新工科背景下大學(xué)生科研創(chuàng)新能力與素質(zhì)培養(yǎng)途徑

景佳娜 孫妍 徐準(zhǔn) 周明華

摘 ?要：在新工科教育改革背景下，培養(yǎng)大學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)對提升學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力有著十分重要的意義。針對當(dāng)前高校環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)存在著科研素質(zhì)培養(yǎng)欠缺、創(chuàng)新精神重視不夠和教學(xué)內(nèi)容與方式單一等共性問題，文章分析了培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的原則和重要性，提出了環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)培養(yǎng)的途徑，包括科研思維方法的培養(yǎng)、科研設(shè)計與技能培養(yǎng)、創(chuàng)新成果的凝練和轉(zhuǎn)化等，有望為培養(yǎng)具有新工科思維特色、科研技能和實(shí)踐能力的創(chuàng)新人才提供借鑒。

關(guān)鍵詞：新工科;環(huán)境工程;科研創(chuàng)新;培養(yǎng)途徑

中圖分類號：C961 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0146-04

Abstract： Under the background of new engineering education reform， cultivating the ability and quality of scientific research and innovation of college students is of great significance to improve their ability of practice and innovation. In view of the common problems of lack of scientific research quality， insufficient emphasis on innovation spirit， and single teaching content and methods in the current environmental engineering teaching in colleges and universities， this paper analyzes the importance and principles of cultivating college students' scientific research and innovation capabilities. And we put forward the ways to cultivate college students' scientific research innovation ability and quality， including the scientific research thinking， scientific research design and skill training， and the transformation of innovative achievements. It is expected to provide reference for cultivating innovative talents with new engineering thinking characteristics， scientific research skills and practical ability.

Keywords： new engineering; environmental engineering; scientific research innovation; cultivation way

新工科建設(shè)是一項(xiàng)涉及面廣、影響面寬、具有中國特色的系統(tǒng)工程，是應(yīng)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)變革、全球競爭等提出的引領(lǐng)未來工程教育改革的重要舉措，對我國高等教育的改革和發(fā)展具有示范和引領(lǐng)作用[1]。它是時代的發(fā)展趨勢，但從高校自身發(fā)展的角度而言，我國的工程教育大而不強(qiáng)，在人才培養(yǎng)方面存在一些瓶頸，大學(xué)生培養(yǎng)理念無法適應(yīng)社會的變化和發(fā)展需求，對于學(xué)生的培養(yǎng)模式不符合新工科教育背景的新要求[2]。

新工科中的“新”包含新興、新型和新生三方面的涵義，具備引領(lǐng)性、創(chuàng)新性、交融性、發(fā)展性和跨界性的特點(diǎn)[3]。新工科的建設(shè)必須立足于“新”，只有在核心技術(shù)上取得重大突破，才能在國際新工科領(lǐng)域中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，當(dāng)前新工科背景下人才培養(yǎng)的主要任務(wù)應(yīng)該側(cè)重于大學(xué)生創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)的提升。面對全球環(huán)境污染的復(fù)雜性和多樣性，環(huán)境工程專業(yè)技術(shù)人才應(yīng)該具備扎實(shí)的理論知識、優(yōu)良的科研素養(yǎng)和綜合的創(chuàng)新能力，這要求高校轉(zhuǎn)變原來的培養(yǎng)思維和模式，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力才是該專業(yè)發(fā)展的趨勢，而非單一地傳授專業(yè)知識[4]。

一、新工科視角下環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

對于高校環(huán)境工程專業(yè)而言，創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力是新工科培養(yǎng)科研人才的首要能力要求。高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育可以通過更加豐富的教學(xué)方式讓學(xué)生理解創(chuàng)新真正的含義和價值，通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目來鍛煉其科研思維和科研設(shè)計能力，最終幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新成果的凝練和轉(zhuǎn)化[5]。但目前我國多數(shù)高校大學(xué)生科研素質(zhì)培養(yǎng)體系還不夠完善[6]，缺少大學(xué)生科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)培養(yǎng)的系統(tǒng)課程，也沒有完整的培養(yǎng)體系，導(dǎo)致大部分學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力不足，與國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略對人才的培養(yǎng)要求還存在明顯差距[7]。

（一）科研素質(zhì)培養(yǎng)欠缺

環(huán)境工程專業(yè)是典型的以問題為導(dǎo)向的應(yīng)用型學(xué)科，其學(xué)科體系與國家和地方生態(tài)環(huán)境的重大戰(zhàn)略需求密切相關(guān)[8]。目前，大學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)與專業(yè)知識教育尚未實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，并且針對性、深入度和時代性不夠，科研創(chuàng)新理念尚未深入人心。同時，部分高校對于大學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)體系也不夠完善，導(dǎo)致大學(xué)生對于科研方法掌握不夠透徹，在申請創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目時不知如何選題和撰寫項(xiàng)目書，面對科研實(shí)驗(yàn)時不知如何設(shè)計與開展，拿到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不知如何處理與分析等，這些都是大學(xué)生科研知識和技能相對欠缺的表現(xiàn)。

（二）創(chuàng)新精神重視不夠

提高大學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，為此，高校應(yīng)改變傳統(tǒng)的學(xué)生培養(yǎng)觀念，深化課程改革，豐富教學(xué)方式[9]。環(huán)境專業(yè)屬于交叉型、綜合型的學(xué)科，應(yīng)該多元、全面的發(fā)展以適應(yīng)新工科背景下的人才培養(yǎng)需求[10]。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前不少高校在培養(yǎng)環(huán)境工程大學(xué)生時忽視了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，很難激起學(xué)生對于創(chuàng)新的熱情[7]，導(dǎo)致大學(xué)生缺乏創(chuàng)新性和主動性而很難獨(dú)立開展工作，因此難以持久有效滿足新工科背景下的人才培養(yǎng)需求[11]。

（三）教學(xué)內(nèi)容和方式單一

我國高等教育事業(yè)正處于改革的關(guān)鍵時期，新工科背景下，高校在培養(yǎng)環(huán)境工程人才時，必須要對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行更新和優(yōu)化，才能真正提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[12]。目前，環(huán)境工程專業(yè)的教學(xué)方式依然沿用傳統(tǒng)的“言傳身教”，主要進(jìn)行相關(guān)專業(yè)課程的講解，側(cè)重于理論知識的傳達(dá)，而缺乏學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的獨(dú)立思考環(huán)節(jié)，沒有凸顯出學(xué)生的主體地位，在這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，最終形成“接受多、探究少;模仿多、參與少;訓(xùn)練多、交流少”的現(xiàn)狀[13]。同時，這種單一的教學(xué)內(nèi)容和方式忽略了對大學(xué)生科研興趣的激發(fā)，也沒有在科研探索上給予學(xué)生實(shí)際的幫助，沒有達(dá)到新工科的培養(yǎng)目標(biāo)。所以，高校應(yīng)該多方面、多層次地培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，傳授更多專業(yè)課本以外的科研經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，鼓勵學(xué)生積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、科研交流討論活動以及專業(yè)實(shí)踐活動，達(dá)到學(xué)以致用的成效。

二、培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的原則

（一）以學(xué)生為中心

對于環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的培養(yǎng)模式，從學(xué)生的個人訴求出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力，真正幫助學(xué)生解決科研過程中遇到的實(shí)際問題。因此，學(xué)校的教學(xué)方式應(yīng)由單向灌輸式向多元互動式轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，在不斷的探索過程中找到創(chuàng)新點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，同時鍛煉自己的綜合能力[9]。

（二）重視基礎(chǔ)知識和技能學(xué)習(xí)

扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)基本操作是開展一切科研創(chuàng)新的前提。牢固的基本知識是科研創(chuàng)新的最基本條件，是掌握科學(xué)問題背景、關(guān)鍵難點(diǎn)提煉等一切科研工作開展的前提。熟練掌握學(xué)科技能，尤其是環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)操作技能是保證科研效率的關(guān)鍵。因此應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)和改革，引導(dǎo)學(xué)生主動參與科研，逐漸形成獨(dú)立的科研思維和科研設(shè)計能力，這是學(xué)生是否可以開展真正科研創(chuàng)新工作的重要標(biāo)志。

（三）突出學(xué)科交叉和協(xié)同促進(jìn)

環(huán)境工程專業(yè)是一個綜合發(fā)展的學(xué)科，單靠某一方面的力量無法達(dá)到大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的預(yù)期效果，所以我們鼓勵學(xué)生進(jìn)行跨專業(yè)選修課的學(xué)習(xí)，例如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、計算機(jī)、機(jī)械等?？鐚W(xué)科、多領(lǐng)域交叉的方向往往會誕生一些創(chuàng)新性的研究成果。此外，積極鼓勵學(xué)生參加學(xué)術(shù)會議等形式的交流，可以拓寬學(xué)生的知識面，在學(xué)科交叉碰撞中迸發(fā)出新的科研想法，激發(fā)大學(xué)生對于科研創(chuàng)新的熱情，積極接受新觀念、新技術(shù)、新事物。經(jīng)常組織科研人員開展交流活動也可以形成良好的科研氛圍，鍛煉大學(xué)生的表達(dá)能力和邏輯思維能力，培養(yǎng)多方面、多層次發(fā)展的科研創(chuàng)新人才。

三、提升環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)培養(yǎng)途徑

從環(huán)境工程大學(xué)生的角度出發(fā)，根據(jù)學(xué)生的需求優(yōu)化課程內(nèi)容，真正提升大學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)，主要從以下幾方面出發(fā)：

（一）培養(yǎng)科研思維方法

科研方法是科研工作中的一個重要問題，事關(guān)科研工作的成效，正如古人云：得其法事半功倍，不得其法則事倍功半。因此，開設(shè)相關(guān)方法學(xué)或研究方法的課程，對學(xué)生掌握科學(xué)的思維方式，科學(xué)地認(rèn)識研究對象、有效地揭示客觀規(guī)律具有十分重要的意義?？茖W(xué)思維分為邏輯思維和非邏輯思維，其概念層次如圖1所示，邏輯思維是以概念為基礎(chǔ)的判斷和推理，有固定的規(guī)則可以遵循，非邏輯思維沒有固定的邏輯規(guī)則可以遵循，結(jié)論的可靠性有限，但創(chuàng)造性大。對于環(huán)境工程專業(yè)的本科生，其科研思維的培養(yǎng)，應(yīng)堅(jiān)持分析與綜合結(jié)合的邏輯方法、歸納與演繹結(jié)合的邏輯方法，同時注重創(chuàng)新性思維和合理想象等非邏輯方法，在認(rèn)識已知表象的基礎(chǔ)上，依據(jù)科學(xué)規(guī)律進(jìn)行加工改造，充分展現(xiàn)人的思維發(fā)散能力和“靈感”領(lǐng)悟事物的本質(zhì)。

（二）科研設(shè)計與技能培養(yǎng)

科研創(chuàng)新離不開科研設(shè)計和實(shí)驗(yàn)，大致分為研究型設(shè)計和實(shí)驗(yàn)型設(shè)計。研究型設(shè)計是對科學(xué)研究的方法和內(nèi)容進(jìn)行具體的設(shè)想和計劃安排，例如理論探究、模擬計算等。實(shí)驗(yàn)型設(shè)計是通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、采用實(shí)驗(yàn)手段對從事科學(xué)研究的設(shè)想和計劃安排。在目前的環(huán)境工程課程體系中，雖有相關(guān)數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的基礎(chǔ)，但與科研實(shí)驗(yàn)結(jié)合不甚緊密，數(shù)據(jù)分析、誤差控制等方面仍顯不足。雖然也有程序設(shè)計等計算機(jī)基礎(chǔ)，但與環(huán)境類的科研、實(shí)驗(yàn)的結(jié)合度較差，一般也沒有掌握一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計軟件的應(yīng)用，也影響了模擬分析方面的開展。

除了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識外，科研技能培養(yǎng)的有效途徑是參加課題研究，在具體的研究（可分前期、中期和后期）中積累經(jīng)驗(yàn)，提升科研技能?？蒲星捌诎蒲匈Y料的收集、文獻(xiàn)閱讀與整理，以及對研究進(jìn)展的分析和綜合，形成自己的觀點(diǎn)。尤其是如何撰寫好科研項(xiàng)目申請書，凸顯立項(xiàng)依據(jù)、明晰研究目標(biāo)和研究內(nèi)容，細(xì)化研究方案、強(qiáng)化研究基礎(chǔ)與工作條件等部分，缺乏系統(tǒng)的教學(xué)和培訓(xùn)。在科研中期，更需注意實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊宄?shí)驗(yàn)方案要可行、實(shí)驗(yàn)設(shè)計要合理、實(shí)驗(yàn)手段要先進(jìn)[14]，但多數(shù)學(xué)生對如何制定較為詳細(xì)的課題計劃及操作規(guī)程，進(jìn)行課題組織與分解、方案設(shè)計與實(shí)施等方面，缺乏系統(tǒng)的指導(dǎo)。在科研后期，如何進(jìn)一步對研究成果分析和討論，總結(jié)研究成果的先進(jìn)性，促進(jìn)成果提煉并形成學(xué)術(shù)論文發(fā)表或?qū)＠暾?，往往多?shù)學(xué)生迫于時間和經(jīng)驗(yàn)等因素達(dá)不到完善的總結(jié)。由此可見，上述科研過程，涉及了從文獻(xiàn)檢索、科研設(shè)計、實(shí)驗(yàn)技能、論文寫作等方面，但現(xiàn)有的培養(yǎng)環(huán)節(jié)即便有些課程涉及，但關(guān)鍵鏈條缺失，從而也導(dǎo)致這樣的事實(shí)： 雖然本科生參與“國創(chuàng)”、“百項(xiàng)”等科研活動眾多，但成果的顯著性普遍不高，科研成功的比率也有待提高。

（三）加強(qiáng)創(chuàng)新成果的凝練和轉(zhuǎn)化

環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化的方式主要有發(fā)明創(chuàng)造、專利申請和發(fā)表科學(xué)論文。發(fā)明創(chuàng)造和專利申請是實(shí)現(xiàn)自我價值、成果轉(zhuǎn)化的有效途徑?？蒲姓撐牡膶懽?，也是把研究的價值意義、檢驗(yàn)假設(shè)或重要的發(fā)現(xiàn)揭示出來，通過定性、定量的系列表征、檢驗(yàn)或測試，進(jìn)一步闡釋新方法或新理論。但總體來說，環(huán)境工程專業(yè)課程體系往往僅有專業(yè)英語課程，而對論文寫作規(guī)范、數(shù)據(jù)處理及分析、圖表制作、英文寫作等方面涉及比較少，多數(shù)學(xué)生對期刊投稿與修復(fù)是摸著石頭過河，甚至對基本的學(xué)術(shù)誠信與不端行為都缺乏鑒別力。這些情況表明，為有效提升環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，迫切需要加強(qiáng)學(xué)術(shù)規(guī)范、科技寫作等課程的頂層設(shè)計和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

四、結(jié)束語

時代和社會的發(fā)展為新工科建設(shè)背景下環(huán)境工程專業(yè)帶來了重大機(jī)遇，凸顯了大學(xué)生科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)培養(yǎng)的重要性。本文闡述了新工科的內(nèi)涵、特征和重要目標(biāo)，揭示了新工科背景下環(huán)境專業(yè)學(xué)生在科研創(chuàng)新方面存在的主要問題，討論了培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的原則，提出了環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力和素質(zhì)培養(yǎng)的途徑，尤其要從頂層加強(qiáng)創(chuàng)新類相關(guān)課程教學(xué)設(shè)計，將能更好地符合新工科人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)，將學(xué)生培養(yǎng)成為具有新工科思維特色、科研技能和實(shí)踐能力的創(chuàng)新人才。

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