環(huán)境學(xué)科學(xué)生自主創(chuàng)新實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

魯逸人，劉憲華，季 民，姜曉峰，李麗萍，趙金娟

(天津大學(xué)a.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院;b.建筑工程學(xué)院，天津300072)

0 引 言

近年來席卷全球的經(jīng)濟危機，加速了新科技革命和高等教育改革進程。在這個背景下，高等教育以及大學(xué)將迎來前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。建設(shè)創(chuàng)新型國家需要高校有更大作為，現(xiàn)代化的實現(xiàn)必須發(fā)揮高校在培養(yǎng)創(chuàng)新人才中的主渠道作用。去年，國家從建設(shè)創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略高度提出了“協(xié)同創(chuàng)新”的重要思想。教育部下發(fā)了《關(guān)于實施高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃的意見》，正式啟動“2011 計劃”。天津大學(xué)是一所有百年歷史的高等學(xué)府，主動與產(chǎn)、學(xué)、研、用等結(jié)合，圍繞國家需求、瞄準(zhǔn)世界一流，創(chuàng)新教學(xué)機制，不僅是學(xué)校服務(wù)創(chuàng)新型國家建設(shè)的時代責(zé)任，更是創(chuàng)建世界一流大學(xué)的重要途徑。因此，加快推動自主創(chuàng)新型教育，實施“2011 計劃”，全面提高高等教育質(zhì)量，具有十分重要的意義［1-2］。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀和主要問題

當(dāng)今大學(xué)生的創(chuàng)新能力開發(fā)現(xiàn)狀不容樂觀。我國學(xué)生從小學(xué)到大學(xué)經(jīng)過層層選拔，大學(xué)生經(jīng)過多年應(yīng)試教育的洗磨，步入大學(xué)以后抱著松懈享樂的心理，對發(fā)明創(chuàng)造的追求和渴望明顯不如國外的大學(xué)生。創(chuàng)新人才最根本的特征在于創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，因此，強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動探究各種理念和實踐逐漸受到各國大學(xué)的重視。不少國家形成了獨特的實踐教學(xué)模式，如英國的三明治課程、美國的合作教育計劃、德國的雙元制教育計劃、日本的產(chǎn)學(xué)合作等，給創(chuàng)新型教育提供了寶貴的經(jīng)驗。圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，各學(xué)校正在不斷深化教學(xué)改革，其中課程教學(xué)體系改革對創(chuàng)新人才培養(yǎng)起著非常重要作用。課程改革的方向是否正確、方法是否得當(dāng)、深度廣度是否到位，決定著創(chuàng)新人才的培養(yǎng)質(zhì)量。在研究經(jīng)費投入方面，國外高校本著“理論服務(wù)于實際”的觀念，先進的實驗室保證了學(xué)生有較多進實驗室動手的機會。而國內(nèi)由于各方面條件限制，學(xué)生通過觀看視頻或教師演示被動接受知識的比例明顯比國外高校多。比如同樣一個實驗，在國內(nèi)學(xué)生只能觀摩，而在國外則可以自己親自動手，甚至嘗試多次。另一方面，國外在入學(xué)申請時，高校對于申請學(xué)生是否有參與國際性、認可度高的競賽較為關(guān)注，特別是該生的實驗室經(jīng)歷。這些都體現(xiàn)了國外高校人才培養(yǎng)模式的優(yōu)勢。

近年來，天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院通過一些課程的教學(xué)改革實驗，整合教學(xué)資源，上述情況得到了一定程度的改善，對實驗課教學(xué)的要求逐年提高［3-7］。學(xué)院在課程設(shè)計中，利用基礎(chǔ)實驗讓學(xué)生更好地加深基礎(chǔ)知識的理解，利用綜合創(chuàng)新實驗讓學(xué)生進一步綜合應(yīng)用知識的同時能夠完成實驗設(shè)計初步創(chuàng)新，鍛煉工程實踐經(jīng)驗，研究生的拔尖創(chuàng)新工作也逐漸開展起來。通過這些實驗改革和努力，取得了一定的成效。但是，目前還沒有為培養(yǎng)本科生的自主創(chuàng)新能力而建立的實驗體系、沒有建立聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，還缺乏利用科研創(chuàng)新轉(zhuǎn)換的實驗真正讓學(xué)生能夠?qū)⒅R應(yīng)用于實際中的工作。因此，努力用科研的先進技術(shù)、先進理論與手段用于本科實驗教學(xué)，將生產(chǎn)中的實際工藝用于本科實驗教學(xué)，讓學(xué)生深入到實踐中去，使學(xué)生站在高的起點上迎接新技術(shù)的挑戰(zhàn)成為我們的一項重要的工作。具體在實踐教學(xué)中，把各學(xué)科知識綜合應(yīng)用于創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在以往工作的基礎(chǔ)上，重點進行學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)系列工作。

2 創(chuàng)新型實驗的設(shè)立與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

2.1 設(shè)立創(chuàng)新型實驗教學(xué)模式

創(chuàng)新實驗課分組進行，同時多名教師參加指導(dǎo)。例如讓學(xué)生從早期對完全陌生的某一種環(huán)境典型物質(zhì)分析測試理論的接觸，然后運用現(xiàn)代分析技術(shù)實測，最后每組書寫小論文的出爐，每一次討論上老師首先進行充滿激情的講解，然后同學(xué)們熱烈的討論，集思廣益。而課題指導(dǎo)老師在介紹新知識的時候注意專業(yè)知識基礎(chǔ)薄弱的特點，講解深入淺出，并組織操作的小實驗，并且要求學(xué)生以論文的格式而不是實驗報告來分析數(shù)據(jù)，讓學(xué)生熟悉試驗背景知識和基本技能。在整個過程中，老師與傳統(tǒng)教育模式中相比大大不同，在實驗方案設(shè)計、數(shù)據(jù)處理分析、規(guī)律總結(jié)方面給了學(xué)生充分的思考空間，學(xué)生能切身感受到經(jīng)歷高質(zhì)量的創(chuàng)新實驗課題的魅力［4-6］。

2.2 轉(zhuǎn)化科研成果設(shè)立新實驗

不斷將新的實驗技術(shù)和學(xué)科前沿知識、科研成果引入實驗教學(xué)，既是實驗教學(xué)的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)與現(xiàn)代社會及科技發(fā)展相適應(yīng)的高素質(zhì)人才的要求。為此，將近年來新的實驗技術(shù)和學(xué)科前沿知識引入實驗教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容是本課題的一項重要內(nèi)容。將實驗內(nèi)容與科研成果相結(jié)合，課題可以來源于實際項目，也可以是將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實驗項目，都是我們?yōu)檎{(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣而采用的重要措施，也是我們改革的目標(biāo)之一［9-11］。

例1:比如開設(shè)設(shè)計性實驗項目“食品中的成分分析”。該實驗要求學(xué)生選擇自己所關(guān)心的日常食物如飲用水、瓜果、蔬菜、飲料等中的有益或有害成分為分析對象，組成多個實驗小組，學(xué)生查閱文獻資料，制定采樣、樣品處理與分析方案，最后經(jīng)教師指導(dǎo)后，由學(xué)生挑選實驗時間、自己準(zhǔn)備和完成實驗直至寫出實驗報告。這樣的實驗項目因為貼近生活并具有實用性、挑戰(zhàn)性和自主創(chuàng)新性，受到了學(xué)生的喜歡。

例2:如最近為公共熱議的食品安全問題“幾種食品安全性的簡易檢測法”，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)了幾種食品安全性的簡易鑒別法后，測定了他們身邊常見的食品中蘇丹紅、Pops 進入食品中的分析等，都可以作為環(huán)境污染物分析、治理和生活、生產(chǎn)實際相結(jié)合，鍛煉學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計實驗、提高實驗?zāi)芰Φ睦印?/p>

例3:“工業(yè)廢水水質(zhì)檢測”全分析實驗，尤其是工業(yè)污水的治理，需要的工藝鏈往往較長，分析的參數(shù)較多，需要一定的工作量。一方面讓學(xué)生學(xué)習(xí)了純凈水的制備方法，也使其切身感受純凈水制備的不易，從而增強了節(jié)水意識，全面掌握了水質(zhì)各項參數(shù)的分析方法。

2.3 多環(huán)節(jié)貫穿自主創(chuàng)新實驗教學(xué)

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是一項系統(tǒng)工程，不是一朝一夕能完成的，也不是在某一個學(xué)期的事情，而應(yīng)該全面系統(tǒng)地貫穿于學(xué)生整個大學(xué)學(xué)習(xí)階段。單從實驗課教學(xué)方面來講，從基礎(chǔ)實驗、專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗都應(yīng)該有一定的體現(xiàn)，要讓學(xué)生做到敢想、敢做、會做，進而發(fā)展到會說、會寫。研究團隊的老師在不同階段設(shè)計、建立系統(tǒng)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)實驗，而不僅僅是單獨局限于某一階段的實驗課，所以能起到長期扎實的效果。創(chuàng)新貫穿整個教學(xué)周期而不是僅限小課題周期，起到真正的創(chuàng)新教育作用，這種創(chuàng)新模式和精神應(yīng)該普及到老師同學(xué)們中去［8］。

2.4 多種形式鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)

在培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新意識的同時，我們還采用多種手段和形式，綜合鼓勵學(xué)生全方位學(xué)習(xí)。例如舉辦創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計賽，將創(chuàng)新技術(shù)進行展示和交流，從而互相發(fā)現(xiàn)問題、提出新的思路和方案，促進學(xué)生和老師間、學(xué)生和學(xué)生間的頭腦風(fēng)暴交流。在拔尖創(chuàng)新工作中舉辦座談交流會，邀請校內(nèi)外專家和優(yōu)秀的同學(xué)將科研和創(chuàng)新心得介紹給大家。學(xué)生的專業(yè)知識面有限，視野不夠廣闊，相互之間的交流雖然能夠起到一定的促進作用，但在特定的研究領(lǐng)域卻缺乏敏銳獨特的目光，甚至對某些極其特定的環(huán)節(jié)老師也不甚了解。因此邀請國內(nèi)外專家進行學(xué)術(shù)講座和交流，成為點睛之筆，顯得很有意義。對于學(xué)生拓寬視野，緊跟國際研究熱點，學(xué)習(xí)和了解先進技術(shù)，掌握先進的科研思維和理念，集百家之長，都起到了非常重要的作用。

2.5 共建創(chuàng)新實驗教學(xué)實驗室［12-14］

以往要體現(xiàn)創(chuàng)新實驗室的相對獨立性、完整性，不可避免地需要購置那些在傳統(tǒng)實驗室中也應(yīng)配備的基礎(chǔ)性設(shè)備、器材。大范圍的進行創(chuàng)新實驗室的建設(shè)難免會帶來新一輪的建設(shè)資金問題。這種創(chuàng)新實驗教學(xué)主要應(yīng)定位在特定知識領(lǐng)域基礎(chǔ)知識體系上的突破。“傳統(tǒng)”與“創(chuàng)新”不但不矛盾，而且是統(tǒng)一的，兩者的組合才是一個真正實驗室所應(yīng)扮演的完整“角色”。補充傳統(tǒng)實驗室缺失的創(chuàng)新教育功能是創(chuàng)新實驗室建設(shè)的重要功能，能在最短的時間內(nèi)發(fā)揮效益;也是一條經(jīng)濟之路，因此，資源整合方式能最大程度地避免“另起爐灶”所帶來的資源浪費。創(chuàng)新實驗課程的設(shè)立和開展，不僅需要大量的儀器設(shè)備、實驗設(shè)施，也需要聯(lián)合環(huán)保企業(yè)在某些特定的領(lǐng)域合作，還需要開展高校之間的合作，互通有無，取長補短，共享實驗設(shè)施，建立聯(lián)合創(chuàng)新教學(xué)實驗室。這樣在實驗設(shè)備使用方面，給于了學(xué)生充分的自由，使得學(xué)生有機會自主利用實驗室。

3 結(jié) 語

本項課題在研究團隊前期多年的生物化學(xué)實驗、環(huán)境監(jiān)測實驗和大氣污染控制等課程的教學(xué)工作基礎(chǔ)上，整合各學(xué)科特點，開發(fā)突出學(xué)生自主創(chuàng)新型綜合實驗。在實驗教學(xué)中，我們使用學(xué)生自主創(chuàng)新教學(xué)體系和方法。通過課堂教學(xué)結(jié)合小組多位老師跟蹤指導(dǎo)的方式，有效地激發(fā)了學(xué)生對創(chuàng)新設(shè)計實驗的學(xué)習(xí)熱情。同時，注重將科研成果轉(zhuǎn)化到創(chuàng)新實踐教學(xué)，提高了學(xué)生實驗設(shè)計能力、動手能力和創(chuàng)新能力，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，通過本項實驗教學(xué)改革，學(xué)生從一開始便結(jié)合課程灌輸創(chuàng)新精神，然后綜合教學(xué)資源、學(xué)生興趣，組成創(chuàng)新小組跟隨老師一起，把創(chuàng)新人才培養(yǎng)落實到實驗探究和小課題研究中來，這在國內(nèi)環(huán)境類專業(yè)實驗教學(xué)中有較強的推廣價值［15-16］。

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