环境类大学生研究性学习过程管理的设计与实施

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(东北林业大学 林学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

大学学习单凭勤奋和刻苦精神是绝对不够的，要制订科学的学习规划和计划。只有掌握了学习规律，相应地制定出学习的计划，才能有计划地逐步完成预定的学习目标。因为没有规划的学习简直荒唐的，所以严密的学习规划是完成学习任务的保证。首先要根据学校的教学大纲，从个人实际出发，根据总的目标要求，从战略角度制定出基本规划。比如设想在大学自己要达到的目标，达到什么样的知识结构，修完哪些科目，培养哪几项能力等。其次要制定阶段性具体计划，这种计划要遵循符合实际、切实可行、不断总结、适当调整的原则。

1 完善知识结构，注意能力培养

作为一门涉猎广泛的学科，环境科学具有综合性、整体性和实践性的特点。了解本学科的特点有利于学生对症下药，有的放矢地研究。

1.1 综合性

环境科学是一门缘合性很强的新兴的边缘科学，它要解决的问题均具有综合性的特点.特别在进行具体课题研究时，必然体现出跨学科、多学科交叉和渗透的特性，因此必须应用其它学科的理论和方法，但又不同于其它学科。

1.2 整体性

不仅从最明显的污染间题，而且还把人口问题、资源的滥用、工艺技术的影响、发展的不平衡以及世界范围的城市化困境等作为整体，来探讨环境问题.这是其他学科不能代替的。大至宇宙环境，小至工厂、区域环境都得从整体的角度来考虑和研究，而不象有些科学只研究某一问题的某一方面。这是环境科学不同于其他科学的另一特点。

1.3 实践性

环境科学是由于人类为了解决在生产和生活实践中产生的环境污染问题而逐渐孕育发展起来的。即在人类同环境污染的长期斗争中形成的一个新的科学领域，所以具有很强的实践性和旺盛的生命力。

为了学习好本学科并进行顺利的深入研究，除大部分理科专业所需学习的高数、基础化学如无机化学有机化学等，还需要对以下学科进行系统的学习。大气污染控制工程是防治和减轻人类生产和生活活动引起的大气污染的工程。如能系统深入的学习以上科目，将能够为进行研究性学习打下良好坚实的基础。

2 环境科学的研究方法

由于环境科学是一门交叉性的学科，这就决定了其研究方法也与其他学科有紧密的关系。总的来讲有三种方法，即生态学的方法、数学模型法和系统分析法。

生态学方法中比较常用的是生态模拟。生态学研究是在野外调查和野外实验获得有关数据和资料的基础上，通过建立模型来描述问题的轮廓，指引研究的方向，以便进行模拟试验和预测。即使所建立的模型未能预测到生态系统变化的情况，也可以进一步研究模型在概念结构上的缺陷，为建立比较符合实际的模型提供参数或修改参数，然后不断地进行再模拟、操作和预测。一旦建立了一个符合实际的模型，也就为研究工作提供了极其有用的手段，可以进行多种不同的模拟试验。在现代科学研究中，模拟试验已成为一种强有力的工具。实际试验往往需要较长的时间和较多的经费，特别是在污染生态学的研究中，许多实际试验会带来严重后果，譬如污染的发生，流行病的传播，虫害的暴发等。这些项目进行实际试验是不可能的，也是不可行的。在这些方面模拟试验则具有较明显的优越性。

用数学模型的方法对环境进行评价，这是目前环境研究中发展较快、应用较广泛的一种方法。在污染防治方案的研究中，也只有进行定量化的研究，才能找到一个最佳或令人满意的污染治理方案，从而达到最佳和令人满意的社会效果。上海市环境保护局制定在《黄浦江污染防治规划方案研究》的过程中，参阅了国内外大量的河流数学模型，借鉴了前人的经验教训，建立了符合黄浦江特点的数学模型。黄浦江水力、水质数学模型是一组包活各项参数和约束条件在内的描述水流运动及污染物运动的方程，即应用数学语言和方法来描述水流及水体污染物输运过程的物理、化学、生物化学以及生物生态各个方面内在规律和相互关系的数学方程。在黄浦江水文、水质和污染源调查的基础上，应用所取得的实测数据，建立起一系列的数学方程式，作为对黄浦江实际系统的近似，也就是对黄浦江水质系统进行数学模拟。通过这种方式，对黄浦江水质系统的研究就转化为对数学方程的研究。用水质数学模型来分析黄浦江的纳污能力，确定污染物排放与黄浦江水质之间定量关系，从而为黄浦江水污染洽理规划的制定提出科学的依据和手段。而建立黄浦江水力、水质数学模型的最终目的是模拟和预佑黄浦江水体的污染情况。

数学模型的建立不需要过多的专用设备和大量的试验费用，借助于电子计算机，我们就可以模拟黄浦江各种状态下水质的多因素影响，而且计算速度快、精度高，可以达到相当的真实程度。因此，建立水力、水质数学模型对黄浦江污染定量化的研究，是一个较为合理而可行的途径。数学模型的方法较多，一般研究者根据各自不同的研究对象和目的，可以采用各种不同的数学模型方法。较常用的有:数学模式法这是当前自然科学中迅速发展起来的一种新的研究方法。在美国环境数学模式的研究中常用的有:(l)战略环境分析系统(sEAs)美国的战略环境分析系统是一种研究环境污染和经济关系的模式。1974年美国环境保护局用来进行能源利用和环境污染关系的研究，(经济增长的变化、控制污染实施计划方案的改变)，了解它对环境质量指标(系数)的影响。(2)能源系统的残余矩阵(MERsE)这是由环境质量委员会、有人认为模型的最重要的用途之一是产生假设。模型还可用来检验野外的侧定以及我们根据这些数据所提出的假定的正确性。模型的一个最重要的用途是帮助我们做出最优化的环境决策。

环境科学是一门新兴科学，它诞生至今不过二、三十年左右的历史，虽然发展迅速，但终究尚未成熟。可以这样认为:环境科学的全樱时期不是已经过去，而是还未到来，无数重要的环境问题正有待我们去研究解决，许多理论和方法问题需要作深入的探讨。系统论可以在对一个系统的信息并未彻底弄清的情况下研究这个系统，并预测该系统在某些参数变化时所进行的变化，从而为寻求控制该系统的最佳方案提供依据。所谓系统是任何现象中，不论是结构还是功能，都存在着至少有几个以上的组分，它们彼此间形成网络结构，并且相互作用、相互联系、相互制约，具有规律性变化的等级体系。一个系统中某一组分的变化，必然会引起其他组分，以至最终导致整个系统的相应变化。研究系统的目的，主要在于通过分析系统的结构与功能以及两者相互适应的关系，寻求发挥最高功能的适宜结构，达到管理、修建、改进和根据人类的利益建造新的系统。为了深入进行与环境有关的研究与发现，还应注重实验。大学本科阶段环境科学实验课程包括五个方向的地学基础及环境生态学、环境化学、环境生物学、环境微生物学实验内容，每个实验方向又包括若干个具体的实验内容，有基本的验证性实验，也有综合设计性实验，着重培养学生对各种环境现象及过程的分析方法与技术的掌握。通过该门实验课程的训练，学生应达到以下要求：

从实验获得感性知识，深入理解和应用地学基础及环境生态学、环境化学、环境生物学、环境微生物学等理论课程中的概念、理论，并能灵活运用所学理论知识指导实验过程。

3 规范地掌握环境科学学科实验的基本操作与基本技能

环境科学的研究对象是一个很复杂的综合体系即人类地球环境系统，包含地学、化学、生物及生态等各种现象和过程。环境科学实验中各门相关的实验，相互关联又相互独立，实验目的是通过这些实验的设计实施及数据分析等环节的教学，使学生对环境实验有一个感性认识，最终当学生对这些实验有一定的熟悉程度后，可以通过自己的思考，结合之前所学的经验，结合问题思考想出合理的实验方案并有条不紊的实施方案。除此之外，学生的抗压能力也应在设计实施实验过程中不断提升，使他们能够承受实验的失败。

毋庸置疑，实验是进行环境科学与工程学科的学习的重要关键步骤，因此从学生刚入学开始，就应注重培养学生一个良好标准严禁的实验态度。但我们也不得不承认一个事实，即并非所有的学生都对实验充满热忱，而且也并非所有学生将来都会从事与本学科有关的工作，因此，我们根本无法确认我们现在进行的教育是否是非常有用的，是否值得学生和老师为此投入大量时间与精力。诚然我们无法预知未来，我们当然也不可能确定这些东西对于学生将来的价值，但我们依然可以肯定一点，那就是一个严谨的科学态度将对学生的未来产生积极影响。即便学生将来不会频繁的做实验，一个严谨的科学态度不只体现在实验过程中，它更能体现一个人的学习能力。实验过程中，最追求却无法企及的是准确，怎样能达到更准确？有没有可能达到最准？只有经过系统的学习才能明白，实验是不可能达到最准的，但我们有很多方法可以使实验结果向最准无限靠近，虽然也许仅仅是小数点后的很多位数才能有的增大就要耗费几何数量的时间与成本。这样做是否值得，学生是否有耐心去做，严谨的科学态度将在此得到体现。

事实上，每个专业每个年级都不会有大量具有严谨科学态度的学生，从社会角度讲也不可能有，毕竟社会当中真正能够从事科研的人还是少数，我们也不需要如此大量的科研人员。从事科研的难度很大，首先需要有对相应专业的兴趣，因为如果没有兴趣或兴趣不够强烈的话是不足以支撑一个人坚持从事对于某个专业的研究的，这就是为什么有些人即便有条件有时间去继续深造但却没有选择继续而是退出的原因，这也是为什么有很多人决定考研或读博最终却没有成功的原因，并不是外界条件不利，这不可能成为主要原因，真正的内因是学生对于本专业的兴趣不够强烈，或者可以说，学生的学习欲望并没有那么强烈。兴趣决定一个人适合的道路，因此我认为，大学阶段最重要的不一定是死记硬背学会了多少知识，因为这些知识不一定都会派上用场，而真正需要你会的知识在用的时候会发现自己无法连贯的应用，更别说熟练灵活的运用了。相应的，我认为大学期间事实上最重要而很多人并没有真正意识到或能成功地做到的事情是发现自己的兴趣并鼓起勇气去追逐它。根据目前的教育制度来看，很多学生在不明所以的情况下选择了自己的专业，并在学习过程中发现了很多自己原来没有想到的问题并在不得已的情况下做了很多自己不喜欢的事，浪费了宝贵的时间和精力。教育体制一直是在进步的，我们要明白这一点，而我们现在所处的情况已经是在我们所能范围内最好的了，我们现在所处的环境是最好的，是我们努力换来的，因此我们要积极面对迎来的一切，并了解自己所需，顺应自我，而非在怨言中虚度光阴。环境科学专业最大的弊端是就业问题，但如果真正热爱并且心怀大志的话是不会在意这些问题的，因为不论我们选择什么，努力能换来的东西总是不会背叛自己的，努力得来的技能以及练就这些技能的过程中所得到的经验、态度，都是不会因为外因而消失的，而且一旦掌握了，找到合适的工作将不是困难。

灵活性看似与严谨的科学态度相对立，但实则不然。灵活性应是建立的严谨的科学态度之上，只有掌握了实验的精髓才能做到灵活，贸然削减实验步骤只能是不严谨不认真的行为，而在掌握了实验的关键内容之后能够对其操作步骤有所改进有所升华，则是在积累了足够经验和知识后自主思考的结果。例如，实验过程中有些试剂的作用是指示剂，但实验指导上往往不会直接标注出指示剂这一名称，而对于试剂的用量也往往不是用胶头滴管滴几滴这样的说明，而是一毫升或类似的说法，这很容易让人忽略此种试剂指示剂的作用，反倒有可能因为一味追求准确而用过于精密的仪器量取，而这事实上是没有多大影响的，也是没必要的，目测一毫升左右能起到指示作用即可。