基于新工科的“思-融-研-賽”混合式實驗教學模式探索

楊楠 陳翠紅 魯金鳳 孫紅文

摘 ?要：面向新工科和專業工程認證的雙重要求，本科實驗教學實驗室作為實踐教學的前沿陣地，對“新環工”實驗教學模式進行了探索與實踐。文章提出了“思-融-研-賽”混合式實驗教學模式，以學生為中心，思政為引領，堅持立德樹人;基于CDIO教育模式，利用虛擬仿真實驗教學平臺，彌補學生在傳統工科實驗中不能操作復雜工藝流程的弊端，注重學生創新能力和工程實踐能力的培養。最后，以賽促教，以賽驗學，強化實驗教學效果，以適應新工科高素質環境工程應用型人才的需求。

關鍵詞：新工科;實驗教學模式;CDIO;實踐教學

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：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

新工科這一概念提出以來，形成了“復旦共識”和“天大行動”，開啟了我國工程教育的新革命[1-2]。為貫徹落實創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，響應國家戰略需求，在新工科建設和工程教育認證的雙重推動下，作為國家生態文明建設中發揮排頭兵作用的環境工程專業，迫切需要深化工程教育改革?！敖徊嫘?、創新型、開放型和國際化”是新的環境工程專業發展的要求和趨勢。

更高層次的人才需求，也對高等學校教育提出了更明確的建設目標。要應對我國和世界范圍內的環境保護新態勢、新挑戰，塑造環保行業人才培養新模式，亟需更新符合時代需求的，既有中國特色又能迎接國際挑戰的人才培養體系和實踐方案。建構以學生為中心、成果為導向、體驗為引領的新式課堂，合理運用原理性教學方法、技術性教學方法、操作性教學方法，在當下是亟需探討和轉變的。

一、工科專業實驗教學現狀

（一）精神文化建設和思想政治教育薄弱問題

實驗教學主要的上課模式是流動式的，導致實驗室如同作坊一樣，文化缺失，學生的歸屬感不強。隨著國家“雙一流”建設戰略的實施，工程認證工作的逐步推行，高校環境類實驗室規模不斷擴大，實驗室的運行管理要求規范化和人性化。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程[3]。精神文化是核心，實驗教學中心作為高校實踐教學的主要陣地，是開展社會服務和文化傳承的重要載體，創建綠色、健康的實驗室環境、強化實驗室德育功能，著力提升實驗室文化建設水平，對培養全面發展的德才兼備的高層次人才及對實驗室更高質量內涵式發展具有重要的意義。

（二）能力培養體系相對弱化，落實不到位

新工科要求“新”[4]，因此“新環工”的實驗教學要形式多樣化，內容豐富化。實驗教學內容過渡到設計型、綜合型，開展形式轉化為小組協作，全班融合。實驗的完整開展要求引入大型精密設備，但由于大型儀器設備價格昂貴、后期維護難，教學實驗室數量有限，導致小組協同實驗中“蹭實驗”現象頻發，學生在實驗過程中動手操作機會反而減少，并未達到預期的實驗效果，使課程效果大大縮水。

（三）工程實踐能力培養和專業教育耦合不到位

環境工程專業是一門重實踐的復合交叉學科。在學生的整個培養體系中，工程實踐能力是衡量人才培養質量的關鍵指標。專業涉及的工藝單體、構筑物體積大，占地面積廣，難以復制到實驗室內;實驗室里的工藝流程模型多為傳統經典工藝，與實際需求有差異;課程實踐以參觀演示為主，難以吸引學生的興趣。如何將學生的知識理解從“我見過”改變到“我用過”，激發學生的專業興趣，是實驗教學培養過程中需要解決的一個關鍵問題。

二、混合式教學法內涵

基于上述現狀，提出了“思-融-研-賽”混合式實驗教學模式[5]。強調培養學生學習自主性，激發學生的創新實踐能力，增強師生互動，落實“學生中心、成果導向、持續改進”的國際工程教育專業認證理念[6]，讓學生通過實驗課堂把“想”“行”“用”有機結合起來。

（一）讓實驗室鮮活起來——思政滲透

新工科秉承“興學強國”的責任和使命，明確將家國情懷融入工程人才培養全過程，培養主動服務社會、具有擔當精神和愛國情感的工程人才[4]。通過實驗教學提高學生的專業素養，培養學生的“工匠精神”與“科學精神”，引入專業倫理教育，潛移默化地強化學生的社會責任感和擔當意識，將學生的格局升華，從一門課程分數的高低升華到對社會有益程度來思考問題。在實驗室建立專門的文化展覽區，包括學生實驗的照片墻、“文化驛站”、“黨政文化”、“科普專欄”等，讓精神文化和科學研究相得益彰，讓實驗室文化成為堅持立德樹人、實現“三全育人”的有效途徑。

（二）把課堂豐富起來——虛實結合

實驗課程在設計過程中弱化科目和章節的限制，將知識點融合為一個有機的整體，重點強化以能力為目標。借助信息化的教學手段，實現碎片化教學。以“有機固廢好氧堆肥實驗”為例，如圖1所示。教師利用雨課堂發布實驗課程大綱、儀器操作視頻、PPT等多種形式的資料供學生自主學習，通過設置任務點督促學生完成預習，強化預習效果。借助虛擬仿真軟件，可操作部分在實驗室內完成，多參數變化、極限參數設置等實驗通過虛擬仿真實驗實現，加深學生的直觀印象，拓寬學生的自由發揮空間。課后通過飛書等媒體，實現線上師生間的高頻互動，答疑解惑，強化實驗效果。

（三）讓學生參與進來——CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學經過四年的研究探索創立的工程教育理念，是國際工程教育改革的最新成果[7]。要求以綜合的培養方式使畢業生在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面達到預定的學習目標[8]。實驗內容項目化，由“學、校、企”三方協同，引入企業導師指導課程的社會價值，學生成為實驗的主導者，避免了傳統任務驅動式教學僅就教學而設任務，與實際生產和就業要求相分離的不足。讓學生在學習過程和實踐應用中，切實感受到學科知識的深度融合，融會貫通，學以致用。

（四）把學生送出去——以賽促學，以賽促用

對于當代大學生而言，他們的競爭對手不僅僅是學校的同學，坐井觀天，只會消磨學生的激情。通過競賽，形成鯰魚效應，開拓眼界，思維碰撞，促使學生積極思考，形成良好的學習風氣，從而使學生的創新意識和專業水平得到明顯的提升。對于教師而言，是對教學成果的量化檢驗，深度剖析競賽主題，了解學科前沿和社會熱點話題，促進教學改革和教學研究?？偠灾瑢嶒灲虒W與大學生競賽相結合，是以現代工程行業和社會的實際需求為準繩，綜合基礎知識和專業實踐能力，實現以賽促學，以賽促用，是工科院校將教學成果與社會需求相連接的有效途徑。如學生積極參與互聯網+大學生創新創業大賽，促進研究成果的轉化。學生通過“全國大學生市政環境創新實踐能力”大賽強化和規范環境類化學監測實驗操作規范，參與到復雜工藝流程設計中，了解行業發展方向。

三、實驗教學改革目標

（一）思政融合，立德育人

以社會主義核心價值觀為統領，將思想政治教育元素滲透到實驗教學的各個環節中，磨煉工科人才的個人品質，強化家國情懷，塑造生態意識，認識到工程師的重要角色在社會中擔負的重大社會責任。教學過程中，以點及面，層層深入，樹立學生對環境專業的歸屬感、敬畏感，通過實驗分組協作，取長補短，鍛煉學生的團隊合作精神和創新探索精神，實現育人與育才相統一。

（二）校企合作，產教融合

實驗教學是培養動手實踐能力的必經之路，企業是人才培養方向的直接窗口，以時代需求和行業發展推動實驗教學改革，探討專業素質教育和產業需求的結合要素，引入企業導師的參與實踐指導，不斷提升課程的綜合程度。

（三）教學相長，深化改革

在改革實驗教學過程中，整合實驗室資源，積極推進CDIO工程教育模式，引入項目化教學方式，將理論知識和實踐應用深度融合，邀請有經驗的工程師參與到課程指導過程中。在實際工程中，工程師多年積累的經驗可達到事半功倍的效果，這是學校里所學不到的。教學相長，青年教師通過溝通學習、企業合作等多種方式豐富實際工程經驗，提升工程實踐能力，破解理論與實際割裂的難題。

四、結束語

在新工科背景下，全面推行工程教育改革創新，高校工程專業教育將進入一個嶄新的階段。本文結合本科專業實驗教學過程中存在的問題，提出“思-融-研-賽”混合式實驗教學模式，將思想政治教育融入實驗教學課堂，實現全過程、全方位育人，塑造德才兼備的卓越工程人才。以CDIO工程教育模式12條標準和能力大綱為評價指標，實驗教學項目化改革，校企合作、產教融合，打造“厚理論強實踐”的工程應用型綜合人才。鼓勵學生參與到學科競賽中，賽教融合，開拓國際視野，強化學生的專業認同感，提高競爭力。

參考文獻：

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[3]習近平在全國高校思想政治工作會議上強調：把思想政治工作貫徹教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[J].教育文化論壇，2016，8（6）：144.

[4]鐘登華.新工科建設內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[5]王鳳領，張金寶，朱玉琴.借鑒CDIO-OBE理念“學踐研創賽”五位一體新工科深融合實踐育人模式研究[J].高教學刊，2021，7（28）：5-8.

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[7]王啟要，張蕾蕾，常雅寧，等.新工科背景下以CDIO理念為引領的虛擬仿真實驗教學探索與實踐[J].化工高等教育，2021，38（4）：5-8.

[8]張根鳳.CDIO理念下的工程實踐類課程教學探討[J].科教文匯，2021（23）：79-81.