以培养研究型人才为导向的环境化学实验改革

孙荣国，杜 莹，韦万丽，邢 英

(贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州 贵阳 550025)

1 引言

自上世纪50年代以来，由化学物质引起的环境污染问题在全球受到广泛关注，在化学、生物等传统学科的基础上，逐渐演变、诞生了一门新学科-环境化学，其主要研究化学物质来源、反应、迁移、效应、归宿、以及人类对这些过程影响。由于环境化学的综合性非常强，所涉及的理论知识和实验技能的范围都非常广泛，所以，掌握扎实的环境化学实验技能及基本理论对于我们理解和认识环境化学的有关理论、从事环境化学研究及环境保护相关工作有非常重要的意义。当前，环境化学课程及其实验也逐渐成为国内外高校化学专业本科生的重要课程，因此，如何开展好环境化学实验、让学生掌握扎实的环境化学实验基础对理解环境化学基本理论知识、今后开展环境化学相关研究工作有重要意义。笔者以贵州师范大学化学专业本科生为教学班级，以培养研究型化学专业人才为导向，对环境化学实验的方法与要求进行改革，目的在于为化学专业本科生提供一种环境化学实验的教学思路。

2 改革方法

以高等教育出版社出版，董德明、朱利中主编的环境化学实验(第二版)为教材，以实验二十四(重金属在土壤-植物体系中的迁移)为主要实验。由于受教学时的限制，传统上由实验教师将所需的试剂配制好、样品采集并进行前处理，学生只需做标准曲线、上机测定1-2个以前处理完的样品，然后撰写实验报告，就算完成了环境化学实验，每个实验的教学时为4。改革的具体方法为：在开设环境化学实验的上一个学期期末的时候，把参与实验教学改革的学生分为3组，下学期开学前每组学生分别在铅锌、汞和金矿区采集一定量被污染的土壤带回学校，每组土壤分为3份，分别种植小麦、水稻和玉米苗后开始盆栽实验。在实验开始初期、中期和末期采集土壤和种植作物样品，检测Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn的含量。根据不同处理3次采样的数据结果，采用专业数据分析绘图软件Origin 8.0进行绘图，以科技论文的形式对实验结果进行分析总结。采取开放式实验模式，实验学时不受限制，由学生根据自己的时间来进行实验。

3 效果分析

3.1 学生对环境化学的基础知识掌握与运用能力大幅提升

在该实验过程中，不仅仅考察学生的基本实验技能，更要求学生掌握不同重金属的环境地球化学行为特征，在土壤中的环境中有怎样的迁移转化规律。因此，学生必须熟练掌握环境化学书本的基础知识，懂得环境化学基本知识在环境领域中的应用，方可对数据进行剖析和解析。可见，科学研究式的实验教学模式促进学生主动去学习环境化学的基本理论知识并对其进行应用，基础知识掌握与运用能力大幅提升。

3.2 学生的实验技能显著提升

环境化学实验与普通实验有较大的差异且较为复杂，干扰因素较多，比如样品的消解时间、温度、加酸量、土壤的取样与研磨方法等均会对实验结果造成不确定性。可能会出现实验结果不合理、偏差较大、无实验结果、实验失败等各种结果。在整个实验过程中，要求学生必须熟练掌握环境化学的研究方法以及常规仪器的分析使用方法与注意事项，这是实验成功的基本前提。

3.3 独立完成与团队协作能力得到锻炼

环境化学实验的环节比较多，比如样品的采集、运输、前处理、检测分析等，每一个环节都非常重要，且很难一个人独立完成相关实验，若某一环节出现问题，整个实验都会失败。因此，每个小组需要设定一名组长，负责整个实验的安排与组织。在实验过程中需要学生们有组织地按照实验方案完成相关的实验，每个学生必须认真完成自己负责的环节或实验部分，同时需要和其它同学配合完成整个实验，所以，学生的组织协调、独立科研及团队协作能力得到大幅锻炼。

3.4 发现问题、分析问题、解决问题能力明显提升

没有一定实验基础的同学在做环境化学实验时非常容易出错，比如加酸量、消解时间与温度的控制等，有较多小环节学生会忽略，最终导致实验数据不合理或结果出现较大的偏差。这不仅要求学生对待实验要严谨，更要求学生能熟知实验流程、回顾实验流程，对整个实验进行梳理分析，结合基本的化学知识，找出实验结果出现较大偏差原因、应如何解决，而不是按照实验步骤简单的重复进行实验。因此，学生的发现问题、分析问题、解决问题的能力得到大明显提升。

3.5 语言表达与写作能力显著提高

实验结果不仅仅是对数据进行简单的计算并撰写实验报告，而是以组为单位，度对数据加以深入分析，同时以科技论文的形式对实验结果进行呈现。教师对学生的论文进行认真的评阅，在班级公开用PPT对论文进行修改。同时要求学生根据修改意见进行修改甚至重写论文。当前，语言表达与写作是相当一部分学生的短板，经过对数据分析与撰写，不仅锻炼了学生的科研思维，也提升了基本的语言表达和写作能力。

3.6 图情检索与计算机应用能力提升

学生在对实验结果进行分析、撰写论文的过程中，不仅需要查阅书本知识，更需要查阅中国环境科学、环境科学、环境化学、Environmental Science & Technology、Environmental Health Perspectives、Geochimica et Cosmochimica Acta、Environment International等环境领域知名的中外文期刊，一是可以学习知晓国内外最新的研究进展，二是可以让学生学习如何去检索查阅相关的论文，在这过程中学生的图情检索能力得到锻炼。在撰写论文的同时，要求学生应用Origin、SPSS等专业的绘图与数据分析软件，这有助于学生计算机运用能力的提升。

4 结语

对化学专业的本科生来讲，环境化学是一门非常重要的课程，而环境化学实验的操作与练习，对掌握和运用环境化学基本知识极为重要。以培养研究型人才为导向，改变传统以往简单的实验教学模式，让学生以做科学研究的形式进行实验，不仅使学生对环境化学基本知识掌握的更加牢固，基本实验技能得到锻炼，独立完成与团队协作能力得到提升，发现问题、分析问题、解决问题能力明显改进，语言表达与写作能力显著提高，图情检索与计算机应用能力提升，更重要的是培养了学生科研思维与素养，这对学生将来读研究生、从事科研工作具有重要的意义。