基于地理學學科特點的實驗室開放教學模式

遼寧省大連市遼寧師范大學城市與環境學院（116029） 張 華 隋 遂 何 紅

遼寧省大連市遼寧師范大學外國語學院（116029） 伏 捷

高等學校實驗室兼有培養人才、科學研究和測試服務三大基本職能[1]。高校實驗室實行向本科生開放的制度，不僅是高等教育實踐教學的重要創新舉措，同時為培養學生的科研創新意識、強化學生的實踐操作能力、激發學生的團隊協作精神搭建了良好的實踐教學平臺，對全面提升學生的專業素質和社會競爭力具有重要的作用。現代地理學強調地表過程與演變的研究，關注地球表面各個空間地理要素之間的相互聯系及各種現象[2]，具有綜合性、區域性、動態性、多樣性等特點，反映在研究方法上，往往是野外考察與室內實驗、數量模擬相結合，若在實驗教學中僅僅設置一些數量有限的驗證性課程實驗，如土壤有機質、土壤pH值測試等，很難使學生建立起空間各地理要素之間相互聯系的專業理念。由此，針對地理學實踐性、綜合性很強的學科特點，進行高校地理學專業實驗室向本科生開放教學體系的實踐與研究非常必要。本研究基于遼寧師范大學自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室開放教學的實踐與體會，從開放實驗室團隊的組建、實驗室開放內容的設置、開放形式的選取、開放效果的評價等方面探討地理學專業實驗室向本科生開放的教學模式。

一、開放實驗室團隊的組建

地理學強調要素與要素、現象與現象、區域與區域、單元與單元、人與地、自然與人文、無機與有機等現象的相互關系[2]，由此體現出地理學研究內容的綜合性和研究方法的多樣性，往往涉及到野外考察等環節，僅憑個別老師和學生的單打獨斗很難完成其研究內容。由此，地理學專業實驗室向本科生開放首先必須建立起開放實驗室團隊。開放實驗室團隊由專業指導教師、實驗指導教師和參與的本科生組建而成。專業指導教師由地理學知識基礎較為寬厚、自身專業素養和科研素養較高、承擔過或正在承擔相關專業領域科研課題的研究型教授或副教授擔任，并作為開放實驗室團隊的帶頭人，以充分發揮教師的科研工作對本科人才培養的輻射作用，有效地將教師的科研創新思想引入到實驗室開放教學當中，促使實現地理實驗教學模式從驗證型向研究型的轉變；實驗指導教師由具有地理學基礎知識、自身實驗技能較高的專職實驗師或高級實驗師擔任；開放實驗室團隊成員一般由已初步掌握地理學專業基礎理論知識的二、三年級本科生構成，以利于培養學生能夠將課堂上學到的地理學專業理論知識與現實地學問題結合起來的能力，盡早建立起課題研究的概念和思路。

二、實驗室開放內容的設置

地理學專業實驗室開放內容以綜合性實驗和設計性實驗為主，具體內容依托科研課題來設置。開放實驗室團隊在指導教師的啟發、引導下，可視地理學專業不同年級本科生所掌握的專業理論知識背景，基于目前地學界關注的熱點問題和區域自然、人文地理環境特征，設計一些本科生能夠完成的地學科研小課題，然后根據科研課題中研究內容的需求，巧妙地將實驗室開放內容設置其中，以利于使學生進一步明確實驗內容的“來龍”及實驗結果的“去脈”，深刻體會實驗環節的規范操作、實驗結果的準確程度在課題研究當中的重要作用，并在實驗室開放教學實踐過程中建立起綜合性、區域性、動態性和多樣性的地理專業理念。本文引用遼寧師范大學自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室開放內容的設置案例作具體說明。

1. 教學案例一

自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室開放實驗室團隊根據二年級本科生已修完《氣候與氣象學》《植物地理學》等課程的知識背景，基于校園內植物的季相變化特征，設計小課題“遼師校園植物物候期與氣溫關系研究”。該課題以學生非常熟悉的校園多種觀賞價值較高的喬、灌木植物為研究對象，以氣溫變化作為影響植物物候期的主要地理環境因子，采用圖1所示的研究思路及技術路線，在觀測研究氣溫與植物物候期之間關系的過程中，巧妙地將植物物候期觀測實驗和每日氣溫觀測實驗內容設置于其中。

圖1 教學案例一研究思路及技術路線

2. 教學案例二

自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室開放實驗室團隊（以三年級本科生為主）緊緊圍繞著國際地學研究的前沿領域——土地利用/土地覆被變化（Land Use and Land Cover Change, LUCC）問題，設計小課題“大黑山土地利用方式對土壤特性的影響研究”。該課題選擇大連市典型丘陵區——大黑山為研究區域，以該區域典型土地利用類型——林地、菜地和果園為研究對象，采用圖2所示的研究思路及技術路線，在研究丘陵區不同土地利用方式下土壤理化性質變化規律的過程中，巧妙地將土壤物理、化學特性測試等內容設置于其中。

圖2 教學案例二研究思路及技術路線

3. 教學案例三

自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室開放實驗室團隊（以三年級本科生為主）基于《土壤地理學》課程中的土壤發生學理論“土壤形成因素學說”理論，結合遼東半島不同地形條件下棕壤剖面發育特性的不同，設計小課題“遼東半島地形條件對棕壤剖面特性的影響研究”。該課題選擇遼東半島丘陵區、山前沖積平原區為研究區域，以不同區域的典型棕壤剖面為研究對象，采用圖3所示的研究思路及技術路線，在探討遼東半島地形條件對棕壤剖面特性的影響過程中，巧妙地將土壤剖面觀察、土壤理化特性測試等內容設置于其中。

圖3 教學案例三研究思路及技術路線

三、實驗室開放形式的選取

1. 實驗室開放時間的安排

地理學專業實驗室開放時間的安排以不影響正常的教學計劃為宜，實驗時間的長短及實驗次數的多少不受計劃學時的限制，根據實驗室開放內容需要而定。一般由開放實驗室團隊和實驗室管理人員具體商定，選擇在課外時間和節假日安排實驗，具體可采取全天候開放、定時開放或預約開放多種形式，并制定相應的管理制度。

2. 實驗室開放的組織與實施

地理學專業實驗室開放的組織與實施緊扣科研課題的研究環節有序展開，以每一個科研課題為單元組建由6～8名本科生組成的科研課題組，并選擇責任心強、親和力較高的本科生作為課題組組長，全程負責各項事宜的協調。在高校實驗室開放專項經費的支持下，各科研課題組秉承野外考察與室內實驗、數量模擬相結合的地學研究方法，由指導教師全程指導，在查閱、分析相關研究文獻的基礎上，通過①科研課題設計；②研究思路及技術路線制定；③野外調查取樣和資料收集；④實驗室內測試分析；⑤實驗數據整理、統計和分析；⑥實驗性研究論文撰寫等6個階段，完成整個實驗室開放教學內容。

3. 實驗室開放成果

通過實驗室開放教學環節的歷練，每位本科生在初步掌握地學研究的基本方法、具備一定的科研創新能力和良好的團隊協作能力的基礎之上，每一科研課題組的本科生還需在實驗室開放成果共享的前提下，圍繞著本組的研究課題自主命題，撰寫提交一篇實驗性研究論文。本科生在撰寫論文前應先接受指導教師的系統培訓，待初步掌握科技論文的撰寫格式之后，根據本組研究課題的科學問題、國內外研究現狀、研究區域、研究方法、實驗數據等撰寫論文。論文寫作的重點應放在“研究”上，論文主要體現可靠的理論依據、合理的實驗設計方案，適用的測試手段、準確的數據處理以及科學嚴密的分析與論證等。

四、實驗室開放效果的評價內容

1. 團隊協作能力的培養

地理學專業實驗室通過組建開放實驗室團隊和科研課題組的教學模式，使得學生有機會在野外調查期間或校內實驗期間長期協作。為了攻克同一個難題共商對策，有意識地培養和提高本科生互相交流的科研團隊意識、互幫互助的團隊協作能力和勇于承擔重任的責任心。

2. 科學研究素養的提高

地理學專業實驗室基于地理學專業特點，采用“實驗室開放團隊組建、實驗室開放內容設置于地學研究課題當中”等教學模式，不僅使學生在親歷一項地學研究課題從立項到結題的各個研究環節中，搞清楚實驗內容的“來龍”及實驗結果的“去脈”，同時使學生領會到實驗環節對科學研究嚴謹性、科學性的影響程度，感受到一項科研成果背后團隊精神的支撐，并體驗到艱辛實驗之后“成果問世”的快樂。

3. 求知欲及創造力的激發

地理學專業實驗室將實驗室開放內容設置于地學研究課題當中的教學模式，不僅使學生在學習中逐漸形成善于質疑、樂于探究、勤于實踐、勇于求知的積極態度，不斷提高學生透過地學現象發現問題、解決問題的能力，而且使學生通過野外觀測得來的感性知識和實驗室得出的量化知識，親自驗證課堂中學過的理論知識，由此激發學生對專業知識的濃厚興趣和強烈的求知欲及創造力，更堅定考研繼續深造的決心。

4. 主動學習能力的提升

地理學專業實驗室以研究課題的形式向本科生開放，又以研究論文的形式進行最終的成績考核評定，要求每一位學生帶著問題來學習、思考、分析、總結，無形中促使他們自覺去網絡上或書籍里搜尋大量相關專業知識，可大大提升學生的自主學習能力。通過開放實驗室學習，學生不僅通曉了科研文獻的查詢途徑、土壤生態系統和植物群落的基本研究方法，也掌握了研究性論文的撰寫方法，有助于學生提高自身的專業素養和畢業論文撰寫質量。

五、結語

高校實驗室開放教學不是一般意義上的驗證性課程實驗，它具有自主性、探索性和實踐性等特征，能使本科生自覺借助于科學思維和科學方法主動去獲取知識，運用知識創造性地解決問題，能使學生得到系統的動手能力和綜合創新能力的鍛煉。地理學專業實驗室面向本科生開放是實現地理實驗教學模式從驗證型向研究型轉變、培養創新型地理學人才的重要平臺，對于構建學生“綜合性、區域性、動態性和多樣性”的地理學專業理念和系統性的地學知識體系，培養學生“獻身、創新、求實、協作”的科研精神和精益求精的科研風范大有裨益。

[1] 王興邦. 實驗室開放的內涵與機制研究[J]. 實驗室研究與探索, 2009, 28(5): 11-13.

[2] 李容全, 邱維理. 地理學的特點[J]. 地理與地理信息科學, 2006, 22(6): 79-82.