基于新工科的“思-融-研-賽”混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(yè)工程認(rèn)證的雙重要求，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)踐教學(xué)的前沿陣地，對“新環(huán)工”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了探索與實(shí)踐。文章提出了“思-融-研-賽”混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，思政為引領(lǐng)，堅(jiān)持立德樹人;基于CDIO教育模式，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，彌補(bǔ)學(xué)生在傳統(tǒng)工科實(shí)驗(yàn)中不能操作復(fù)雜工藝流程的弊端，注重學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。最后，以賽促教，以賽驗(yàn)學(xué)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，以適應(yīng)新工科高素質(zhì)環(huán)境工程應(yīng)用型人才的需求。

關(guān)鍵詞：新工科;實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式;CDIO;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(fù)旦共識”和“天大行動(dòng)”，開啟了我國工程教育的新革命[1-2]。為貫徹落實(shí)創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，響應(yīng)國家戰(zhàn)略需求，在新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證的雙重推動(dòng)下，作為國家生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮排頭兵作用的環(huán)境工程專業(yè)，迫切需要深化工程教育改革?！敖徊嫘?、創(chuàng)新型、開放型和國際化”是新的環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展的要求和趨勢。

更高層次的人才需求，也對高等學(xué)校教育提出了更明確的建設(shè)目標(biāo)。要應(yīng)對我國和世界范圍內(nèi)的環(huán)境保護(hù)新態(tài)勢、新挑戰(zhàn)，塑造環(huán)保行業(yè)人才培養(yǎng)新模式，亟需更新符合時(shí)代需求的，既有中國特色又能迎接國際挑戰(zhàn)的人才培養(yǎng)體系和實(shí)踐方案。建構(gòu)以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向、體驗(yàn)為引領(lǐng)的新式課堂，合理運(yùn)用原理性教學(xué)方法、技術(shù)性教學(xué)方法、操作性教學(xué)方法，在當(dāng)下是亟需探討和轉(zhuǎn)變的。

一、工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）精神文化建設(shè)和思想政治教育薄弱問題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要的上課模式是流動(dòng)式的，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室如同作坊一樣，文化缺失，學(xué)生的歸屬感不強(qiáng)。隨著國家“雙一流”建設(shè)戰(zhàn)略的實(shí)施，工程認(rèn)證工作的逐步推行，高校環(huán)境類實(shí)驗(yàn)室規(guī)模不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行管理要求規(guī)范化和人性化。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程[3]。精神文化是核心，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心作為高校實(shí)踐教學(xué)的主要陣地，是開展社會(huì)服務(wù)和文化傳承的重要載體，創(chuàng)建綠色、健康的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室德育功能，著力提升實(shí)驗(yàn)室文化建設(shè)水平，對培養(yǎng)全面發(fā)展的德才兼?zhèn)涞母邔哟稳瞬偶皩?shí)驗(yàn)室更高質(zhì)量內(nèi)涵式發(fā)展具有重要的意義。

（二）能力培養(yǎng)體系相對弱化，落實(shí)不到位

新工科要求“新”[4]，因此“新環(huán)工”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要形式多樣化，內(nèi)容豐富化。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容過渡到設(shè)計(jì)型、綜合型，開展形式轉(zhuǎn)化為小組協(xié)作，全班融合。實(shí)驗(yàn)的完整開展要求引入大型精密設(shè)備，但由于大型儀器設(shè)備價(jià)格昂貴、后期維護(hù)難，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室數(shù)量有限，導(dǎo)致小組協(xié)同實(shí)驗(yàn)中“蹭實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象頻發(fā)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中動(dòng)手操作機(jī)會(huì)反而減少，并未達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，使課程效果大大縮水。

（三）工程實(shí)踐能力培養(yǎng)和專業(yè)教育耦合不到位

環(huán)境工程專業(yè)是一門重實(shí)踐的復(fù)合交叉學(xué)科。在學(xué)生的整個(gè)培養(yǎng)體系中，工程實(shí)踐能力是衡量人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。專業(yè)涉及的工藝單體、構(gòu)筑物體積大，占地面積廣，難以復(fù)制到實(shí)驗(yàn)室內(nèi);實(shí)驗(yàn)室里的工藝流程模型多為傳統(tǒng)經(jīng)典工藝，與實(shí)際需求有差異;課程實(shí)踐以參觀演示為主，難以吸引學(xué)生的興趣。如何將學(xué)生的知識理解從“我見過”改變到“我用過”，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)過程中需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。

二、混合式教學(xué)法內(nèi)涵

基于上述現(xiàn)狀，提出了“思-融-研-賽”混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[5]。強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，增強(qiáng)師生互動(dòng)，落實(shí)“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的國際工程教育專業(yè)認(rèn)證理念[6]，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課堂把“想”“行”“用”有機(jī)結(jié)合起來。

（一）讓實(shí)驗(yàn)室鮮活起來——思政滲透

新工科秉承“興學(xué)強(qiáng)國”的責(zé)任和使命，明確將家國情懷融入工程人才培養(yǎng)全過程，培養(yǎng)主動(dòng)服務(wù)社會(huì)、具有擔(dān)當(dāng)精神和愛國情感的工程人才[4]。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的“工匠精神”與“科學(xué)精神”，引入專業(yè)倫理教育，潛移默化地強(qiáng)化學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識，將學(xué)生的格局升華，從一門課程分?jǐn)?shù)的高低升華到對社會(huì)有益程度來思考問題。在實(shí)驗(yàn)室建立專門的文化展覽區(qū)，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)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(xué)研究相得益彰，讓實(shí)驗(yàn)室文化成為堅(jiān)持立德樹人、實(shí)現(xiàn)“三全育人”的有效途徑。

（二）把課堂豐富起來——虛實(shí)結(jié)合

實(shí)驗(yàn)課程在設(shè)計(jì)過程中弱化科目和章節(jié)的限制，將知識點(diǎn)融合為一個(gè)有機(jī)的整體，重點(diǎn)強(qiáng)化以能力為目標(biāo)。借助信息化的教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)碎片化教學(xué)。以“有機(jī)固廢好氧堆肥實(shí)驗(yàn)”為例，如圖1所示。教師利用雨課堂發(fā)布實(shí)驗(yàn)課程大綱、儀器操作視頻、PPT等多種形式的資料供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過設(shè)置任務(wù)點(diǎn)督促學(xué)生完成預(yù)習(xí)，強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果。借助虛擬仿真軟件，可操作部分在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，多參數(shù)變化、極限參數(shù)設(shè)置等實(shí)驗(yàn)通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，加深學(xué)生的直觀印象，拓寬學(xué)生的自由發(fā)揮空間。課后通過飛書等媒體，實(shí)現(xiàn)線上師生間的高頻互動(dòng)，答疑解惑，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)效果。

（三）讓學(xué)生參與進(jìn)來——CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過四年的研究探索創(chuàng)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(yǎng)方式使畢業(yè)生在工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)[8]。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容項(xiàng)目化，由“學(xué)、校、企”三方協(xié)同，引入企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)課程的社會(huì)價(jià)值，學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)者，避免了傳統(tǒng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)僅就教學(xué)而設(shè)任務(wù)，與實(shí)際生產(chǎn)和就業(yè)要求相分離的不足。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐應(yīng)用中，切實(shí)感受到學(xué)科知識的深度融合，融會(huì)貫通，學(xué)以致用。

（四）把學(xué)生送出去——以賽促學(xué)，以賽促用

對于當(dāng)代大學(xué)生而言，他們的競爭對手不僅僅是學(xué)校的同學(xué)，坐井觀天，只會(huì)消磨學(xué)生的激情。通過競賽，形成鯰魚效應(yīng)，開拓眼界，思維碰撞，促使學(xué)生積極思考，形成良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣，從而使學(xué)生的創(chuàng)新意識和專業(yè)水平得到明顯的提升。對于教師而言，是對教學(xué)成果的量化檢驗(yàn)，深度剖析競賽主題，了解學(xué)科前沿和社會(huì)熱點(diǎn)話題，促進(jìn)教學(xué)改革和教學(xué)研究?？偠灾瑢?shí)驗(yàn)教學(xué)與大學(xué)生競賽相結(jié)合，是以現(xiàn)代工程行業(yè)和社會(huì)的實(shí)際需求為準(zhǔn)繩，綜合基礎(chǔ)知識和專業(yè)實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)以賽促學(xué)，以賽促用，是工科院校將教學(xué)成果與社會(huì)需求相連接的有效途徑。如學(xué)生積極參與互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，促進(jìn)研究成果的轉(zhuǎn)化。學(xué)生通過“全國大學(xué)生市政環(huán)境創(chuàng)新實(shí)踐能力”大賽強(qiáng)化和規(guī)范環(huán)境類化學(xué)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，參與到復(fù)雜工藝流程設(shè)計(jì)中，了解行業(yè)發(fā)展方向。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革目標(biāo)

（一）思政融合，立德育人

以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為統(tǒng)領(lǐng)，將思想政治教育元素滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，磨煉工科人才的個(gè)人品質(zhì)，強(qiáng)化家國情懷，塑造生態(tài)意識，認(rèn)識到工程師的重要角色在社會(huì)中擔(dān)負(fù)的重大社會(huì)責(zé)任。教學(xué)過程中，以點(diǎn)及面，層層深入，樹立學(xué)生對環(huán)境專業(yè)的歸屬感、敬畏感，通過實(shí)驗(yàn)分組協(xié)作，取長補(bǔ)短，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新探索精神，實(shí)現(xiàn)育人與育才相統(tǒng)一。

（二）校企合作，產(chǎn)教融合

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力的必經(jīng)之路，企業(yè)是人才培養(yǎng)方向的直接窗口，以時(shí)代需求和行業(yè)發(fā)展推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，探討專業(yè)素質(zhì)教育和產(chǎn)業(yè)需求的結(jié)合要素，引入企業(yè)導(dǎo)師的參與實(shí)踐指導(dǎo)，不斷提升課程的綜合程度。

（三）教學(xué)相長，深化改革

在改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，整合實(shí)驗(yàn)室資源，積極推進(jìn)CDIO工程教育模式，引入項(xiàng)目化教學(xué)方式，將理論知識和實(shí)踐應(yīng)用深度融合，邀請有經(jīng)驗(yàn)的工程師參與到課程指導(dǎo)過程中。在實(shí)際工程中，工程師多年積累的經(jīng)驗(yàn)可達(dá)到事半功倍的效果，這是學(xué)校里所學(xué)不到的。教學(xué)相長，青年教師通過溝通學(xué)習(xí)、企業(yè)合作等多種方式豐富實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提升工程實(shí)踐能力，破解理論與實(shí)際割裂的難題。

四、結(jié)束語

在新工科背景下，全面推行工程教育改革創(chuàng)新，高校工程專業(yè)教育將進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。本文結(jié)合本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題，提出“思-融-研-賽”混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將思想政治教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂，實(shí)現(xiàn)全過程、全方位育人，塑造德才兼?zhèn)涞淖吭焦こ倘瞬?。以CDIO工程教育模式12條標(biāo)準(zhǔn)和能力大綱為評價(jià)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目化改革，校企合作、產(chǎn)教融合，打造“厚理論強(qiáng)實(shí)踐”的工程應(yīng)用型綜合人才。鼓勵(lì)學(xué)生參與到學(xué)科競賽中，賽教融合，開拓國際視野，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，提高競爭力。

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