环境类专业开放性实验教学的认识与实践

2015-04-11葛碧洲

实验技术与管理 2015年11期

葛碧洲，石辉，蒋欣，张军

（西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安 710055）

1 研究背景

实验、实践教学是大学生更好地理解和应用理论知识的平台。“实验教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用”［1］。为实现这一目标，开放性实验教学是有效的选择途径。开放性实验既是一种方式方法，更是一种理念认知。开放性实验教学的内涵建设，从学的角度赋予了教学形式和内容多元、丰富及透明的教学界面，而对教，则是对实验教学的分类、实验教师的定位以及目标管理要求的确定［2－4］。

开放性实验突出了学生实验、实践学习过程的主体性［5］，充分发挥实验教学人员、设施、场地等实验条件的功能效益。渗透了教师是学生知识学习和能力培养的设计者、组织者、指导者的现代实验教学理念。学生可以充分、科学地将所获得的知识运用到实践中，发挥学生的创新思维与探索精神，以培养学生的实践能力、综合分析能力和创新能力［6］。实验教学模式的创新、实验内容和教学体系的更新完善，将传统单一性、封闭、重复的实验模式向综合性、设计性、创新性实验转变。开放性实验教学将促进实验教学的研究，为跨学科、跨专业、口径宽、功能强、使用效率高的实验室建设发展和创新人才培养创造必要条件。

2 开放的实验时间、空间和教学内容

实验时间和空间的充分运用是开放性实验教学的主要表现形式，也是落实开放性实验教学的组织形式。较以往定时、定点、统一内容的指定式教学不同，开放性实验教学，时间上允许学生根据实验内容、场地、设备使用状况来确定实验计划，为实验内容的丰富和发展创造先决条件。

针对环境类专业课程实验具有选项多、台套少、设备专用的教学特点，每班学生可以10～15人分若干课题小组分配指导教师，根据课程实验大纲中各实验选项的要求，在同一学期内组织进行。实验时间、场地的使用和管理，通过实验室教师或实验教学管理网络，预约登记落实［7］。不同的课题小组可以集中一次或分项、分次地选择时间，分散式完成，这样，一些受时间、空间或设备台套限制的实验项目，因实验时空的开放和组织形式的更新成为实验选项，可丰富实验教学内容。例如，生化需氧量BOD5是判断水体可生化降解程度的代表性指标，其实验过程需要学生对样品进行连续5天的生化培养。若是全班齐头进行，这种跨时段的实验，对实验设备和学生时间以及实验场地等的要求，在以往的教学计划上是难以安排的。开放性实验分散式的组织形式，因时空条件可动态调整，因此，课题小组即可以交错分散地选择时间、地点实施项目，进而获取数据完成实验。

实验室时间、空间敞开管理使用的开放性实验环境，将以往全班同时、同地点、相同实验内容的单一的实验方式，转变为以课题小组为单位的灵活、机动、多样选择的教学方式，不仅可提高时间、场地和设施的利用效率，而且拓宽了实验教学内容。丰富的实验选项加强了学生间的互动、交流、协作的主动性。学生可全天候地利用实验室同时开展不同的实验项目，也可分次计划完成，为以生为本的实验教学和学生能力的培养，营造了开放的实验教学氛围。

3 开放的实验设备管理

开放性实验教学的运行可充分发挥实验设施条件的效能。开放的实验设计不仅可以同步展开不同的实验，而且实验室使用登记的公开，对学期内前后实验紧松不一的教学计划，可起到适度的调节作用。这种差异化的好处，也使仪器设备的使用率和利用率提高。例如，传统一个班的统一实验，需要配置相应的天平室和一定数量的分光光度计以及相应的实验场地等设施。高校办学规模的扩大，并非一定是设备条件的成倍放大。以课题小组预约登记分析的实验管理模式，不仅避免了设备使用时紧缺，而非实验时间闲置，占资源又占空间的现象，也提高了现有设备的利用率和资产配置效益。针对庞大的高校资产投资，探索充分地调动设备资源、积极优化使用环境已成为用好实验条件、服务教学的新课题［8］。

开放性实验教学的另一个显著效果是有关大型仪器实验项目的启动。现代环境监测水平离不开精密仪器分析。像色谱、光谱、质谱等方法手段已广泛地应用于水、气、固废样品中各类有机、无机成分的检测。与一些专用设备一样，因受仪器台（套）数的限制，一直以来大型仪器多用作科学研究，旧有模式运行下的本科实验教学较少受益。开放性实验则突破了传统教学的组织形式。以课题实验小组为单位，分散、分项、分时地参与相同或不同的仪器分析实验，通过交流比对，即可广泛深入地认识微观环境，并提高了学生对现当代科技手段——精密仪器的动手操作和认知水平。同时，现代检测技术手段的引入，进一步丰富了实验教学的项目内容，改善了仪器闲置或开机率偏低等严重影响设备使用率的现状。在教学实践中，我们针对现实环境热点话题拓展的大气雾霾中PM2.5的采集监测、水体中雌激素类成分的色谱分析等代表性的环境即时实验项目，就是开放性实验以分散式课题组实施开发使用大型仪器的例证。

4 促进创新性实验教学发展

开放性实验教学管理推动了教师的实验研究，促进了创新性实验教学发展［9］。开放性实验教学不仅对教师前期的专业知识储备和学生课前的实验预备提出要求，更表现为师生思想、观念和认识的改变［10－12］。开放性实验所要求的时间、空间、内容、设备等设施的保障，均由实验教师来协调完成。为此，实验教师不仅要开展自我知识更新、研发实验装置、创新实验项目、完成实验指导，还要建立相关的开放性实验管理，以保障安全运行，诸如学生实验的预约登记、统计归档，更多设备台套的使用与维护、试剂耗材供给、实验效果评价等。这样，开放性实验教学一方面加大了实验教师的工作力度，同时，也提升了实验教学在学生能力等综合素质培养方面的比重，并对多年来形成的“重科研、轻教学，尤其轻实验教学”的固有意识重新审视，强化了高等教育关于实验教学分类的概念，使实验教师的责任、义务和考核目标更加明确。因此，实验教师不仅留得住，明晰的职业规划和发展方向也大大地调动了他们对实验研究的积极性，更好地服务于教学及创新型人才的培养。

实践表明，结合学校教育教学质量发展和学科发展规划，实验教师在开放性实验教学中可以大有作为。

4.1 落实创新实验和实验装置的研发

3年来，环境学院实验教学中心以开放性实验的目标要求不懈努力，将新材料、新科技为代表的环境专业新技术消化吸收，先后研制实验装置10件套，获得专利8项，并成功引入实验教学。在国家级实验教学示范中心的验收、环境工程专业的“教育认证”以及建筑环境与能源应用工程、给水排水科学与工程的行业评估等考核指标中，获得创新实验好评。其中，所开发的“光催化高级氧化实验”装置获国家发明专利，并完成了“现代膜分离技术实验”、“固体废物中重金属浸出测定”、“高盐水的电渗析处理”和“离子交换处理含铬废水实验”等5项实验设备的设计及改造。

4.2 开放性实验培育出多元的教学教改方式

为适应跨学科、跨专业的人才培养需要，开放性实验满足不同形式和内容的实验训练。以开放性实验教学模式，已完成了给水排水工程专业“水分析化学”和“环境微生物学”等实验的独立设课，并根据学校8个专业学科的辅修课程要求，开出“分析化学”、“水污染控制工程”实验。在环境科学专业首开的拓展型实验活动周中，实验教师的2项设计性实验成为课题选案。

4.3 开放性实验支撑课外学生科技训练项目

到目前，实验教学体系结合国家对大学生课外科技创新能力培养计划，充分利用开放性实验的组织方式，相继完成了本科生科研训练（SSRT）计划和国家及省级大学生创新创业计划，指导了2届大学生“挑战杯”赛，并获“2014全国环境友好杯赛”奖等。这些现有的以学生为主体的创新学分实践训练，已成为判断实验教师指导参与度和开放性实验可持续建设发展的可靠依据和保证［13］。

5 实践中存在的问题和建议

5.1 政策面的制度保证

开放性实验的建设发展，激活了教与学2个方面。实验教学平台建设提高了学生综合素质、培养了学生的创新精神与实践能力。为推进教育教学质量的整体性完善，区分实验、实践教学特有的自身目标和属性是必要的。认识实验、实践教学的分类管理、职责和要求，需要自上而下的顶层设计保证。建立健全运行管理的规章制度，包括人员组织的队伍建设、相应的职称评聘以及激励考核机制。将实验、实践教学特有的实证和科学精神体现在创新人才培养教育的全过程。

5.2 技术面的操作内容

信息时代，实验、实践教学的内涵和态度涉及新思想、新观念、教学内容以及教学方式方法等方面。开放性实验的理解和落实是机会更是挑战。相对基础性的验证实验，开放性实验以分散方式的课题小组实施更适于专业实验。在原专业课程基础上，紧密关注科技发展动态，尽可能地配套制度建设和客观条件，实施开放实验，通过实验让学生与现实需要关联，并在实验、实践中体会科学技术与社会价值。

现有制式下的本科生科研训练、相关的全国大学生杯赛制以及校级或高级的教育教学改革项目的申请和完成，就是开放性实验、实践的表达方式，它不仅使大学生在多元、层次化创新培养上受益，同样提高了实验教师自身素质，解决了实验教学坐班制下的质与量的考量把握。而旧有的实验教学仅是为理论验证服务（被动式），大大地遏制了实验教学的提高和发展。

6 结束语

对实验、实践教学效果、目标的再认识，赋予实验时间、空间，设备条件和内容开放的实验教学模式，以课题组预约登记进行，分散式地开展实施，提高了实验室的使用效率，解放了实验教学内容的选择局限，更新了以往实验教学中普遍存在的科技信息滞后、形式内容陈旧、运行机制僵化等现象，营造出以学生为中心的实验教学环境。实验室全天候的教学支持，使学生有更多的机会与教师接触和交流，并在完成实验预习的态度、实验操作规范的程度、实验内容的理解、实验现象的分析以及对实验问题的兴趣、解决等方面得到良好的互动双赢。

多元的课内外教学组织形式提高了学生自我动手实验、实践以及学生间交流协作的综合素质，也促进了学生由“学会”到“会学”的角色转变。以制度建设为基石的开放性实验模式的运行和发展，明确实验环节在教学中的分类、作用和考核目标，必将调动教师队伍的积极性，促进新型实验教学的建设及实验研究水平的完善和提高。

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［1］武高辉，杨韬，赵希文，等.本科生创新精神与实践能力培养体系的构建与实践［J］.高等工程教育研究，2002（3）：21－23.

［2］王兴邦.面向开放式创新性实验教学队伍建设与研究［J］.实验技术与管理，2008，25（7）：33－37.

［3］孙一民，李明弟，李大勇，等.我国高等教育实验教学体系研究现状［J］.山东建筑大学学报，2012，27（2）：250－254.

［4］王明彦.构建研究性实验教学体系的思考与实践［J］.中国大学教学，2009（3）：75－77.

［5］宋国利，盖功琪，苏冬妹.开放式实验教学模式的研究与实践［J］.实验室研究与探索，2010，29（2）：91－93.

［6］王海波，孙青竹.提高实验教学质量的探索与实践［J］.实验技术与管理，2011，28（7）：17－19.

［7］崔芳.环境工程专业创新实验教学体系改革［J］.实验技术与管理，2011，28（2）：139－141.

［8］吕敬堂.建设开放实验室，适应21世纪人才培养需要［J］.实验技术与管理，2005，22（1）：132－136.

［9］周乃新，姚郁，杨桅.深化实验教学改革，创建特色实验教学体系［J］.实验技术与管理，2009，26（4）：138－140