基于新工科的“思-融-研-赛”混合式实验教学模式探索

杨楠 陈翠红 鲁金凤 孙红文

摘  要：面向新工科和专业工程认证的双重要求，本科实验教学实验室作为实践教学的前沿阵地，对“新环工”实验教学模式进行了探索与实践。文章提出了“思-融-研-赛”混合式实验教学模式，以学生为中心，思政为引领，坚持立德树人;基于CDIO教育模式，利用虚拟仿真实验教学平台，弥补学生在传统工科实验中不能操作复杂工艺流程的弊端，注重学生创新能力和工程实践能力的培养。最后，以赛促教，以赛验学，强化实验教学效果，以适应新工科高素质环境工程应用型人才的需求。

关键词：新工科;实验教学模式;CDIO;实践教学

中图分类号：G642       文獻标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）S1-0102-03

Abstract： Undergraduate teaching laboratory is the frontier of practice teaching under the background of emerging engineering education and professional engineering certification. Exploration and practice of the experiment teaching mode for New Environmental Engineering is conducted. This paper puts forward a mixed teaching method of ideology-integration-research-competition， which is one kind of study way that take the students as the center， ideological and political guidance， and foster virtue through education. Based on the CDIO education mode， virtual simulation experiment teaching platform is used to make up for the disadvantage that students cannot operate complex technological process in traditional engineering experiments and focus on developing students' innovative ability and engineering practice ability. Finally， to meet the needs of high-quality environmental engineering Talents， we should promote teaching with competition， test learning with competition， and strengthen experimental teaching effect.

Keywords： emerging engineering education; experiment teaching mode; CDIO; practical teaching

新工科这一概念提出以来，形成了“复旦共识”和“天大行动”，开启了我国工程教育的新革命[1-2]。为贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，响应国家战略需求，在新工科建设和工程教育认证的双重推动下，作为国家生态文明建设中发挥排头兵作用的环境工程专业，迫切需要深化工程教育改革。“交叉型、创新型、开放型和国际化”是新的环境工程专业发展的要求和趋势。

更高层次的人才需求，也对高等学校教育提出了更明确的建设目标。要应对我国和世界范围内的环境保护新态势、新挑战，塑造环保行业人才培养新模式，亟需更新符合时代需求的，既有中国特色又能迎接国际挑战的人才培养体系和实践方案。建构以学生为中心、成果为导向、体验为引领的新式课堂，合理运用原理性教学方法、技术性教学方法、操作性教学方法，在当下是亟需探讨和转变的。

一、工科专业实验教学现状

（一）精神文化建设和思想政治教育薄弱问题

实验教学主要的上课模式是流动式的，导致实验室如同作坊一样，文化缺失，学生的归属感不强。随着国家“双一流”建设战略的实施，工程认证工作的逐步推行，高校环境类实验室规模不断扩大，实验室的运行管理要求规范化和人性化。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程[3]。精神文化是核心，实验教学中心作为高校实践教学的主要阵地，是开展社会服务和文化传承的重要载体，创建绿色、健康的实验室环境、强化实验室德育功能，着力提升实验室文化建设水平，对培养全面发展的德才兼备的高层次人才及对实验室更高质量内涵式发展具有重要的意义。

（二）能力培养体系相对弱化，落实不到位

新工科要求“新”[4]，因此“新环工”的实验教学要形式多样化，内容丰富化。实验教学内容过渡到设计型、综合型，开展形式转化为小组协作，全班融合。实验的完整开展要求引入大型精密设备，但由于大型仪器设备价格昂贵、后期维护难，教学实验室数量有限，导致小组协同实验中“蹭实验”现象频发，学生在实验过程中动手操作机会反而减少，并未达到预期的实验效果，使课程效果大大缩水。

（三）工程实践能力培养和专业教育耦合不到位

环境工程专业是一门重实践的复合交叉学科。在学生的整个培养体系中，工程实践能力是衡量人才培养质量的关键指标。专业涉及的工艺单体、构筑物体积大，占地面积广，难以复制到实验室内;实验室里的工艺流程模型多为传统经典工艺，与实际需求有差异;课程实践以参观演示为主，难以吸引学生的兴趣。如何将学生的知识理解从“我见过”改变到“我用过”，激发学生的专业兴趣，是实验教学培养过程中需要解决的一个关键问题。

二、混合式教学法内涵

基于上述现状，提出了“思-融-研-赛”混合式实验教学模式[5]。强调培养学生学习自主性，激发学生的创新实践能力，增强师生互动，落实“学生中心、成果导向、持续改进”的国际工程教育专业认证理念[6]，让学生通过实验课堂把“想”“行”“用”有机结合起来。

（一）让实验室鲜活起来——思政渗透

新工科秉承“兴学强国”的责任和使命，明确将家国情怀融入工程人才培养全过程，培养主动服务社会、具有担当精神和爱国情感的工程人才[4]。通过实验教学提高学生的专业素养，培养学生的“工匠精神”与“科学精神”，引入专业伦理教育，潜移默化地强化学生的社会责任感和担当意识，将学生的格局升华，从一门课程分数的高低升华到对社会有益程度来思考问题。在实验室建立专门的文化展览区，包括学生实验的照片墙、“文化驿站”、“党政文化”、“科普专栏”等，让精神文化和科学研究相得益彰，让实验室文化成为坚持立德树人、实现“三全育人”的有效途径。

（二）把课堂丰富起来——虚实结合

实验课程在设计过程中弱化科目和章节的限制，将知识点融合为一个有机的整体，重点强化以能力为目标。借助信息化的教学手段，实现碎片化教学。以“有机固废好氧堆肥实验”为例，如图1所示。教师利用雨课堂发布实验课程大纲、仪器操作视频、PPT等多种形式的资料供学生自主学习，通过设置任务点督促学生完成预习，强化预习效果。借助虚拟仿真软件，可操作部分在实验室内完成，多参数变化、极限参数设置等实验通过虚拟仿真实验实现，加深学生的直观印象，拓宽学生的自由发挥空间。课后通过飞书等媒体，实现线上师生间的高频互动，答疑解惑，强化实验效果。

（三）让学生参与进来——CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学经过四年的研究探索创立的工程教育理念，是国际工程教育改革的最新成果[7]。要求以综合的培养方式使毕业生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定的学习目标[8]。实验内容项目化，由“学、校、企”三方协同，引入企业导师指导课程的社会价值，学生成为实验的主导者，避免了传统任务驱动式教学仅就教学而设任务，与实际生产和就业要求相分离的不足。让学生在学习过程和实践应用中，切实感受到学科知识的深度融合，融会贯通，学以致用。

（四）把学生送出去——以赛促学，以赛促用

对于当代大学生而言，他们的竞争对手不仅仅是学校的同学，坐井观天，只会消磨学生的激情。通过竞赛，形成鲶鱼效应，开拓眼界，思维碰撞，促使学生积极思考，形成良好的学习风气，从而使学生的创新意识和专业水平得到明显的提升。对于教师而言，是对教学成果的量化检验，深度剖析竞赛主题，了解学科前沿和社会热点话题，促进教学改革和教学研究。总而言之，将实验教学与大学生竞赛相结合，是以现代工程行业和社会的实际需求为准绳，综合基础知识和专业实践能力，实现以赛促学，以赛促用，是工科院校将教学成果與社会需求相连接的有效途径。如学生积极参与互联网+大学生创新创业大赛，促进研究成果的转化。学生通过“全国大学生市政环境创新实践能力”大赛强化和规范环境类化学监测实验操作规范，参与到复杂工艺流程设计中，了解行业发展方向。

三、实验教学改革目标

（一）思政融合，立德育人

以社会主义核心价值观为统领，将思想政治教育元素渗透到实验教学的各个环节中，磨炼工科人才的个人品质，强化家国情怀，塑造生态意识，认识到工程师的重要角色在社会中担负的重大社会责任。教学过程中，以点及面，层层深入，树立学生对环境专业的归属感、敬畏感，通过实验分组协作，取长补短，锻炼学生的团队合作精神和创新探索精神，实现育人与育才相统一。

（二）校企合作，产教融合

实验教学是培养动手实践能力的必经之路，企业是人才培养方向的直接窗口，以时代需求和行业发展推动实验教学改革，探讨专业素质教育和产业需求的结合要素，引入企业导师的参与实践指导，不断提升课程的综合程度。

（三）教学相长，深化改革

在改革实验教学过程中，整合实验室资源，积极推进CDIO工程教育模式，引入项目化教学方式，将理论知识和实践应用深度融合，邀请有经验的工程师参与到课程指导过程中。在实际工程中，工程师多年积累的经验可达到事半功倍的效果，这是学校里所学不到的。教学相长，青年教师通过沟通学习、企业合作等多种方式丰富实际工程经验，提升工程实践能力，破解理论与实际割裂的难题。

四、结束语

在新工科背景下，全面推行工程教育改革创新，高校工程专业教育将进入一个崭新的阶段。本文结合本科专业实验教学过程中存在的问题，提出“思-融-研-赛”混合式实验教学模式，将思想政治教育融入实验教学课堂，实现全过程、全方位育人，塑造德才兼备的卓越工程人才。以CDIO工程教育模式12条标准和能力大纲为评价指标，实验教学项目化改革，校企合作、产教融合，打造“厚理论强实践”的工程应用型综合人才。鼓励学生参与到学科竞赛中，赛教融合，开拓国际视野，强化学生的专业认同感，提高竞争力。

参考文献：

[1]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[2]“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[3]习近平在全国高校思想政治工作会议上强调：把思想政治工作贯彻教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[J].教育文化论坛，2016，8（6）：144.

[4]钟登华.新工科建设内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[5]王凤领，张金宝，朱玉琴.借鉴CDIO-OBE理念“学践研创赛”五位一体新工科深融合实践育人模式研究[J].高教学刊，2021，7（28）：5-8.

[6]“新工科”建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[7]王启要，张蕾蕾，常雅宁，等.新工科背景下以CDIO理念为引领的虚拟仿真实验教学探索与实践[J].化工高等教育，2021，38（4）：5-8.

[8]张根凤.CDIO理念下的工程实践类课程教学探讨[J].科教文汇，2021（23）：79-81.