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提出科研-教学-应用一体化实验设计

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摘要:环境化学实验是深化理解和吸收环境化学理论知识的必备实践环节。构建以教师科研项目为依托、以师生的教学为基础、以应用为目的的环境化学实验课程体系,有助于学生对理论知识的吸收消化,提高学生的科研创新能力,提升环境科学专业学生的综合竞争力。本文分析了近年来环境化学实验教学的现状,并结合安庆师范大学人才培养的实际情况,就构建科研-教学-应用一体化的环境化学实验课程体系提出了初步构想。

关键词:环境化学实验;创新;科研-教学-应用;课程构建

我校环境科学专业的招生始于1999年,环境工程专业招生始于2009年,2006年环境科学专业获批国家特色专业,2014年获批环境化学二级学科硕士点,2017年环境科学专业进入一本招生。历经数十年的建设与发展,环境科学与工程学科基本体系已经形成。环境化学是环境科学与工程一级学科的核心课程,需要学生在掌握无机及分析化学、物理化学、有机化学、普通生物学的知识之后,于大二下学期开设。环境化学理论课程具有固定的教学师资;作为与之配套的环境化学实验课程,实验课程体系相对固定,实验教学内容也逐步优化,逐渐探索出适应地方师范本科院校的环境化学实验教学的发展道路。然而在专业发展过程中也存在着一些问题和弊端亟需解决。第一,实验课程内容陈旧化。环境化学实验总体开设的数目较少,实验内容跟不上环境科学技术的发展趋势,基本都是经典的验证性实验,如水和废水中CODCr、BOD5的测定,有机物的辛醇-水的分配系数测定等等,这些实验不利于学生发散思维和创新能力的培养[1]。第二,实验教学方式的单一化。实验课程具有固定的套路和模式,使用传统的板书教学和口头教学,一开始就注定实验课程的枯燥无味,难以提高学生动手操作的积极性,只是被动的完成实验[2-3],另外实验课时数较少。第三,实验考评方式的模块化。在多数实验考核方式中,都使用实验报告+实验数据+实验过程中的表现来综合审定学生的实验成绩,这一做法不能很好地反映学生独立完成实验的整体能力[4]。第四,实验室大型仪器的空置化。大型仪器的开放程度一直不高,甚至在部分高校还出现大型仪器从未使用过的状况,极大地浪费了教学资源[5]。即使学生使用了某种大型仪器,实际动手操作的机会也很少,这不利于学生毕业后从事环境监测与管理等主体的环境科学方面的工作。

针对以上不足与弊端,尝试以教师、学生作为实验课程的双主角,以教师的教学和学生的学习为主体基础,以教师的科研项目带动学生参与为依托,以科研项目的实际应用为实验目的,开展基于科研—教学—应用三位一体的环境化学实验教学。

在我校环境科学与工程专业学科体系中,有主持过与环境化学相关的国家级和省部级课题,并且其实验室具有完成该项目所必需的实验设备和大型仪器,可以以此为基石,邀请这些教师作为环境化学开放实验的指导老师,构建一些开放性、设计性的实验课程内容[6]。在学生掌握基础的验证性实验之后,可以让学生走进这些实验室,根据指导老师给出的实验题目,通过查阅文献,在指导教师的帮助下确定、修改并完善实验方案和实验步骤,列出实验所需的仪器、设备和各种耗材清单,指导教师确定之后进行实验[7]。如针对“安庆沿江脆弱性湖泊湿地土壤低分子量有机酸的时空分布特征”的实验课题,让学生通过基础知识的学习,重点掌握水中无机物、有机物的迁移转化过程等基础性知识,查阅各种文献,重点了解土壤的采样方法、湿地土壤原位采集的最新方法以及如何保存土壤样品以备后续处理,时空分布的特征。采样点的分布必须由指导教师确定;土壤低分子量有机酸的种类、影响因素和收集检测方法,结合本教材确定土壤中有机酸的迁移转化的影响因素[8]。解决这些问题之后重点让学生学习了解有机酸的测定方法——利用高效液相色谱(HPLC)测定有机酸的原理、方法和步骤。在实验过程中,让学生自由形成实验小组,从实验方案到实验步骤,考虑实验中可能出现的问题,并通过预实验的形式为后续正式实验的展开进行模拟,发现和解决各种问题。使学生掌握环境化学最前端的科学研究进展,培养学生认真从事科学研究的态度,从而加深其对水中无机物、有机物迁移转化等知识的理解。

另外,也可以鼓励学生以参加挑战杯、节能减排大赛等为契机,在指导教师课题组与研究生等共同合作,开发环境化学实验课题,进一步提高学生的科研能力。比如根据教师的科研项目,结合本学科的研究方向和区域特色,有针对性地设计重金属元素As在湖泊湿地土壤—植物体系中的迁移转化及评价,安庆市区主要湖泊、公园水体中N、P含量特征及富营养化程度评价,安庆沿江湖泊湿地土壤重金属的时空分布特征等题目供学生自主选择。这些创新性课题可以提高学生的主观能动性和积极参与性,培养学生独立思考、知识创新和综合运用知识的能力[6]。

总之,要提高学生的动手操作能力,激发他们参与科研的兴趣,按照科研—教学—应用一体化的环境化学实验思路,以师生的教与学促进科研的积极性;以科研项目反哺教学,促进该课程的发展。在实验过程中,不拘泥于集中式的实验课堂教学,灵活安排实验时间和空间,注重培养学生的团队协作能力。鼓励学生积极申请大学生创新创业项目,积极参与教师的科研项目与实验课题组,通过参与实验室建设,理解并掌握部分先进大型仪器的使用方法,把书本中的理论知识切实运用到实验、实践环节,加深对环境化学理论知识的吸收,这对于环境科学与工程应用型人才的培养具有积极的作用。

参考文献:

[1]赵宽,刘海军,周葆华.环境化学实验课程的改革与创新浅析[J].广东化工,2017,44(8):230-231.

[2]王建兵,蒋雯婷,王春荣,等.环境化学实验教学体系的优化与改革[J].科技资讯,2011(35):172-173.

[3]邓红梅,宋刚,吴翠琴,等.环境化学实验教学模式的探索与实践[J].广东化工,2016,43(14):252-252.

[4]肖玫,张琳.环境化学实验教学的再设计[J].中国科教创新导刊,2014(11):124-125.

[5]李晓婷,刘沐生.环境化学开放式实验教学模式的探索[J].黑龙江科技信息,2014(15):59-59.

[6]郭绍芬,张广娜,徐树建,等.科研项目支撑下环境化学开放性实验的改革和探索[J].临沂大学学报,2014(6):48-50.

[7]刘蕾.环境化学实验教学“研、学、用”模式的研究[J].科教导刊,2014(9s):144-145.

作者:赵宽 刘海军 李法松 周葆华 单位:安庆师范大学 资源环境学院

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