環境學科學生自主創新實驗能力的培養

魯逸人，劉憲華，季 民，姜曉峰，李麗萍，趙金娟

(天津大學a.環境科學與工程學院;b.建筑工程學院，天津300072)

0 引 言

近年來席卷全球的經濟危機，加速了新科技革命和高等教育改革進程。在這個背景下，高等教育以及大學將迎來前所未有的機遇和挑戰。建設創新型國家需要高校有更大作為，現代化的實現必須發揮高校在培養創新人才中的主渠道作用。去年，國家從建設創新型國家的戰略高度提出了“協同創新”的重要思想。教育部下發了《關于實施高等學校創新能力提升計劃的意見》，正式啟動“2011 計劃”。天津大學是一所有百年歷史的高等學府，主動與產、學、研、用等結合，圍繞國家需求、瞄準世界一流，創新教學機制，不僅是學校服務創新型國家建設的時代責任，更是創建世界一流大學的重要途徑。因此，加快推動自主創新型教育，實施“2011 計劃”，全面提高高等教育質量，具有十分重要的意義［1-2］。

1 國內外現狀和主要問題

當今大學生的創新能力開發現狀不容樂觀。我國學生從小學到大學經過層層選拔，大學生經過多年應試教育的洗磨，步入大學以后抱著松懈享樂的心理，對發明創造的追求和渴望明顯不如國外的大學生。創新人才最根本的特征在于創新精神、創新意識和創新能力，因此，強調學生在學習過程中主動探究各種理念和實踐逐漸受到各國大學的重視。不少國家形成了獨特的實踐教學模式，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、日本的產學合作等，給創新型教育提供了寶貴的經驗。圍繞創新人才培養目標，各學校正在不斷深化教學改革，其中課程教學體系改革對創新人才培養起著非常重要作用。課程改革的方向是否正確、方法是否得當、深度廣度是否到位，決定著創新人才的培養質量。在研究經費投入方面，國外高校本著“理論服務于實際”的觀念，先進的實驗室保證了學生有較多進實驗室動手的機會。而國內由于各方面條件限制，學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，在國內學生只能觀摩，而在國外則可以自己親自動手，甚至嘗試多次。另一方面，國外在入學申請時，高校對于申請學生是否有參與國際性、認可度高的競賽較為關注，特別是該生的實驗室經歷。這些都體現了國外高校人才培養模式的優勢。

近年來，天津大學環境學院通過一些課程的教學改革實驗，整合教學資源，上述情況得到了一定程度的改善，對實驗課教學的要求逐年提高［3-7］。學院在課程設計中，利用基礎實驗讓學生更好地加深基礎知識的理解，利用綜合創新實驗讓學生進一步綜合應用知識的同時能夠完成實驗設計初步創新，鍛煉工程實踐經驗，研究生的拔尖創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，目前還沒有為培養本科生的自主創新能力而建立的實驗體系、沒有建立聯合創新實驗室，還缺乏利用科研創新轉換的實驗真正讓學生能夠將知識應用于實際中的工作。因此，努力用科研的先進技術、先進理論與手段用于本科實驗教學，將生產中的實際工藝用于本科實驗教學，讓學生深入到實踐中去，使學生站在高的起點上迎接新技術的挑戰成為我們的一項重要的工作。具體在實踐教學中，把各學科知識綜合應用于創新，培養學生的創新能力，在以往工作的基礎上，重點進行學生自主創新能力的培養系列工作。

2 創新型實驗的設立與學生創新能力的培養

2.1 設立創新型實驗教學模式

創新實驗課分組進行，同時多名教師參加指導。例如讓學生從早期對完全陌生的某一種環境典型物質分析測試理論的接觸，然后運用現代分析技術實測，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，然后同學們熱烈的討論，集思廣益。而課題指導老師在介紹新知識的時候注意專業知識基礎薄弱的特點，講解深入淺出，并組織操作的小實驗，并且要求學生以論文的格式而不是實驗報告來分析數據，讓學生熟悉試驗背景知識和基本技能。在整個過程中，老師與傳統教育模式中相比大大不同，在實驗方案設計、數據處理分析、規律總結方面給了學生充分的思考空間，學生能切身感受到經歷高質量的創新實驗課題的魅力［4-6］。

2.2 轉化科研成果設立新實驗

不斷將新的實驗技術和學科前沿知識、科研成果引入實驗教學，既是實驗教學的重要內容，也是培養與現代社會及科技發展相適應的高素質人才的要求。為此，將近年來新的實驗技術和學科前沿知識引入實驗教學，優化教學內容是本課題的一項重要內容。將實驗內容與科研成果相結合，課題可以來源于實際項目，也可以是將科研成果轉化為教學實驗項目，都是我們為調動學生學習興趣而采用的重要措施，也是我們改革的目標之一［9-11］。

例1:比如開設設計性實驗項目“食品中的成分分析”。該實驗要求學生選擇自己所關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，學生查閱文獻資料，制定采樣、樣品處理與分析方案，最后經教師指導后，由學生挑選實驗時間、自己準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、挑戰性和自主創新性，受到了學生的喜歡。

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”，可以讓學生在學習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，都可以作為環境污染物分析、治理和生活、生產實際相結合，鍛煉學生自主創新設計實驗、提高實驗能力的例子。

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

2.3 多環節貫穿自主創新實驗教學

培養學生的創新能力是一項系統工程，不是一朝一夕能完成的，也不是在某一個學期的事情，而應該全面系統地貫穿于學生整個大學學習階段。單從實驗課教學方面來講，從基礎實驗、專業基礎實驗、專業實驗都應該有一定的體現，要讓學生做到敢想、敢做、會做，進而發展到會說、會寫。研究團隊的老師在不同階段設計、建立系統的創新能力培養實驗，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。創新貫穿整個教學周期而不是僅限小課題周期，起到真正的創新教育作用，這種創新模式和精神應該普及到老師同學們中去［8］。

2.4 多種形式鼓勵學生自主創新學習

在培養學生自主創新意識的同時，我們還采用多種手段和形式，綜合鼓勵學生全方位學習。例如舉辦創新技術設計賽，將創新技術進行展示和交流，從而互相發現問題、提出新的思路和方案，促進學生和老師間、學生和學生間的頭腦風暴交流。在拔尖創新工作中舉辦座談交流會，邀請校內外專家和優秀的同學將科研和創新心得介紹給大家。學生的專業知識面有限，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，但在特定的研究領域卻缺乏敏銳獨特的目光，甚至對某些極其特定的環節老師也不甚了解。因此邀請國內外專家進行學術講座和交流，成為點睛之筆，顯得很有意義。對于學生拓寬視野，緊跟國際研究熱點，學習和了解先進技術，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 共建創新實驗教學實驗室［12-14］

以往要體現創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實驗室中也應配備的基礎性設備、器材。大范圍的進行創新實驗室的建設難免會帶來新一輪的建設資金問題。這種創新實驗教學主要應定位在特定知識領域基礎知識體系上的突破。“傳統”與“創新”不但不矛盾，而且是統一的，兩者的組合才是一個真正實驗室所應扮演的完整“角色”。補充傳統實驗室缺失的創新教育功能是創新實驗室建設的重要功能，能在最短的時間內發揮效益;也是一條經濟之路，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。創新實驗課程的設立和開展，不僅需要大量的儀器設備、實驗設施，也需要聯合環保企業在某些特定的領域合作，還需要開展高校之間的合作，互通有無，取長補短，共享實驗設施，建立聯合創新教學實驗室。這樣在實驗設備使用方面，給于了學生充分的自由，使得學生有機會自主利用實驗室。

3 結 語

本項課題在研究團隊前期多年的生物化學實驗、環境監測實驗和大氣污染控制等課程的教學工作基礎上，整合各學科特點，開發突出學生自主創新型綜合實驗。在實驗教學中，我們使用學生自主創新教學體系和方法。通過課堂教學結合小組多位老師跟蹤指導的方式，有效地激發了學生對創新設計實驗的學習熱情。同時，注重將科研成果轉化到創新實踐教學，提高了學生實驗設計能力、動手能力和創新能力，調動學生主動學習的興趣，通過本項實驗教學改革，學生從一開始便結合課程灌輸創新精神，然后綜合教學資源、學生興趣，組成創新小組跟隨老師一起，把創新人才培養落實到實驗探究和小課題研究中來，這在國內環境類專業實驗教學中有較強的推廣價值［15-16］。

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