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1、环境创新人才培养的“三梯度”教学模式架构与实践 本文针对我校及相关高校环境工程专业创新型人才培养过程中存在的问题，以“重基础、强实践、求创新”的人才培养理念为指导，架构了可实现学生能力从基本理论掌握、理论与实践相结合上升到实践中自主创新的“三梯度”教学模式，并在本校环境工程专业人才培养模式改革与探索中成功应用。 1.研究背景 培养大量一线创新人才，是当代中国高等教育最重要的历史使命1。然而，教学组在对我校和相关高校环境工程专业教学体系的调查与分析中发现，目前在环境工程创新型人才培养中存在以下问题（1）重视理论教学，忽视学生创新能力、工作能力、动手能力的培养，导致培养的本科人才实践能力弱、创新能
2、力差；（2）理论与实践教学体系相互独立，互动性较差，并未有机糅合；（3）强调教师对学生被动的知识灌输，忽视对学生自主性和研究性学习能力的培养。这些缺陷的存在使得高等教育“创新”理念实施的原动力严重不足。鉴于此，本教学组以“重基础、强实践、求创新”的人才培养理念和以“学生为主体、教师为主导、创新是灵魂”的教学理念为指导，系统开展了“三梯度”教学模式的理论研究与实践。 2.“三梯度”教学模式的提出 “三梯度”教学模式如图1所示。该教学模式包含三个层次，即以课堂理论教学实验教学、课程认识生产实习、课程设计为基础强化学生的基本理论，以创新实验、毕业实习与设计和大学生的科训项目为核心，培养学生的综合实践
3、能力，以开放实验、课外实践、创新训练为主体，发展学生的自主创新能力。三个层次集基础教学、实践教学和创新环节于一体，且环环紧扣，逐级升华，实现了学生能力由基本理论掌握到理论与实践相结合再到实践中自主创新的循序渐进式发展。该教学模式具有科学性、通用性、交互性和前瞻性，为打造“学生为主、教师带路”的创新型人才培养模式架构了良好平台。 图1 “三梯度”教学模式示意图 3.“三梯度”教学模式的解析与实践 3.1强化课程实验、实践教学，培养学生的初步实践能力。 3.1.1注重实验环节，增强学生动手能力。 实验教学是课堂教学必不可少的辅助部分，但本科招生规模的扩大使得实验教学资源相对紧缺，导致学生对实验缺乏
4、思考和基本技能掌握不牢的困局2。为提高学生的动手能力并培养其基本的科研素养，教学组采取扩大实验规模、拓展实验深度的措施，即除保证基本实验教学数量外，重点开设一系列对学生科研素质提高有益的综合实验，同时延长实验时间，确保每位学生都熟悉实验原理，并亲手完成实验的每个步骤，能够正确分析实验现象，从中得出科学结论。 增加设计型实验，如混凝优化设计、沉淀效果影响因子优化、过滤实验中的水力学、温度条件优化、汽车排气成分对PM2.5的影响、酚降解菌的驯化、分离与筛选过程控制、利用环境质量基本模型解析进行河流污染物浓度的估算等。该类实验强调学生自身的研究和探索，激发学生的学习兴趣，改教师的演示实验为辅助指导，
5、培养学生独立思考、解决问题和总结经验的能力。 另外，将实验纳入考核体系，即在课程考试中增加实验部分的考核，改变考试死记硬背的模式，提高学生对实验的重视程度，加深对实验的理解，增强分析数据的能力。 3.1.2提升课程实习教学地位，强化学生基本技能的掌握。 教学组在强化认识实习、生产实习和毕业实习的同时，结合课程性质，开设课程实习，即利用课余时间采取参观、操作、介入等方式配合课堂教学进程。当前，开设课程实习的专业课主要有水污染控制工程、大气污染控制工程、建筑给水排水工程、泵和泵站、城市给水排水管网系统等。课程实习地点主要遵循“由近及远”的原则，可根据对学生基本能力的培养目标分为以下三类 3.1.2
6、.1参观类。主要组织学生校内参观污水处理系统、臭气控制系统、建筑内部给水排水管道系统、消防系统、雨水系统、污水提升泵站、供水泵站等，增强学生对各种设备及系统的感性认识。 3.1.2.2操作类。教学组根据具体情况选取中国矿业大学南湖校区污水处理站和徐州市刘湾地面水厂及徐州市铜山区热电厂等作为实习地点，由课程专任教师设定操作内容，聘请现场人员指导教学，在现场指导教师的示范下，由学生按照规程操作，强化初步实践能力，并加深对系统、工艺的认识。 3.1.2.3介入类。这种课程实习在前两种类型的基础上进行，安排学生进入市政设计院开展短时间读图、识图工作，主要目的在于强化其初步理论知识掌握能力。 为调动学生
7、参与积极性并保证教学效果，课程实习成绩将作为平时成绩与考试成绩一并考核，占总成绩的30%，该方式在2018级环境工程学生中已经开始采用，取得了良好的效果。 3.1.3注重课程设计命题与工程实际相结合，提高学生初步的理论应用能力。 高等教育目标是培养理论实践相结合的高素质人才，而课程设计是强化学生掌握基础技能的重要手段，这就要求教师在课程设计命题时按照工程实际，而不能凭空想象3。教学组在大气污染控制工程、城市给水排水管网系统、环境系统工程课程设计命题过程中，按照“理论联系实践”的原则，进行充分优化，绝大部分课程设计题目均来自相关设计院所承接的工程，能够突出实际工程目标，不会造成理论教学与实践需要
8、的脱节。项目组现开设的课程设计题目及来源如表1所示。 表1 课程设计题目及来源 3.2加大理论教学与实践教学结合力度，培养学生的综合应用能力。 3.2.1加强校外工程实践教育基地建设。 根据学科和专业性质特点，有目的、有计划、有步骤地选择能够满足教学实习条件的实习单位，共同建立校外工程实践教育基地。这是满足学生专业实习需要，完成教学实践性环节的重要途径。教学组加强了校外工程实践教育基地的建设，本专业与安全学院安全专业共同建设了国家级工程实践教育中心徐州矿务集团国家级工程实践教育中心，设计了完整的实施方案。除此之外，还与其他单位建有15个实习基地，分别应用于认识实习、课程实习、生产实习与毕业实习
9、及课外实践等。 3.2.2将设计型创新型实验和毕业实习、设计相贯通。 将设计型创新型实验与毕业实习、设计相贯通，学生可以在创新研究中获得教师的指导，强化创新意识。尤其是创新实验需要在教师指导下进行工艺、流程、实施方案的设计，每一个步骤都由学生亲力亲为，并由指导教师审阅，使学生获得自我认同感，从而大幅度提高学生的动手、独立思考和分析问题的能力及科研兴趣，易于部分学生找出科研切入点。这些创新实验能为学生的毕业实习、设计提供方向；可根据学生的兴趣点安排不同的毕业实习、设计内容，提高毕业设计质量。近两年来，教学组采取这种一贯式创新能力培养思路，获得省级优秀毕业设计2项，校级优秀毕业设计10余项等，这充
10、分证明了本思路的科学性。 3.2.3加强大学生科研训练计划与学生综合科学素养的融合。 科研是一种创造性活动。通过参与科研实践活动，学生从课堂被动地接受知识到以探索、研究、发现为基础的主动学习，与专业基础理论知识融会贯通，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力，学会独立思考问题，不断提高创新能力。近年来，从国家到地方，再具体到学校，均大力资助大学生创新性研究4。而且，项目组历来十分重视大学生科研工作，每年积极组织教师收集资料，为学生提供大量研究课题，同时对学有余力的学生的自拟课题给予积极指导，并提供实验平台。近三年中，由教学组教师指导的大学生科训、创新实践项目累计达11项，其中国家级4项、省级2
11、项。 鼓励学生参与到教师的科研项目中，并在项目的基础上指导学生创新活动。两年来本教学组学生参与国家级、省级科研项目近10项，指导学生发表SCI、EI和其他期刊收录的科研论文20余篇。 3.3融入创新教育理念，培养学生自主实践能力。 3.3.1开放实验。 实践活动若在教师主导下开展，可限制学生自主创新能力的发展；针对这种情况，项目组鼓励学生自主实验，文献查阅、实验设计、数据分析、论文和报告撰写，每一个步骤都由学生自主完成，培养学生的自主创新能力。当前项目组负责的开放实验近20项。 3.3.2课外创新作品竞赛。 课外竞赛是学生创新能力培养的有效动力，教学组在组织学生积极参与暑期实践活动和“挑战杯”
12、竞赛的同时，还针对产品和课题创新的连续性，建立了学生的特色“传、帮、带”梯队机制，形成了大四带大三帮大二的创新梯队，从培养他们的基本实践技能入手，逐渐加大训练层次。这种机制连贯性好，高、低年级的学生联系紧密，取得了很好的效果。近三年来，20名学生参加课外创新作品的开发与研制，并在第九十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中连续获奖和首届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛共计6项。 4.结语 教学组提出并架构了以“实验教学、课程认识生产实习、课程设计为基础的强化基本技能的第一层次，创新实验、毕业实习与设计和大学生科训项目为核心培养综合实践能力的第二层次，以及开放实验、课外实践、创新训练为主体激发自主创新能力的第三层次”为主体的复合实践教学体系，实现了“课程讲授课程实验、实践课程设计、认识实习、生产实习”的有效结合，实现了“实习课程设计实习毕业设计”的融会贯通，加强了学生工程能力与创新能力的培养，形成了以“开放实验大学生创新训练项目、课外实践论文撰写”逐步升华的创新培养新体系，实现了学生能力由基本理论掌握到理论与实践相结合再到实践中自主创新的循序渐进式的发展。 第 9 页