环境科学专业实验教学体系重建与实践

石 辉, 葛碧洲, 张 军

(西安建筑科技大学 环境与市政工程学院,陕西 西安 710055)

实验室创新

环境科学专业实验教学体系重建与实践

石 辉, 葛碧洲, 张 军

(西安建筑科技大学 环境与市政工程学院,陕西 西安 710055)

通过对现有的实验教学体系进行重建,提出了基础、应用以及创新能力培养的3个层次实验教学体系,在各个层次中明确了其培养目标。这种层次化、多样化、重点突出的实验教学体系, 可为培养基础知识扎实、综合素质高、实践能力强、具有创新精神的环境专业人才提供新的途径。

实验教学体系； 重建； 环境科学专业

实验教学是提高学生能力和素质的重要途径,目前有关实验教学体系的改革已经进行了一些研究[1-2],但实验教学在学生能力素质培养中的作用仍然有限。环境科学专业围绕环境问题的预防、发生、治理、评价等方面组织教学,其中的实验教学是环境科学专业体系中不可分割的部分,也是提高学生实践能力、综合素质的重要方式。但目前环境科学专业的实验教学缺少相应的体系规划,致使实验教学内容相对片面化和碎片化,难以形成有效的整体,因此探索构建环境科学专业新型实验教学体系, 改革实验教学模式, 具有重要的现实意义。

1 环境科学专业实验教学面临的困境

1.1 实验教学理念认识滞后

实验教学长期以来被认为依附于理论教学,是理论教学的验证和补充,目的是为“巩固和加深课堂理论教学效果”；过于强调理论的指导性,忽视了实验对理论的补充、深化和发展作用,致使实验教学的地位远远低于理论教学,限制了实验教学的发展[3]。这种滞后的理念,使得实验教学与理论教学两个密切联系又相互独立的环节难以协调,不利于学生创新精神的培育和创新实践能力的培养。

1.2 实验教学体系不完善

环境科学专业要求的知识领域点多面广,课程体系表现出课程关联度相对较弱,形成通常所说“杂”的局面。由于传统实验教学被认为是理论课的验证和理论学习的补充,在实验教学上“杂”的特点表现更为突出。课程的传统计划、任课教师的责任心以及实验条件的配置成为实验课程开设的基础,而这些实验是否需要开设、开设的实验是否需要更新、实验是否达到了提高学生能力的目的等考虑得较少，导致实验教学仅仅成为满足培养计划中实践教学学分需求的数字指标。通过对国内一些高校实验教学的调研发现,实验教学体系的建立是值得关注的问题[4]。如何将专业对实践能力的要求在培养计划中合理地体现,建立健全实验教学体系,则是当前实验教学改革和实验单独设课的基础。

1.3 实验内容、方法和组织形式陈旧

由于现有的管理体制问题,教师对新开实验的积极性不高,实验教学内容以本校传统遗传下来的实验居多,使得课程起点较低、教学内容陈旧、范围偏窄、实验项目之间的衔接和协调性不足[5]。同时,实验的内容和真正的环境问题之间存在一定的差距,突出不了环境问题的复杂性和综合性的特点，未能反映本学科发展的最新知识、最新动态和最新实验方法。在教学方法和组织形式上，仍然是验证性和演示性等基础型实验为主,对基础实验的目的和需要解决的问题了解不深,导致从内容到方法都比较陈旧。

1.4 教学效果不显著

由于实验课程自身问题以及实验考核不科学、不严格,对学生既无“压力”更不会产生“动力”,导致学生对实验课程重视程度不足,教学效果不显著。从毕业设计(论文)学生的独立实验,以及每年研究生复试对实验的调查考核，可以明显感觉出实验教学在素质和能力培养方面存在极大的不足。

2 环境科学专业实验教学体系的重建

实验教学是理论结合实际的桥梁,是培养学生由知识向能力转变的重要途径；实验教学与理论教学是相互独立和相互统一的两大环节，因此应和理论教学一样,实验教学也应有自己相对独立的体系[6]。

2.1 实验教学体系需要解决的问题

实验教学的最终目的是培养学生的创新意识和解决问题的能力[7],因此实验教学体系需要解决专业建设过程中有关实验教学的系统性、结构性问题。通过对实验教学过程中涉及的课程、教学计划、教学大纲、教材、教学方法与手段体系以及实验教学考核与评价体系等综合分析,形成课程、内容、方法核心要素，明确不同实验层次的目标，完成实验教学顶层设计和总体构架,有效地组织和实施本科实验教学任务，提高实验教学的效果和质量,有利于培养学生的实践能力和创新意识[8]。

2.2 实验教学体系构建的原则

以更新教育思想和教育观念为先导,以培养学生的实践创新能力为核心,从提高学生动手能力及综合分析问题、解决问题的能力为目标,参照教育部高等学校专业教学指导委员会、课程教学指导委员会对实验教学的相关要求,依据人才培养目标,从专业教学整体需求出发,精心设置实验项目。整个实验教学体系呈现系统化、层次化和开放化的特点,全面提高实验教学质量,提升对学生实践创新能力培养的水平。

实验教学体系设计中要遵循以下原则:

(1) 内容系统化。按照学生认知规律和教学规律,根据专业培养目标和实验课程教学要求,实验内容按基础、设计、综合递进,尽量体现知识体系的整体性和逻辑性。

(2) 水平层次化。根据学生的认知规律、教学需要涉及专业知识的内在联系,设计不同层次的实验教学项目,使学生得到从宏观到微观、从单纯技能培养到系统综合能力、创新能力的培养，其中验证性实验侧重培养学生扎实的基本实践技能,设计性和综合性实验侧重培养学生综合研究、实践创新能力。

(3) 教学开放化。除课程实验外,设置开放性实验项目。按实验开放性质不同,分为固定开放性实验和拓展开放性实验。

2.3 环境科学专业实验教学体系的重组构建

模块化的实验教学模式是当前采用的主要方法,采用的模块有不同的划分方法,如“验证性实验”、“综合性实验”、“设计性实验”。还有的划分为“基础性实验”、“专业性实验”和“综合性实验”，以及“基本技能训练实验”、“理论课程验证实验”、“综合设计性实验”、“探索和应用性实验”的分类。这种分类方式仅仅突出了某一方面的内容,对模块之间的联系与培养目标的要求联系较少。我们在此基础上分析各个模块之间的关系,形成了图1所示的环境科学专业的实验教学体系框图。在这一实验教学体系中,我们分为3个层次的能力培养,明确了每一层次培养的任务、目标,以及相应层次的主要实验开设课程以及它们之间的关系。

对于基础实验,本着少而精的原则,主要进行实验基本技能训练、养成良好的实验操作和实验报告撰写规范。具有特色的专业应用实验是建设的重点,这一过程中主要突出与实际问题相联系的专业综合实验。在创新能力培养层次,主要是从实验教学的课堂环节向课外环节延伸,使学生得到准前沿性的科学研究训练,为今后从事环境领域的科学研究打下基础。

3 环境科学专业的特色实验

在多年的实验教学基础上,我们开发出一些综合性较强的专业基础及专业应用实验,通过这些实验加强学生对专业知识的理解以及逐渐与实际环境问题相衔接,取得了良好的效果。主要有:

图1 环境科学专业的实验教学体系框图

(1) 不同水样的监测和评价。根据周边的环境条件,学生通过采集地表水、城市景观水体、自来水、地下水、城市生活污水等各种水样,自己确定不同水样的分析指标和相应的分析方法,通过分析,对水样的水质进行评价。这个实验课使学生了解不同水样监测的目的、指标方法以及其中的差别,学会对水质的单项及综合评价。

(2) 大气颗粒物的浓度及其空气质量的评价。在城市不同的功能区进行空气样品的采集,监测空气中TSP、PM10、PM2.5的含量,以及SO2、NOx、O3、CO等指标,并对空气质量进行评价,分析不同功能区空气质量的特征以及空气质量指数的含义。

(3) 微污染水源的水质净化实验。采集有机微污染水源水样,利用光催化方法进行降解水体中的有机物质,然后利用膜分离技术进一步纯化。这一实验使学生对于水质控制的方法技术有深入的认识。

(4) 污水湿地化处理的工艺调查以及水质评价。调查西安现有的污水生态化处理的技术和工艺,同时采集不同处理阶段的水样进行分析,熟悉不同工艺阶段的关键技术及处理效果,加深对污水生态化处理理论和实践的认识。

(5) 城市土壤环境与地表沉积物的综合调查与评价。采集城市不同功能区土壤及其地表沉积物,分析样品的粒径组成、主要重金属元素的含量,对此进行评价。

4 实验教学体系实现的保障

为了保障实验教学体系的顺利实施,主要抓了几方面的工作:

(1) 不断改革创新。根据环境科学专业对知识能力领域的要求, 以制定完备的实验教学大纲和实验教材为切入点,强化实验教学内容的创新元素和创新内涵设计。明确不同实验层次的培养目标,基础实验少而精，突出基本训练,专业应用实验是教学体系的核心和重点,突出其综合性,实现教学过程向科学实际问题解决的衔接。创新层次以研究性实验教学为特色[9],突出环境领域的科学问题研究。

(2) 建立按劳分配的激励机制,化解实验室工作的许多矛盾。基于实验室工作的特点,我们提出了实验室“业绩—成绩—公益”三位一体的绩效量化体系,提高了实验教师工作的积极性[10]。

(3) 建设高水平的实验教学队伍是实验教学体系完成的关键。通过青年教师进行课程进修、参与科学研究等活动提高自身的专业理论知识水平和科研能力。依据青年教师的专业背景,安排青年教师参加相应的学科和科研平台的科研项目。实行“以老带新,一帮一”制度,为每个青年教师配备专门的实验教学指导教师。支持实验教师参加各种学术交流活动,学习先进经验,促进工作的开展。

(4) 加强经费投入，保障实验教学体系完成。每年学校通过基本实验费用、仪器设备维修费用、仪器设备更新购置费用以及教学改革项目和国家实验教学示范中心的建设费，满足实验教学体系建设的需求。

5 结束语

环境科学专业实验教学体系的改革是专业改革建设的主要组成部分[11-12],通过几年的探索和努力,环境科学专业实验教学质量有了很大提高,有力地促进了专业建设的发展和专业声誉的提高。在目前实践教学环节困难重重的局面下,以特色的实验教学为突破点,可为培养基础知识扎实、综合素质高、实践能力强、具有创新精神的环境专业人才提供新的途径。 参考文献(References)

[1] 赵丽娜,徐占林,陆国志,等. 新形势下高校实验教学改革的途径：“五个四”实验教学体系的探索与实践[J].现代教育科学,2008(1):128-129.

[2] 杨连祥,王月香. 高校实验教学体系的再认识[J]. 实验室研究与探索,2002,21(2):6-8.

[3] 楼盛华,戴文战,叶秉良. 基于培养创新实践能力的高校实验教学体系改革探索[J]. 高等理科教育,2008(3):109-113.

[4] 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.

[5] 凌琪.环境工程专业实验教学改革探讨[J]. 煤炭高等教育. 2005,23(4):110-111.

[6] 徐国勋,夏黎业.实验教学应有自己相对独立的体系:改革实验教学首先要转变教育思想[J].中国高等医学教育,1987(4):33-34.

[7] 黄方，李晓恩，周恒国.环境工程专业实验教学与创新人才培养[J].实验技术与管理,2014,31(8):174-176.

[8] 夏临华. 以“三结合、三转变”理念推动实验教学改革[J].中国高等教育研究,2009(10):21-22.

[9] 张小岗,秦玉军. 研究性实验教学项目创设及实践[J]. 实验室科学,2011,14(1):37-39.

[10] 葛碧洲,石辉. 基于10N算法的实验室量化管理探析[J].实验技术与管理,2013,30(1):225-227.

[11] 陈洪波.依托校企医合作的生物医学工程专业学生工程实践能力培养体系的构建[J].实验技术与管理,2014,31(12):6-8.

[12] 林健.构建工程实践教育体系 培养造就卓越工程师[J].中国高等教育,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

国家教学质量工程项目“西安建筑科技大学环境类专业实验教学中心建设”(2009)；西安建筑科技大学“环境科学”专业建设项目资助(2014)

石辉(1968—),男，陕西眉县,教授,主要从事环境生态研究及实验室管理工作.

E-mail:shihui06@126.com

G642.0

A

1002-4956(2015)12- 0005- 04