生態理念與創新能力驅動的生態環境觀測實驗教學探索

王琰　鄭洪波　王輝　熊巍　金若菲

摘? 要：創新人才培養是時代賦予高校的重要使命，而推進生態文明建設是時代賦予環境專業的神圣使命。該研究提出以實際環境問題為導向、學生興趣為依托、自主研究為方法及創新能力培養和生態理念構建為目的的野外實驗課程建設探索。將習近平生態文明思想等思政元素融入實驗教學，通過自主研究的方式，由學生根據指定研究對象自主選題、自主設計，針對校內外實際水、氣、聲等環境問題開展自主研究和分組匯報，任課老師點評指導；通過自主研究顯著提升學生的興趣，提高學生科研素質、創新能力、實踐技能，同時培養學生的生態文明理念，得到學生良好的反饋。

關鍵詞：創新能力；生態文明思想；問題導向；自主研究；實驗教學

中圖分類號：G643? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）14-0043-04

Abstract： Cultivation of innovative talents is an important mission entrusted by the times to colleges and universities， and promoting the construction of ecological civilization is a sacred mission entrusted by the times to environmental majors. This study explored the construction of a new field experiment course， which is guided by practical environmental problems， supported by students' interests， based on independent research， and aimed at cultivating innovative ability and building ecological concepts. We integrate ideological and political elements， such as Xi Jinping Thought on Ecological Civilization， into experimental teaching. Students choose their own topics according to their interests， and design and conduct the experiment independently according to the given object. They need to carry out independent research and group reports on environmental problems of the actual water， air and sound.The teachers need to give comments and guidance on their group reports. Due to the independent research， students' interests have been significantly increased， and their scientific research quality， innovation ability and practical skills have been obviously improved. Moreover， their ecological civilization concept has been constructed. This course has received good feedback from the students.

Keywords： innovation ability; ecological civilization thought; problem orientation; independent research; experimental teaching

當今世界國際競爭歸根結底是創新競爭，是人才競爭。創新人才已成為國家綜合國力和國際競爭力的決定因素[1-2]。黨的十八大提出，實施創新驅動發展戰略。黨的十九大進一步指出，創新是引領發展的第一動力。《中國教育現代化2035》也將“提升一流人才培養與創新能力”納入十大戰略任務之一。高校作為創新型高級人才培養基地，在國家創新發展中發揮著獨特的作用[3-4]，肩負著具有創新能力和創新精神高素質人才培養的重要歷史使命[5-6]。

創新能力是指在技術和實踐中不斷提供有經濟、社會、生態價值的新思想、新理論、新方法和新發明的能力[7-8]。實驗教學擔負著培養學生動手能力、實踐技能、創新意識和創新能力的重任[9]，因此實驗教學是最有條件、最容易實施能力培養的教學環節，也是高等教育實現創新能力培養的重要突破口[10]。與此同時，生態文明建設作為中華民族永續發展的千年大計，是我國“五位一體”總體布局的重要方面，是習近平新時代中國特色社會主義思想的重要組成部分。環境科學與工程專業與習近平生態文明思想聯系緊密，而實驗教學也是環境專業能力培養的重要教學過程。但目前環境專業實驗課程還存在諸多問題，如課程仍然沿襲傳統的環境科學與工程理念，缺乏與習近平生態文明思想的融合，教學內容缺乏新意，創新能力培養不足等。因此，構建以生態文明理念和創新能力培養為目的的環境專業新型實驗課程顯得尤為重要。

一? 環境專業實驗教學目前普遍存在的問題

（一）? 實驗教學缺乏生態文明理念和價值引領

傳統環境類實驗課程缺乏必要的思政元素和價值導向引領。課程思政是將思想政治教育融入課程教學的各個環節，以隱性思政作用與顯性思想政治理論課，共同構建全課程育人格局。習近平總書記曾指出，“使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”。近年來，課程思政作為高校工作的主體任務之一，得到了迅速發展，但課程思政建設仍存在提升空間，特別是實驗課。習近平生態文明思想是習近平新時代中國特色社會主義思想的重要組成部分，是適應時代潮流的重要思政元素，也是環境專業的重要思政素材。如何有效地將生態文明理念構建與環境專業人才培養相結合，切實發揮思想政治的價值引領作用，是亟待解決的問題。

（二）? 實驗內容缺乏創新和不接地氣

實驗內容陳舊是很多高校普遍存在的問題[11]。實驗多數是驗證性實驗，教師準備好實驗儀器和藥品，現場講解實驗原理、步驟，學生按照步驟“依葫蘆畫瓢”。這種方式不但使學生養成了被動接受的習慣，更限制了學生主動性和創造性的發揮。實驗內容不接地氣，缺乏實際環境問題的導向，間接導致學生實驗積極性不足。此外，部分實驗條件理想化，脫離實際環境，跳過野外采樣等重要環節，使學生缺乏理論聯系實際和解決實際問題的能力。因此，亟待進一步提高綜合性、應用型、自主研究型野外實驗的比例。

（三）? 教學方法缺乏新意，創新能力培養不足

目前部分高校實驗教學方法和內容雷同，缺乏時代性、靈活性、創新性。實驗課程的本意是讓學生在實驗中獲得新知識，啟發新思維。然而很多實驗課，仍由教師占據主導地位，由教師設計實驗內容，甚至規定結果；以模擬實驗代替真實問題，缺乏以實際環境問題為導向的、學生真正自主設計、自我開展的創新性實驗。忽視了對學生自主學習能力的培養[12]，學生對講授和教材的依賴性大，扼殺了學生的主動性和創造性，喪失了實驗的真正目的和應有的效果，也削弱了創新性培養的作用。學生普遍反映實驗乏味、疲于應付等問題。

二? 環境專業實驗的改革探索

基于實驗教學存在的上述問題，依托環境創新實踐基地建設了一門生態與環境觀測實驗課。生態與環境觀測實驗課是利用野外生態觀測與校園環境監測實驗相結合的手段，旨在培養學生自主觀測環境問題、發現問題、研究問題和解決問題的能力，增強學生的生態理念、環保意識、創新能力和專業素養。實驗課程建設架構圖如圖1所示。針對目前環境專業實驗的共性問題，主要從以下幾方面開展改革。

（一）? 融入課程思政元素，樹立生態文明理念

生態文明是以人與自然、人與人、人與社會和諧共生、良性循環、全面發展和持續繁榮為基本宗旨的文化倫理形態。習近平生態文明思想是習近平新時代中國特色社會主義思想的重要組成部分，它深刻回答了為什么建設生態文明、建設什么樣的生態文明、怎樣建設生態文明等重大理論和實踐問題。它不僅是我國加快生態文明體制改革的重要理論，而且是建設美麗中國的思想引領，同時也是高校思想政治理論課的重要內容，更是環境專業學生重要的課程思政元素和專業理論與實踐的教學內容。貫徹和樹立生態文明理念，環境專業具有得天獨厚的學術和教學優勢。將習近平生態文明思想貫穿于整個生態環境觀測實驗課始終。實驗過程中直接或間接地融入習近平生態文明思想，通過潛移默化、“潤物細無聲”的方式，培養學生生態全局意識、環境保護意識、生態文明理念。例如，在進行野外水庫水環境質量調查實驗時，通過介紹調查水庫的相關歷史知識，融入“生態興則文明興、生態衰則文明衰”的深邃歷史觀和“人與自然和諧共生”的科學自然觀；通過區域環境調查和水樣采集分析，融入“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展觀和“良好生態環境是最普惠的民生福祉”的基本民生觀；通過區域水污染來源分析，強調“山水林田湖草是生命共同體”的整體系統觀及“用最嚴格制度最嚴密法治保護生態環境”的嚴密法治觀；通過對監測結果分析和水資源寶貴的探討，倡導“全社會共同建設美麗中國”的全民行動觀。此外，將理想信念教育、愛國主義教育、社會主義核心價值觀、中華優秀傳統文化教育、制度自信、黨的十九大精神、習近平新時代中國特色社會主義思想和科研素養等內容自然融入教育全過程[13]，以培養具有堅定理想信念、良好道德品行、強烈社會責任感、健全人格、較高科研素養和適應新時代中國特色社會主義建設要求的創新人才。

（二）? 創新實驗課程體系，改革實驗課程內容

改革課程體系，構建并完善以習近平生態文明思想為引領，以專業知識教育為載體，以探索實際環境問題為導向，以野外生態觀察、實際環境觀測為途徑，以學以致用、理論聯系實踐為原則，以創新思維培養和實踐技能訓練為目的，構建新的多層次、立體化的環境野外實驗課程體系。首先，構建了“大連生態觀察之旅”模塊，以了解大連歷史、城市規劃和關注城市生態為起始，結合對大連旅順口龍湖濕地公園和遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區的生態觀察，培養學生“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展觀、“山水林田湖草沙生命共同體”的系統觀及“建設美麗中國”的生態理念、環保意識，鍛煉學生發現問題的能力。其次，構建了“校內外水、氣、聲觀測之行”模塊，以身邊環境問題為導向，以自主設計實驗方案、現場采樣和校外水庫水質、校內空氣質量及區域噪聲監測為內容，因材施教，對學生的個性積極引導，激發學生的創新思維和創造能力，培養學生的理論聯系實際和分析解決問題的能力，從而培養既有深度又有高度的創新型人才，以適應多元化的社會發展需求。

（三）? 增加自主研究性實驗，培養自主創新能力

目前實驗教學要求已經從“知識和技能導向型”向“能力和素質導向型”轉變。研究性學習是指學生基于自身興趣，在教師指導下，從自然環境中選擇和確定研究課題，主動獲取知識，并應用知識解決問題的學習活動[14]。教師在學生實驗過程中，扮演“引路人”而不是“灌輸者”的角色。開展研究性實驗是培養學生創新能力和解決問題能力的重要方式[15]。我們針對監測實驗進行系列改革，現場監測實驗只確定研究方向，不限制研究內容。以“校園空氣顆粒物污染調查”為例，學生自由分組，根據小組對校園空氣顆粒物污染狀況的觀察和分區調查，選取一個具體研究對象，自擬研究內容，查閱現行環境標準，自行設計采樣方案和監測方法，對監測結果進行分析和探討，制作幻燈片展示，并對監測方案進行自我評價。指導老師通過對各組監測方案、監測結果、討論匯報，給出專業指導，而后再詳細講解相關研究應采用的采樣方法、監測規范、結果討論原則。同學們通過調查發現了很多空氣顆粒物污染問題，例如，封控校園食堂燒烤攤引起的顆粒物污染、新建學生公寓揚塵引起的顆粒物污染、校內交通主干道車輛引起的顆粒物污染等。通過上述過程旨在培養學生的創新能力、應用能力、科研素養及獨立思考能力。讓學生在研究性實驗過程中，要歷經“蜀道之難，難于上青天”“獨上高樓，望盡天涯路”“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”和“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處”的求知歷程，體會 “梅花香自苦寒來”“吾生也有涯，而知也無涯”的科研境界[16]。研究性實驗明確了以興趣和問題為導向的學生課題選擇依據，給學生創造足夠的思維空間和自主空間，同時注重先學后教的指導方式，充分體現以學生發展為本的“學本位”思想。讓學生真正體會到知識的價值，激發興趣，增強主動性，受到學生普遍好評。

（四）? 走進生態發現問題，深入環境實地觀測

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”生態文明教育不應單單停留在專業書本和課堂上，應當結合環境專業優勢，“走出課堂，走進環境”，直面實際環境問題，了解污染狀況，查明污染來源，尋求解決辦法，將生態文明教育開展在美麗中國的大地上，讓學生通過生態參觀、野外觀察、現場觀測，將專業知識和習近平生態文明思想相結合，真正認識到我國資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，意識到必須站在中國特色社會主義全面發展和中華民族永續發展的高度，牢固樹立生態和環境保護的整體觀和全局觀，增強生態危機意識，筑牢生態保護的大局意識，體會到生態文明建設的重要性、必要性、緊迫性，激發生態環境保護的自覺性，踐行作為環境專業學生的生態環保使命。學生普遍反映，希望增加這種“走出校園、走進環境”的實驗內容。

（五）? 優化教學反饋機制，推進質量持續提升

教學中的反饋應該是雙向的。一方面，教師應該對學生學習過程中存在的問題進行指正和反饋，加深學生對專業知識掌握的準確性和深入性；另一方面，學生通過直接或間接途徑對教師教學內容、教學過程、教學方式方法存在的問題進行反饋，通過持續改進，不斷完善和提高教學質量。學生是教育教學的主體，學生的反饋意見是進一步完善教學理念、教學內容、教學方式的出發點，更是落腳點，建立一種公平的反饋機制，虛心接受學生的各種反饋意見，進而對教學作出持續改進[16]。在自主研究性實驗環節，通過組織評委對學生實驗設計及結果討論幻燈片進行點評，給予學生設計思路、研究方法、技術規范的評價指導，通過反饋促進學生創新思維和實踐能力的提升。充分發揮教師“導”與學生“學”雙重結合的優勢。授課結束后通過問卷調查和學生訪談等形式，讓學生對課程體系、實驗內容、實驗過程、評價方法和學習成效等進行評價和反饋，并針對評價結果和反饋意見進行有針對性的持續改進。

三? 課程建設成效分析

（一）? 創新能力培養的成效

對參與本實驗的34名2021級學生的問卷調查結果顯示，針對創新能力培養的成效（圖2），94%的同學認為通過課程學習增長了專業知識和創新能力；91%的同學認為自主選題、自主研究等課程內容設置激發了學習興趣，提升了創新能力、科研素養及觀察、分析和解決問題的能力；88%的同學認為相比傳統實驗課程，自主研究型實驗能夠顯著提升科研素養和創新能力，但仍有12%的同學認為自主研究型實驗雖然可以提升科研素質，但費時費力；82%的同學認為與傳統的先教后學的方式相比，“先學后教”的方式能夠顯著提升自主學習和自主研究的能力。同學反饋，開設的校內空氣污染調查等自主研究型實驗“顯著提升了自己的科研興趣，同時也在一定程度上培養了自己的創新能力和科研素養”。

（二）? 生態理念構建的成效

針對課程思政建設和生態理念構建的成效，100%的同學認為通過該實驗課程加深了對習近平生態文明思想的認識，構建了生態環保理念，樹立了環境保護意識，其中40%的同學認為環境專業課程思政內容應更多地與習近平生態文明思想等專業相關性強的思政相結合。然而中華文化博大精深，很多傳統文化理念和思想都可以和環境專業知識巧妙融合，這也需要我們任課老師在今后教學工作中尋求更適合的結合點。

四? 結束語

生態環保理念和創新能力是環境專業學生能力培養的重要內容。走出課題、走入環境，以實際環境問題為導向，以學生自主選題、自主研究為手段，充分發揮學生主觀能動性，有利于調動學生學習積極性，進一步提高學生的創新能力、科研素養、實踐技能。通過學生課程反饋，繼續深入自主研究型實驗改革，推薦課程持續改進，促進大學生創新能力培養、生態理念構建及科研素質提升，助力國家生態文明建設。

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基金項目：國家自然科學基金項目“典型有機磷酸酯在水稻田的遷移轉化和植物吸收機理研究”（21976023）；大連理工大學本科教學改革研究項目“基于生態文明理念與實踐的《生態與環境觀測》專創榮譽課程建設”（YB2022037）；遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“面向生態文明建設需求的環境專業工程教育模式研究”（2022080）

第一作者簡介：王琰（1983-），男，漢族，山東威海人，博士，副教授。研究方向為污染物遷移轉化。