环境科学专业综合性实验教学的探索与实践

阎 波 赵兴贵 李海明 刘宪斌 田胜艳

（1.天津科技大学，天津300457；2.天津市海洋资源与化学重点实验室，天津300457）

环境科学专业综合性实验教学的探索与实践

阎 波1，2赵兴贵1，2李海明1，2刘宪斌1，2田胜艳1，2

（1.天津科技大学，天津300457；2.天津市海洋资源与化学重点实验室，天津300457）

综合性实验是高校实验教学的重要内容，对提高学生自主学习能力和动手能力，培养学生科研思维，激发学生学习兴趣，提升综合素质均起到积极作用。本文结合环境科学专业《环境微生物与生态学综合实验》的教学实践，对此综合性实验在内容设计、教学模式及考评方式方面开展的一系列教学改革与实践进行了探讨，结果表明这些教学改革实践可促进环境科学专业本科生综合和实验能力的提升，希望此教学的探索与实践为环境科学专业课程的实验教学改革提供借鉴。

综合性实验；环境科学专业；改革

按照《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中提出的培养创新型人才的要求，各高校在修订培养计划时，都提出了要重视培养学生的自主创新能力，在教学内容选择和教学方法的确定上，认真贯彻理论联系实际的原则，加大实践教学的力度［1］，特别是注重课内和课外相结合，增加学生自主设计实验内容，加大了综合实验的比例。

综合性实验与课程的基础性实验相比，内容与层次更高，综合性与探索性更强［2］，其实验内容须满足下列条件之一：涉及本课程的多个知识点，涉及多门课程的多个知识点，多项实验内容的综合［3］。开展综合性实验训练，可以更有利于培养学生的知识综合运用能力、理论联系实际能力和实践创新能力，达到能力和素质综合培养的目的［4］。

环境科学专业是集自然科学、技术科学、社会科学于一体的一门综合性学科专业，具有理论性、技术性、实践性强的特点［5］。本专业的培养目标是使学生通过学习环境科学方面的基本理论、基本知识，接受环境科学基础研究、应用研究和环境管理的基本训练，具有较好的科学素养及一定的教学、研究、开发和管理能力，培养高素质的应用型人才。本专业在进行培养计划修订时，加大了实践教学环节力度，构建了一系列与理论教学并重，以综合性、设计性、研究创新性实验为主要内容的实验课程体系，目的是使学生的综合素质得到提高，实现理论与实际相结合，动手与动脑协同发展［6］。

环境微生物与生态学综合实验是本校环境科学专业开设的一门综合实验，其基础是环境微生物课程实验和环境生态学课程实验。单一的课程实验通常内容比较单调，且以验证性实验为主，实验教学模式较为单一，学生在实验教学中往往表现为被动的模仿型学习和记忆型学习，缺乏动手、动脑、分析问题和解决问题的主动性，这在很大程度上泯灭了学生的创造性思维，不能很好地激发学生的好奇心和学习兴趣。随着生命科学的高速发展，新技术、新方法的不断出现，作为理论课程的重要辅助，环境微生物学和生态学实验课程的改革迫在眉睫。针对目前环境微生物学和生态学实验教学存在的问题，以培养学生基本实验技能和创新能力为目标，本校环境科学专业开设了环境微生物与生态学综合实验，大胆地将环境微生物实验与环境生态调查有机结合起来，相互补充，并对综合性实验教学内容和方法进行了探索和实践。本文以此综合性实验为例，结合近几年来在实验教学中改革与实践尝试获得的经验与体会，探讨综合性实验的内容设计，教学模式及考评方式特点，以期为环境科学专业的实验教学课程改革提供借鉴。

一、精心设计实验内容

通过综合性实验达到提高学生实践创新能力的目标是不容易轻易实现的，需要在实验内容和实验设计上下大功夫，打破原有课程验证性实验的框架，突出综合性实验内容综合、方法多元、手段多样和人才培养综合性的特点。环境微生物与生态学综合实验是本校环境科学专业大二学生开设的实验课程，其先修课程包括环境微生物学、环境生态学、生物化学、无机化学、有机化学等专业课程，要求学生具备一定的化学、环境微生物学和环境生态学理论知识和实验基础，通过综合性实验的训练，使学生牢固掌握环境微生物学及生态学实验的基本操作技能和环境监测中的微生物学相关方法，进一步加深理解环境微生物学及生态学课程的理论知识，培养学生观察、思考及独立分析问题和解决问题的能力，启迪学生的创新思维。在实验内容的设计上，应从以下几方面着手，来体现综合性实验的特点。

1.注重实验内容的综合性

综合性实验最主要的特点是多个知识点的综合，这些知识点既可以是一门课程的，也可以是相关其他课程的［7］。我们开展的环境微生物与生态学综合实验内容包括野外环境生态调查，空气和土壤环境微生物鉴定分析，校园水体微生物指标分析及水体初级生产力测定等几个专题，其中野外环境生态调查和空气、土壤环境微生物鉴定分析专题，需要学生在野外划定一片区域，在此区域进行土壤与植被调查、对植物给予一定的氧化胁迫，研究环境因子对植物次生代谢的影响、采集土壤，对土壤及植物根际微生物进行分离鉴定，同时对研究区域大气环境中的微生物进行测定，这些实验的开展涉及到环境微生物学、环境生态学、化学等课程的专业知识，研究的方法和手段也是多种多样，通过这些实验的开展，可以使学生将化学、微生物学和生态学的相关专业知识融会贯通，充分体现综合性实验人才培养综合性的特点。

2.增加实验内容的趣味性

在综合性实验内容的选择上，要注重赋予实验内容一定的特点［3］，比如可以是具有一定趣味性的实验，能够充分吸引学生；可以是结合学科特色的实验，能充分体现学科培养的目的和意义；也可以是紧密结合实践的实验，以提高学生的实际应用能力。如在我们设计的环境微生物和生态学综合实验中，调查和采样样地选在学校的绿化区，既方便采样，又提高了学生的好奇心和兴趣，使学生想通过自己的实验来了解熟悉的校园植被状况，空气、水体和土壤中微生物的分布状况，进而提高了参与实验的积极性和主动性。

3.提高实验内容的创新性

开展综合性实验的最终目的是要培养创新型人才，因此在进行实验设计时，一定要注重“新”字，这个“新”包含两个含义，一个是实验的设计和内容要新，其次是学生通过进行实验，可以培养其实践创新的能力［8-9］。因此，在题目和内容的设计上要紧密结合学科前沿和高新技术，尽可能使学生在实验过程中能够接触到较为复杂、精密和现代化的仪器设备，掌握较新的研究方法和步骤，如水体中初级生产力的测定实验，要求学生查阅文献，列出目前常用的测定方法、适用范围及其优缺点，然后根据现有仪器和水样特点选择合适的测定方法，有助于学生对学科前沿和动态有所了解，巩固相关专业知识，并能做到学以致用。

同时题目和内容的设计还要充分考虑调动学生的积极性和主动性，将每个实验专题都设计成小课题，要求学生积极查阅文献，参与设计，有助于激发学生的求知欲望和学习热情，开拓学生的思路和眼界，使学生的实践创新能力得到锻炼和提高。

二、探索以学生为主体的教学模式

综合性实验在实施过程中，应注重以学生为主体，指导教师起引导和监督作用［10］。在教师的“场外指导”下，把学生的主动性和积极性充分调动起来，自行完成实验准备、样品处理、仪器调试、样品测定、数据分析和处理、处理操作分析过程异常现象和进行归纳总结并撰写实验报告等一系列过程。在我们开展的环境微生物与生态学综合实验课程中，主要从以下几方面进行尝试，来体现学生在实验过程中的主体地位。

1.做好实验预习和准备

在实验题目选定之后，要求学生通过查阅相关文献，主动利用课余时间学习一些相关的新知识，熟悉要使用的相关实验仪器，对学生以前未接触的仪器，要求学生自行查阅仪器使用说明书，熟悉仪器构造和使用方法。在实验前要求学生就仪器的选择和使用注意事项、实验方法和步骤、实验过程中应注意的问题等以小组为单位进行课前演讲，并鼓励其它小组同学对实验方案的可行性进行分析讨论和判定，通过这种“互助互学”的模式［11］，使学生对即将进行的实验有充分了解，增强参与实验的积极性和主动性。

对实验中需要用到的试剂和器皿，如化学试剂、培养基和微生物实验所需要的无菌器皿等，需要每个实验小组在实验前自行配制、灭菌，做好实验前的准备工作。

2.增加实验条件的不确定性

在综合性实验实施过程中，学生会碰到部分实验细节和实验条件是老师和书本上没有讲到的情况，这就需要学生自己在实验过程中进行摸索［12］。如我们开展的环境对植物次生代谢的影响实验，样品的吸光度值不仅与待测物浓度有关，还与植物称量的量相关，而最终测定的吸光度值不能超出标准曲线的范围，因此学生在实验的过程中，要根据样品的实际浓度来选择合适的称量，或者对超出标准曲线吸光度范围的样品进行适当稀释，称量量和稀释度的确定需要学生在实验过程中根据自己实验结果的实际情况来适当调整。又比如土壤中微生物的分离实验，需要对土壤样品进行一系列的梯度稀释制备，但具体需要几个稀释度，也是需要根据实际情况来确定，因此，就需要学生在实验过程中主动进行思考，通过不断地尝试和改进，寻求最佳实验条件，创新能力在整个综合实验的过程中不知不觉就得到了提高。

3.重视实验结果的讨论

综合实验与基础实验最大的区别在于其实验的综合性和探索性，对有些实验，应不让学生事先知道实验结果，引导他们综合运用所学知识去对实验结果进行分析讨论［13-14］。特别是遇到实验结果与理论结果不相符时，不能盲目地认为是实验误差，而是需要从多方面去进行分析，查找问题的原因所在，有时也许会有惊喜的发现。这也是培养学生科学素养和综合素质的一个过程。如环境微生物与生态学综合实验中环境对植物次生代谢的影响实验，每个小组选定的植物不同，喷洒过氧化氢溶液的浓度也不相同，因此对植物造成的氧化胁迫程度也各不相同，我们要求每组同学不仅要对自己的实验结果进行分析和讨论，还要和其他组的结果进行比较，分析氧化胁迫程度、氧化胁迫时间、光照条件等因素对不同类型植物体内黄酮含量的影响。由于实验条件的不同，其实验结果是不可预测的，需要学生综合运用环境生态学、生物化学等专业知识，并通过查阅相关文献，对植物氧化胁迫机理进行分析。通过以上措施，学生的专业知识得以升华，独立思考能力、综合实验能力和知识运用能力等都得到了极大提高。

4.鼓励学生积极参与互评

综合实验通常是以小组的形式进行，在每个小组中，鼓励学生根据每个人的特点进行合理分工，如有的同学负责实验准备，有的负责现场调查和样品采集，有的负责分析测定等，各司其职。在实验结束后，要求每组同学根据组员的表现，相互打分，并作为实验平时成绩的考核依据，此举既增加了成绩评定的公平公正性，又可使学生参与实验的积极性大大提高，以此增强综合性实验的教学效果。

三、建立严格的考评制度

综合性实验作为一门实验课程，关注点在实验过程，因此其考评依据应不局限于是否有理想的实验结果，而应更注重学生在整个实验过程中分析问题、解决问题、理论联系实际等方面的表现［15］。以环境微生物与生态学综合实验课程为例，规定实验成绩由三部分组成，分别为出勤10%，实验表现40%（操作技能10%，实验规范10%，参与情况20%），实验报告50%（报告格式规范15%，方案的合理性和创新性20%，实验结果讨论深度15%）。在执行过程中，也做出一系列规定，如要求学生准备实验记录本，及时准确地记录实验原始数据、实验现象及观察到的结果，并做到每日实验记录指导老师签字，由此考察学生的出勤和实验参与情况；对实验报告格式做出严格规定，要求学生手写，杜绝抄袭；学生实验参与情况成绩由教师评定和学生互评进行综合评价。实践证明，这样的考核方法较好地调动了学生学习的积极性，提高了他们对实验课的重视程度，多数同学都可以做到在实验课程前进行预习，实验过程中热情主动，能仔细观察实验结果并认真思考，保质保量地按时完成实验报告，同时这样的考核方法还可以保证成绩评定的客观性和公正性，提高实验教学的质量和效果。

四、结束语

环境微生物与生态学综合实验是环境科学专业开展实践教学的探索与实践，在内容设计、教学模式、考评方式等方面均进行了教学改革，实践证明这些教学改革对促进环境科学专业本科生综合实验能力的提升确实起到了较好的效果。学生普遍反映通过综合实验的学习和锻炼，其实验动手能力得到提升，学习兴趣有所提高，实验设计和团队协作能力也得到了增强，对培养其综合实践能力大有裨益。此综合性实验教学的探索与实践可以为环境科学专业其他课程的实验教学改革提供借鉴。

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（责任编辑：张华凡）

Comprehensive Experiment Teaching for Environmental Science Major

YAN Bo，ZHAO Xinggui，LI Haiming，LIU Xianbin，TIAN Shengyan
（1.Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Tianjin Key Lab of Marine Resource and Chemistry，Tianjin 300457，China）

Comprehensive experiments are an important part of experimental teaching in universities，which can help improve students’autonomous learning and hands-on abilities，cultivate their scientific research capacity，motivate their learning interest，and promote their comprehensive qualities.Based on our teaching practice of“Environmental Microorganism and Ecology Comprehensive Experiment”for environmental science major in TUST，this paper introduced a series of educational innovations in the teaching contents，mode and evaluation methods for the comprehensive experiment of the major.The results showed that these teaching reforms have promoted the comprehensive experimental abilities of the undergraduate students’majoring in environmental science.These exploration and practice can give some reference to the experiment teaching reform in the environmental science courses.

comprehensive experiments；environmental science major；reform

G642.0

阎波（1973—），女，副教授，研究方向：环境生态学。

天津科技大学青年教师创新基金（2015JXC01）；天津市教育科学“十二五”规划课题资助项目（HE4016）。