给排水科学与工程专业大学生实践创新项目学科交叉的教学实践与探讨＊

赵东升

（南阳师范学院 土木建筑工程学院，河南 南阳473061）

“新工科”建设是教育部为应对新一轮科技革命与产业变革提出的重大教育改革行动[1]。2017-02以来，形成新工科建设的“三部曲”，为探索学科交叉的工程人才培养模式提供保障[2]。结合给排水科学与工程专业的特点，《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》也明确说明，给排水科学与工程专业要不断吸收融合分子生物学、纳米科学技术、膜科学与技术等现代科技成果，解决给排水行业的工艺技术问题[3]。南阳师范学院设立大学生实践创新项目，充分发挥项目制边界清晰、目标明确、可操作性强的特征，建立有效的师生互动，促进学科交叉融合，增强学生的实践创新能力。

本文结合大学生实践创新项目教学过程，总结给排水科学与工程专业学科交叉的重要意义、实施过程中发现的问题和建议。

1 学科交叉的意义

学科交叉是促进给排水科学与工程专业发展的源动力，是培养适应社会需求的创新型专业人才的有效途径。科学创新的重大突破，往往依赖于多学科的相互渗透、交叉融合[4]。例如，国际污水处理界领军人物洛斯德莱特教授在深入理解微生物代谢途径基础上，将代谢途径与好氧颗粒污泥工艺过程以数学模型方式联系起来，通过污水处理工程学和微生物学、数学的学科交叉，加速了工艺的工程化进程，并极大方便了工艺的运行优化调整。此外，耶鲁大学的以利米勒教授率先将化学工程领域的膜过滤技术和材料工程领域的纳米科技应用于水处理领域，对水处理技术的发展起到巨大推动作用。由此可见，学科交叉是思维方式的交融和学术思想的综合，对促进给排水科学与工程专业的发展至关重要。创新型专业人才最重要的特征是具有灵动的创造性思维、敏锐的洞察力和丰富的创新知识[4]。学科交叉有利于培养学生独特的问题分析能力，形成与众不同的独创性思维；挖掘学生敏锐的洞察力，养成一触即发的顿悟能力；拓展学生知识结构的广度、深度，增强综合创新能力。

2 项目的具体实施过程

在大学生实践创新项目教学中，笔者整合校内工程实训中心和水质分析实验室平台资源，为学生建立跨学科的校内实践平台，并进行初步的探索和实践。

2.1 项目选取

笔者以纳米科学技术、膜科学与技术为基础，将膜技术在化学工程领域的研制和给排水工程领域的应用相结合，将“用于高含盐印染废水中有机物和盐分分离的新型纳滤膜制备研究”项目作为研究对象。结合学生实际情况，选取准备继续深造的大学生组建项目组，参与该项目研究，这对其研究生阶段的研究方向选择有一定的指导意义。在教学实践中，将该项目划分为实验室小型错流纳滤装置的研制、纳滤膜的制备方案优化与分离性能评价两个部分。

2.2 文献检索

项目前期的准备工作是否充分是决定项目实施阶段能否顺利进行的关键。文献检索是利用书籍和数据库获取研究项目相关信息、知识的基本手段，文献检索的质量与项目能否顺利实施密切相关。通过文献检索，使学生了解项目的研究背景和研究现状，掌握项目实施需要掌握的实验方法、注意事项等技术知识，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。更重要的是，针对项目两个实施阶段所涉及的跨学科知识，通过文献检索获取项目相关的基础资料，从中筛选出项目实施必须掌握的关键技术资料，例如，实验室小型错流纳滤装置的研制阶段需要学生熟悉电气工程专业控制电路设计的相关知识，纳滤膜的制备方案优化与分离性能评价阶段需要学生掌握化学工程专业界面聚合法制备纳滤膜的相关知识。

2.3 方案制定

在方案制定环节，指导教师向项目组全体成员介绍研制用于高含盐印染废水中有机物和盐分分离的新型纳滤膜的作用。同时，发挥学生的主体作用和教师的启发式指导，引导学生从文献资料中分析前人未完成的或有欠缺的研究内容，找准问题切入点。

此外，学生还要明确项目的研究目的、研究内容、研究方法和所需要的仪器，熟悉实验方案设计和实验结果合理性检验方法，并分析项目实施过程中的难点，制定应对措施。对于项目涉及的学科交叉知识，在深入理解相关知识的基础上，可邀请电气控制工程专业和化学工程专业的教师参与指导，整合不同学科的优质资源，加强沟通，使学生自主学习的跨学科知识从理论走向实践，确保学科交叉在保障项目顺利实施中发挥作用。学生根据文献资料和掌握的跨学科知识，总结出实验装置电路控制系统设计的要点和影响纳滤膜分离性能的关键制备条件，采用数理统计方法（如单因素分析、正交实验等）设计实施方案。指导教师审阅实施方案时尽可能尊重学生的建议，与学生共同完成实施方案的修改和完善。教师重点把握整体实施方案的可行性和合理性，具体细节留给学生在实施过程中自主解决。

2.4 实验过程

在实验过程中，项目组成员明确各自的职责和任务，确保分工明确，成员之间加强团队协作，特别要做好学科交叉实验内容之间的衔接。在实验室小型错流纳滤装置的研制阶段，安排计算能力强的同学负责装置主体的设计，电路控制基础扎实的学生负责装置控制电路图的设计，沟通能力强的学生负责与生产厂家的协商和沟通。在纳滤膜的制备方案优化和分离性能评价阶段，安排动手能力强且对化学工程感兴趣的同学负责纳滤膜的制备，对设备操作感兴趣的同学负责膜分离性能的测定。项目组成员要严格遵守实验室规章制度，规范实验操作程序，在充分发挥个人能力的基础上加强团队协作，并定期向指导教师汇报项目的进展情况。指导教师对项目实施进行不定期检查，及时发现项目执行过程中存在的问题，指导学生完善研究内容，改进实验方法，完善实验方案。在装置设计和实验过程中，学生能够将跨学科知识准确应用于项目实施的全过程，动手能力和解决问题的能力显著提高，团队协作精神明显进步。

2.5 报告撰写

报告撰写是将实验过程中获得的数据以图、表和文字分析的形式呈现。报告内容是学生项目实施过程的真实反映，它能体现学生对项目研究理解的深度。报告中要强调研究获得的重要结论和研究价值，提出新的科学假设和未来的研究建议。由于本科生缺乏撰写报告的经验，经常出现实验结果分析不到位、讨论与研究目的脱节、研究价值不凸显、缺少与已有研究结论的对比等问题。对于报告中学科交叉内容之间的衔接，项目组成员缺乏充分协调和沟通。因此，教师除了对报告的撰写方法和技巧进行全面指导外，还需有针对性地对学科交叉内容的撰写进行专门指导。通过报告撰写，学生的写作能力和逻辑思维能力得到明显提高。

3 存在的问题及建议

根据前期指导给排水科学与工程专业大学生实践创新项目学科交叉的初步探索和实践，笔者发现诸如学科交叉途径窄、组建跨学科教学团队困难、人才培养模式固化、教学方式不灵活、培养模式与行业发展需求不协调等问题。因此，要开拓学科交叉的新途径，给排水专业与人类日常生活息息相关，水环境污染问题与社会、经济、人体健康等问题渗透、交叉，可融合社会经济学和生命科学等领域的相关知识，构筑更加全面的综合体系[5]，突破学科之间的壁垒、藩篱，促进知识体系的深度融合；要加强给排水科学与工程专业的师资队伍建设，将具有类似学科性质的院系组建成学部，整合不同学科的优质资源，架设不同学科之间相互沟通的桥梁；要完善给排水科学与工程专业的学科交叉特色化人才培养方案，改革教学内容和教学过程，为学生提供更广阔的跨学科综合训练平台；要顺应给排水行业发展的导向需求，加强校企合作，建立联合培养模式，以培养适应社会发展需求的多学科交叉融合的给排水专业技术人才。

4 结语

学科交叉对促进给排水科学与工程专业发展和培养适应社会需求的创新型专业人才具有重要的作用。本文结合大学生实践创新项目，初步探索和实践了学科交叉在项目选取、文献检索、方案制定、实验过程和报告撰写中的具体实施过程，总结了存在的问题，并针对性地提出了改进的建议。今后，还需进一步发挥学科交叉在给排水科学与工程专业学科建设和构建创新型专业人才培养模式中的关键作用，以满足“新工科”建设的要求。