生态理念与创新能力驱动的生态环境观测实验教学探索

王琰　郑洪波　王辉　熊巍　金若菲

摘  要：创新人才培养是时代赋予高校的重要使命，而推进生态文明建设是时代赋予环境专业的神圣使命。该研究提出以实际环境问题为导向、学生兴趣为依托、自主研究为方法及创新能力培养和生态理念构建为目的的野外实验课程建设探索。将习近平生态文明思想等思政元素融入实验教学，通过自主研究的方式，由学生根据指定研究对象自主选题、自主设计，针对校内外实际水、气、声等环境问题开展自主研究和分组汇报，任课老师点评指导；通过自主研究显著提升学生的兴趣，提高学生科研素质、创新能力、实践技能，同时培养学生的生态文明理念，得到学生良好的反馈。

关键词：创新能力；生态文明思想；问题导向；自主研究；实验教学

中图分类号：G643        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）14-0043-04

Abstract： Cultivation of innovative talents is an important mission entrusted by the times to colleges and universities， and promoting the construction of ecological civilization is a sacred mission entrusted by the times to environmental majors. This study explored the construction of a new field experiment course， which is guided by practical environmental problems， supported by students' interests， based on independent research， and aimed at cultivating innovative ability and building ecological concepts. We integrate ideological and political elements， such as Xi Jinping Thought on Ecological Civilization， into experimental teaching. Students choose their own topics according to their interests， and design and conduct the experiment independently according to the given object. They need to carry out independent research and group reports on environmental problems of the actual water， air and sound.The teachers need to give comments and guidance on their group reports. Due to the independent research， students' interests have been significantly increased， and their scientific research quality， innovation ability and practical skills have been obviously improved. Moreover， their ecological civilization concept has been constructed. This course has received good feedback from the students.

Keywords： innovation ability; ecological civilization thought; problem orientation; independent research; experimental teaching

當今世界国际竞争归根结底是创新竞争，是人才竞争。创新人才已成为国家综合国力和国际竞争力的决定因素[1-2]。党的十八大提出，实施创新驱动发展战略。党的十九大进一步指出，创新是引领发展的第一动力。《中国教育现代化2035》也将“提升一流人才培养与创新能力”纳入十大战略任务之一。高校作为创新型高级人才培养基地，在国家创新发展中发挥着独特的作用[3-4]，肩负着具有创新能力和创新精神高素质人才培养的重要历史使命[5-6]。

创新能力是指在技术和实践中不断提供有经济、社会、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力[7-8]。实验教学担负着培养学生动手能力、实践技能、创新意识和创新能力的重任[9]，因此实验教学是最有条件、最容易实施能力培养的教学环节，也是高等教育实现创新能力培养的重要突破口[10]。与此同时，生态文明建设作为中华民族永续发展的千年大计，是我国“五位一体”总体布局的重要方面，是习近平新时代中国特色社会主义思想的重要组成部分。环境科学与工程专业与习近平生态文明思想联系紧密，而实验教学也是环境专业能力培养的重要教学过程。但目前环境专业实验课程还存在诸多问题，如课程仍然沿袭传统的环境科学与工程理念，缺乏与习近平生态文明思想的融合，教学内容缺乏新意，创新能力培养不足等。因此，构建以生态文明理念和创新能力培养为目的的环境专业新型实验课程显得尤为重要。

一  环境专业实验教学目前普遍存在的问题

（一）  实验教学缺乏生态文明理念和价值引领

传统环境类实验课程缺乏必要的思政元素和价值导向引领。课程思政是将思想政治教育融入课程教学的各个环节，以隐性思政作用与显性思想政治理论课，共同构建全课程育人格局。习近平总书记曾指出，“使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。近年来，课程思政作为高校工作的主体任务之一，得到了迅速发展，但课程思政建设仍存在提升空间，特别是实验课。习近平生态文明思想是习近平新时代中国特色社会主义思想的重要組成部分，是适应时代潮流的重要思政元素，也是环境专业的重要思政素材。如何有效地将生态文明理念构建与环境专业人才培养相结合，切实发挥思想政治的价值引领作用，是亟待解决的问题。

（二）  实验内容缺乏创新和不接地气

实验内容陈旧是很多高校普遍存在的问题[11]。实验多数是验证性实验，教师准备好实验仪器和药品，现场讲解实验原理、步骤，学生按照步骤“依葫芦画瓢”。这种方式不但使学生养成了被动接受的习惯，更限制了学生主动性和创造性的发挥。实验内容不接地气，缺乏实际环境问题的导向，间接导致学生实验积极性不足。此外，部分实验条件理想化，脱离实际环境，跳过野外采样等重要环节，使学生缺乏理论联系实际和解决实际问题的能力。因此，亟待进一步提高综合性、应用型、自主研究型野外实验的比例。

（三）  教学方法缺乏新意，创新能力培养不足

目前部分高校实验教学方法和内容雷同，缺乏时代性、灵活性、创新性。实验课程的本意是让学生在实验中获得新知识，启发新思维。然而很多实验课，仍由教师占据主导地位，由教师设计实验内容，甚至规定结果；以模拟实验代替真实问题，缺乏以实际环境问题为导向的、学生真正自主设计、自我开展的创新性实验。忽视了对学生自主学习能力的培养[12]，学生对讲授和教材的依赖性大，扼杀了学生的主动性和创造性，丧失了实验的真正目的和应有的效果，也削弱了创新性培养的作用。学生普遍反映实验乏味、疲于应付等问题。

二  环境专业实验的改革探索

基于实验教学存在的上述问题，依托环境创新实践基地建设了一门生态与环境观测实验课。生态与环境观测实验课是利用野外生态观测与校园环境监测实验相结合的手段，旨在培养学生自主观测环境问题、发现问题、研究问题和解决问题的能力，增强学生的生态理念、环保意识、创新能力和专业素养。实验课程建设架构图如图1所示。针对目前环境专业实验的共性问题，主要从以下几方面开展改革。

（一）  融入课程思政元素，树立生态文明理念

生态文明是以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展和持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态。习近平生态文明思想是习近平新时代中国特色社会主义思想的重要组成部分，它深刻回答了为什么建设生态文明、建设什么样的生态文明、怎样建设生态文明等重大理论和实践问题。它不仅是我国加快生态文明体制改革的重要理论，而且是建设美丽中国的思想引领，同时也是高校思想政治理论课的重要内容，更是环境专业学生重要的课程思政元素和专业理论与实践的教学内容。贯彻和树立生态文明理念，环境专业具有得天独厚的学术和教学优势。将习近平生态文明思想贯穿于整个生态环境观测实验课始终。实验过程中直接或间接地融入习近平生态文明思想，通过潜移默化、“润物细无声”的方式，培养学生生态全局意识、环境保护意识、生态文明理念。例如，在进行野外水库水环境质量调查实验时，通过介绍调查水库的相关历史知识，融入“生态兴则文明兴、生态衰则文明衰”的深邃历史观和“人与自然和谐共生”的科学自然观；通过区域环境调查和水样采集分析，融入“绿水青山就是金山银山”的绿色发展观和“良好生态环境是最普惠的民生福祉”的基本民生观；通过区域水污染来源分析，强调“山水林田湖草是生命共同体”的整体系统观及“用最严格制度最严密法治保护生态环境”的严密法治观；通过对监测结果分析和水资源宝贵的探讨，倡导“全社会共同建设美丽中国”的全民行动观。此外，将理想信念教育、爱国主义教育、社会主义核心价值观、中华优秀传统文化教育、制度自信、党的十九大精神、习近平新时代中国特色社会主义思想和科研素养等内容自然融入教育全过程[13]，以培养具有坚定理想信念、良好道德品行、强烈社会责任感、健全人格、较高科研素养和适应新时代中国特色社会主义建设要求的创新人才。

（二）  创新实验课程体系，改革实验课程内容

改革课程体系，构建并完善以习近平生态文明思想为引领，以专业知识教育为载体，以探索实际环境问题为导向，以野外生态观察、实际环境观测为途径，以学以致用、理论联系实践为原则，以创新思维培养和实践技能训练为目的，构建新的多层次、立体化的环境野外实验课程体系。首先，构建了“大连生态观察之旅”模块，以了解大连历史、城市规划和关注城市生态为起始，结合对大连旅顺口龙湖湿地公园和辽宁蛇岛老铁山国家级自然保护区的生态观察，培养学生“绿水青山就是金山银山”的绿色发展观、“山水林田湖草沙生命共同体”的系统观及“建设美丽中国”的生态理念、环保意识，锻炼学生发现问题的能力。其次，构建了“校内外水、气、声观测之行”模块，以身边环境问题为导向，以自主设计实验方案、现场采样和校外水库水质、校内空气质量及区域噪声监测为内容，因材施教，对学生的个性积极引导，激发学生的创新思维和创造能力，培养学生的理论联系实际和分析解决问题的能力，从而培养既有深度又有高度的创新型人才，以适应多元化的社会发展需求。

（三）  增加自主研究性实验，培养自主创新能力

目前实验教学要求已经从“知识和技能导向型”向“能力和素质导向型”转变。研究性学习是指学生基于自身兴趣，在教师指导下，从自然环境中选择和确定研究课题，主动获取知识，并应用知识解决问题的学习活动[14]。教师在学生实验过程中，扮演“引路人”而不是“灌输者”的角色。开展研究性实验是培养学生创新能力和解决问题能力的重要方式[15]。我们针对监测实验进行系列改革，现场监测实验只确定研究方向，不限制研究内容。以“校园空气颗粒物污染调查”为例，学生自由分组，根据小组对校园空气颗粒物污染状况的观察和分区调查，选取一个具体研究对象，自拟研究内容，查阅现行环境标准，自行设计采样方案和监测方法，对监测结果进行分析和探讨，制作幻灯片展示，并对监测方案进行自我评价。指导老师通过对各组监测方案、监测结果、讨论汇报，给出专业指导，而后再详细讲解相关研究应采用的采样方法、监测规范、结果讨论原则。同学们通过调查发现了很多空气颗粒物污染问题，例如，封控校园食堂烧烤摊引起的颗粒物污染、新建学生公寓扬尘引起的颗粒物污染、校内交通主干道车辆引起的颗粒物污染等。通过上述过程旨在培养学生的创新能力、应用能力、科研素养及独立思考能力。让学生在研究性实验过程中，要历经“蜀道之难，难于上青天”“独上高楼，望尽天涯路”“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”和“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处”的求知历程，体会 “梅花香自苦寒来”“吾生也有涯，而知也无涯”的科研境界[16]。研究性实验明确了以兴趣和问题为导向的学生课题选择依据，给学生创造足够的思维空间和自主空间，同时注重先学后教的指导方式，充分体现以学生发展为本的“学本位”思想。让学生真正体会到知识的价值，激发兴趣，增强主动性，受到学生普遍好评。

（四）  走进生态发现问题，深入环境实地观测

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”生态文明教育不应单单停留在专业书本和课堂上，应当结合环境专业优势，“走出课堂，走进环境”，直面实际环境问题，了解污染状况，查明污染来源，寻求解决办法，将生态文明教育开展在美丽中国的大地上，让学生通过生态参观、野外观察、现场观测，将专业知识和习近平生态文明思想相结合，真正认识到我国资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，意识到必須站在中国特色社会主义全面发展和中华民族永续发展的高度，牢固树立生态和环境保护的整体观和全局观，增强生态危机意识，筑牢生态保护的大局意识，体会到生态文明建设的重要性、必要性、紧迫性，激发生态环境保护的自觉性，践行作为环境专业学生的生态环保使命。学生普遍反映，希望增加这种“走出校园、走进环境”的实验内容。

（五）  优化教学反馈机制，推进质量持续提升

教学中的反馈应该是双向的。一方面，教师应该对学生学习过程中存在的问题进行指正和反馈，加深学生对专业知识掌握的准确性和深入性；另一方面，学生通过直接或间接途径对教师教学内容、教学过程、教学方式方法存在的问题进行反馈，通过持续改进，不断完善和提高教学质量。学生是教育教学的主体，学生的反馈意见是进一步完善教学理念、教学内容、教学方式的出发点，更是落脚点，建立一种公平的反馈机制，虚心接受学生的各种反馈意见，进而对教学作出持续改进[16]。在自主研究性实验环节，通过组织评委对学生实验设计及结果讨论幻灯片进行点评，给予学生设计思路、研究方法、技术规范的评价指导，通过反馈促进学生创新思维和实践能力的提升。充分发挥教师“导”与学生“学”双重结合的优势。授课结束后通过问卷调查和学生访谈等形式，让学生对课程体系、实验内容、实验过程、评价方法和学习成效等进行评价和反馈，并针对评价结果和反馈意见进行有针对性的持续改进。

三  课程建设成效分析

（一）  创新能力培养的成效

对参与本实验的34名2021级学生的问卷调查结果显示，针对创新能力培养的成效（图2），94%的同学认为通过课程学习增长了专业知识和创新能力；91%的同学认为自主选题、自主研究等课程内容设置激发了学习兴趣，提升了创新能力、科研素养及观察、分析和解决问题的能力；88%的同学认为相比传统实验课程，自主研究型实验能够显著提升科研素养和创新能力，但仍有12%的同学认为自主研究型实验虽然可以提升科研素质，但费时费力；82%的同学认为与传统的先教后学的方式相比，“先学后教”的方式能够显著提升自主学习和自主研究的能力。同学反馈，开设的校内空气污染调查等自主研究型实验“显著提升了自己的科研兴趣，同时也在一定程度上培养了自己的创新能力和科研素养”。

（二）  生态理念构建的成效

针对课程思政建设和生态理念构建的成效，100%的同学认为通过该实验课程加深了对习近平生态文明思想的认识，构建了生态环保理念，树立了环境保护意识，其中40%的同学认为环境专业课程思政内容应更多地与习近平生态文明思想等专业相关性强的思政相结合。然而中华文化博大精深，很多传统文化理念和思想都可以和环境专业知识巧妙融合，这也需要我们任课老师在今后教学工作中寻求更适合的结合点。

四  结束语

生态环保理念和创新能力是环境专业学生能力培养的重要内容。走出课题、走入环境，以实际环境问题为导向，以学生自主选题、自主研究为手段，充分发挥学生主观能动性，有利于调动学生学习积极性，进一步提高学生的创新能力、科研素养、实践技能。通过学生课程反馈，继续深入自主研究型实验改革，推荐课程持续改进，促进大学生创新能力培养、生态理念构建及科研素质提升，助力国家生态文明建设。

参考文献：

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基金项目：国家自然科学基金项目“典型有机磷酸酯在水稻田的迁移转化和植物吸收机理研究”（21976023）；大连理工大学本科教学改革研究项目“基于生态文明理念与实践的《生态与环境观测》专创荣誉课程建设”（YB2022037）；辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“面向生态文明建设需求的环境专业工程教育模式研究”（2022080）

第一作者简介：王琰（1983-），男，汉族，山东威海人，博士，副教授。研究方向为污染物迁移转化。