新工科背景下資源環(huán)境科學專業(yè)一體化實驗教學模式構(gòu)建

摘 要 文章分析了資源環(huán)境科學專業(yè)實驗教學的重要性和現(xiàn)狀，并基于新工科建設(shè)背景，提出了資源環(huán)境科學專業(yè)一體化實驗教學模式，探討了如何通過內(nèi)容創(chuàng)新、教學方法改革、實踐平臺建設(shè)和評價體系完善來構(gòu)建這一模式，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實踐能力和團隊協(xié)作能力的復合型人才。

關(guān)鍵詞 新工科；資源環(huán)境科學；一體化實驗教學；實踐能力；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.19.024

Construction of An Integrated Experimental Teaching Mode for Resource and Environmental Science Majors under the New Engineering Background

LIU Taoze

（College BmFU7Ya49XoOZVMSEnjc/w==of Eco-Environment Engineering， Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract This paper analyzes the importance and current situation of the experimental teaching of resources and environmental science specialty， and based on the background of the construction of new engineering courses， puts forward the integrated experimental teaching model of resources and environmental science specialty， and discusses how to construct this model through content innovation， teaching method reform， practice platform construction and evaluation system improvement. Intended to cultivate versatile talents with innovative spirit， practical ability， and teamwork.

Keywords new engineering; resource and environmental sciences; integrated experimental teaching; practical ability; innovation ability

新工科是一種以創(chuàng)新能力、協(xié)同性和實踐性為特點的工程教育改革，是主動應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動[1-2]。它強調(diào)工程教育的實用性和綜合性，注重培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力。新工科教育將工程技術(shù)與自然科學、社會科學、人文藝術(shù)等多學科相結(jié)合，形成了跨學科、復合型、創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)模式[3]。資源環(huán)境科學專業(yè)作為新工科教育的重要組成部分，承擔著培養(yǎng)環(huán)境領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的重要使命。然而，傳統(tǒng)的教學模式往往過于側(cè)重對理論知識的傳授，忽視了學生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，這與新工科教育的目標存在較大差距。因此，在新工科背景下，資源與環(huán)境類專業(yè)面臨著實驗教學模式改革的重要任務。為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實踐能力和團隊協(xié)作能力的復合型人才，本文針對現(xiàn)有實驗教學模式中存在的問題進行了分析，提出了資源環(huán)境科學專業(yè)一體化實驗教學模式構(gòu)建的方法和設(shè)想。

一體化實驗教學模式的構(gòu)建，旨在“產(chǎn)學研用”的深度融合，實驗教學與理論教學相結(jié)合，構(gòu)建新型信息化平臺，從而打破學科間的界限，促進學生在實踐中學習，在學習中實踐[4-6]。這種模式不僅能夠提高學生的實驗操作技能，還能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)他們解決實際環(huán)境問題的能力。通過這種實驗教學模式，學生可以在真實的實驗環(huán)境中應用所學知識，從而更好地理解和掌握資源環(huán)境科學的基本原理和應用技術(shù)。

1 資源環(huán)境科學實驗教學的重要性和現(xiàn)狀

1.1 實驗教學的重要性

新工科教育強調(diào)跨學科知識的整合，要求學生能夠?qū)⒉煌瑢W科的理論與方法融合，形成解決問題的綜合能力。在教學中，應設(shè)計跨學科的課程和項目，讓學生在解決環(huán)境問題時能夠綜合運用多學科的知識，培養(yǎng)他們的系統(tǒng)思維和綜合分析能力。

資源環(huán)境科學是一個多學科交叉的領(lǐng)域，涉及生態(tài)學、地理學、化學、物理學、材料科學等多個學科[7-8]。資源環(huán)境科學專業(yè)的實驗教學不僅是理論知識的驗證過程，也是培養(yǎng)學生實踐技能和提升問題解決能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實驗教學能夠幫助學生理解復雜環(huán)境系統(tǒng)的工作原理，掌握環(huán)境監(jiān)測、污染治理、生態(tài)修復等實際操作技能，在安全可控的環(huán)境中模擬真實世界中的環(huán)境問題，學習如何設(shè)計實驗方案、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，并提出解決方案。

1.2 實驗教學的現(xiàn)狀

隨著科技的飛速發(fā)展和全球環(huán)境問題的日益嚴重，社會對資源環(huán)境科學專業(yè)人才的需求不斷增加，同時也對該領(lǐng)域人才提出了更高的要求。目前，資源環(huán)境科學專業(yè)在實驗教學體系方面存在較多不足，主要包括：①實驗教學內(nèi)容與實際需求不匹配。隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進步，資源環(huán)境科學專業(yè)的實際工作需求也在不斷變化。然而，部分高校的實驗課程內(nèi)容仍停留在過時的理論和實踐技能上，無法滿足現(xiàn)實的工作需求；②實驗教學方法單一，缺乏靈活多樣性。傳統(tǒng)的實驗教學通常采用教師講解實驗原理并操作演示，然后按照實驗指導書的要求布置實驗任務，學生被動地觀察和模仿，缺乏探究性和創(chuàng)新性，這種教學模式對學生科學思維和實踐能力的培養(yǎng)不夠；③實驗課考核目標和體系不完善。在傳統(tǒng)的實驗教學模式中，教師往往只注重學生對實驗操作步驟的把握，而忽視了對學生實驗操作能力、科學思維和實踐能力的測評，這種方式存在著很大的局限性，無法全面評價學生在實驗過程中的表現(xiàn)和學習效果；④實驗平臺建設(shè)不足。目前學生開展的實驗主要在實驗室完成，由于實驗室設(shè)備落后，缺乏實際應用場景，嚴重制約了學生實際操作能力的提升和對實驗現(xiàn)實意義的理解。

2 資源環(huán)境科學一體化實驗教學模式構(gòu)建

2.1 一體化實驗教學的定義和內(nèi)容

一體化教學是指將產(chǎn)業(yè)、學術(shù)、研究和應用緊密結(jié)合起來，形成一個良性的互動循環(huán)。在教學過程中，這種模式強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，鼓勵學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而提高學生的創(chuàng)新能力和實踐能力[9]。一體化教學的核心內(nèi)容主要包括：①實驗教學與理論教學的整合：研究如何將實驗內(nèi)容與理論課程相結(jié)合，使學生在實踐中更好地理解和掌握理論知識；②實驗教學方法的創(chuàng)新：探討如何運用現(xiàn)代信息技術(shù)（虛擬實境和增強實境技術(shù)）和多樣化教學方法（如案例教學、項目驅(qū)動）來提高實驗教學的互動性和趣味性；③實踐平臺的建設(shè)：研究如何建立校內(nèi)外實踐基地，與企業(yè)合作，為學生提供真實的實踐環(huán)境，以及如何通過產(chǎn)學研合作項目提升學生的實踐能力。 ④評價體系的完善：研究如何建立多元化的評價體系，不僅評價學生的實驗操作技能，還要評價其創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力和解決實際問題的能力。

2.2 整合課程體系

理論課程與實驗課程是理工科專業(yè)教學的兩大基本形式，理論課程教學為培養(yǎng)學生的實踐能力服務，而實驗課程教學可以促進學生對理論知識的再次理解和應用。因此，在新工科背景下，整合課程體系是新工科教育改革的重要方向，一體化實驗教學模式的構(gòu)建必須從理論和實驗課程整合著手。一方面，在課程設(shè)置階段，需要深入思考如何將實驗教學與理論教學有機結(jié)合。這意味著在設(shè)計課程時，應當考慮到實驗活動如何與課程目標和內(nèi)容相匹配，如何通過實驗活動來加深學生對理論知識的理解和應用。例如，在土壤學系列實驗課程中，學生在學習了土壤學的基本原理后，可以通過實驗課程來觀察和測試土壤的理化性質(zhì)，從而更深刻地理解土壤學的相關(guān)知識。另一方面，實驗課程應與理論課程相輔相成，通過實驗來驗證和深化理論知識，同時理論課程為實驗提供必要的背景和指導。

3 構(gòu)建資源環(huán)境科學專業(yè)一體化實驗教學模式的方法

3.1 實驗內(nèi)容創(chuàng)新

實驗內(nèi)容的創(chuàng)新是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的重要步驟。實驗內(nèi)容的創(chuàng)新需要教師和學生共同努力來完成，可以從以下幾個方面來進行：①引入新的研究問題，資源環(huán)境科學專業(yè)需要面對現(xiàn)實生活中的挑戰(zhàn)，也可以是學科領(lǐng)域內(nèi)尚未解決的科學問題。通過引入新的研究問題，可以激發(fā)學生的學習興趣，并推動他們進行深入的探究；②結(jié)合前沿技術(shù)，將最新的科技成果引入實驗教學中，可以為學生提供更廣闊的實踐平臺。例如，利用人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，不僅可以提高實驗的準確性，還可以培養(yǎng)學生的技術(shù)應用能力[10]；③跨學科融合，資源環(huán)境科學研究往往需要綜合運用農(nóng)學、生物學、地質(zhì)學、化學、物理學、信息科學等多個學科的知識和技術(shù)，通過不同學科之間的交叉融合，可以為實驗內(nèi)容創(chuàng)新提供更多的可能性；④讓學生參與實驗設(shè)計的過程，可以激發(fā)他們的創(chuàng)新思維和主動性。在這個過程中，教師可以引導學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并鼓勵他們嘗試不同的解決方案。通過這種方式，學生不僅可以學到更多的知識，還可以培養(yǎng)自己獨立思考和解決問題的能力；⑤注重實驗過程與結(jié)果的反思，通過反思實驗過程和結(jié)果，學生可以發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題和不足，并提出改進方案。

3.2 實驗教學方法改革

實驗教學方法改革是當前教育領(lǐng)域的重要議題之一。傳統(tǒng)的實驗教學方法比較注重理論知識的傳授和實驗技能的培養(yǎng)，但卻忽略了學生自主學習和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。新工科旨在通過信息化、智能化或其他學科的滲透，轉(zhuǎn)型、改造和升級傳統(tǒng)工科專業(yè)。因此，實驗教學方法改革旨在打破傳統(tǒng)的教學模式，探索適應新工科需求，促進學生自主學習的教學方法。首先，要加強多樣化教學方法的應用，例如采用多種教學方法，如講授、討論、演示、小組合作等，以適應不同學生的學習需求和偏好；其次，信息技術(shù)在實驗教學中的應用也非常重要，例如通過在線實驗室、虛擬仿真和數(shù)據(jù)分析工具等信息技術(shù)的應用，可以有效增強實驗教學的互動性和可訪問性，提高學生的學習興趣和教學效果。

3.3 實踐平臺建設(shè)

實驗教學是理論與實踐相結(jié)合的教育模式，打造產(chǎn)學研用一體化的教育基地是讓學生更好地掌握知識，提升實踐能力重要的一環(huán)。實踐基地的建立與管理，以及產(chǎn)學研合作項目的開展，對于提高學生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。實踐平臺的多樣化建設(shè)，不僅為學生提供了實際操作和研究的機會，還有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。例如，貴州民族大學生態(tài)環(huán)境工程學院目前擁有塑料應用綠色低碳技術(shù)工程研究中心、固廢污染控制與資源化工程研究中心、農(nóng)業(yè)綠色技術(shù)與應用研究創(chuàng)新團隊等平臺，這些平臺承擔了很多服務地方經(jīng)濟社會發(fā)展的項目，在這些平臺上，學生可以親身參與科研項目，了解科研的艱辛與樂趣，激發(fā)他們的求知欲和探索精神。同時，實踐平臺的建設(shè)還能夠促進學校與社會的聯(lián)系，推動產(chǎn)學研用深度融合，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才提供有力支持。

3.4 完善評價體系

在實驗教學中，對課程實施效果進行評價是非常重要的，傳統(tǒng)教學中往往依據(jù)學生完成實驗報告的質(zhì)量來進行考核，而忽視了對實驗教學過程各環(huán)節(jié)的考核。一個完善的評價指標不僅要關(guān)注學生對知識的掌握程度，還要注重學生的技能應用、創(chuàng)新能力和團隊合作等方面的表現(xiàn)[11-12]。因此，完善的評價體系應該體現(xiàn)以下幾個方面的內(nèi)容：①實驗操作和技能應用評價：通過實驗操作、實驗內(nèi)容和完成情況等方面，評估學生將所學知識應用于解決實際問題的能力，從而幫助學生將理論知識與實際操作相結(jié)合，提高其實踐能力和解決問題的能力；②創(chuàng)新能力評價：通過實驗實踐項目設(shè)計、實驗研究報告等方式，評估學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力；③團隊合作協(xié)作能力評價：通過小組討論、團隊協(xié)作等方式培養(yǎng)學生的溝通能力和團隊合作精神。

4 結(jié)語

實驗教學作為資源環(huán)境科學專業(yè)教育培養(yǎng)體系中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是理論與實踐的深度融合，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、實踐能力和解決復雜環(huán)境問題能力的工程技術(shù)人員。在新工科背景下，一體化實驗教學模式的構(gòu)建將有效解決當前資源環(huán)境專業(yè)實驗教學模式中存在的問題，極大提高學生的實驗操作、創(chuàng)新和團隊協(xié)作能力。當前，貴州民族大學基于“三全育人”理念，積極推進一體化實驗教學模式構(gòu)建，通過全員參與、全過程覆蓋和全方位實施，緊跟新工科人才培養(yǎng)要求，旨在提高資源環(huán)境科學專業(yè)實驗教學的質(zhì)量和效果，培養(yǎng)出更多能夠解決實際環(huán)境問題的高質(zhì)量創(chuàng)新型工程人才。

基金項目：貴州省教育廳自然科學研究項目（黔教技[2023]034號）。

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