景佳娜 孙妍 徐准 周明华
摘 要：在新工科教育改革背景下，培养大学生的科研创新能力和素质对提升学生实践和创新能力有着十分重要的意义。针对当前高校环境工程专业教学存在着科研素质培养欠缺、创新精神重视不够和教学内容与方式单一等共性问题，文章分析了培养大学生科研创新能力的原则和重要性，提出了环境工程专业大学生科研创新能力和素质培养的途径，包括科研思维方法的培养、科研设计与技能培养、创新成果的凝练和转化等，有望为培养具有新工科思维特色、科研技能和实践能力的创新人才提供借鉴。
关键词：新工科;环境工程;科研创新;培养途径
中图分类号：C961 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）S1-0146-04
Abstract：
Under the background of new engineering education reform， cultivating the ability and quality of scientific research and innovation of college students is of great significance to improve their ability of practice and innovation. In view of the common problems of lack of scientific research quality， insufficient emphasis on innovation spirit， and single teaching content and methods in the current environmental engineering teaching in colleges and universities， this paper analyzes the importance and principles of cultivating college students" scientific research and innovation capabilities. And we put forward the ways to cultivate college students" scientific research innovation ability and quality， including the scientific research thinking， scientific research design and skill training， and the transformation of innovative achievements. It is expected to provide reference for cultivating innovative talents with new engineering thinking characteristics， scientific research skills and practical ability.
Keywords：
new engineering; environmental engineering; scientific research innovation; cultivation way
新工科建設是一项涉及面广、影响面宽、具有中国特色的系统工程，是应对经济发展、产业变革、全球竞争等提出的引领未来工程教育改革的重要举措，对我国高等教育的改革和发展具有示范和引领作用[1]。它是时代的发展趋势，但从高校自身发展的角度而言，我国的工程教育大而不强，在人才培养方面存在一些瓶颈，大学生培养理念无法适应社会的变化和发展需求，对于学生的培养模式不符合新工科教育背景的新要求[2]。
新工科中的“新”包含新兴、新型和新生三方面的涵义，具备引领性、创新性、交融性、发展性和跨界性的特点[3]。新工科的建设必须立足于“新”，只有在核心技术上取得重大突破，才能在国际新工科领域中占据战略制高点，当前新工科背景下人才培养的主要任务应该侧重于大学生创新能力和科研素养的提升。面对全球环境污染的复杂性和多样性，环境工程专业技术人才应该具备扎实的理论知识、优良的科研素养和综合的创新能力，这要求高校转变原来的培养思维和模式，提高学生的科研创新能力才是该专业发展的趋势，而非单一地传授专业知识[4]。
一、新工科视角下环境工程专业发展现状及存在问题
对于高校环境工程专业而言，创新、创业能力是新工科培养科研人才的首要能力要求。高校创新创业教育可以通过更加丰富的教学方式让学生理解创新真正的含义和价值，通过大学生创新创业训练项目来锻炼其科研思维和科研设计能力，最终帮助学生实现创新成果的凝练和转化[5]。但目前我国多数高校大学生科研素质培养体系还不够完善[6]，缺少大学生科研创新能力和素质培养的系统课程，也没有完整的培养体系，导致大部分学生的创新、创业能力不足，与国家创新驱动发展战略对人才的培养要求还存在明显差距[7]。
（一）科研素质培养欠缺
环境工程专业是典型的以问题为导向的应用型学科，其学科体系与国家和地方生态环境的重大战略需求密切相关[8]。目前，大学生科研素质的培养与专业知识教育尚未实现有机融合，并且针对性、深入度和时代性不够，科研创新理念尚未深入人心。同时，部分高校对于大学生科研素质的培养体系也不够完善，导致大学生对于科研方法掌握不够透彻，在申请创新创业训练项目时不知如何选题和撰写项目书，面对科研实验时不知如何设计与开展，拿到实验数据不知如何处理与分析等，这些都是大学生科研知识和技能相对欠缺的表现。
（二）创新精神重视不够
提高大学生的创新精神和能力是高校培养创新型人才的重要战略目标，为此，高校应改变传统的学生培养观念，深化课程改革，丰富教学方式[9]。环境专业属于交叉型、综合型的学科，应该多元、全面的发展以适应新工科背景下的人才培养需求[10]。但调查发现，当前不少高校在培养环境工程大学生时忽视了学生创新能力的培养，很难激起学生对于创新的热情[7]，导致大学生缺乏创新性和主动性而很难独立开展工作，因此难以持久有效满足新工科背景下的人才培养需求[11]。
（三）教学内容和方式单一
我国高等教育事业正处于改革的关键时期，新工科背景下，高校在培养环境工程人才时，必须要对传统的教学模式进行更新和优化，才能真正提升人才培养质量[12]。目前，环境工程专业的教学方式依然沿用传统的“言传身教”，主要进行相关专业课程的讲解，侧重于理论知识的传达，而缺乏学生提出问题、分析问题、解决问题的独立思考环节，没有凸显出学生的主体地位，在这种传统的教学方式下，最终形成“接受多、探究少;模仿多、参与少;训练多、交流少”的现状[13]。同时，这种单一的教学内容和方式忽略了对大学生科研兴趣的激发，也没有在科研探索上给予学生实际的帮助，没有达到新工科的培养目标。所以，高校应该多方面、多层次地培养学生的科研创新能力，传授更多专业课本以外的科研经历和经验，鼓励学生积极参加创新创业项目、科研交流讨论活动以及专业实践活动，达到学以致用的成效。
二、培养大学生科研创新能力的原则
（一）以学生为中心
对于环境工程专业大学生科研创新能力的培养，也应坚持以学生为主体，以教师为主导的培养模式，从学生的个人诉求出发，培养学生科研创新能力，真正帮助学生解决科研过程中遇到的实际问题。因此，学校的教学方式应由单向灌输式向多元互动式转变，让学生养成主动学习的习惯，在不断的探索过程中找到创新点和发现点，同时锻炼自己的综合能力[9]。
（二）重视基础知识和技能学习
扎实的学科基础和实验基本操作是开展一切科研创新的前提。牢固的基本知识是科研创新的最基本条件，是掌握科学问题背景、关键难点提炼等一切科研工作开展的前提。熟练掌握学科技能，尤其是环境工程专业实验操作技能是保证科研效率的关键。因此应加强实验课程的建设和改革，引导学生主动参与科研，逐渐形成独立的科研思维和科研设计能力，这是学生是否可以开展真正科研创新工作的重要标志。
（三）突出学科交叉和协同促进
环境工程专业是一个综合发展的学科，单靠某一方面的力量无法达到大学生创新能力培养的预期效果，所以我们鼓励学生进行跨专业选修课的学习，例如数学、物理、化学、生物、医学、计算机、机械等。跨学科、多领域交叉的方向往往会诞生一些创新性的研究成果。此外，积极鼓励学生参加学术会议等形式的交流，可以拓宽学生的知识面，在学科交叉碰撞中迸发出新的科研想法，激发大学生对于科研创新的热情，积极接受新观念、新技术、新事物。经常组织科研人员开展交流活动也可以形成良好的科研氛围，锻炼大学生的表达能力和逻辑思维能力，培养多方面、多層次发展的科研创新人才。
三、提升环境工程专业大学生科研创新能力和素质培养途径
从环境工程大学生的角度出发，根据学生的需求优化课程内容，真正提升大学生的科研创新能力和素质，主要从以下几方面出发：
（一）培养科研思维方法
科研方法是科研工作中的一个重要问题，事关科研工作的成效，正如古人云：得其法事半功倍，不得其法则事倍功半。因此，开设相关方法学或研究方法的课程，对学生掌握科学的思维方式，科学地认识研究对象、有效地揭示客观规律具有十分重要的意义。科学思维分为逻辑思维和非逻辑思维，其概念层次如图1所示，逻辑思维是以概念为基础的判断和推理，有固定的规则可以遵循，非逻辑思维没有固定的逻辑规则可以遵循，结论的可靠性有限，但创造性大。对于环境工程专业的本科生，其科研思维的培养，应坚持分析与综合结合的逻辑方法、归纳与演绎结合的逻辑方法，同时注重创新性思维和合理想象等非逻辑方法，在认识已知表象的基础上，依据科学规律进行加工改造，充分展现人的思维发散能力和“灵感”领悟事物的本质。
（二）科研设计与技能培养
科研创新离不开科研设计和实验，大致分为研究型设计和实验型设计。研究型设计是对科学研究的方法和内容进行具体的设想和计划安排，例如理论探究、模拟计算等。实验型设计是通过设计实验方案、采用实验手段对从事科学研究的设想和计划安排。在目前的环境工程课程体系中，虽有相关数学、统计学的基础，但与科研实验结合不甚紧密，数据分析、误差控制等方面仍显不足。虽然也有程序设计等计算机基础，但与环境类的科研、实验的结合度较差，一般也没有掌握一些实验设计软件的应用，也影响了模拟分析方面的开展。
除了学习基础理论知识外，科研技能培养的有效途径是参加课题研究，在具体的研究（可分前期、中期和后期）中积累经验，提升科研技能。科研前期包括科研资料的收集、文献阅读与整理，以及对研究进展的分析和综合，形成自己的观点。尤其是如何撰写好科研项目申请书，凸显立项依据、明晰研究目标和研究内容，细化研究方案、强化研究基础与工作条件等部分，缺乏系统的教学和培训。在科研中期，更需注意实验目的要清楚、实验方案要可行、实验设计要合理、实验手段要先进[14]，但多数学生对如何制定较为详细的课题计划及操作规程，进行课题组织与分解、方案设计与实施等方面，缺乏系统的指导。在科研后期，如何进一步对研究成果分析和讨论，总结研究成果的先进性，促进成果提炼并形成学术论文发表或专利申请，往往多数学生迫于时间和经验等因素达不到完善的总结。由此可见，上述科研过程，涉及了从文献检索、科研设计、实验技能、论文写作等方面，但现有的培养环节即便有些课程涉及，但关键链条缺失，从而也导致这样的事实：
虽然本科生参与“国创”、“百项”等科研活动众多，但成果的显著性普遍不高，科研成功的比率也有待提高。
（三）加强创新成果的凝练和转化
环境工程专业大学生创新成果转化的方式主要有发明创造、专利申请和发表科学论文。发明创造和专利申请是实现自我价值、成果转化的有效途径。科研论文的写作，也是把研究的价值意义、检验假设或重要的发现揭示出来，通过定性、定量的系列表征、检验或测试，进一步阐释新方法或新理论。但总体来说，环境工程专业课程体系往往仅有专业英语课程，而对论文写作规范、数据处理及分析、图表制作、英文写作等方面涉及比较少，多数学生对期刊投稿与修复是摸着石头过河，甚至对基本的学术诚信与不端行为都缺乏鉴别力。这些情况表明，为有效提升环境工程专业学生的科研创新能力，迫切需要加强学术规范、科技写作等课程的顶层设计和系统的学习。
四、结束语
时代和社会的发展为新工科建设背景下环境工程专业带来了重大机遇，凸显了大学生科研创新能力和素质培养的重要性。本文阐述了新工科的内涵、特征和重要目标，揭示了新工科背景下环境专业学生在科研创新方面存在的主要问题，讨论了培养大学生科研创新能力的原则，提出了环境工程专业大学生科研创新能力和素质培养的途径，尤其要从顶层加强创新类相关课程教学设计，将能更好地符合新工科人才培养的重要目标，将学生培养成为具有新工科思维特色、科研技能和实践能力的创新人才。
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