新工科背景下大學生科研創新能力與素質培養途徑

景佳娜 孫妍 徐準 周明華

摘 ?要：在新工科教育改革背景下，培養大學生的科研創新能力和素質對提升學生實踐和創新能力有著十分重要的意義。針對當前高校環境工程專業教學存在著科研素質培養欠缺、創新精神重視不夠和教學內容與方式單一等共性問題，文章分析了培養大學生科研創新能力的原則和重要性，提出了環境工程專業大學生科研創新能力和素質培養的途徑，包括科研思維方法的培養、科研設計與技能培養、創新成果的凝練和轉化等，有望為培養具有新工科思維特色、科研技能和實踐能力的創新人才提供借鑒。

關鍵詞：新工科;環境工程;科研創新;培養途徑

中圖分類號：C961 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0146-04

Abstract： Under the background of new engineering education reform， cultivating the ability and quality of scientific research and innovation of college students is of great significance to improve their ability of practice and innovation. In view of the common problems of lack of scientific research quality， insufficient emphasis on innovation spirit， and single teaching content and methods in the current environmental engineering teaching in colleges and universities， this paper analyzes the importance and principles of cultivating college students' scientific research and innovation capabilities. And we put forward the ways to cultivate college students' scientific research innovation ability and quality， including the scientific research thinking， scientific research design and skill training， and the transformation of innovative achievements. It is expected to provide reference for cultivating innovative talents with new engineering thinking characteristics， scientific research skills and practical ability.

Keywords： new engineering; environmental engineering; scientific research innovation; cultivation way

新工科建設是一項涉及面廣、影響面寬、具有中國特色的系統工程，是應對經濟發展、產業變革、全球競爭等提出的引領未來工程教育改革的重要舉措，對我國高等教育的改革和發展具有示范和引領作用[1]。它是時代的發展趨勢，但從高校自身發展的角度而言，我國的工程教育大而不強，在人才培養方面存在一些瓶頸，大學生培養理念無法適應社會的變化和發展需求，對于學生的培養模式不符合新工科教育背景的新要求[2]。

新工科中的“新”包含新興、新型和新生三方面的涵義，具備引領性、創新性、交融性、發展性和跨界性的特點[3]。新工科的建設必須立足于“新”，只有在核心技術上取得重大突破，才能在國際新工科領域中占據戰略制高點，當前新工科背景下人才培養的主要任務應該側重于大學生創新能力和科研素養的提升。面對全球環境污染的復雜性和多樣性，環境工程專業技術人才應該具備扎實的理論知識、優良的科研素養和綜合的創新能力，這要求高校轉變原來的培養思維和模式，提高學生的科研創新能力才是該專業發展的趨勢，而非單一地傳授專業知識[4]。

一、新工科視角下環境工程專業發展現狀及存在問題

對于高校環境工程專業而言，創新、創業能力是新工科培養科研人才的首要能力要求。高校創新創業教育可以通過更加豐富的教學方式讓學生理解創新真正的含義和價值，通過大學生創新創業訓練項目來鍛煉其科研思維和科研設計能力，最終幫助學生實現創新成果的凝練和轉化[5]。但目前我國多數高校大學生科研素質培養體系還不夠完善[6]，缺少大學生科研創新能力和素質培養的系統課程，也沒有完整的培養體系，導致大部分學生的創新、創業能力不足，與國家創新驅動發展戰略對人才的培養要求還存在明顯差距[7]。

（一）科研素質培養欠缺

環境工程專業是典型的以問題為導向的應用型學科，其學科體系與國家和地方生態環境的重大戰略需求密切相關[8]。目前，大學生科研素質的培養與專業知識教育尚未實現有機融合，并且針對性、深入度和時代性不夠，科研創新理念尚未深入人心。同時，部分高校對于大學生科研素質的培養體系也不夠完善，導致大學生對于科研方法掌握不夠透徹，在申請創新創業訓練項目時不知如何選題和撰寫項目書，面對科研實驗時不知如何設計與開展，拿到實驗數據不知如何處理與分析等，這些都是大學生科研知識和技能相對欠缺的表現。

（二）創新精神重視不夠

提高大學生的創新精神和能力是高校培養創新型人才的重要戰略目標，為此，高校應改變傳統的學生培養觀念，深化課程改革，豐富教學方式[9]。環境專業屬于交叉型、綜合型的學科，應該多元、全面的發展以適應新工科背景下的人才培養需求[10]。但調查發現，當前不少高校在培養環境工程大學生時忽視了學生創新能力的培養，很難激起學生對于創新的熱情[7]，導致大學生缺乏創新性和主動性而很難獨立開展工作，因此難以持久有效滿足新工科背景下的人才培養需求[11]。

（三）教學內容和方式單一

我國高等教育事業正處于改革的關鍵時期，新工科背景下，高校在培養環境工程人才時，必須要對傳統的教學模式進行更新和優化，才能真正提升人才培養質量[12]。目前，環境工程專業的教學方式依然沿用傳統的“言傳身教”，主要進行相關專業課程的講解，側重于理論知識的傳達，而缺乏學生提出問題、分析問題、解決問題的獨立思考環節，沒有凸顯出學生的主體地位，在這種傳統的教學方式下，最終形成“接受多、探究少;模仿多、參與少;訓練多、交流少”的現狀[13]。同時，這種單一的教學內容和方式忽略了對大學生科研興趣的激發，也沒有在科研探索上給予學生實際的幫助，沒有達到新工科的培養目標。所以，高校應該多方面、多層次地培養學生的科研創新能力，傳授更多專業課本以外的科研經歷和經驗，鼓勵學生積極參加創新創業項目、科研交流討論活動以及專業實踐活動，達到學以致用的成效。

二、培養大學生科研創新能力的原則

（一）以學生為中心

對于環境工程專業大學生科研創新能力的培養，也應堅持以學生為主體，以教師為主導的培養模式，從學生的個人訴求出發，培養學生科研創新能力，真正幫助學生解決科研過程中遇到的實際問題。因此，學校的教學方式應由單向灌輸式向多元互動式轉變，讓學生養成主動學習的習慣，在不斷的探索過程中找到創新點和發現點，同時鍛煉自己的綜合能力[9]。

（二）重視基礎知識和技能學習

扎實的學科基礎和實驗基本操作是開展一切科研創新的前提。牢固的基本知識是科研創新的最基本條件，是掌握科學問題背景、關鍵難點提煉等一切科研工作開展的前提。熟練掌握學科技能，尤其是環境工程專業實驗操作技能是保證科研效率的關鍵。因此應加強實驗課程的建設和改革，引導學生主動參與科研，逐漸形成獨立的科研思維和科研設計能力，這是學生是否可以開展真正科研創新工作的重要標志。

（三）突出學科交叉和協同促進

環境工程專業是一個綜合發展的學科，單靠某一方面的力量無法達到大學生創新能力培養的預期效果，所以我們鼓勵學生進行跨專業選修課的學習，例如數學、物理、化學、生物、醫學、計算機、機械等。跨學科、多領域交叉的方向往往會誕生一些創新性的研究成果。此外，積極鼓勵學生參加學術會議等形式的交流，可以拓寬學生的知識面，在學科交叉碰撞中迸發出新的科研想法，激發大學生對于科研創新的熱情，積極接受新觀念、新技術、新事物。經常組織科研人員開展交流活動也可以形成良好的科研氛圍，鍛煉大學生的表達能力和邏輯思維能力，培養多方面、多層次發展的科研創新人才。

三、提升環境工程專業大學生科研創新能力和素質培養途徑

從環境工程大學生的角度出發，根據學生的需求優化課程內容，真正提升大學生的科研創新能力和素質，主要從以下幾方面出發：

（一）培養科研思維方法

科研方法是科研工作中的一個重要問題，事關科研工作的成效，正如古人云：得其法事半功倍，不得其法則事倍功半。因此，開設相關方法學或研究方法的課程，對學生掌握科學的思維方式，科學地認識研究對象、有效地揭示客觀規律具有十分重要的意義。科學思維分為邏輯思維和非邏輯思維，其概念層次如圖1所示，邏輯思維是以概念為基礎的判斷和推理，有固定的規則可以遵循，非邏輯思維沒有固定的邏輯規則可以遵循，結論的可靠性有限，但創造性大。對于環境工程專業的本科生，其科研思維的培養，應堅持分析與綜合結合的邏輯方法、歸納與演繹結合的邏輯方法，同時注重創新性思維和合理想象等非邏輯方法，在認識已知表象的基礎上，依據科學規律進行加工改造，充分展現人的思維發散能力和“靈感”領悟事物的本質。

（二）科研設計與技能培養

科研創新離不開科研設計和實驗，大致分為研究型設計和實驗型設計。研究型設計是對科學研究的方法和內容進行具體的設想和計劃安排，例如理論探究、模擬計算等。實驗型設計是通過設計實驗方案、采用實驗手段對從事科學研究的設想和計劃安排。在目前的環境工程課程體系中，雖有相關數學、統計學的基礎，但與科研實驗結合不甚緊密，數據分析、誤差控制等方面仍顯不足。雖然也有程序設計等計算機基礎，但與環境類的科研、實驗的結合度較差，一般也沒有掌握一些實驗設計軟件的應用，也影響了模擬分析方面的開展。

除了學習基礎理論知識外，科研技能培養的有效途徑是參加課題研究，在具體的研究（可分前期、中期和后期）中積累經驗，提升科研技能。科研前期包括科研資料的收集、文獻閱讀與整理，以及對研究進展的分析和綜合，形成自己的觀點。尤其是如何撰寫好科研項目申請書，凸顯立項依據、明晰研究目標和研究內容，細化研究方案、強化研究基礎與工作條件等部分，缺乏系統的教學和培訓。在科研中期，更需注意實驗目的要清楚、實驗方案要可行、實驗設計要合理、實驗手段要先進[14]，但多數學生對如何制定較為詳細的課題計劃及操作規程，進行課題組織與分解、方案設計與實施等方面，缺乏系統的指導。在科研后期，如何進一步對研究成果分析和討論，總結研究成果的先進性，促進成果提煉并形成學術論文發表或專利申請，往往多數學生迫于時間和經驗等因素達不到完善的總結。由此可見，上述科研過程，涉及了從文獻檢索、科研設計、實驗技能、論文寫作等方面，但現有的培養環節即便有些課程涉及，但關鍵鏈條缺失，從而也導致這樣的事實： 雖然本科生參與“國創”、“百項”等科研活動眾多，但成果的顯著性普遍不高，科研成功的比率也有待提高。

（三）加強創新成果的凝練和轉化

環境工程專業大學生創新成果轉化的方式主要有發明創造、專利申請和發表科學論文。發明創造和專利申請是實現自我價值、成果轉化的有效途徑。科研論文的寫作，也是把研究的價值意義、檢驗假設或重要的發現揭示出來，通過定性、定量的系列表征、檢驗或測試，進一步闡釋新方法或新理論。但總體來說，環境工程專業課程體系往往僅有專業英語課程，而對論文寫作規范、數據處理及分析、圖表制作、英文寫作等方面涉及比較少，多數學生對期刊投稿與修復是摸著石頭過河，甚至對基本的學術誠信與不端行為都缺乏鑒別力。這些情況表明，為有效提升環境工程專業學生的科研創新能力，迫切需要加強學術規范、科技寫作等課程的頂層設計和系統的學習。

四、結束語

時代和社會的發展為新工科建設背景下環境工程專業帶來了重大機遇，凸顯了大學生科研創新能力和素質培養的重要性。本文闡述了新工科的內涵、特征和重要目標，揭示了新工科背景下環境專業學生在科研創新方面存在的主要問題，討論了培養大學生科研創新能力的原則，提出了環境工程專業大學生科研創新能力和素質培養的途徑，尤其要從頂層加強創新類相關課程教學設計，將能更好地符合新工科人才培養的重要目標，將學生培養成為具有新工科思維特色、科研技能和實踐能力的創新人才。

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