǎng)具備全球視野、實踐能力、整合能力的綜合性人才[2]。環(huán)境工程是一門典型的工科專業(yè)，旨在利用科學(xué)手段解決日益嚴重的環(huán)境問題、改善環(huán)境質(zhì)量、促進社會發(fā)展。環(huán)境工程的研究對象復(fù)雜，專業(yè)的交叉性特征非常鮮明、對學(xué)生綜合素質(zhì)要求高，本科培養(yǎng)環(huán)節(jié)必須在傳統(tǒng)教育模式的基礎(chǔ)上增加創(chuàng)新課程，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力，以滿足能處理復(fù)雜問題的環(huán)境工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要。科技創(chuàng)新實踐課程便是在該背景下開設(shè)的，用以對環(huán)境工程基礎(chǔ)實驗進行補充。通過讓學(xué)生自主設(shè)計創(chuàng)新實驗，完成資料搜集，制定實驗方案、撰寫研究報告以及展示成果等，使其全方位地參與科技創(chuàng)新環(huán)節(jié)，鍛煉綜合素質(zhì)，以培養(yǎng)滿足我國生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略需求的環(huán)境工程專業(yè)人才。

二、傳統(tǒng)實驗教學(xué)的主要問題

環(huán)境工程人才培養(yǎng)中，實驗教學(xué)是非常重要的一部分，本校環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)方案中實驗教學(xué)包括環(huán)境工程原理實驗、環(huán)境監(jiān)測實驗、水污染控制工程實驗、大氣污染控制工程實驗、固體廢物處理處置工程實驗等。實驗課程的開設(shè)對學(xué)生加深理論知識的理解，增強實際動手能力起到了重要作用。但傳統(tǒng)實驗課程已無法滿足處理當下復(fù)雜環(huán)境問題的需求，客觀分析目前環(huán)境工程專業(yè)實驗環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)新工科要求的創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的要求還有一定差距。目前傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)實驗存在的問題如下。

（一）實驗內(nèi)容亟待更新

環(huán)境工程專業(yè)在我國經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，專業(yè)人才境監(jiān)測課為例，核心實驗課程包括二氧化硫、氮氧化物、PM10、PM2.5等顆粒物的測定原理和方法等，其中氮氧化物采樣采用國家標準（HJ479-2009）《環(huán)境空氣氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮）的測定鹽酸萘乙二胺分光光度法》，這是最新的手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范。但在實際環(huán)境質(zhì)量管理工作中，各監(jiān)測站點（國控站點、省控站點、超級站等）基本已全面采用自動監(jiān)測技術(shù)，而大部分高校由于實驗設(shè)備的限制無法開展相應(yīng)的實驗教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)知識實用性不高，與社會服務(wù)、科研、生產(chǎn)第一線的聯(lián)系不夠緊密，難以滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求[3]。

（二）最新科研成果未得到充分利用

大部分高校教師都身兼科研與教學(xué)雙重職責(zé)，許多教師優(yōu)秀的科研成果本應(yīng)是良好的教學(xué)素材，但由于傳統(tǒng)實驗課程內(nèi)容的限制，很難將其融入到本科實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源無法得到充分利用。同時教師授課內(nèi)容與科研方向出現(xiàn)脫節(jié)，也影響到了教師職業(yè)生涯的發(fā)展，既無法保證“科研反哺教學(xué)”，又不能滿足“教學(xué)反哺科研”。

（三）教學(xué)方法有待改進

目前的實驗教學(xué)雖經(jīng)過多次改革，但還是未能擺脫“填鴨式”教學(xué)的桎梏。目前的授課程序一般包括：課前教師調(diào)試好設(shè)備、配置好試劑，課堂上先介紹實驗原理、講解實驗操作及注意事項，然后學(xué)生分組按部就班開始實驗、記錄數(shù)據(jù)、基于給定的模板分析實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。這種驗證性實驗難度小、自由度也低，導(dǎo)致學(xué)生無需經(jīng)過全面的思考便可完成培養(yǎng)環(huán)節(jié)[4]。此外，許多高校由于基礎(chǔ)條件的限制，無法保證所有學(xué)生都有機會獨立操作課程要求的大型實驗儀器，實驗授課變成了“參觀現(xiàn)場”，教學(xué)效果較差，無法滿足創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。

（四）評價體系需要完善

在傳統(tǒng)實驗課程中，考試的評分指標一般為學(xué)生的實驗操作、實驗報告撰寫及試卷答題。由于傳統(tǒng)實驗課程自由度較低，學(xué)生實驗報告中難以體現(xiàn)對于課程的理解及思考，考察多基于實驗態(tài)度而非綜合能力，導(dǎo)致實驗評價不能完全體現(xiàn)出學(xué)生對于課程的掌握，并且難以全方位地考察學(xué)生的團隊協(xié)作能力、溝通能力，無法滿足新時代綜合型人才的培養(yǎng)要求。

三、科技創(chuàng)新實踐課程建設(shè)實踐

針對上述傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)實驗課程存在的不足，作者探索了創(chuàng)新實踐課程思路。通過翻轉(zhuǎn)課堂形式，將課程主動權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生全程參與實驗背景調(diào)研、方案設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)分析及成果展示。科技創(chuàng)新實踐課程以課堂授課→實驗指導(dǎo)→成果匯報形式展開，在三個環(huán)節(jié)將分別培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻獲取新知識及規(guī)范寫作科技文本的能力、實驗方案優(yōu)化及動手操作能力和團隊協(xié)作溝通表達能力。課程安排見表1所示。

（一）理論講授

傳統(tǒng)實驗教學(xué)的理論講授一般基于實驗原理展開，學(xué)生對于資料調(diào)研、實驗設(shè)計方法、文本撰寫規(guī)范缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。科技創(chuàng)新實踐課程從基礎(chǔ)知識出發(fā)，向?qū)W生系統(tǒng)講授文獻查閱技巧，科技文獻的結(jié)構(gòu)組成，項目申報書、實驗研究報告等文本的寫作規(guī)范、實驗數(shù)據(jù)收集和處理的方法等。在理論課授課后期教師將引導(dǎo)學(xué)生確定選題，課程將最大程度以學(xué)生為中心，保障學(xué)生根據(jù)研究興趣選定主題并分組，實驗以小組形式開展，每組3-5人。教師對各組分別進行實驗指導(dǎo)，由于小組間實驗主題與安排各不相同，能更大程度地保障儀器設(shè)備的使用需求，使每個學(xué)生都能獨立操作科研設(shè)備。

（二）實驗指導(dǎo)

創(chuàng)新實驗的實施過程與傳統(tǒng)實驗有很大差別，在各個環(huán)節(jié)都需要學(xué)生自主思考、設(shè)計、準備及開展實驗，因此，教師需要在教學(xué)過程中充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性，并及時給予相應(yīng)指導(dǎo)。首先是實驗方案的確定，由于本科生未接受過系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，根據(jù)文獻設(shè)計的實驗方案可能存在考慮不全面、風(fēng)險不可控和可操作性不強等問題，教師必須結(jié)合學(xué)校實驗條件以及學(xué)生知識水平合理引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計具有一定可行性的實驗方案；其次，在實驗開展過程中學(xué)生需全程參與，從儀器設(shè)備的調(diào)試，實驗試劑的配置、樣品的采集到實驗數(shù)據(jù)的測定都要由學(xué)生獨立完成，對于實驗中出現(xiàn)的問題也應(yīng)由學(xué)生獨立思考、商討，允許學(xué)生試錯，教師只需簡單引導(dǎo)、把關(guān)，避免出現(xiàn)安全事故即可；最后，對于實驗數(shù)據(jù)的分析與結(jié)果的總結(jié)環(huán)節(jié)，在學(xué)生獨立處理的原則上教師應(yīng)該更多的引導(dǎo)，讓學(xué)生思考數(shù)據(jù)背后的科學(xué)原理，而非僅僅停留在表面的數(shù)據(jù)分析，讓學(xué)生透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，感受科學(xué)研究的魅力與實驗的樂趣。由于各實驗進度與周期存在差異，課程采取彈性時間，靈活指導(dǎo)，這要求教師能投入更多的精力進行授課工作。

（三）成果匯報

實驗完成后，教師指導(dǎo)小組成員協(xié)作完成研究報告。與傳統(tǒng)實驗報告形式不同，研究報告要求學(xué)生以科技論文形式撰寫，避免傳統(tǒng)的實驗報告流于形式，而學(xué)生難以從中鍛煉創(chuàng)新能力與科技論文寫作能力。除紙質(zhì)研究報告之外，研究成果還需以口頭匯報形式展示，匯報內(nèi)容涵蓋實驗背景、實驗設(shè)計、方案實施及結(jié)果分析各個環(huán)節(jié)，考察方式的多樣性也將促使小組內(nèi)分工協(xié)作，保證各個成員的參與度。匯報完畢后由其他小組提問，并組織探討，提高學(xué)生參與積極性，同時也鍛煉了學(xué)生的表達能力與交流能力。圖1為學(xué)生研究成果展示。（四）課程考核課程的考核方式為過程考試，以研究工作的開展過程來評定成績而不看重研究結(jié)果的好壞，允許學(xué)生失敗，允許學(xué)生試錯。評價指標包括課堂表現(xiàn)、實驗方案、實驗操作和實驗報告環(huán)節(jié)。其中，課堂表現(xiàn)占10%，實驗方案占30%，實驗操作占20%，成果匯報占30%，交流提問占10%。

四、課程預(yù)期目標

（一）學(xué)生達到的知識目標

掌握文獻查閱的方法、掌握項目申報書的寫作方法、掌握實驗數(shù)據(jù)收集和整理的方法、掌握實驗研究報告寫作方法。

（二）學(xué)生達到的能力目標

具有自主查閱文獻和獲取新知識，并在此基礎(chǔ)上獨立設(shè)計實驗方案的能力；具有正確獲取和處理實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗結(jié)果優(yōu)化實驗方案的能力；具有閱讀研究文獻并規(guī)范撰寫研究報告的能力；具有團隊協(xié)作及溝通交流的能力。

五、科技創(chuàng)新實踐課程的思考

科技創(chuàng)新實踐課程的特點在于將課堂主動權(quán)完全交給學(xué)生，根據(jù)學(xué)生興趣追蹤環(huán)境工程領(lǐng)域國際熱點并提出問題，而后設(shè)計實驗并動手解決問題。其意義在于既能引導(dǎo)學(xué)生主動關(guān)注專業(yè)前沿問題，又能促使學(xué)生嘗試解決復(fù)雜的環(huán)境工程問題。該實踐課程以學(xué)生興趣為主導(dǎo)，能更好地調(diào)動學(xué)生參與熱情，同時學(xué)生全程參與實驗設(shè)計、操作與成果展示，彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)對于學(xué)生綜合素質(zhì)訓(xùn)練的不足。但目前，作者僅進行了一年的創(chuàng)新實踐課程探索，學(xué)生的實驗內(nèi)容主要關(guān)注前沿?zé)狳c研究，后續(xù)作者還將深入研究課程改革，將學(xué)生主導(dǎo)實驗課程的思路應(yīng)用于傳統(tǒng)專業(yè)實驗教學(xué)，進一步提升專業(yè)人才培養(yǎng)水平，為培養(yǎng)我國環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才做貢獻。

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作者：黃亮 邱斌 程翔 單位：北京林業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院