環境類專業開放性實驗教學的認識與實踐

葛碧洲，石 輝，蔣 欣，張 軍

（西安建筑科技大學 環境與市政工程學院，陜西 西安 710055）

1 研究背景

實驗、實踐教學是大學生更好地理解和應用理論知識的平臺。“實驗教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力具有特殊作用”［1］。為實現這一目標，開放性實驗教學是有效的選擇途徑。開放性實驗既是一種方式方法，更是一種理念認知。開放性實驗教學的內涵建設，從學的角度賦予了教學形式和內容多元、豐富及透明的教學界面，而對教，則是對實驗教學的分類、實驗教師的定位以及目標管理要求的確定［2－4］。

開放性實驗突出了學生實驗、實踐學習過程的主體性［5］，充分發揮實驗教學人員、設施、場地等實驗條件的功能效益。滲透了教師是學生知識學習和能力培養的設計者、組織者、指導者的現代實驗教學理念。學生可以充分、科學地將所獲得的知識運用到實踐中，發揮學生的創新思維與探索精神，以培養學生的實踐能力、綜合分析能力和創新能力［6］。實驗教學模式的創新、實驗內容和教學體系的更新完善，將傳統單一性、封閉、重復的實驗模式向綜合性、設計性、創新性實驗轉變。開放性實驗教學將促進實驗教學的研究，為跨學科、跨專業、口徑寬、功能強、使用效率高的實驗室建設發展和創新人才培養創造必要條件。

2 開放的實驗時間、空間和教學內容

實驗時間和空間的充分運用是開放性實驗教學的主要表現形式，也是落實開放性實驗教學的組織形式。較以往定時、定點、統一內容的指定式教學不同，開放性實驗教學，時間上允許學生根據實驗內容、場地、設備使用狀況來確定實驗計劃，為實驗內容的豐富和發展創造先決條件。

針對環境類專業課程實驗具有選項多、臺套少、設備專用的教學特點，每班學生可以10～15人分若干課題小組分配指導教師，根據課程實驗大綱中各實驗選項的要求，在同一學期內組織進行。實驗時間、場地的使用和管理，通過實驗室教師或實驗教學管理網絡，預約登記落實［7］。不同的課題小組可以集中一次或分項、分次地選擇時間，分散式完成，這樣，一些受時間、空間或設備臺套限制的實驗項目，因實驗時空的開放和組織形式的更新成為實驗選項，可豐富實驗教學內容。例如，生化需氧量BOD5是判斷水體可生化降解程度的代表性指標，其實驗過程需要學生對樣品進行連續5天的生化培養。若是全班齊頭進行，這種跨時段的實驗，對實驗設備和學生時間以及實驗場地等的要求，在以往的教學計劃上是難以安排的。開放性實驗分散式的組織形式，因時空條件可動態調整，因此，課題小組即可以交錯分散地選擇時間、地點實施項目，進而獲取數據完成實驗。

實驗室時間、空間敞開管理使用的開放性實驗環境，將以往全班同時、同地點、相同實驗內容的單一的實驗方式，轉變為以課題小組為單位的靈活、機動、多樣選擇的教學方式，不僅可提高時間、場地和設施的利用效率，而且拓寬了實驗教學內容。豐富的實驗選項加強了學生間的互動、交流、協作的主動性。學生可全天候地利用實驗室同時開展不同的實驗項目，也可分次計劃完成，為以生為本的實驗教學和學生能力的培養，營造了開放的實驗教學氛圍。

3 開放的實驗設備管理

開放性實驗教學的運行可充分發揮實驗設施條件的效能。開放的實驗設計不僅可以同步展開不同的實驗，而且實驗室使用登記的公開，對學期內前后實驗緊松不一的教學計劃，可起到適度的調節作用。這種差異化的好處，也使儀器設備的使用率和利用率提高。例如，傳統一個班的統一實驗，需要配置相應的天平室和一定數量的分光光度計以及相應的實驗場地等設施。高校辦學規模的擴大，并非一定是設備條件的成倍放大。以課題小組預約登記分析的實驗管理模式，不僅避免了設備使用時緊缺，而非實驗時間閑置，占資源又占空間的現象，也提高了現有設備的利用率和資產配置效益。針對龐大的高校資產投資，探索充分地調動設備資源、積極優化使用環境已成為用好實驗條件、服務教學的新課題［8］。

開放性實驗教學的另一個顯著效果是有關大型儀器實驗項目的啟動。現代環境監測水平離不開精密儀器分析。像色譜、光譜、質譜等方法手段已廣泛地應用于水、氣、固廢樣品中各類有機、無機成分的檢測。與一些專用設備一樣，因受儀器臺（套）數的限制，一直以來大型儀器多用作科學研究，舊有模式運行下的本科實驗教學較少受益。開放性實驗則突破了傳統教學的組織形式。以課題實驗小組為單位，分散、分項、分時地參與相同或不同的儀器分析實驗，通過交流比對，即可廣泛深入地認識微觀環境，并提高了學生對現當代科技手段——精密儀器的動手操作和認知水平。同時，現代檢測技術手段的引入，進一步豐富了實驗教學的項目內容，改善了儀器閑置或開機率偏低等嚴重影響設備使用率的現狀。在教學實踐中，我們針對現實環境熱點話題拓展的大氣霧霾中PM2.5的采集監測、水體中雌激素類成分的色譜分析等代表性的環境即時實驗項目，就是開放性實驗以分散式課題組實施開發使用大型儀器的例證。

4 促進創新性實驗教學發展

開放性實驗教學管理推動了教師的實驗研究，促進了創新性實驗教學發展［9］。開放性實驗教學不僅對教師前期的專業知識儲備和學生課前的實驗預備提出要求，更表現為師生思想、觀念和認識的改變［10－12］。開放性實驗所要求的時間、空間、內容、設備等設施的保障，均由實驗教師來協調完成。為此，實驗教師不僅要開展自我知識更新、研發實驗裝置、創新實驗項目、完成實驗指導，還要建立相關的開放性實驗管理，以保障安全運行，諸如學生實驗的預約登記、統計歸檔，更多設備臺套的使用與維護、試劑耗材供給、實驗效果評價等。這樣，開放性實驗教學一方面加大了實驗教師的工作力度，同時，也提升了實驗教學在學生能力等綜合素質培養方面的比重，并對多年來形成的“重科研、輕教學，尤其輕實驗教學”的固有意識重新審視，強化了高等教育關于實驗教學分類的概念，使實驗教師的責任、義務和考核目標更加明確。因此，實驗教師不僅留得住，明晰的職業規劃和發展方向也大大地調動了他們對實驗研究的積極性，更好地服務于教學及創新型人才的培養。

實踐表明，結合學校教育教學質量發展和學科發展規劃，實驗教師在開放性實驗教學中可以大有作為。

4.1 落實創新實驗和實驗裝置的研發

3年來，環境學院實驗教學中心以開放性實驗的目標要求不懈努力，將新材料、新科技為代表的環境專業新技術消化吸收，先后研制實驗裝置10件套，獲得專利8項，并成功引入實驗教學。在國家級實驗教學示范中心的驗收、環境工程專業的“教育認證”以及建筑環境與能源應用工程、給水排水科學與工程的行業評估等考核指標中，獲得創新實驗好評。其中，所開發的“光催化高級氧化實驗”裝置獲國家發明專利，并完成了“現代膜分離技術實驗”、“固體廢物中重金屬浸出測定”、“高鹽水的電滲析處理”和“離子交換處理含鉻廢水實驗”等5項實驗設備的設計及改造。

4.2 開放性實驗培育出多元的教學教改方式

為適應跨學科、跨專業的人才培養需要，開放性實驗滿足不同形式和內容的實驗訓練。以開放性實驗教學模式，已完成了給水排水工程專業“水分析化學”和“環境微生物學”等實驗的獨立設課，并根據學校8個專業學科的輔修課程要求，開出“分析化學”、“水污染控制工程”實驗。在環境科學專業首開的拓展型實驗活動周中，實驗教師的2項設計性實驗成為課題選案。

4.3 開放性實驗支撐課外學生科技訓練項目

到目前，實驗教學體系結合國家對大學生課外科技創新能力培養計劃，充分利用開放性實驗的組織方式，相繼完成了本科生科研訓練（SSRT）計劃和國家及省級大學生創新創業計劃，指導了2屆大學生“挑戰杯”賽，并獲“2014全國環境友好杯賽”獎等。這些現有的以學生為主體的創新學分實踐訓練，已成為判斷實驗教師指導參與度和開放性實驗可持續建設發展的可靠依據和保證［13］。

5 實踐中存在的問題和建議

5.1 政策面的制度保證

開放性實驗的建設發展，激活了教與學2個方面。實驗教學平臺建設提高了學生綜合素質、培養了學生的創新精神與實踐能力。為推進教育教學質量的整體性完善，區分實驗、實踐教學特有的自身目標和屬性是必要的。認識實驗、實踐教學的分類管理、職責和要求，需要自上而下的頂層設計保證。建立健全運行管理的規章制度，包括人員組織的隊伍建設、相應的職稱評聘以及激勵考核機制。將實驗、實踐教學特有的實證和科學精神體現在創新人才培養教育的全過程。

5.2 技術面的操作內容

信息時代，實驗、實踐教學的內涵和態度涉及新思想、新觀念、教學內容以及教學方式方法等方面。開放性實驗的理解和落實是機會更是挑戰。相對基礎性的驗證實驗，開放性實驗以分散方式的課題小組實施更適于專業實驗。在原專業課程基礎上，緊密關注科技發展動態，盡可能地配套制度建設和客觀條件，實施開放實驗，通過實驗讓學生與現實需要關聯，并在實驗、實踐中體會科學技術與社會價值。

現有制式下的本科生科研訓練、相關的全國大學生杯賽制以及校級或高級的教育教學改革項目的申請和完成，就是開放性實驗、實踐的表達方式，它不僅使大學生在多元、層次化創新培養上受益，同樣提高了實驗教師自身素質，解決了實驗教學坐班制下的質與量的考量把握。而舊有的實驗教學僅是為理論驗證服務（被動式），大大地遏制了實驗教學的提高和發展。

6 結束語

對實驗、實踐教學效果、目標的再認識，賦予實驗時間、空間，設備條件和內容開放的實驗教學模式，以課題組預約登記進行，分散式地開展實施，提高了實驗室的使用效率，解放了實驗教學內容的選擇局限，更新了以往實驗教學中普遍存在的科技信息滯后、形式內容陳舊、運行機制僵化等現象，營造出以學生為中心的實驗教學環境。實驗室全天候的教學支持，使學生有更多的機會與教師接觸和交流，并在完成實驗預習的態度、實驗操作規范的程度、實驗內容的理解、實驗現象的分析以及對實驗問題的興趣、解決等方面得到良好的互動雙贏。

多元的課內外教學組織形式提高了學生自我動手實驗、實踐以及學生間交流協作的綜合素質，也促進了學生由“學會”到“會學”的角色轉變。以制度建設為基石的開放性實驗模式的運行和發展，明確實驗環節在教學中的分類、作用和考核目標，必將調動教師隊伍的積極性，促進新型實驗教學的建設及實驗研究水平的完善和提高。

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