环境工程专业创新创业教育与专业教育深度融合实践研究——以兰州理工大学“环境化学”课程为例

张庆芳，贾小宁，孔秀琴，王天烽

（兰州理工大学 石油化工学院，甘肃兰州 730050）

创新创业教育是专业教育的有机构成.2015 年李克强总理在政府工作报告中提出了“大众创新、万众创业”的号召[1]，在此大背景下，大学教育应该响应号召，积极转变观念、改进教学方法，在教育教学中按照“大众创新、万众创业”要求，将学生创新创业能力培养与专业教育相融合，引导学生将理论学习与实践紧密结合，与国家发展大趋势相结合，培养出基础扎实、实践能力强、具有创新创业意识的新时代大学生.专（专业教育）创（创新创业教育）融合教学模式应运而生，它是基于行业痛点，以解决问题为教学目标，针对具体环境问题提出不同的方案，并付诸实施，培养学生分析问题、解决问题的学习习惯，在解决问题的同时拓展学生视野，培养社会责任感和团队意识，从而提升学生创新能力的一种教学模式.同时，专创融合教学模式也可以实现评价标准的多元化.

专创融合教育体系从理论上来讲，应该贯穿人才培养方案、课程内容设计、创新型教师团队及教学实践基地的建设[2]，最终应建立课程群，其教学方法一般包括项目式训练、研究式学习、案例引导.基于以上思路，对“环境化学”课程进行专创融合教学改革，通过课程渗透、案例引导、实践提升和大赛赋能等多种方式激发和培养学生创新创业的意识和兴趣，拓展学生的创造性思维，增强学生的社会责任感.

1 改革思路

“环境化学”是环境工程专业的一门专业基础课，是环境科学专业的核心课.课程主要内容涉及水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学和生物环境化学.课程开设时间在学生完成基础课程学习之后，核心课程（水污染控制工程、环境工程原理和环境微生物学）刚刚开始之际.“环境化学”的课程性质可以很好地将基础自然科学（高等数学），四大化学（无机化学、分析化学、物理化学和有机化学）与专业课程进行衔接，对学生从基础自然课向专业课过渡具有极强的引导作用.按照目前的教学体系，基础课程重在理论教学，专业课程重在工艺的介绍，至于每一个工艺参数是如何获取的，专业课程由于学时的限制很少考究.同时如何运用基础理论知识解决实际问题，基础课教师面向多专业学生无法展开针对性教学，而环境化学可以实现基础课与专业课之间的有效衔接，一方面让基础课知识“活起来”，另一方面学生可以更好地理解专业知识.“环境化学”课程作为专创融合立项项目之一，按照新工科创新创业教育课程体系建设要求进行专创融合教学改革，在现有教学内容的基础上，配合混合式教学方法[3]，积极推进创新创业理念，重新梳理教学内容，设计具有“专创融合”特色的教学模块，将创新创业理念合理有序地融入课程特定的章节库、实训平台等教学素材中，实现专业课程教学的同时开展创新创业教育.同时以环保创新创意大赛、节能减排大赛、生物质能大赛为抓手，以参赛结果作为评价手段之一，构建专创融合背景下“项目驱动教育”或“产品导向教育”模式，强化基础理论知识，注重实际案例的解决，激发和提高学生双创实践能力.

2 内容设计

基于“创新创业”（以下简称“双创”）教育“4 个结合”的教学模式要求，即理论与实践结合、课堂与社会结合、学校与企业结合、教学与大赛结合的指导思路，教学过程遵循“四层次分阶递进”节奏，即理论—应用—实践—市场[4].教学基础是专创融合特色的课程教学内容设计，对现有环境化学课程内容进行重构，以促进创新创业能力提升、加强培养学生“双创”素养.

2.1 模块设计

对“环境化学”教学内容进行梳理和分类，分为理论学习、产品导向和项目驱动三种类型教学模块.分别按照不同的方法开展“双创”教育.例如，针对某一环境问题机理研究，综合高等数学、概率统计和四大化学基础知识，建立模型，展开计算，同时应用编程相关知识.产品导向模块侧重于污染治理原理开展工艺研发；项目驱动模块则以现有工程案例为对象，建立相应知识模块案例库，将教学内容融入到案例学习中，完成从理论到产品再到工程实际的完整训练.

2.2 教学思路

针对每一个模块，贯穿理论、能力、素质培养于一体的“专创融合”教学思路.以大气环境化学中温室效应章节学习为例，首先要求学生了解传统意义上温室气体的类型、来源、造成温室效应的机理，掌握太阳和地球辐射间的能量平衡理论知识.其次，追踪温室效应研究前沿，了解温室效应研究新进展，拓展学生视野.在能力培养方面，从应对温室效应措施入手，首先从源头上减少温室气体的产生，在熟悉现有技术基础上激励学生工艺上创新，管理上创新，以此培养学生创新能力.在素养培养上强化环境整体观、人人有责的思想，实现理论、能力、素养于一体的教学思路.

2.3 产出导向

结合工程认证要求，跟踪毕业五年内本科生，及时掌握用人单位意见和建议，将这些意见和建议反馈至教学过程中，强调市场对课程教学的要求[5].模块内容追求针对性和时效性，修订与实际应用脱节或滞后的教学内容.例如，厌氧反应器UASB 是处理高浓度有机废水的典型工艺，毕业生反馈UASB工艺因为诸多缺陷已被EGSB 工艺所代替，在教学内容修订中加入EGSB 工艺内容，突出其优点，利用UASB 的缺点产生新工艺——EGSB，就这一点启发学生的创新思维.一方面紧跟实际，另一方面从比较中获得创新经验.改进不适合于创新和创业实践需求的教学和考核方法.考核方式由原来的“平时作业+期末考试”改为“作业+混合式教学课堂表现+期末考试”，增加了课堂表现评价.课堂表现是一种综合能力的反映，包括备课、表达与沟通、PPT 制作等.构建“学践研创”四位一体的课程体系，依托现有环境工程实验室，改变传统验证性实验内容为“设计型实验”和“通过工程项目解决方案为依托的理论探究型”实验模式，鼓励学生奇思妙想.例如，混凝实验由原来的验证性实验改为探索性实验，不仅要求学生验证混凝效果与投加量和pH 有关，同时要求学生利用正交法或者响应面法设计实验，优化实验条件，最终确定最佳投加量和pH.探索性实验更能体现能力培养的要求.

3 课程实施路径

从书本走向实际工程，这个桥梁的搭建是实施专创融合教学模式的主要路径.要想获得既定的“双创”要求的教学目标，教学内容的选择也应遵循权威性与时效性两个基本原则，基于以上两个基本原则，环境化学开展专创融合教学的具体运行路径考虑四个方面.

3.1 国家需求驱动专业学习

引导学生关注新闻报道，特别关注一些科研成果助推我国环保事业的成功案例，以此来激发学生的学习兴趣、增强学生的学习目标感.环保问题一般和民生问题紧密结合，国家政策来自于市场需求，新标准意味着新技术.结合自己生活，凝练创新创业方向，从成功案例中寻找灵感，带着目标进行专业学习，将会达到事半功倍的效果.开展专创融合的教学过程既可以激发学生对本专业的兴趣，同时还可以培养学生的家国情怀.

3.2 环保大赛指明双创方向

通过公众号让学生浏览国内涉及环保类的权威大赛，对自己感兴趣的获奖作品分析其文化内涵与实现技术.一方面拓展学生视野，锁定双创方向；另一方面吸取优秀作品的创作思路，他山之石可以攻玉.

3.3 企业难题促进理论研究

充分利用政府发布的企业难题，将难题发送给学生，一方面刺激学生创业激情；另一方面在教学过程中引导学生从理论上分析现有方案的局限性，鼓励学生积极创新.在夯实理论的基础上让学生有期望、有想法，为创新创业进行铺垫.

3.4 过程评价实现教学目标

重视学生对市场的痛点分析、选题、确定方案等阶段性的表现，弱化成果评价.课程学习不局限于课堂教学时长范围，将学习状态逐渐演变为工作状态，真正实现学以致用的教学目标.

4 课程运行方法

4.1 科技成果激发专创激情

在保证课程内容基本理论、基本方法稳定性的基础上，吸收环境工程专业的最新成果、学科发展的前沿动态，特别是一些在解决困扰民生的环境问题中有重大突破的科研成果，通过案例教学法或项目教学法的形式融入课堂，激发学生的专业自豪感，将自己的专业学习融入国家建设之中，培养学生家国情怀.

例如，“环境化学”课程在讲授水环境化学——水分子结构时，将我国科学家首次拍摄到水分子内部结构的新闻内容引入[6].水是生命之源，人们的生产生活都离不开水，它的结构，特别是它的氢键导致它有很多区别于同主族元素的特异性，为整个生物圈的存在提供了可能.人们对于水分子内部结构特异性的探索一直没有停止.北京大学量子材料中心、量子物质科学协同创新中心的江颖课题组和王恩哥课题组共同在水科学领域取得重大突破，首次拍摄到了水分子的内部结构，使得在实验中直接解析水的氢键网络构型成为可能[7].给单个水分子拍照，对实验仪器的精度要求非常高，包括对环境条件的要求更高.通过对该成果的介绍，学生对检测仪器的研发具有浓厚的兴趣，仪器的研发需要多学科多领域的交叉，需要创新.但创新并不是漫无目标地工作，创新需要驱动力，驱动力就是解决实际问题.比如PM2.5，它对人们的健康直接造成威胁，特别是与近几年的雾霾问题纠缠在一起，加重了大气污染治理的难度，急需相应的技术给予支持.PM2.5 是直径2.5 微米以下颗粒，是一种重要的凝结核，种类繁多，性质各异，但其外表面通常都会包裹着一层水.利用此成果就能够解析表面水的微观结构，就可以辨别PM2.5 的类别，大气环境科学家就可以对症下药进行PM2.5 的治理.该课题的完成包含了上百项的创新成果，通过此案例的引入可以激发学生的好奇心，从而驱动创新意识的形成.

4.2 课程教学孕育创新成果

通过公众号“千篇一绿、人民网 环保频道、新环境、山水自然保护中心、环境保护杂志、环境工程、绿色和平、自然之友、联合国环境规划署、天津环保宣传”获取国内权威的有关环保类大赛信息，对获奖作品进行研究，选择合适的方向，组建团队；积极组织学生参加由各个学院主办的各级各类创新创业大赛，例如环保创新创业大赛、安全工程大赛、生物质能大赛、节能减排大赛、省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛及全国“挑战杯”大赛、“中国创翼”青年创业创新大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛等，通过比赛中的路演过程，可以全面锻炼学生的专业能力、团队合作能力、文字组织能力、PPT 制作能力、演讲能力以及领导能力等[8].在这个过程中，鼓励学生开展创新实践，引导学生围绕相关课题进行研究、申请专利、发表论文等.经过锻炼，学生综合素质和能力都有很大程度的提升，而不仅局限于专业技能.具备这样能力水平的毕业生更能适应社会，也是环保市场所需要的高端人才.同时，如果创业项目的市场潜力巨大并且获奖，在比赛的过程中就会引起创业投资机构的注意，学生可能在毕业的时候直接选择创业.这里举例说明“环境化学”课程教学如何引导学生进行创新创业作品的完成.

作品一：在进行大气环境化学章节内容学习时，负责大气颗粒物污染及治理部分讲解任务的学生，利用湿沉积的原理对石材加工车间的粉尘进行治理.通过设计、计算所需喷淋装置的孔大小（主要控制水滴的粒径）、喷淋器的安装个数及高度、洗涤后水的收集及沉淀处理、集水池的大小等，学生们购买材料制作了一个石材加工车间工作台粉尘净化装置.同时，为了实现智能控制，该装置又增加粉尘检测系统和自动报警系统.从构思到作品的完成，学生们实现了从理论走向实践的第一步.作品成功通过“环保创新创业大赛”初赛，最终获得大赛二等奖的好成绩.

作品二：丝瓜是人们常见的蔬菜，丝瓜络作为一种植物纤维可以用来刷碗刷盘子，其无毒及易降解的特性深受人们喜爱.在“环境化学”课程进行水环境化学有关生物接触法内容时，有学生建议用丝瓜络代替传统尼龙材料做挂膜载体，经实验室同意，以接触氧化池为实验装置，用丝瓜络替换了装置中部分尼龙载体，挂膜成功后，利用显微镜观察生物相，发现丝瓜络上的生物相更丰富，处理后的出水水质更好.该作品获得“环保创新创业大赛”一等奖，实验数据经整理后在国家级刊物发表论文一篇，并获得该刊物优秀论文一等奖.

4.3 攻克难题提升全面发展

利用政府发布的企业难题汇总，梳理出与“环境化学”教学内容相贴切且适合于本科生的项目开展专创融合教学.例如，在学习“水环境化学——沉淀溶解”内容时，选择一个煤气生产企业发布的难题，具体要解决的问题是煤气生产线管道腐蚀.教学思路如下：联系厂家了解生产线情况—取水样、确定检测指标—查阅文献，初步确定管道中洗涤废水的治理方案—实验室小试、方案优化—机理分析、经济效益分析—现场中试—技术运用—结题验收.本项目的完成涵盖了三方面的能力训练：

（1）分析问题的能力.管道的腐蚀其本质是其中承载废水呈强酸性，那么问题就转化为废水处理问题.废水的成分决定于产生废水的生产线，其原材料以及生产条件决定了废水的污染物存在形态，这一过程的完成对下一步方案的制定至关重要.

（2）经济核算能力.能满足要求的方案可以有很多种，但同时满足技术可行，经济合理的方案需要学生具备经济意识.本项目在选择试剂时首先考虑废物再利用，一方面为企业节约成本，另一方面培养学生清洁生产和循环经济的意识.

（3）项目完成能力.项目的完成不是一蹴而就的，每一步都充满了挑战，但其中也给予学生充分发挥能动性的机会，展现每一个人的聪明才智，团队成员取长补短，相互学习，展示团队精神.

4.4 专创融合旨在参与理念

“环境化学”展开专创融合教学过程中遵循的原则和具体的运行过程（见图1）.在课程考核评价上，改变原有“平时作业成绩+考试成绩”的方式，注重过程评价，避免学生为突击考试而死记硬背的学习方式；注重能力考核，建立过程评价与结课评价相结合的多元化考核评价体系.考核方式及所占比例见图1.重点在于过程评价，占比75%，其中创业形成占45%，重在夯实理论基础；建立模型（10%）和编程（5%）为知识延伸和拓展，旨在激励编程能力较强的学生展示才华；行业痛点分析占30%，重点在于痛点（存在的问题）分析和小试实验设计（20% ），考察学生分析问题和解决问题的能力.中试和仿真为附加分项.结果评价重在参赛评比（20%），体现重在参与理念.

图1 专创融合教学法的五大原则与运行导图

5 结束语

专创融合教育模式要求学生不仅要掌握基础知识、灵活应用知识，更重要的是对现有知识进行创新；要求教师尽快转变观念，充分发挥导学功能，改变传统的“以教为主”的教学模式向“以学为主”的转变；将课堂教学与实际需求结合起来，让学生在任务驱动下学习，在真实情境中学习，创造“学中研，研中学”的学习状态，在教与学的互动中推动“环境化学”专创融合教学改革.“环境化学”课程目标是使学生能够将所学知识应用于表达和解决复杂环境工程问题，并能结合文献进行研究、综合论证、给出有效结论.基于此教学目标，在“大众创新、万众创业”大背景下，积极落实专创融合的教学理念，推进教学改革，夯实理论，紧密联系实际，在学以致用的过程中绽放创新之花.

培养人才，尤其是培养社会需求的创新人才，已成为当下高校课程改革的重点[9].2010 年，教育部下发了《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》，对我国高校大学生创新教育、自主创业提出了明确要求[10－11].大学教育是培养人才的主要基地，因此，更需要高校改变教学模式，积极推进创新创业教育，为我国的人才培养做好坚实的后盾.