環境科學專業實驗教學體系重建與實踐

石 輝, 葛碧洲, 張 軍

(西安建筑科技大學 環境與市政工程學院,陜西 西安 710055)

實驗室創新

環境科學專業實驗教學體系重建與實踐

石 輝, 葛碧洲, 張 軍

(西安建筑科技大學 環境與市政工程學院,陜西 西安 710055)

通過對現有的實驗教學體系進行重建,提出了基礎、應用以及創新能力培養的3個層次實驗教學體系,在各個層次中明確了其培養目標。這種層次化、多樣化、重點突出的實驗教學體系, 可為培養基礎知識扎實、綜合素質高、實踐能力強、具有創新精神的環境專業人才提供新的途徑。

實驗教學體系； 重建； 環境科學專業

實驗教學是提高學生能力和素質的重要途徑,目前有關實驗教學體系的改革已經進行了一些研究[1-2],但實驗教學在學生能力素質培養中的作用仍然有限。環境科學專業圍繞環境問題的預防、發生、治理、評價等方面組織教學,其中的實驗教學是環境科學專業體系中不可分割的部分,也是提高學生實踐能力、綜合素質的重要方式。但目前環境科學專業的實驗教學缺少相應的體系規劃,致使實驗教學內容相對片面化和碎片化,難以形成有效的整體,因此探索構建環境科學專業新型實驗教學體系, 改革實驗教學模式, 具有重要的現實意義。

1 環境科學專業實驗教學面臨的困境

1.1 實驗教學理念認識滯后

實驗教學長期以來被認為依附于理論教學,是理論教學的驗證和補充,目的是為“鞏固和加深課堂理論教學效果”；過于強調理論的指導性,忽視了實驗對理論的補充、深化和發展作用,致使實驗教學的地位遠遠低于理論教學,限制了實驗教學的發展[3]。這種滯后的理念,使得實驗教學與理論教學兩個密切聯系又相互獨立的環節難以協調,不利于學生創新精神的培育和創新實踐能力的培養。

1.2 實驗教學體系不完善

環境科學專業要求的知識領域點多面廣,課程體系表現出課程關聯度相對較弱,形成通常所說“雜”的局面。由于傳統實驗教學被認為是理論課的驗證和理論學習的補充,在實驗教學上“雜”的特點表現更為突出。課程的傳統計劃、任課教師的責任心以及實驗條件的配置成為實驗課程開設的基礎,而這些實驗是否需要開設、開設的實驗是否需要更新、實驗是否達到了提高學生能力的目的等考慮得較少，導致實驗教學僅僅成為滿足培養計劃中實踐教學學分需求的數字指標。通過對國內一些高校實驗教學的調研發現,實驗教學體系的建立是值得關注的問題[4]。如何將專業對實踐能力的要求在培養計劃中合理地體現,建立健全實驗教學體系,則是當前實驗教學改革和實驗單獨設課的基礎。

1.3 實驗內容、方法和組織形式陳舊

由于現有的管理體制問題,教師對新開實驗的積極性不高,實驗教學內容以本校傳統遺傳下來的實驗居多,使得課程起點較低、教學內容陳舊、范圍偏窄、實驗項目之間的銜接和協調性不足[5]。同時,實驗的內容和真正的環境問題之間存在一定的差距,突出不了環境問題的復雜性和綜合性的特點，未能反映本學科發展的最新知識、最新動態和最新實驗方法。在教學方法和組織形式上，仍然是驗證性和演示性等基礎型實驗為主,對基礎實驗的目的和需要解決的問題了解不深,導致從內容到方法都比較陳舊。

1.4 教學效果不顯著

由于實驗課程自身問題以及實驗考核不科學、不嚴格,對學生既無“壓力”更不會產生“動力”,導致學生對實驗課程重視程度不足,教學效果不顯著。從畢業設計(論文)學生的獨立實驗,以及每年研究生復試對實驗的調查考核，可以明顯感覺出實驗教學在素質和能力培養方面存在極大的不足。

2 環境科學專業實驗教學體系的重建

實驗教學是理論結合實際的橋梁,是培養學生由知識向能力轉變的重要途徑；實驗教學與理論教學是相互獨立和相互統一的兩大環節，因此應和理論教學一樣,實驗教學也應有自己相對獨立的體系[6]。

2.1 實驗教學體系需要解決的問題

實驗教學的最終目的是培養學生的創新意識和解決問題的能力[7],因此實驗教學體系需要解決專業建設過程中有關實驗教學的系統性、結構性問題。通過對實驗教學過程中涉及的課程、教學計劃、教學大綱、教材、教學方法與手段體系以及實驗教學考核與評價體系等綜合分析,形成課程、內容、方法核心要素，明確不同實驗層次的目標，完成實驗教學頂層設計和總體構架,有效地組織和實施本科實驗教學任務，提高實驗教學的效果和質量,有利于培養學生的實踐能力和創新意識[8]。

2.2 實驗教學體系構建的原則

以更新教育思想和教育觀念為先導,以培養學生的實踐創新能力為核心,從提高學生動手能力及綜合分析問題、解決問題的能力為目標,參照教育部高等學校專業教學指導委員會、課程教學指導委員會對實驗教學的相關要求,依據人才培養目標,從專業教學整體需求出發,精心設置實驗項目。整個實驗教學體系呈現系統化、層次化和開放化的特點,全面提高實驗教學質量,提升對學生實踐創新能力培養的水平。

實驗教學體系設計中要遵循以下原則:

(1) 內容系統化。按照學生認知規律和教學規律,根據專業培養目標和實驗課程教學要求,實驗內容按基礎、設計、綜合遞進,盡量體現知識體系的整體性和邏輯性。

(2) 水平層次化。根據學生的認知規律、教學需要涉及專業知識的內在聯系,設計不同層次的實驗教學項目,使學生得到從宏觀到微觀、從單純技能培養到系統綜合能力、創新能力的培養，其中驗證性實驗側重培養學生扎實的基本實踐技能,設計性和綜合性實驗側重培養學生綜合研究、實踐創新能力。

(3) 教學開放化。除課程實驗外,設置開放性實驗項目。按實驗開放性質不同,分為固定開放性實驗和拓展開放性實驗。

2.3 環境科學專業實驗教學體系的重組構建

模塊化的實驗教學模式是當前采用的主要方法,采用的模塊有不同的劃分方法,如“驗證性實驗”、“綜合性實驗”、“設計性實驗”。還有的劃分為“基礎性實驗”、“專業性實驗”和“綜合性實驗”，以及“基本技能訓練實驗”、“理論課程驗證實驗”、“綜合設計性實驗”、“探索和應用性實驗”的分類。這種分類方式僅僅突出了某一方面的內容,對模塊之間的聯系與培養目標的要求聯系較少。我們在此基礎上分析各個模塊之間的關系,形成了圖1所示的環境科學專業的實驗教學體系框圖。在這一實驗教學體系中,我們分為3個層次的能力培養,明確了每一層次培養的任務、目標,以及相應層次的主要實驗開設課程以及它們之間的關系。

對于基礎實驗,本著少而精的原則,主要進行實驗基本技能訓練、養成良好的實驗操作和實驗報告撰寫規范。具有特色的專業應用實驗是建設的重點,這一過程中主要突出與實際問題相聯系的專業綜合實驗。在創新能力培養層次,主要是從實驗教學的課堂環節向課外環節延伸,使學生得到準前沿性的科學研究訓練,為今后從事環境領域的科學研究打下基礎。

3 環境科學專業的特色實驗

在多年的實驗教學基礎上,我們開發出一些綜合性較強的專業基礎及專業應用實驗,通過這些實驗加強學生對專業知識的理解以及逐漸與實際環境問題相銜接,取得了良好的效果。主要有:

圖1 環境科學專業的實驗教學體系框圖

(1) 不同水樣的監測和評價。根據周邊的環境條件,學生通過采集地表水、城市景觀水體、自來水、地下水、城市生活污水等各種水樣,自己確定不同水樣的分析指標和相應的分析方法,通過分析,對水樣的水質進行評價。這個實驗課使學生了解不同水樣監測的目的、指標方法以及其中的差別,學會對水質的單項及綜合評價。

(2) 大氣顆粒物的濃度及其空氣質量的評價。在城市不同的功能區進行空氣樣品的采集,監測空氣中TSP、PM10、PM2.5的含量,以及SO2、NOx、O3、CO等指標,并對空氣質量進行評價,分析不同功能區空氣質量的特征以及空氣質量指數的含義。

(3) 微污染水源的水質凈化實驗。采集有機微污染水源水樣,利用光催化方法進行降解水體中的有機物質,然后利用膜分離技術進一步純化。這一實驗使學生對于水質控制的方法技術有深入的認識。

(4) 污水濕地化處理的工藝調查以及水質評價。調查西安現有的污水生態化處理的技術和工藝,同時采集不同處理階段的水樣進行分析,熟悉不同工藝階段的關鍵技術及處理效果,加深對污水生態化處理理論和實踐的認識。

(5) 城市土壤環境與地表沉積物的綜合調查與評價。采集城市不同功能區土壤及其地表沉積物,分析樣品的粒徑組成、主要重金屬元素的含量,對此進行評價。

4 實驗教學體系實現的保障

為了保障實驗教學體系的順利實施,主要抓了幾方面的工作:

(1) 不斷改革創新。根據環境科學專業對知識能力領域的要求, 以制定完備的實驗教學大綱和實驗教材為切入點,強化實驗教學內容的創新元素和創新內涵設計。明確不同實驗層次的培養目標,基礎實驗少而精，突出基本訓練,專業應用實驗是教學體系的核心和重點,突出其綜合性,實現教學過程向科學實際問題解決的銜接。創新層次以研究性實驗教學為特色[9],突出環境領域的科學問題研究。

(2) 建立按勞分配的激勵機制,化解實驗室工作的許多矛盾。基于實驗室工作的特點,我們提出了實驗室“業績—成績—公益”三位一體的績效量化體系,提高了實驗教師工作的積極性[10]。

(3) 建設高水平的實驗教學隊伍是實驗教學體系完成的關鍵。通過青年教師進行課程進修、參與科學研究等活動提高自身的專業理論知識水平和科研能力。依據青年教師的專業背景,安排青年教師參加相應的學科和科研平臺的科研項目。實行“以老帶新,一幫一”制度,為每個青年教師配備專門的實驗教學指導教師。支持實驗教師參加各種學術交流活動,學習先進經驗,促進工作的開展。

(4) 加強經費投入，保障實驗教學體系完成。每年學校通過基本實驗費用、儀器設備維修費用、儀器設備更新購置費用以及教學改革項目和國家實驗教學示范中心的建設費，滿足實驗教學體系建設的需求。

5 結束語

環境科學專業實驗教學體系的改革是專業改革建設的主要組成部分[11-12],通過幾年的探索和努力,環境科學專業實驗教學質量有了很大提高,有力地促進了專業建設的發展和專業聲譽的提高。在目前實踐教學環節困難重重的局面下,以特色的實驗教學為突破點,可為培養基礎知識扎實、綜合素質高、實踐能力強、具有創新精神的環境專業人才提供新的途徑。 參考文獻(References)

[1] 趙麗娜,徐占林,陸國志,等. 新形勢下高校實驗教學改革的途徑：“五個四”實驗教學體系的探索與實踐[J].現代教育科學,2008(1):128-129.

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[8] 夏臨華. 以“三結合、三轉變”理念推動實驗教學改革[J].中國高等教育研究,2009(10):21-22.

[9] 張小崗,秦玉軍. 研究性實驗教學項目創設及實踐[J]. 實驗室科學,2011,14(1):37-39.

[10] 葛碧洲,石輝. 基于10N算法的實驗室量化管理探析[J].實驗技術與管理,2013,30(1):225-227.

[11] 陳洪波.依托校企醫合作的生物醫學工程專業學生工程實踐能力培養體系的構建[J].實驗技術與管理,2014,31(12):6-8.

[12] 林健.構建工程實踐教育體系 培養造就卓越工程師[J].中國高等教育,2012(13):15-18.

Reconstruction and practice of experimental teaching system about environmental science

Shi Hui, Ge Bizhou, Zhang Jun

(School of Environmental and Municipal Engineering, Xi’an University of Architecture, Xi’an 710055, China)

The existing experimental teaching system was reconstructed for basic, applied and innovative ability cultivating three levels, and the training objectives in each hierarchy were defined. This experimental teaching system with hierarchical, diversified, and more highlights properties will provide a new way for cultivating high skills environmental students who have good foundation, high comprehensive quality, good practical ability and innovative ability.

experimental teaching system; reconstruction; environmental science major

2015- 04- 16 修改日期：2015- 10- 10

國家教學質量工程項目“西安建筑科技大學環境類專業實驗教學中心建設”(2009)；西安建筑科技大學“環境科學”專業建設項目資助(2014)

石輝(1968—),男，陜西眉縣,教授,主要從事環境生態研究及實驗室管理工作.

E-mail:shihui06@126.com

G642.0

A

1002-4956(2015)12- 0005- 04