环境学科学生自主创新实验能力的培养

鲁逸人，刘宪华，季 民，姜晓峰，李丽萍，赵金娟

(天津大学a.环境科学与工程学院;b.建筑工程学院，天津300072)

0 引 言

近年来席卷全球的经济危机，加速了新科技革命和高等教育改革进程。在这个背景下，高等教育以及大学将迎来前所未有的机遇和挑战。建设创新型国家需要高校有更大作为，现代化的实现必须发挥高校在培养创新人才中的主渠道作用。去年，国家从建设创新型国家的战略高度提出了“协同创新”的重要思想。教育部下发了《关于实施高等学校创新能力提升计划的意见》，正式启动“2011 计划”。天津大学是一所有百年历史的高等学府，主动与产、学、研、用等结合，围绕国家需求、瞄准世界一流，创新教学机制，不仅是学校服务创新型国家建设的时代责任，更是创建世界一流大学的重要途径。因此，加快推动自主创新型教育，实施“2011 计划”，全面提高高等教育质量，具有十分重要的意义［1-2］。

1 国内外现状和主要问题

当今大学生的创新能力开发现状不容乐观。我国学生从小学到大学经过层层选拔，大学生经过多年应试教育的洗磨，步入大学以后抱着松懈享乐的心理，对发明创造的追求和渴望明显不如国外的大学生。创新人才最根本的特征在于创新精神、创新意识和创新能力，因此，强调学生在学习过程中主动探究各种理念和实践逐渐受到各国大学的重视。不少国家形成了独特的实践教学模式，如英国的三明治课程、美国的合作教育计划、德国的双元制教育计划、日本的产学合作等，给创新型教育提供了宝贵的经验。围绕创新人才培养目标，各学校正在不断深化教学改革，其中课程教学体系改革对创新人才培养起着非常重要作用。课程改革的方向是否正确、方法是否得当、深度广度是否到位，决定着创新人才的培养质量。在研究经费投入方面，国外高校本着“理论服务于实际”的观念，先进的实验室保证了学生有较多进实验室动手的机会。而国内由于各方面条件限制，学生通过观看视频或教师演示被动接受知识的比例明显比国外高校多。比如同样一个实验，在国内学生只能观摩，而在国外则可以自己亲自动手，甚至尝试多次。另一方面，国外在入学申请时，高校对于申请学生是否有参与国际性、认可度高的竞赛较为关注，特别是该生的实验室经历。这些都体现了国外高校人才培养模式的优势。

近年来，天津大学环境学院通过一些课程的教学改革实验，整合教学资源，上述情况得到了一定程度的改善，对实验课教学的要求逐年提高［3-7］。学院在课程设计中，利用基础实验让学生更好地加深基础知识的理解，利用综合创新实验让学生进一步综合应用知识的同时能够完成实验设计初步创新，锻炼工程实践经验，研究生的拔尖创新工作也逐渐开展起来。通过这些实验改革和努力，取得了一定的成效。但是，目前还没有为培养本科生的自主创新能力而建立的实验体系、没有建立联合创新实验室，还缺乏利用科研创新转换的实验真正让学生能够将知识应用于实际中的工作。因此，努力用科研的先进技术、先进理论与手段用于本科实验教学，将生产中的实际工艺用于本科实验教学，让学生深入到实践中去，使学生站在高的起点上迎接新技术的挑战成为我们的一项重要的工作。具体在实践教学中，把各学科知识综合应用于创新，培养学生的创新能力，在以往工作的基础上，重点进行学生自主创新能力的培养系列工作。

2 创新型实验的设立与学生创新能力的培养

2.1 设立创新型实验教学模式

创新实验课分组进行，同时多名教师参加指导。例如让学生从早期对完全陌生的某一种环境典型物质分析测试理论的接触，然后运用现代分析技术实测，最后每组书写小论文的出炉，每一次讨论上老师首先进行充满激情的讲解，然后同学们热烈的讨论，集思广益。而课题指导老师在介绍新知识的时候注意专业知识基础薄弱的特点，讲解深入浅出，并组织操作的小实验，并且要求学生以论文的格式而不是实验报告来分析数据，让学生熟悉试验背景知识和基本技能。在整个过程中，老师与传统教育模式中相比大大不同，在实验方案设计、数据处理分析、规律总结方面给了学生充分的思考空间，学生能切身感受到经历高质量的创新实验课题的魅力［4-6］。

2.2 转化科研成果设立新实验

不断将新的实验技术和学科前沿知识、科研成果引入实验教学，既是实验教学的重要内容，也是培养与现代社会及科技发展相适应的高素质人才的要求。为此，将近年来新的实验技术和学科前沿知识引入实验教学，优化教学内容是本课题的一项重要内容。将实验内容与科研成果相结合，课题可以来源于实际项目，也可以是将科研成果转化为教学实验项目，都是我们为调动学生学习兴趣而采用的重要措施，也是我们改革的目标之一［9-11］。

例1:比如开设设计性实验项目“食品中的成分分析”。该实验要求学生选择自己所关心的日常食物如饮用水、瓜果、蔬菜、饮料等中的有益或有害成分为分析对象，组成多个实验小组，学生查阅文献资料，制定采样、样品处理与分析方案，最后经教师指导后，由学生挑选实验时间、自己准备和完成实验直至写出实验报告。这样的实验项目因为贴近生活并具有实用性、挑战性和自主创新性，受到了学生的喜欢。

例2:如最近为公共热议的食品安全问题“几种食品安全性的简易检测法”，可以让学生在学习了几种食品安全性的简易鉴别法后，测定了他们身边常见的食品中苏丹红、Pops 进入食品中的分析等，都可以作为环境污染物分析、治理和生活、生产实际相结合，锻炼学生自主创新设计实验、提高实验能力的例子。

例3:“工业废水水质检测”全分析实验，尤其是工业污水的治理，需要的工艺链往往较长，分析的参数较多，需要一定的工作量。一方面让学生学习了纯净水的制备方法，也使其切身感受纯净水制备的不易，从而增强了节水意识，全面掌握了水质各项参数的分析方法。

2.3 多环节贯穿自主创新实验教学

培养学生的创新能力是一项系统工程，不是一朝一夕能完成的，也不是在某一个学期的事情，而应该全面系统地贯穿于学生整个大学学习阶段。单从实验课教学方面来讲，从基础实验、专业基础实验、专业实验都应该有一定的体现，要让学生做到敢想、敢做、会做，进而发展到会说、会写。研究团队的老师在不同阶段设计、建立系统的创新能力培养实验，而不仅仅是单独局限于某一阶段的实验课，所以能起到长期扎实的效果。创新贯穿整个教学周期而不是仅限小课题周期，起到真正的创新教育作用，这种创新模式和精神应该普及到老师同学们中去［8］。

2.4 多种形式鼓励学生自主创新学习

在培养学生自主创新意识的同时，我们还采用多种手段和形式，综合鼓励学生全方位学习。例如举办创新技术设计赛，将创新技术进行展示和交流，从而互相发现问题、提出新的思路和方案，促进学生和老师间、学生和学生间的头脑风暴交流。在拔尖创新工作中举办座谈交流会，邀请校内外专家和优秀的同学将科研和创新心得介绍给大家。学生的专业知识面有限，视野不够广阔，相互之间的交流虽然能够起到一定的促进作用，但在特定的研究领域却缺乏敏锐独特的目光，甚至对某些极其特定的环节老师也不甚了解。因此邀请国内外专家进行学术讲座和交流，成为点睛之笔，显得很有意义。对于学生拓宽视野，紧跟国际研究热点，学习和了解先进技术，掌握先进的科研思维和理念，集百家之长，都起到了非常重要的作用。

2.5 共建创新实验教学实验室［12-14］

以往要体现创新实验室的相对独立性、完整性，不可避免地需要购置那些在传统实验室中也应配备的基础性设备、器材。大范围的进行创新实验室的建设难免会带来新一轮的建设资金问题。这种创新实验教学主要应定位在特定知识领域基础知识体系上的突破。“传统”与“创新”不但不矛盾，而且是统一的，两者的组合才是一个真正实验室所应扮演的完整“角色”。补充传统实验室缺失的创新教育功能是创新实验室建设的重要功能，能在最短的时间内发挥效益;也是一条经济之路，因此，资源整合方式能最大程度地避免“另起炉灶”所带来的资源浪费。创新实验课程的设立和开展，不仅需要大量的仪器设备、实验设施，也需要联合环保企业在某些特定的领域合作，还需要开展高校之间的合作，互通有无，取长补短，共享实验设施，建立联合创新教学实验室。这样在实验设备使用方面，给于了学生充分的自由，使得学生有机会自主利用实验室。

3 结 语

本项课题在研究团队前期多年的生物化学实验、环境监测实验和大气污染控制等课程的教学工作基础上，整合各学科特点，开发突出学生自主创新型综合实验。在实验教学中，我们使用学生自主创新教学体系和方法。通过课堂教学结合小组多位老师跟踪指导的方式，有效地激发了学生对创新设计实验的学习热情。同时，注重将科研成果转化到创新实践教学，提高了学生实验设计能力、动手能力和创新能力，调动学生主动学习的兴趣，通过本项实验教学改革，学生从一开始便结合课程灌输创新精神，然后综合教学资源、学生兴趣，组成创新小组跟随老师一起，把创新人才培养落实到实验探究和小课题研究中来，这在国内环境类专业实验教学中有较强的推广价值［15-16］。

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