黃亮 邱斌 程翔
摘 ?要:基于新工科環(huán)境類專業(yè)對(duì)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(dòng)權(quán),教師輔助的科技創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式。學(xué)生將全流程參與實(shí)驗(yàn)調(diào)研、設(shè)計(jì)、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(xiě)能力、動(dòng)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(guó)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(shí)踐
中圖分類號(hào):G640 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? ? ? ?文章編號(hào):2096-000X(2021)S1-0034-03
Abstract: Based on the training requirements of applied talents and innovative talents in the environmental engineering major of new engineering, this paper explores the practical teaching mode of scientific and technological innovation in which students master the initiative of the course and teachers assist. Students will participate in the whole process of experimental investigation, design, operation, summary and results display, and fully exercise information acquisition ability, professional text writing ability, practical ability, communication ability, and obtain comprehensive quality improvement. The research results will help improve the quality of environmental professional personnel training, improve the overall quality of graduates, and cultivate environmental engineering professionals that meet the strategic needs of my country's ecological civilization construction.
Keywords: new engineering; environmental engineering; teaching; innovative practice
一、研究背景
新工科建設(shè)是為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革,基于新時(shí)期國(guó)家發(fā)展需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì),持續(xù)深化工程教育改革的重大行動(dòng)計(jì)劃,對(duì)加快我國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),都具有十分重要的戰(zhàn)略意義[1]。這也對(duì)高校的工科教育提出了新的要求,一方面需推進(jìn)新興工科專業(yè)的建設(shè),如大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(jí)改造,培養(yǎng)具備全球視野、實(shí)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(yán)重的環(huán)境問(wèn)題、改善環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。環(huán)境工程的研究對(duì)象復(fù)雜,專業(yè)的交叉性特征非常鮮明、對(duì)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(wèn)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(shí)踐課程便是在該背景下開(kāi)設(shè)的,用以對(duì)環(huán)境工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充。通過(guò)讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),完成資料搜集,制定實(shí)驗(yàn)方案、撰寫(xiě)研究報(bào)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(guó)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要問(wèn)題
環(huán)境工程人才培養(yǎng)中,實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)包括環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)、水污染控制工程實(shí)驗(yàn)、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)、固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)對(duì)學(xué)生加深理論知識(shí)的理解,增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力起到了重要作用。但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程已無(wú)法滿足處理當(dāng)下復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題的需求,客觀分析目前環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),對(duì)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(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題如下。
(一)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容亟待更新
環(huán)境工程專業(yè)在我國(guó)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,專業(yè)人才培養(yǎng)已逐步形成體系,許多課程內(nèi)容也沿用至今。以環(huán)境監(jiān)測(cè)課為例,核心實(shí)驗(yàn)課程包括二氧化硫、氮氧化物、PM10、PM2.5等顆粒物的測(cè)定原理和方法等,其中氮氧化物采樣采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(HJ479-2009)《環(huán)境空氣 氮氧化物(一氧化氮和二氧化氮)的測(cè)定 鹽酸萘乙二胺分光光度法》,這是最新的手工監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范。但在實(shí)際環(huán)境質(zhì)量管理工作中,各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)(國(guó)控站點(diǎn)、省控站點(diǎn)、超級(jí)站等)基本已全面采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù),而大部分高校由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制無(wú)法開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)知識(shí)實(shí)用性不高,與社會(huì)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(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的限制,很難將其融入到本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源無(wú)法得到充分利用。同時(shí)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(wú)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(jìn)
目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖經(jīng)過(guò)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(shí)驗(yàn)原理、講解實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng),然后學(xué)生分組按部就班開(kāi)始實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、基于給定的模板分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)難度小、自由度也低,導(dǎo)致學(xué)生無(wú)需經(jīng)過(guò)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(wú)法保證所有學(xué)生都有機(jī)會(huì)獨(dú)立操作課程要求的大型實(shí)驗(yàn)儀器,實(shí)驗(yàn)授課變成了“參觀現(xiàn)場(chǎng)”,教學(xué)效果較差,無(wú)法滿足創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。
(四)評(píng)價(jià)體系需要完善
在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程中,考試的評(píng)分指標(biāo)一般為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)及試卷答題。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程自由度較低,學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中難以體現(xiàn)對(duì)于課程的理解及思考,考察多基于實(shí)驗(yàn)態(tài)度而非綜合能力,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)不能完全體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)于課程的掌握,并且難以全方位地考察學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力,無(wú)法滿足新時(shí)代綜合型人才的培養(yǎng)要求。
三、科技創(chuàng)新實(shí)踐課程建設(shè)實(shí)踐
針對(duì)上述傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程存在的不足,作者探索了創(chuàng)新實(shí)踐課程思路。通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂形式,將課程主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生,讓學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)背景調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析及成果展示。科技創(chuàng)新實(shí)踐課程以課堂授課→實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)→成果匯報(bào)形式展開(kāi),在三個(gè)環(huán)節(jié)將分別培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)獲取新知識(shí)及規(guī)范寫(xiě)作科技文本的能力、實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化及動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作溝通表達(dá)能力。課程安排見(jiàn)表1所示。
(一)理論講授
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理論講授一般基于實(shí)驗(yàn)原理展開(kāi),學(xué)生對(duì)于資料調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、文本撰寫(xiě)規(guī)范缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí)??萍紕?chuàng)新實(shí)踐課程從基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā),向?qū)W生系統(tǒng)講授文獻(xiàn)查閱技巧,科技文獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)組成,項(xiàng)目申報(bào)書(shū)、實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告等文本的寫(xiě)作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)以小組形式開(kāi)展,每組3-5人。教師對(duì)各組分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),由于小組間實(shí)驗(yàn)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(gè)學(xué)生都能獨(dú)立操作科研設(shè)備。
(二)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有很大差別,在各個(gè)環(huán)節(jié)都需要學(xué)生自主思考、設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備及開(kāi)展實(shí)驗(yàn),因此,教師需要在教學(xué)過(guò)程中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性,并及時(shí)給予相應(yīng)指導(dǎo)。首先是實(shí)驗(yàn)方案的確定,由于本科生未接受過(guò)系統(tǒng)的科研訓(xùn)練,根據(jù)文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案可能存在考慮不全面、風(fēng)險(xiǎn)不可控和可操作性不強(qiáng)等問(wèn)題,教師必須結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件以及學(xué)生知識(shí)水平合理引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)具有一定可行性的實(shí)驗(yàn)方案;其次,在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中學(xué)生需全程參與,從儀器設(shè)備的調(diào)試,實(shí)驗(yàn)試劑的配置、樣品的采集到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定都要由學(xué)生獨(dú)立完成,對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題也應(yīng)由學(xué)生獨(dú)立思考、商討,允許學(xué)生試錯(cuò),教師只需簡(jiǎn)單引導(dǎo)、把關(guān),避免出現(xiàn)安全事故即可;最后,對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與結(jié)果的總結(jié)環(huán)節(jié),在學(xué)生獨(dú)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(guò)現(xiàn)象看到本質(zhì),感受科學(xué)研究的魅力與實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。由于各實(shí)驗(yàn)進(jìn)度與周期存在差異,課程采取彈性時(shí)間,靈活指導(dǎo),這要求教師能投入更多的精力進(jìn)行授課工作。
(三)成果匯報(bào)
實(shí)驗(yàn)完成后,教師指導(dǎo)小組成員協(xié)作完成研究報(bào)告。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式不同,研究報(bào)告要求學(xué)生以科技論文形式撰寫(xiě),避免傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(xiě)作能力。除紙質(zhì)研究報(bào)告之外,研究成果還需以口頭匯報(bào)形式展示,匯報(bào)內(nèi)容涵蓋實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施及結(jié)果分析各個(gè)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(gè)成員的參與度。匯報(bào)完畢后由其他小組提問(wèn),并組織探討,提高學(xué)生參與積極性,同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)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(guò)程考試,以研究工作的開(kāi)展過(guò)程來(lái)評(píng)定成績(jī)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(cuò)。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)。其中,課堂表現(xiàn)占10%,實(shí)驗(yàn)方案占30%,實(shí)驗(yàn)操作占20%,成果匯報(bào)占30%,交流提問(wèn)占10%。
四、課程預(yù)期目標(biāo)
(一)學(xué)生達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)
掌握文獻(xiàn)查閱的方法、掌握項(xiàng)目申報(bào)書(shū)的寫(xiě)作方法、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集和整理的方法、掌握實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告寫(xiě)作方法。
(二)學(xué)生達(dá)到的能力目標(biāo)
具有自主查閱文獻(xiàn)和獲取新知識(shí),并在此基礎(chǔ)上獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力;具有正確獲取和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的能力;具有閱讀研究文獻(xiàn)并規(guī)范撰寫(xiě)研究報(bào)告的能力;具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作及溝通交流的能力。
五、科技創(chuàng)新實(shí)踐課程的思考
科技創(chuàng)新實(shí)踐課程的特點(diǎn)在于將課堂主動(dòng)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(guó)際熱點(diǎn)并提出問(wèn)題,而后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并動(dòng)手解決問(wèn)題。其意義在于既能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)關(guān)注專業(yè)前沿問(wèn)題,又能促使學(xué)生嘗試解決復(fù)雜的環(huán)境工程問(wèn)題。該實(shí)踐課程以學(xué)生興趣為主導(dǎo),能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與熱情,同時(shí)學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作與成果展示,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)訓(xùn)練的不足。但目前,作者僅進(jìn)行了一年的創(chuàng)新實(shí)踐課程探索,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要關(guān)注前沿?zé)狳c(diǎn)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(shí)驗(yàn)課程的思路應(yīng)用于傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué),進(jìn)一步提升專業(yè)人才培養(yǎng)水平,為培養(yǎng)我國(guó)環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才做貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
[1]潘曉亮,謝世坤,高芝,等.新工科建設(shè)背景下地方高?!肮こ滩牧稀苯虒W(xué)改革[J].機(jī)電技術(shù),2021(5):102-104.
[2]張振琳,韓穎,李青松,等.新工科背景下《高分子材料研究方法》課程教學(xué)改革的探索[J].高分子通報(bào),2021(11):81-84.
[3]關(guān)共湊,徐頌,楊富國(guó).新工科特色環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2019,22(4):98-102.
[4]岳思羽,宋鳳敏,劉智峰,等.環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新型綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)[J].山東化工,2021,50(1):189+191.
[5]許綠絲,洪俊明,張倩.環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式的改革[J].能源與環(huán)境,2021(4):111-112.
[6]馬嘯,王湖坤,余松林,等.新工科背景下環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2021(11):127-130.
[7]許丹丹,白少元,劉輝利,等.新工科背景下案例式教學(xué)法在環(huán)境工程類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科教文匯(上旬刊),2021(7):101-103.
[8]張永利,徐頌,陳忻,等.關(guān)于環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生科研訓(xùn)練的思考[J].廣州化工,2021,49(15):264-266.