給排水科學(xué)與工程專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目學(xué)科交叉的教學(xué)實(shí)踐與探討＊

趙東升

（南陽(yáng)師范學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，河南 南陽(yáng)473061）

“新工科”建設(shè)是教育部為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革提出的重大教育改革行動(dòng)[1]。2017-02以來(lái)，形成新工科建設(shè)的“三部曲”，為探索學(xué)科交叉的工程人才培養(yǎng)模式提供保障[2]。結(jié)合給排水科學(xué)與工程專業(yè)的特點(diǎn)，《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》也明確說明，給排水科學(xué)與工程專業(yè)要不斷吸收融合分子生物學(xué)、納米科學(xué)技術(shù)、膜科學(xué)與技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，解決給排水行業(yè)的工藝技術(shù)問題[3]。南陽(yáng)師范學(xué)院設(shè)立大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，充分發(fā)揮項(xiàng)目制邊界清晰、目標(biāo)明確、可操作性強(qiáng)的特征，建立有效的師生互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)科交叉融合，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

本文結(jié)合大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目教學(xué)過程，總結(jié)給排水科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)科交叉的重要意義、實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)的問題和建議。

1 學(xué)科交叉的意義

學(xué)科交叉是促進(jìn)給排水科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展的源動(dòng)力，是培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型專業(yè)人才的有效途徑?？茖W(xué)創(chuàng)新的重大突破，往往依賴于多學(xué)科的相互滲透、交叉融合[4]。例如，國(guó)際污水處理界領(lǐng)軍人物洛斯德萊特教授在深入理解微生物代謝途徑基礎(chǔ)上，將代謝途徑與好氧顆粒污泥工藝過程以數(shù)學(xué)模型方式聯(lián)系起來(lái)，通過污水處理工程學(xué)和微生物學(xué)、數(shù)學(xué)的學(xué)科交叉，加速了工藝的工程化進(jìn)程，并極大方便了工藝的運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整。此外，耶魯大學(xué)的以利米勒教授率先將化學(xué)工程領(lǐng)域的膜過濾技術(shù)和材料工程領(lǐng)域的納米科技應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，對(duì)水處理技術(shù)的發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用。由此可見，學(xué)科交叉是思維方式的交融和學(xué)術(shù)思想的綜合，對(duì)促進(jìn)給排水科學(xué)與工程專業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。創(chuàng)新型專業(yè)人才最重要的特征是具有靈動(dòng)的創(chuàng)造性思維、敏銳的洞察力和豐富的創(chuàng)新知識(shí)[4]。學(xué)科交叉有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)特的問題分析能力，形成與眾不同的獨(dú)創(chuàng)性思維；挖掘?qū)W生敏銳的洞察力，養(yǎng)成一觸即發(fā)的頓悟能力；拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的廣度、深度，增強(qiáng)綜合創(chuàng)新能力。

2 項(xiàng)目的具體實(shí)施過程

在大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目教學(xué)中，筆者整合校內(nèi)工程實(shí)訓(xùn)中心和水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)資源，為學(xué)生建立跨學(xué)科的校內(nèi)實(shí)踐平臺(tái)，并進(jìn)行初步的探索和實(shí)踐。

2.1 項(xiàng)目選取

筆者以納米科學(xué)技術(shù)、膜科學(xué)與技術(shù)為基礎(chǔ)，將膜技術(shù)在化學(xué)工程領(lǐng)域的研制和給排水工程領(lǐng)域的應(yīng)用相結(jié)合，將“用于高含鹽印染廢水中有機(jī)物和鹽分分離的新型納濾膜制備研究”項(xiàng)目作為研究對(duì)象。結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，選取準(zhǔn)備繼續(xù)深造的大學(xué)生組建項(xiàng)目組，參與該項(xiàng)目研究，這對(duì)其研究生階段的研究方向選擇有一定的指導(dǎo)意義。在教學(xué)實(shí)踐中，將該項(xiàng)目劃分為實(shí)驗(yàn)室小型錯(cuò)流納濾裝置的研制、納濾膜的制備方案優(yōu)化與分離性能評(píng)價(jià)兩個(gè)部分。

2.2 文獻(xiàn)檢索

項(xiàng)目前期的準(zhǔn)備工作是否充分是決定項(xiàng)目實(shí)施階段能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。文獻(xiàn)檢索是利用書籍和數(shù)據(jù)庫(kù)獲取研究項(xiàng)目相關(guān)信息、知識(shí)的基本手段，文獻(xiàn)檢索的質(zhì)量與項(xiàng)目能否順利實(shí)施密切相關(guān)。通過文獻(xiàn)檢索，使學(xué)生了解項(xiàng)目的研究背景和研究現(xiàn)狀，掌握項(xiàng)目實(shí)施需要掌握的實(shí)驗(yàn)方法、注意事項(xiàng)等技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。更重要的是，針對(duì)項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)實(shí)施階段所涉及的跨學(xué)科知識(shí)，通過文獻(xiàn)檢索獲取項(xiàng)目相關(guān)的基礎(chǔ)資料，從中篩選出項(xiàng)目實(shí)施必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)資料，例如，實(shí)驗(yàn)室小型錯(cuò)流納濾裝置的研制階段需要學(xué)生熟悉電氣工程專業(yè)控制電路設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，納濾膜的制備方案優(yōu)化與分離性能評(píng)價(jià)階段需要學(xué)生掌握化學(xué)工程專業(yè)界面聚合法制備納濾膜的相關(guān)知識(shí)。

2.3 方案制定

在方案制定環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師向項(xiàng)目組全體成員介紹研制用于高含鹽印染廢水中有機(jī)物和鹽分分離的新型納濾膜的作用。同時(shí)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的啟發(fā)式指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生從文獻(xiàn)資料中分析前人未完成的或有欠缺的研究?jī)?nèi)容，找準(zhǔn)問題切入點(diǎn)。

此外，學(xué)生還要明確項(xiàng)目的研究目的、研究?jī)?nèi)容、研究方法和所需要的儀器，熟悉實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理性檢驗(yàn)方法，并分析項(xiàng)目實(shí)施過程中的難點(diǎn)，制定應(yīng)對(duì)措施。對(duì)于項(xiàng)目涉及的學(xué)科交叉知識(shí)，在深入理解相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，可邀請(qǐng)電氣控制工程專業(yè)和化學(xué)工程專業(yè)的教師參與指導(dǎo)，整合不同學(xué)科的優(yōu)質(zhì)資源，加強(qiáng)溝通，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的跨學(xué)科知識(shí)從理論走向?qū)嵺`，確保學(xué)科交叉在保障項(xiàng)目順利實(shí)施中發(fā)揮作用。學(xué)生根據(jù)文獻(xiàn)資料和掌握的跨學(xué)科知識(shí)，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)裝置電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和影響納濾膜分離性能的關(guān)鍵制備條件，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法（如單因素分析、正交實(shí)驗(yàn)等）設(shè)計(jì)實(shí)施方案。指導(dǎo)教師審閱實(shí)施方案時(shí)盡可能尊重學(xué)生的建議，與學(xué)生共同完成實(shí)施方案的修改和完善。教師重點(diǎn)把握整體實(shí)施方案的可行性和合理性，具體細(xì)節(jié)留給學(xué)生在實(shí)施過程中自主解決。

2.4 實(shí)驗(yàn)過程

在實(shí)驗(yàn)過程中，項(xiàng)目組成員明確各自的職責(zé)和任務(wù)，確保分工明確，成員之間加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，特別要做好學(xué)科交叉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的銜接。在實(shí)驗(yàn)室小型錯(cuò)流納濾裝置的研制階段，安排計(jì)算能力強(qiáng)的同學(xué)負(fù)責(zé)裝置主體的設(shè)計(jì)，電路控制基礎(chǔ)扎實(shí)的學(xué)生負(fù)責(zé)裝置控制電路圖的設(shè)計(jì)，溝通能力強(qiáng)的學(xué)生負(fù)責(zé)與生產(chǎn)廠家的協(xié)商和溝通。在納濾膜的制備方案優(yōu)化和分離性能評(píng)價(jià)階段，安排動(dòng)手能力強(qiáng)且對(duì)化學(xué)工程感興趣的同學(xué)負(fù)責(zé)納濾膜的制備，對(duì)設(shè)備操作感興趣的同學(xué)負(fù)責(zé)膜分離性能的測(cè)定。項(xiàng)目組成員要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作程序，在充分發(fā)揮個(gè)人能力的基礎(chǔ)上加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，并定期向指導(dǎo)教師匯報(bào)項(xiàng)目的進(jìn)展情況。指導(dǎo)教師對(duì)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)行不定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目執(zhí)行過程中存在的問題，指導(dǎo)學(xué)生完善研究?jī)?nèi)容，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，完善實(shí)驗(yàn)方案。在裝置設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生能夠?qū)⒖鐚W(xué)科知識(shí)準(zhǔn)確應(yīng)用于項(xiàng)目實(shí)施的全過程，動(dòng)手能力和解決問題的能力顯著提高，團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神明顯進(jìn)步。

2.5 報(bào)告撰寫

報(bào)告撰寫是將實(shí)驗(yàn)過程中獲得的數(shù)據(jù)以圖、表和文字分析的形式呈現(xiàn)。報(bào)告內(nèi)容是學(xué)生項(xiàng)目實(shí)施過程的真實(shí)反映，它能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目研究理解的深度。報(bào)告中要強(qiáng)調(diào)研究獲得的重要結(jié)論和研究?jī)r(jià)值，提出新的科學(xué)假設(shè)和未來(lái)的研究建議。由于本科生缺乏撰寫報(bào)告的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不到位、討論與研究目的脫節(jié)、研究?jī)r(jià)值不凸顯、缺少與已有研究結(jié)論的對(duì)比等問題。對(duì)于報(bào)告中學(xué)科交叉內(nèi)容之間的銜接，項(xiàng)目組成員缺乏充分協(xié)調(diào)和溝通。因此，教師除了對(duì)報(bào)告的撰寫方法和技巧進(jìn)行全面指導(dǎo)外，還需有針對(duì)性地對(duì)學(xué)科交叉內(nèi)容的撰寫進(jìn)行專門指導(dǎo)。通過報(bào)告撰寫，學(xué)生的寫作能力和邏輯思維能力得到明顯提高。

3 存在的問題及建議

根據(jù)前期指導(dǎo)給排水科學(xué)與工程專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目學(xué)科交叉的初步探索和實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)諸如學(xué)科交叉途徑窄、組建跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)困難、人才培養(yǎng)模式固化、教學(xué)方式不靈活、培養(yǎng)模式與行業(yè)發(fā)展需求不協(xié)調(diào)等問題。因此，要開拓學(xué)科交叉的新途徑，給排水專業(yè)與人類日常生活息息相關(guān)，水環(huán)境污染問題與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人體健康等問題滲透、交叉，可融合社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，構(gòu)筑更加全面的綜合體系[5]，突破學(xué)科之間的壁壘、藩籬，促進(jìn)知識(shí)體系的深度融合；要加強(qiáng)給排水科學(xué)與工程專業(yè)的師資隊(duì)伍建設(shè)，將具有類似學(xué)科性質(zhì)的院系組建成學(xué)部，整合不同學(xué)科的優(yōu)質(zhì)資源，架設(shè)不同學(xué)科之間相互溝通的橋梁；要完善給排水科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科交叉特色化人才培養(yǎng)方案，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，為學(xué)生提供更廣闊的跨學(xué)科綜合訓(xùn)練平臺(tái)；要順應(yīng)給排水行業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向需求，加強(qiáng)校企合作，建立聯(lián)合培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的多學(xué)科交叉融合的給排水專業(yè)技術(shù)人才。

4 結(jié)語(yǔ)

學(xué)科交叉對(duì)促進(jìn)給排水科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展和培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型專業(yè)人才具有重要的作用。本文結(jié)合大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，初步探索和實(shí)踐了學(xué)科交叉在項(xiàng)目選取、文獻(xiàn)檢索、方案制定、實(shí)驗(yàn)過程和報(bào)告撰寫中的具體實(shí)施過程，總結(jié)了存在的問題，并針對(duì)性地提出了改進(jìn)的建議。今后，還需進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)科交叉在給排水科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)科建設(shè)和構(gòu)建創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)模式中的關(guān)鍵作用，以滿足“新工科”建設(shè)的要求。