环境科学专业本科生科研创新能力培养方法与长效机制论文

本科毕业论文 时间:2018-08-29 我要投稿

  随着现代科技和社会经济的不断进步,环境科学及其技术研究工作不断丰富并向更高层次的方向发展,培养具有创新精神和科研开发能力的高素质环境人才的需求不断加大。结合中国矿业大学环境科学专业本科生多年科研创新能力培养实际,阐述该专业大学生科研创新能力培养的方法体系,探讨该专业适应新常态经济发展下本科生科研创新能力培养的长效机制。

  随着人类对环境问题的不断重视,研究热点不断更新。从20世纪五六十年代侧重于污染治理技术研究,到目前提出的全球可持续发展战略,环境科学及技术研究工作不断丰富,并向更高层次的方向发展。[1]为适应这一发展,我国开设环境科学专业的250余所高校都进行了不同层次的创新能力培养模式的探索。[2]为了更好地体现办学特色,提高人才培养质量和毕业生的竞争力,开展高效优质的科研创新培训已经成为各大高校环境科学专业提升人才培养水平的重要法宝。中国矿业大学环境科学专业创办于1993年,该专业立足于学校的煤矿研究特色,在矿山生态环境修复、矿井水害与地质灾害防治、煤矿清洁生产与循环经济等方向具有鲜明的特色。笔者结合中国矿业大学环境科学专业本科生科研创新培养实践,在本专业大学生科研创新能力培养方法体系和长效机制上进行了探索。

  一、环境科学专业大学生科研创新能力培养现状

  国内知名高校的环境科学专业均以培养科学理论基础扎实、环境科学研究与管理技能熟练,能解决环境科学问题的高级专门人才为培养目标;在中高年级学生中均开设诸如科学创新方法、环境科技自助实验等科研创新类课程或实践环节,注重环境科学专业大学生科研创新能力和研究型人才的培养。美国、德国、日本、澳大利亚等国家的高校环境科学专业也十分注重学生科研创新能力的培养。以澳大利亚昆士兰大学环境科学专业为例,该专业在课程体系中分别设置了Theory & Practice in Science、Analysis of Scientific Data课程和Science & the Environment项目实践环节,形成了比较系统的科研创新培养模式,这种模式能有效激发学生的创造性思维、探究欲望和能力。

  总体而言,我国高校环境科学专业大学生科研创新能力的培养仍处于探索阶段,培养机制和实践教学体系尚未成熟[3],还普遍存在以下问题。1.教师的教学指导积极性和学生创造性学习的积极性调动不够、科研兴趣未能有效激发;2.科研创新培养的教学方法还略显僵硬,当前许多高校以单一讲解的理论知识传授方法不能适应该专业科研的特点;3.开设科研创新实践培训的系统性与针对性不强;4.对学生创造性实验和数值模拟能力的培训偏弱。

  二、科研创新能力培养方法体系与教改实践

  按照2008版和2012版教学大纲要求,中国矿业大学环境科学专业在高年级开设了16学时的专业必修课科研创新,这属于重要的科研实践环节。笔者结合本校环境科学专业科研创新课程教学与学生科研创新能力培养实践,在优化课程教学模式、丰富课程教学资源以及强化科研能力培训方法等方面进行了教改研究和实践。

  (一)启发式科研创新培训模式与训练方法

  启发式科研创新的培训贯穿于科研实践的全过程。首先是启发式选题。在课程中利用2学时开展科研小组头脑风暴式研讨,通过布置3分钟图片立意论文及其宣讲活动,锻炼学生创新选题的能力。其次,启发式学习,提出“边学习、边思考、再学习、求创新”的思想,启发学生针对选题,带着问题开展创造性学习,在此过程中锻炼学生阅读不同类别科研文献和开展文摘的能力,对学习心得的研讨。再次是启发式方案选择研讨,根据典型案例,开展研究方法与具体方案选择研讨,指导教师进行具体方法措施的讲解与培训。最后是启发式成果表达训练。模拟在线成果发表和学术会议,对小组科研创新成果进行展示,课程指导教师充当专业评审员角色,点评成果并对学生的改进内容进行启发。

  (二)模块式案例题库建设

  开展面向特定科研能力培养的模块式教学案例题库。案例库兼顾本校专业特色,重点制定了矿区环境地质灾害、地下水污染与修复、矿山生态修复、环境污染控制与工艺优化等方向的案例题库。例如《大屯矿区地下水超采与地面沉降评价》锻炼学生对现场环境地质灾害调查、收据整理和分析评价的能力,《贾汪废弃矿区地下水污染模拟》和《二氧化碳注入煤层模拟研究》锻炼学生地下水污染模拟和多重物理场耦合数值模拟的能力,《某垃圾填埋场渗滤液污染模拟实验研究》锻炼学生对采样、土柱模拟实验设计、数据分析和成果的表达能力等,每个案例制定相关的科研训练重点说明、学习指导及作业考核与评价方法,教师也在课程作业中帮助学生组建科研小组,并跟踪指导,进行创新培训。

  (三)立体式实验与数值模拟技能强化训练

  结合我校环境科学科研的特色,基于实验科学的方法理论以及学生的知识背景,科研创新开设了8学时立体式实验与数值模拟技能的强化训练。其中包括:地下水污染的土柱模拟实验、地下水污染与运移模拟软件FEFLOW方法原理和应用、水文地球化学模拟软件PHREEQC方法原理和应用、多物理场耦合模拟软件COMSOL Multiphysics在地下水科研中运用等方法的讲解,并通过作业研讨和答疑环节,加强学生创造性实验能力和数值模拟综合能力的培训。

  三、科研创新能力培养长效机制探索

  目前我国经济发展进入新常态时期,环保工作也迎来新的机遇和挑战,环保产业新模式、新业态不断涌现,对高层次科研创新型环保专门人才的需求力度也逐步增加。因此,本专业大学生创新能力的培养不应仅局限于一门课程的内容。结合中国矿业大学环境科学专业发展实际,笔者建议从以下几方面构建科研创新能力培养的长效机制。

  (一)全面构建科研教学管理体系

  首先,由学院教学、科研主管领导协同学校教务部门分管专员组成领导小组,负责具体指导、审查、监督和宣传大学生的科研创新教学培训活动。其次,构建一套“宽厚基础、突出特色、贴近实际,追踪前沿”的环境科学专业课程群体系,重点完善专业基础、专业特色以及专业前沿课程群的建设。再者,组建环境科学专业大学生科技创新团队,实现创新团队动态管理,将一部分学生吸收到导师的实验室参与科学研究活动,鼓励学生出高水平研究成果;对考核优秀的学生优先推荐进入“本+硕+博”一体化培养模式。最后,从学院层面加大资金投入,增设有利于本科生科研活动的科研开放基金项目。

  (二)综合利用多层次科研实践平台

  以环境科学与工程“江苏省实验教学示范中心”建设与发展为契机,利用课程实验、开放性实验、毕业设计等环节充分锻炼学生的动手实践能力;鼓励本科生参加学校“现代分析与计算中心”的培训课程和进入导师科研实验室,认识并学会本专业相关的高尖端测试仪器测试与分析方法;利用基于本专业成立的中国矿业大学-“徐州矿务集团有限公司”国家级实践中心等实习实践单位,提供本科生认识现场问题、转化与运用所学理论知识的实践场所,并结合科研项目让学生更好地深入现场的科研工作中。

  (三)充分发挥科研创新活动导师制的作用

  自2010年以来,学院已经为环境科学专业大三、大四的本科生配备了专业导师。导师除了对学生进行专业思想引导、专业理论学习指导、生活教导、心理疏导和就业指导等以外,更多会结合自身的科研项目和经历,提升学生的工程实践和科研创新能力。目前,本专业已经深入推行本科生导师制,导师制分入学新生导师制和高年级专业导师制。要充分发挥导师作用,加强学生与导教师之间的沟通,积极吸纳学生参加科研活动,以研促学,进一步激发和培养本科生的科学探究热情与实际工作能力。

  (四)科学建立激励和评价机制

  为了解决指导教师积极性不高、精力不集中的问题,要完善教师激励措施,改革工作量和成果评价制度,鼓励更多的优秀教师和科研人员主动参与本科生科研活动;在学院层面设立特定的优秀指导教师奖励,以促进配套的师资队伍和管理制度的建设。针对近几年本科生科研创新活动开展热情不足、技术含量不高、思路新颖欠缺、持久性不长、广度和深度不够等问题,我们在科研活动成绩评价、个人综合素质评价、学生互评等环节进行激励,制定奖励措施,鼓励学生开展更多、更新、更深的科研活动。

  四、总结

  科研创新能力的培养已经成为高质量环境科学专业研究型人才培养的重要内容,是专业软实力发展的关键。通过近几年的教学改革和探索,中国矿业大学环境科学专业在本科生科研创新能力培养方面已经形成了一套较成熟且可行的方法体系,其中主要包括:启发式科研创新培训模式与训练方法、模块式案例题库建设以及立体式实验与数值模拟技能强化训练方法等。为适应新常态经济发展时期对高层次创新型环保人才的需求,本文提出了科研创新能力培养与教学实践长效机制,以期为中国高校环境科学专业创新型人才培养模式的发展提供参考和借鉴。

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