基於環境工程專業實驗課程的特點論文
創新是教育和科學發展永恆的主題，是一個國家和民族生存與興旺發達的基石，也是當前實現中國夢的主題。創新能力的培養是實現創新過程的關鍵，其已成為深化高等教育改革的一個根本性的指導思想。目前，在現代大學教學過程中，培養具有自主創新的新型複合人才，是當今乃至今後教育教學發展的首要任務，而透過創新實驗教學方法提升，進一步提高實驗教學質量，也已成為國內外高校教學改革與實踐的重點方向之一。在經濟全球化和教育國際化步伐不斷加快的今天，各國在教育的資源與方法上，不斷地相互交流與融通，使得實驗教學自主創新日新月異。實驗教學是培養學生創新能力的重要途徑，環境工程專業所涉及的學科（例如水汙染控制工程、大氣汙染控制工程等）是實驗性學科，是多學科的交叉學科H；同時，需要應用其他多門基礎學科（如化學、化學工程、材料化學等）的理論、實驗方法和技術來支撐、擴充套件和延伸自己的內涵和外延。因此，將自主創新能力的培養融入到整個環境工程專業實驗教學中，是一個需要探索和研究的重要課題；同時，全面提升自主創新教育，對於全面提高高等教育質量具有十分重要的意義。
實驗教學的基本任務是透過實驗活動，對學生進行科學方法和實驗技能訓練和培養，使學生能夠完整地、系統地掌握實驗的基本原理、方法和技能以及實驗技巧等，同時，學生透過實驗的實際操作，實現理論和實際的聯絡，掌握技能，並能在此過程中提出問題，促進思考，從而使解決問題的能力得到提升，達到自主創新能力培養的目的。因此，圍繞實驗教學自主創新能力培養這一軸心，實驗教學的改革注重在實驗的內容和形式上兩個方面。在實驗內容上，實驗課程的開設和安排，一方面要按照培養計劃和教學大綱的要求，做到實驗課程教學內容與理論課程教學內容相一致，實驗課程教學進度與理論課程教學進度相協調；另一方面，在實驗教學條件、教學環境、實驗安全達到要求的基礎上，增加啟發性內容；顯然，後者更為重要，因為後者才是創新能力培養的關鍵所在。在實驗形式上，可開設驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗、模擬性實驗、虛擬模擬性實驗等多種形式。誠然，自主創新能力的培養是多方面的，可以有多種的培養模式，這正是為什麼自主創新能力的培養成為重要的探索課題的原因之一。作者在提高學生綜合素質的基礎上，基於環境工程專業實驗課程的特點，提出了“共性與特色耦合”培養機制與模式實踐。
本文闡述了在“共性與特色耦合”培養機制下的自我創新能力培養與創新意識、創新精神和創新過程實踐之間的關係。透過激發創新意識，培養創新思維，樹立創新精神和創新過程實踐，最終達到自主創新能力的培養和提高。這種模式不僅適用於環境工程專業實驗教學，而且也適用於其他學科的實驗教學過程，具有普遍性意義。
1實驗教學自主創新能力現狀分析
目前在我國高等教育中，一方面，大學生主要透過應試教育的模式升入大學，越來越多的大學生雖然已經意識到自主創新能力的重要性，但總體上還缺乏發明、創造和創新的根本意識，多數大學生對知識的掌握和能力的培養存在鬆懈和享樂主義傾向，對發明創造沒有迫切的追求和渴望，因而缺少創新意識、創新精神和創新能力的基本觀念。主要表現在創新思維不夠，深入努力思想缺乏，拘泥於幻想空間，不關注解決問題的焦點。大學生追求創新，希望獲得創新能力，但行動上不能落實，主動性發揮不夠，欠缺投身實踐的勇氣和能力。大學生的行知反差妨礙了創新能力的提高。另一方面，與國外發達國家相比，重理論，輕實踐；重分析，輕綜合；重個體，輕協作；重傳統，輕創新等問題，在我國現有的高等教育中依然存在，雖然我國高校已普遍重視對學生在動手實踐能力、綜合分析能力、團隊協作能力、創造創新能力等方面的培養，但在方式方法、內容內涵等諸方面缺乏經驗和不足，因而收效不甚滿意，對大學生實際工作能力和素質提升的作用還沒有達到預期的程度。例如，如何使學生樹立創新意識和創新精神，在學習和實踐過程中充分調動主動性和積極性等。在自主創新能力培養方面，世界發達國家已形成了獨特的實踐教學模式，例如英國“三明治課程”方式、美國“合作教育計劃”模式、德國“雙元制教育計劃”制度、日本“產學合作”形式等，這些模式為我們提供了豐富的參考經驗。國內北京大學實施了“元培計劃”，加強學生實踐創新能力的培養；同濟大學致力於知識能力-人格三位一體的KAP培養模式；武漢大學提出了創造教育、創新教育、創業教育的“三創教育”的多元化培養模式。這些模式的執行和結果為國內其他高校提供了寶貴的經驗。
南京資訊工程大學創建於I960年，其前身是南京氣象學院，是一所享譽“中國氣象人才搖籃”的我國最早的氣象類專業院校。1999年，我校環境工程專業建立，現有學術碩士學位和專業（工程）碩士學位授予權，多年來為國家、地方環保和氣象部門培養了大批高層次的應用人才，尤其是大氣環境與氣候變化交叉領域人才的培養，形成了以大氣環境為特色的環境工程專業培養體系。近年來，借鑑了國內外在實踐教學自主創新方面的經驗和成果，在環境工程專業培養體系建設和模式實踐中，圍繞國家環保產業的需求和發展，圍繞高等教育大眾化形勢下應用人才培養目標，圍繞我校環境工程專業在國內和江蘇省學科特色建設中的定位，實施了環境工程專業“共性與特色耦合”培養機制下的建設與模式實踐，成功地探索出環境工程本科專業人才培養模式與特色的發展之路。
圍繞全面提升自主創新能力理念，首先全面修訂和改革了環境工程專業培養方案和培養計劃，增設“環境-氣象”交叉特色課程，加強學生第二課堂活動，完善實驗實習基地建設，明確了擁有全新自主創新能力的環境工程專業應用型人才特色培養模式的科學性。在此基礎上，①透過搭建“共性培養”和“特色培養”兩條主線，貫徹我校“全面支撐、創新引領，主動服務中國氣象事業”指導思想，突出了我校環境工程專業在環保領域的工科特色，開闢了在氣象領域交叉應用的領地，同時鞏固了環保行業淵源；②透過結合專業特色，開展國家級、省級和校級“三級”精品課程和精品教材建設，進一步開拓和完善現代化教學手段和教學載體；③圍繞實驗、實習和實訓等環節，構建了多層次的實踐教學體系，提高了學生的工程實踐能力和計算機應用能力。在過去幾年的提升自主創新能力建設中，我們構建的應用型人才“共性與特色耦合”培養體系，獲得了校內外廣泛好評，併力爭將我校環境工程專業建設成為“省內一流、國內先進、能夠影響海外”的環境工程研究與教學的應用型人才培養模式創新實驗基地。
2“共性與特色耦合”培養機制下的自我創新能力培養模式
2.1自我創新能力培養的前提條件——敦發創新意識，培養創新思維
每個人都有很大的潛能，尤其是年輕的大學生，託尼"E贊是英國智力研究人員，在他撰寫的《大腦第一》一書中指出，每個人具備的九個方面的潛能，透過訓練，這些潛能是可以被開發的。在這些潛能中，第一個潛能就是創造潛能，如何讓創造潛能發揮出來，需要有計劃有智慧的引導和訓練。在“共性與特色耦合”培養機制下，我們有意地讓每個學生將自己的興趣愛好和專業知識點關聯起來，首先使他們能夠了解自己，把握興趣，內心平和，激發潛能。只有每個人瞭解了自己，把握興趣，才能內心充實，創造潛能才能被激發出來。在這一過程中同時也培養了每個學生的自信心，而潛能的激發和自信心的樹立是在有目的的引導和訓練下展開的，是在“共性與特色耦合”培養機制中設定的。
被譽為俄國“教育心理學奠基人”的教育家烏申斯基曾說：沒有絲毫興趣的強制學習，將會扼殺學生探求真理的慾望。興趣是自我創新的重要動力因素，當學生的潛能被激發，有了興趣，就會產生慾望，就會主動地去發現問題，即產生動機，並積極探求問題，進而去解決問題，這是我們培養學生樹立創新意識的過程，創新意識是擁有自我創新能力的基點，是進行創造活動的出發點和內在動力，是創造思維和創造力的前提。我們可以發現，潛能需要激發，可以和興趣結合，能夠樹立創新意識，湧現創新思維；有了創新意識和創新思維，就會不斷地產生興趣和維持興趣，從而創造潛能就會不斷地被激發，形成了良好的迴圈。在此迴圈過程中，就會養成強烈的事業心和責任感，就會樹立健全的創新信念，從而為自我創新能力的培養和提高打下基礎。在我們“共性與特色耦合”培養機制下，由此形成了“激發創新意識，培養創新思維”的新型模式。
實驗教學過程是激發創新意識，培養創新思維最為理想場所，因為這個場所最有利於學生將自己的興趣和專業知識點關聯起來，能使學生產生慾望，形成意向，提出設想，激發創造潛能。在具體的過程中，可以設定問題情境，也即孕造一種特殊的氛圍，這種氛圍能夠促使學生在興趣與知識點之間發生激烈碰撞，從而產生強烈的探知慾望的火花4。一個良好的問題情境應該是生動直觀、富有啟發性。其手段有：直觀演示產生問題、實驗現象提出疑問、動畫模擬展示結果、案例分析和科學預言，等等。其過程是：抽象問題具體化、深奧原理形象化、枯燥知識趣味化。環境工程專業實驗教學過程，內容真實、過程形象、現象生動。因此，透過問題情境設定過程，喚起學生興趣，從而激發創新意識，培養創新思維。
2.2自我創新能力培養的基石——對立創新精神
擁有了創新意識和創新思維不等於完全具備了自我創新能力，在創造活動中還需要膽量、勇氣、智慧、決心和意志，不滿現有，敢於質疑，敢於去舊求新，這就是創新精神。僅僅具備創新意識和創新思維是不夠的，同時必須賦有創新精神。創新精神就是勤于思考，樂於實踐，刻意求新的精神，是一種勇於拋棄舊思想舊事物、創立新思想新事物的精神H。蘋果公司前CEO喬布斯是當代最富有創新精神的典型代表，是這個時代最偉大的創新者，人們如此地懷念喬布斯，不僅僅是他的產品為人類帶來了便利的和革命性體驗，更在於他擁有的那種全人類共同珍視和稀缺的財富：創新精神和富有想象力的心靈。《福布斯》每年釋出全球最具創新精神的公司排行榜，將公司市值和創新精神關聯在一起，這一指標稱之為創新溢價。可見創新精神在自我創新能力培養中有多麼的重要，創新精神是自我創新能力的基石。在我們“共性與特色耦合”培養計劃中，我們引導和教誨學生不僅僅滿足已有的書本理論和實驗方法，更需要勇於打破固有框框，不再唯書唯上和盲目效仿，敢於質疑權威。但同時教導學生，擁有創新精神首先需要遵循客觀規律，而不是胡來，要符合客觀需要，而不是為我是用。學生必須知道新穎、獨特是創新精神內涵的體現，但同時受到道德觀、價值觀、審美觀的制約。這是“共性與特色耦合”培養機制下的創新精神培養模式。
在環境工程專業實驗教學過程，實施“共性與特色耦合”培養機制下的創新精神培養模式，不僅要求學生具備資訊加工能力、分析問題能力、動手操作能力、運用技術能力、表達能力等，還要求具備綜合分析能力。具體體現在：獨立思考、大膽探索、標新立異。要求每個學生提交綜合分析結果，即由此所得出的新思想、新觀點、新思路、新問題、新設計、新途徑、新方法等。這樣在整個實驗教學過程中，學生的膽量和勇氣不斷地得到激發，他們的聰明才智不斷地湧現，創新精神不斷地得到灌輸，創新的意志得到鍛鍊。我們發現，有的學生對實驗路線進行了合理的修改，有的學生提出的新思路和新方法成為了本學科發展的亮點，有的還申報了國家專利，獲得了很大的成效。總之，在自我創新能力培養過程中，使學生樹立創新精神是十分必要和尤為重要的。
2.3自我創新能力培養的關鍵——主重創新實踐過程
創新實踐過程就是創新活動實施過程，是創新意識和創新思維實現的過程，其中需要創新精神的支撐，因而創新實踐過程是自我創新能力培養的關鍵所在。同時，創新實踐過程也是檢驗是否具備自我創新能力的過程。在環境工程專業實驗教學中注重“共性與特色耦合”培養機制下的創新實踐過程，是一個豐富多彩的思維過程，引導學生透過自身潛能的挖掘，把創新意識和創新思維寓於實驗的各個環節之中，這樣就會引發學生深層次的思考，從而培養和提高學生的自我創新能力。必須注意到，在創新實踐過程中，創新意識和創新思維的實現需要有意識的規劃和設計的，在“共性與特色耦合”培養機制中，我們有意識地規劃和設計了創新實踐過程，設定了環境工程專業實驗創新新模式-多維迂迴式實踐過程。
在這種模式中，我們首先根據實驗原理與要求，規劃與設計實驗意境，在這一步驟中，目的是將學生的興趣點和知識點關聯起來，並能激發學生的各種潛能。由於學生的興趣點各不相同，因此要求具有相同或相近興趣的學生組成小組，實驗意境可以是多個，但實驗意境獲得應用必須滿足在實驗室可實施可行的原則，同時達到實驗要求，此步驟需要迂迴多次。一旦有了實驗意境，就可以進行問題情境設定，透過多種手段體現問題情境，提供多個問題的情境，學生可以自由選擇，確定後開始設計實驗路線。在此步驟中，學生可以充分發揮自己的'想象力，提出實驗新構思與新思路。設計的路線可以仿照原有的路線，也可以是全新的，如果設計的路線不合理或不可行，可以回到前一步重新設計或重新選擇問題情境，直至達到一個合理、可行的實驗路線為止。確定了（新的）實驗路線（其中包括實驗儀器和裝置、實驗步驟等），學生可以開始實驗，記錄和處理實驗資料，並對實驗結果進行比較和分析，在此過程中，需要提出為什麼等問題，並作出回答和解釋，迫使學生進行深層次的思考。如果比較和分析的結果不合理，需要找出原因，再迂迴至上一步，直至得到合理的回答和解釋，最後得出結論。在這樣的多維迂迴式實驗創新過程模式中，學生要得到一個理想的、嶄新的結果和結論，首先需要透徹地理解實驗原理和實驗過程。這樣，首先鞏固了學生的理論知識；其次，理想的、嶄新的結果和結論的產生必須有創新，必須摻入創新意識和創新思維。可見，前者是基礎，後者是關鍵，重點在過程。原理和過程不透徹，新的構思和路線無法產生，嶄新的結果和結論無從談起了。學生對實驗原理和實驗過程理解透徹，但不進行深層次構思，不會提出新穎的問題和滿意的解釋，也就得不到一個理想的嶄新的結果和結論。在這種模式下，多維迂迴實際上是允許學生實驗有失敗。因此，學生透過多維迂迴式實驗創新過程模式，學生自我創新能力得到了培養和提升。在這種模式下，有的學生提出了很多奇思妙想，有的學生變成了創造發明。在多維迂迴式實驗創新過程模式實施過程中，學生的基礎理論知識得到了鞏固，學生的實驗興趣得到了極大的提高，自我創新能力得到了培養和提升。
在此列舉一個案例，在大氣汙染物控制工程實驗-淨化和回收酸性氣體（SO2、NOx、CO2)實驗中，我們設定了各種實驗意境和問題情境，提供各種塔器吸收柱、膜接觸器等淨化裝置，溶液再生方法有熱再生、真空再生和惰性氣體再生等，要求學生設計淨化回收裝置流程，並達到節能降耗的目的。學生設計出來的流程有：一段吸收一段再生；一段吸收二段再生；二段吸收一段再生；二段吸收二段再生；塔膜混合吸收；熱-真空混合再生；混合多段吸收混合多段再生；等等。在這些構思和設計中，包括單一式流程和組合式流程，組合式流程與單一式流程比較，組合式流程雖然複雜，需要獨特的構思和深層次思考，組合式流程易以達到節能降耗的目的。在多維迂迴式實驗創新過程模式下的大氣汙染物控制工程實驗的一個實驗中，學生就可以一方面學習和鞏固了吸收法淨化和回收大氣汙染物的知識，另一方面，掌握了多種工藝流程，並創新出節能降耗新流程。
3結語
人才培養模式的創新是高等教育一個尤為重要的任務，其是國家創新型人才培養的一個重要手段，將創新意識-創新思維-創新精神-創新實踐過程貫穿於整個自我創新能力培養的實驗教學體系是一個複雜的系統工程。而專業的差異性又提出了不同的創新能力的培養方式和手段，這要求我們在人才培養模式的創新過程中，既要看全共性又要注重特色。我們根據環境工程專業特點，在實驗教學過程，實施了“共性與特色耦合”培養機制下，透過激發創新意識、培養創新思維、樹立創新精神、注重創新實踐過程的新型培養模式，成功地探索出能夠實現學生自我創新能力培養和提升的途徑一多維迂迴式實驗創新過程模式。
同時“共性與特色耦合”培養和多維迂迴式實驗創新過程模式，不僅能夠適用於環境工程專業自我創新能力培養和提升，也適用於其它學科專業的實踐教學過程，具有普遍性意義。
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