基于环境工程专业实验课程的特点

创新是教育和科学发展永恒的主题，是一个国家和民族生存与兴旺发达的基石，也是当前实现中国梦的主题。创新能力的培养是实现创新过程的关键，其已成为深化高等教育改革的一个根本性的指导思想。目前，在现代大学教学过程中，培养具有自主创新的新型复合人才，是当今乃至今后教育教学发展的首要任务，而通过创新实验教学方法提升，进一步提高实验教学质量，也已成为国内外高校教学改革与实践的重点方向之一。在经济全球化和教育国际化步伐不断加快的今天，各国在教育的资源与方法上，不断地相互交流与融通，使得实验教学自主创新日新月异。实验教学是培养学生创新能力的重要途径，环境工程专业所涉及的学科（例如水污染控制工程、大气污染控制工程等）是实验性学科，是多学科的交叉学科H；同时，需要应用其他多门基础学科（如化学、化学工程、材料化学等）的理论、实验方法和技术来支撑、扩展和延伸自己的内涵和外延。因此，将自主创新能力的培养融入到整个环境工程专业实验教学中，是一个需要探索和研究的重要课题；同时，全面提升自主创新教育，对于全面提高高等教育质量具有十分重要的意义。

实验教学的基本任务是通过实验活动，对学生进行科学方法和实验技能训练和培养，使学生能够完整地、系统地掌握实验的基本原理、方法和技能以及实验技巧等，同时，学生通过实验的实际操作，实现理论和实际的联系，掌握技能，并能在此过程中提出问题，促进思考，从而使解决问题的能力得到提升，达到自主创新能力培养的目的。因此，围绕实验教学自主创新能力培养这一轴心，实验教学的改革注重在实验的内容和形式上两个方面。在实验内容上，实验课程的开设和安排，一方面要按照培养计划和教学大纲的要求，做到实验课程教学内容与理论课程教学内容相一致，实验课程教学进度与理论课程教学进度相协调；另一方面，在实验教学条件、教学环境、实验安全达到要求的基础上，增加启发性内容；显然，后者更为重要，因为后者才是创新能力培养的关键所在。在实验形式上，可开设验证性实验、设计性实验、综合性实验、模拟性实验、虚拟仿真性实验等多种形式。诚然，自主创新能力的培养是多方面的，可以有多种的培养模式，这正是为什么自主创新能力的培养成为重要的探索课题的原因之一。作者在提高学生综合素质的基础上，基于环境工程专业实验课程的特点，提出了“共性与特色耦合”培养机制与模式实践。

本文阐述了在“共性与特色耦合”培养机制下的自我创新能力培养与创新意识、创新精神和创新过程实践之间的关系。通过激发创新意识，培养创新思维，树立创新精神和创新过程实践，最终达到自主创新能力的培养和提高。这种模式不仅适用于环境工程专业实验教学，而且也适用于其他学科的实验教学过程，具有普遍性意义。

1实验教学自主创新能力现状分析

目前在我国高等教育中，一方面，大学生主要通过应试教育的模式升入大学，越来越多的大学生虽然已经意识到自主创新能力的重要性，但总体上还缺乏发明、创造和创新的根本意识，多数大学生对知识的掌握和能力的培养存在松懈和享乐主义倾向，对发明创造没有迫切的追求和渴望，因而缺少创新意识、创新精神和创新能力的基本观念。主要表现在创新思维不够，深入努力思想缺乏，拘泥于幻想空间，不关注解决问题的焦点。大学生追求创新，希望获得创新能力，但行动上不能落实，主动性发挥不够，欠缺投身实践的勇气和能力。大学生的行知反差妨碍了创新能力的提高。另一方面，与国外发达国家相比，重理论，轻实践；重分析，轻综合；重个体，轻协作；重传统，轻创新等问题，在我国现有的高等教育中依然存在，虽然我国高校已普遍重视对学生在动手实践能力、综合分析能力、团队协作能力、创造创新能力等方面的培养，但在方式方法、内容内涵等诸方面缺乏经验和不足，因而收效不甚满意，对大学生实际工作能力和素质提升的作用还没有达到预期的程度。例如，如何使学生树立创新意识和创新精神，在学习和实践过程中充分调动主动性和积极性等。在自主创新能力培养方面，世界发达国家已形成了独特的实践教学模式，例如英国“三明治课程”方式、美国“合作教育计划”模式、德国“双元制教育计划”制度、日本“产学合作”形式等，这些模式为我们提供了丰富的参考经验。国内北京大学实施了“元培计划”，加强学生实践创新能力的培养；同济大学致力于知识能力-人格三位一体的KAP培养模式；武汉大学提出了创造教育、创新教育、创业教育的“三创教育”的多元化培养模式。这些模式的运行和结果为国内其他高校提供了宝贵的经验。

南京信息工程大学创建于I960年，其前身是南京气象学院，是一所享誉“中国气象人才摇篮”的我国最早的气象类专业院校。1999年，我校环境工程专业创建，现有学术硕士学位和专业（工程）硕士学位授予权，多年来为国家、地方环保和气象部门培养了大批高层次的应用人才，尤其是大气环境与气候变化交叉领域人才的培养，形成了以大气环境为特色的环境工程专业培养体系。近年来，借鉴了国内外在实践教学自主创新方面的经验和成果，在环境工程专业培养体系建设和模式实践中，围绕国家环保产业的需求和发展，围绕高等教育大众化形势下应用人才培养目标，围绕我校环境工程专业在国内和江苏省学科特色建设中的定位，实施了环境工程专业“共性与特色耦合”培养机制下的建设与模式实践，成功地探索出环境工程本科专业人才培养模式与特色的发展之路。

围绕全面提升自主创新能力理念，首先全面修订和改革了环境工程专业培养方案和培养计划，增设“环境-气象”交叉特色课程，加强学生第二课堂活动，完善实验实习基地建设，明确了拥有全新自主创新能力的环境工程专业应用型人才特色培养模式的科学性。在此基础上，①通过搭建“共性培养”和“特色培养”两条主线，贯彻我校“全面支撑、创新引领，主动服务中国气象事业”指导思想，突出了我校环境工程专业在环保领域的工科特色，开辟了在气象领域交叉应用的领地，同时巩固了环保行业渊源；②通过结合专业特色，开展国家级、省级和校级“三级”精品课程和精品教材建设，进一步开拓和完善现代化教学手段和教学载体；③围绕实验、实习和实训等环节，构建了多层次的实践教学体系，提高了学生的工程实践能力和计算机应用能力。在过去几年的提升自主创新能力建设中，我们构建的应用型人才“共性与特色耦合”培养体系，获得了校内外广泛好评，并力争将我校环境工程专业建设成为“省内一流、国内先进、能够影响海外”的环境工程研究与教学的应用型人才培养模式创新实验基地。

2“共性与特色耦合”培养机制下的自我创新能力培养模式

2.1自我创新能力培养的前提条件——敦发创新意识，培养创新思维

每个人都有很大的潜能，尤其是年轻的大学生，托尼"E赞是英国智力研究人员，在他撰写的《大脑第一》一书中指出，每个人具备的九个方面的潜能，通过训练，这些潜能是可以被开发的。在这些潜能中，第一个潜能就是创造潜能，如何让创造潜能发挥出来，需要有计划有智慧的引导和训练。在“共性与特色耦合”培养机制下，我们有意地让每个学生将自己的兴趣爱好和专业知识点关联起来，首先使他们能够了解自己，把握兴趣，内心平和，激发潜能。只有每个人了解了自己，把握兴趣，才能内心充实，创造潜能才能被激发出来。在这一过程中同时也培养了每个学生的自信心，而潜能的激发和自信心的树立是在有目的的引导和训练下展开的，是在“共性与特色耦合”培养机制中设置的。

被誉为俄国“教育心理学奠基人”的教育家乌申斯基曾说：没有丝毫兴趣的强制学习，将会扼杀学生探求真理的欲望。兴趣是自我创新的重要动力因素，当学生的潜能被激发，有了兴趣，就会产生欲望，就会主动地去发现问题，即产生动机，并积极探求问题，进而去解决问题，这是我们培养学生树立创新意识的过程，创新意识是拥有自我创新能力的基点，是进行创造活动的出发点和内在动力，是创造思维和创造力的前提。我们可以发现，潜能需要激发，可以和兴趣结合，能够树立创新意识，涌现创新思维；有了创新意识和创新思维，就会不断地产生兴趣和维持兴趣，从而创造潜能就会不断地被激发，形成了良好的循环。在此循环过程中，就会养成强烈的事业心和责任感，就会树立健全的创新信念，从而为自我创新能力的培养和提高打下基础。在我们“共性与特色耦合”培养机制下，由此形成了“激发创新意识，培养创新思维”的新型模式。

实验教学过程是激发创新意识，培养创新思维最为理想场所，因为这个场所最有利于学生将自己的兴趣和专业知识点关联起来，能使学生产生欲望，形成意向，提出设想，激发创造潜能。在具体的过程中，可以设置问题情境，也即孕造一种特殊的氛围，这种氛围能够促使学生在兴趣与知识点之间发生激烈碰撞，从而产生强烈的探知欲望的火花4。一个良好的问题情境应该是生动直观、富有启发性。其手段有：直观演示产生问题、实验现象提出疑问、动画仿真展示结果、案例分析和科学预言，等等。其过程是：抽象问题具体化、深奥原理形象化、枯燥知识趣味化。环境工程专业实验教学过程，内容真实、过程形象、现象生动。因此，通过问题情境设置过程，唤起学生兴趣，从而激发创新意识，培养创新思维。

2.2自我创新能力培养的基石——对立创新精神

拥有了创新意识和创新思维不等于完全具备了自我创新能力，在创造活动中还需要胆量、勇气、智慧、决心和意志，不满现有，敢于质疑，敢于去旧求新，这就是创新精神。仅仅具备创新意识和创新思维是不够的，同时必须赋有创新精神。创新精神就是勤于思考，乐于实践，刻意求新的精神，是一种勇于抛弃旧思想旧事物、创立新思想新事物的精神H。苹果公司前CEO乔布斯是当代最富有创新精神的典型代表，是这个时代最伟大的创新者，人们如此地怀念乔布斯，不仅仅是他的产品为人类带来了便利的和革命性体验，更在于他拥有的那种全人类共同珍视和稀缺的财富：创新精神和富有想象力的心灵。《福布斯》每年发布全球最具创新精神的公司排行榜，将公司市值和创新精神关联在一起，这一指标称之为创新溢价。可见创新精神在自我创新能力培养中有多么的重要，创新精神是自我创新能力的基石。在我们“共性与特色耦合”培养计划中，我们引导和教诲学生不仅仅满足已有的书本理论和实验方法，更需要勇于打破固有框框，不再唯书唯上和盲目效仿，敢于质疑权威。但同时教导学生，拥有创新精神首先需要遵循客观规律，而不是胡来，要符合客观需要，而不是为我是用。学生必须知道新颖、独特是创新精神内涵的体现，但同时受到道德观、价值观、审美观的制约。这是“共性与特色耦合”培养机制下的创新精神培养模式。

在环境工程专业实验教学过程，实施“共性与特色耦合”培养机制下的创新精神培养模式，不仅要求学生具备信息加工能力、分析问题能力、动手操作能力、运用技术能力、表达能力等，还要求具备综合分析能力。具体体现在：独立思考、大胆探索、标新立异。要求每个学生提交综合分析结果，即由此所得出的新思想、新观点、新思路、新问题、新设计、新途径、新方法等。这样在整个实验教学过程中，学生的胆量和勇气不断地得到激发，他们的聪明才智不断地涌现，创新精神不断地得到灌输，创新的意志得到锻炼。我们发现，有的学生对实验路线进行了合理的修改，有的学生提出的新思路和新方法成为了本学科发展的亮点，有的还申报了国家专利，获得了很大的成效。总之，在自我创新能力培养过程中，使学生树立创新精神是十分必要和尤为重要的。

2.3自我创新能力培养的关键——主重创新实践过程

创新实践过程就是创新活动实施过程，是创新意识和创新思维实现的过程，其中需要创新精神的支撑，因而创新实践过程是自我创新能力培养的关键所在。同时，创新实践过程也是检验是否具备自我创新能力的过程。在环境工程专业实验教学中注重“共性与特色耦合”培养机制下的创新实践过程，是一个丰富多彩的思维过程，引导学生通过自身潜能的挖掘，把创新意识和创新思维寓于实验的各个环节之中，这样就会引发学生深层次的思考，从而培养和提高学生的自我创新能力。必须注意到，在创新实践过程中，创新意识和创新思维的实现需要有意识的规划和设计的，在“共性与特色耦合”培养机制中，我们有意识地规划和设计了创新实践过程，设置了环境工程专业实验创新新模式-多维迂回式实践过程。

在这种模式中，我们首先根据实验原理与要求，规划与设计实验意境，在这一步骤中，目的是将学生的兴趣点和知识点关联起来，并能激发学生的各种潜能。由于学生的兴趣点各不相同，因此要求具有相同或相近兴趣的学生组成小组，实验意境可以是多个，但实验意境获得应用必须满足在实验室可实施可行的原则，同时达到实验要求，此步骤需要迂回多次。一旦有了实验意境，就可以进行问题情境设置，通过多种手段体现问题情境，提供多个问题的情境，学生可以自由选择，确定后开始设计实验路线。在此步骤中，学生可以充分发挥自己的想象力，提出实验新构思与新思路。设计的路线可以仿照原有的路线，也可以是全新的，如果设计的路线不合理或不可行，可以回到前一步重新设计或重新选择问题情境，直至达到一个合理、可行的实验路线为止。确定了（新的）实验路线（其中包括实验仪器和设备、实验步骤等），学生可以开始实验，记录和处理实验数据，并对实验结果进行比较和分析，在此过程中，需要提出为什么等问题，并作出回答和解释，迫使学生进行深层次的思考。如果比较和分析的结果不合理，需要找出原因，再迂回至上一步，直至得到合理的回答和解释，最后得出结论。在这样的多维迂回式实验创新过程模式中，学生要得到一个理想的、崭新的结果和结论，首先需要透彻地理解实验原理和实验过程。这样，首先巩固了学生的理论知识；其次，理想的、崭新的结果和结论的产生必须有创新，必须掺入创新意识和创新思维。可见，前者是基础，后者是关键，重点在过程。原理和过程不透彻，新的构思和路线无法产生，崭新的结果和结论无从谈起了。学生对实验原理和实验过程理解透彻，但不进行深层次构思，不会提出新颖的问题和满意的解释，也就得不到一个理想的崭新的结果和结论。在这种模式下，多维迂回实际上是允许学生实验有失败。因此，学生通过多维迂回式实验创新过程模式，学生自我创新能力得到了培养和提升。在这种模式下，有的学生提出了很多奇思妙想，有的学生变成了创造发明。在多维迂回式实验创新过程模式实施过程中，学生的基础理论知识得到了巩固，学生的实验兴趣得到了极大的提高，自我创新能力得到了培养和提升。

在此列举一个案例，在大气污染物控制工程实验-净化和回收酸性气体（SO2、NOx、CO2)实验中，我们设置了各种实验意境和问题情境，提供各种塔器吸收柱、膜接触器等净化设备，溶液再生方法有热再生、真空再生和惰性气体再生等，要求学生设计净化回收装置流程，并达到节能降耗的目的。学生设计出来的流程有：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；热-真空混合再生；混合多段吸收混合多段再生；等等。在这些构思和设计中，包括单一式流程和组合式流程，组合式流程与单一式流程比较，组合式流程虽然复杂，需要独特的构思和深层次思考，组合式流程易以达到节能降耗的目的。在多维迂回式实验创新过程模式下的大气污染物控制工程实验的一个实验中，学生就可以一方面学习和巩固了吸收法净化和回收大气污染物的知识，另一方面，掌握了多种工艺流程，并创新出节能降耗新流程。

3结语

人才培养模式的创新是高等教育一个尤为重要的任务，其是国家创新型人才培养的一个重要手段，将创新意识-创新思维-创新精神-创新实践过程贯穿于整个自我创新能力培养的实验教学体系是一个复杂的系统工程。而专业的差异性又提出了不同的创新能力的培养方式和手段，这要求我们在人才培养模式的创新过程中，既要看全共性又要注重特色。我们根据环境工程专业特点，在实验教学过程，实施了“共性与特色耦合”培养机制下，通过激发创新意识、培养创新思维、树立创新精神、注重创新实践过程的新型培养模式，成功地探索出能够实现学生自我创新能力培养和提升的途径一多维迂回式实验创新过程模式。同时“共性与特色耦合”培养和多维迂回式实验创新过程模式，不仅能够适用于环境工程专业自我创新能力培养和提升，也适用于其它学科专业的实践教学过程，具有普遍性意义。

作者：陆建刚，周宏仓，张慧，许正文，方华，陈雯(南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京210044)