給排水科學與工程專業大學生實踐創新項目學科交叉的教學實踐與探討＊

趙東升

（南陽師范學院 土木建筑工程學院，河南 南陽473061）

“新工科”建設是教育部為應對新一輪科技革命與產業變革提出的重大教育改革行動[1]。2017-02以來，形成新工科建設的“三部曲”，為探索學科交叉的工程人才培養模式提供保障[2]。結合給排水科學與工程專業的特點，《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》也明確說明，給排水科學與工程專業要不斷吸收融合分子生物學、納米科學技術、膜科學與技術等現代科技成果，解決給排水行業的工藝技術問題[3]。南陽師范學院設立大學生實踐創新項目，充分發揮項目制邊界清晰、目標明確、可操作性強的特征，建立有效的師生互動，促進學科交叉融合，增強學生的實踐創新能力。

本文結合大學生實踐創新項目教學過程，總結給排水科學與工程專業學科交叉的重要意義、實施過程中發現的問題和建議。

1 學科交叉的意義

學科交叉是促進給排水科學與工程專業發展的源動力，是培養適應社會需求的創新型專業人才的有效途徑。科學創新的重大突破，往往依賴于多學科的相互滲透、交叉融合[4]。例如，國際污水處理界領軍人物洛斯德萊特教授在深入理解微生物代謝途徑基礎上，將代謝途徑與好氧顆粒污泥工藝過程以數學模型方式聯系起來，通過污水處理工程學和微生物學、數學的學科交叉，加速了工藝的工程化進程，并極大方便了工藝的運行優化調整。此外，耶魯大學的以利米勒教授率先將化學工程領域的膜過濾技術和材料工程領域的納米科技應用于水處理領域，對水處理技術的發展起到巨大推動作用。由此可見，學科交叉是思維方式的交融和學術思想的綜合，對促進給排水科學與工程專業的發展至關重要。創新型專業人才最重要的特征是具有靈動的創造性思維、敏銳的洞察力和豐富的創新知識[4]。學科交叉有利于培養學生獨特的問題分析能力，形成與眾不同的獨創性思維；挖掘學生敏銳的洞察力，養成一觸即發的頓悟能力；拓展學生知識結構的廣度、深度，增強綜合創新能力。

2 項目的具體實施過程

在大學生實踐創新項目教學中，筆者整合校內工程實訓中心和水質分析實驗室平臺資源，為學生建立跨學科的校內實踐平臺，并進行初步的探索和實踐。

2.1 項目選取

筆者以納米科學技術、膜科學與技術為基礎，將膜技術在化學工程領域的研制和給排水工程領域的應用相結合，將“用于高含鹽印染廢水中有機物和鹽分分離的新型納濾膜制備研究”項目作為研究對象。結合學生實際情況，選取準備繼續深造的大學生組建項目組，參與該項目研究，這對其研究生階段的研究方向選擇有一定的指導意義。在教學實踐中，將該項目劃分為實驗室小型錯流納濾裝置的研制、納濾膜的制備方案優化與分離性能評價兩個部分。

2.2 文獻檢索

項目前期的準備工作是否充分是決定項目實施階段能否順利進行的關鍵。文獻檢索是利用書籍和數據庫獲取研究項目相關信息、知識的基本手段，文獻檢索的質量與項目能否順利實施密切相關。通過文獻檢索，使學生了解項目的研究背景和研究現狀，掌握項目實施需要掌握的實驗方法、注意事項等技術知識，培養學生獨立分析問題和解決問題的能力。更重要的是，針對項目兩個實施階段所涉及的跨學科知識，通過文獻檢索獲取項目相關的基礎資料，從中篩選出項目實施必須掌握的關鍵技術資料，例如，實驗室小型錯流納濾裝置的研制階段需要學生熟悉電氣工程專業控制電路設計的相關知識，納濾膜的制備方案優化與分離性能評價階段需要學生掌握化學工程專業界面聚合法制備納濾膜的相關知識。

2.3 方案制定

在方案制定環節，指導教師向項目組全體成員介紹研制用于高含鹽印染廢水中有機物和鹽分分離的新型納濾膜的作用。同時，發揮學生的主體作用和教師的啟發式指導，引導學生從文獻資料中分析前人未完成的或有欠缺的研究內容，找準問題切入點。

此外，學生還要明確項目的研究目的、研究內容、研究方法和所需要的儀器，熟悉實驗方案設計和實驗結果合理性檢驗方法，并分析項目實施過程中的難點，制定應對措施。對于項目涉及的學科交叉知識，在深入理解相關知識的基礎上，可邀請電氣控制工程專業和化學工程專業的教師參與指導，整合不同學科的優質資源，加強溝通，使學生自主學習的跨學科知識從理論走向實踐，確保學科交叉在保障項目順利實施中發揮作用。學生根據文獻資料和掌握的跨學科知識，總結出實驗裝置電路控制系統設計的要點和影響納濾膜分離性能的關鍵制備條件，采用數理統計方法（如單因素分析、正交實驗等）設計實施方案。指導教師審閱實施方案時盡可能尊重學生的建議，與學生共同完成實施方案的修改和完善。教師重點把握整體實施方案的可行性和合理性，具體細節留給學生在實施過程中自主解決。

2.4 實驗過程

在實驗過程中，項目組成員明確各自的職責和任務，確保分工明確，成員之間加強團隊協作，特別要做好學科交叉實驗內容之間的銜接。在實驗室小型錯流納濾裝置的研制階段，安排計算能力強的同學負責裝置主體的設計，電路控制基礎扎實的學生負責裝置控制電路圖的設計，溝通能力強的學生負責與生產廠家的協商和溝通。在納濾膜的制備方案優化和分離性能評價階段，安排動手能力強且對化學工程感興趣的同學負責納濾膜的制備，對設備操作感興趣的同學負責膜分離性能的測定。項目組成員要嚴格遵守實驗室規章制度，規范實驗操作程序，在充分發揮個人能力的基礎上加強團隊協作，并定期向指導教師匯報項目的進展情況。指導教師對項目實施進行不定期檢查，及時發現項目執行過程中存在的問題，指導學生完善研究內容，改進實驗方法，完善實驗方案。在裝置設計和實驗過程中，學生能夠將跨學科知識準確應用于項目實施的全過程，動手能力和解決問題的能力顯著提高，團隊協作精神明顯進步。

2.5 報告撰寫

報告撰寫是將實驗過程中獲得的數據以圖、表和文字分析的形式呈現。報告內容是學生項目實施過程的真實反映，它能體現學生對項目研究理解的深度。報告中要強調研究獲得的重要結論和研究價值，提出新的科學假設和未來的研究建議。由于本科生缺乏撰寫報告的經驗，經常出現實驗結果分析不到位、討論與研究目的脫節、研究價值不凸顯、缺少與已有研究結論的對比等問題。對于報告中學科交叉內容之間的銜接，項目組成員缺乏充分協調和溝通。因此，教師除了對報告的撰寫方法和技巧進行全面指導外，還需有針對性地對學科交叉內容的撰寫進行專門指導。通過報告撰寫，學生的寫作能力和邏輯思維能力得到明顯提高。

3 存在的問題及建議

根據前期指導給排水科學與工程專業大學生實踐創新項目學科交叉的初步探索和實踐，筆者發現諸如學科交叉途徑窄、組建跨學科教學團隊困難、人才培養模式固化、教學方式不靈活、培養模式與行業發展需求不協調等問題。因此，要開拓學科交叉的新途徑，給排水專業與人類日常生活息息相關，水環境污染問題與社會、經濟、人體健康等問題滲透、交叉，可融合社會經濟學和生命科學等領域的相關知識，構筑更加全面的綜合體系[5]，突破學科之間的壁壘、藩籬，促進知識體系的深度融合；要加強給排水科學與工程專業的師資隊伍建設，將具有類似學科性質的院系組建成學部，整合不同學科的優質資源，架設不同學科之間相互溝通的橋梁；要完善給排水科學與工程專業的學科交叉特色化人才培養方案，改革教學內容和教學過程，為學生提供更廣闊的跨學科綜合訓練平臺；要順應給排水行業發展的導向需求，加強校企合作，建立聯合培養模式，以培養適應社會發展需求的多學科交叉融合的給排水專業技術人才。

4 結語

學科交叉對促進給排水科學與工程專業發展和培養適應社會需求的創新型專業人才具有重要的作用。本文結合大學生實踐創新項目，初步探索和實踐了學科交叉在項目選取、文獻檢索、方案制定、實驗過程和報告撰寫中的具體實施過程，總結了存在的問題，并針對性地提出了改進的建議。今后，還需進一步發揮學科交叉在給排水科學與工程專業學科建設和構建創新型專業人才培養模式中的關鍵作用，以滿足“新工科”建設的要求。