環(huán)境化學(xué)課程的改革與創(chuàng)新

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[摘要]環(huán)境化學(xué)實驗課程是反映環(huán)境化學(xué)理論課程的重要實踐方式之一，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力、創(chuàng)新能力和實踐操作應(yīng)用能力。針對環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)中存在的普遍問題，本文探討了基于地方高等院校改革大背景下環(huán)境化學(xué)實驗課程體系的重新構(gòu)建與改革，教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化選擇，教學(xué)方式方法的建立等方面進行了改革與探索。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境化學(xué)實驗；課程改革；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

1引言

環(huán)境化學(xué)是環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科體系的核心組成部分，是環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是在化學(xué)學(xué)科的傳統(tǒng)理論和方法的基礎(chǔ)上，重點研究在環(huán)境介質(zhì)及各環(huán)境圈層中有害化學(xué)物質(zhì)如有機污染物、重(準)金屬的存在形態(tài)、種類、濃度水平和遷移、轉(zhuǎn)化、降解等環(huán)境行為及其影響因素，環(huán)境效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的一門科學(xué)。環(huán)境化學(xué)實驗是環(huán)境化學(xué)理論課程的重要實踐環(huán)節(jié)，其目的在與通過測定環(huán)境中污染物的濃度，了解污染物的環(huán)境化學(xué)規(guī)律。經(jīng)濟的飛速發(fā)展使得我國的整體國力提高，但改革開發(fā)之后很長一段時間都是粗放型增長模式，使得我國大氣、水體、土壤等環(huán)境質(zhì)量等日趨嚴重，在此背景下我國相繼出臺了大氣、水體和土壤污染防治的專項規(guī)劃，對環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善和污染物總量的控制提出了明確的要求，這必然會使得社會對環(huán)境專業(yè)類人才的需求增多，需要環(huán)境科學(xué)與工程類學(xué)科具備更高級的專業(yè)實踐能力和水平滿足環(huán)境質(zhì)量分析和污染總量控制的研究，這對于環(huán)境科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的改革具有重要的借鑒作用。同時由于環(huán)境化學(xué)學(xué)科的交叉性，其科學(xué)研究發(fā)展迅猛，這需要我們緊跟學(xué)科前沿，在教學(xué)上如教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和組織形成等方面狠下功夫，不斷的進行變革和創(chuàng)新，創(chuàng)建與學(xué)科發(fā)展相結(jié)合、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)改革新模式。安慶師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)始于2002年，2006年獲批國家級特色專業(yè)，人才培養(yǎng)方案歷經(jīng)改革與創(chuàng)新，但作為環(huán)境科學(xué)專業(yè)的必修基礎(chǔ)性課程，《環(huán)境化學(xué)》與《環(huán)境化學(xué)實驗》是在學(xué)生掌握良好的化學(xué)基礎(chǔ)知識和生物學(xué)基礎(chǔ)知識之后，在大二下學(xué)期同時開設(shè)的課程。我們一直在探索環(huán)境化學(xué)理論合成及其實驗課程的體系，歷經(jīng)了實驗課程體系從無到有，實驗教學(xué)內(nèi)容由淺到深，實驗教學(xué)人員從雜亂到統(tǒng)一，教學(xué)質(zhì)量逐步上升，逐漸探索出適合地方本科師范型院校的環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)的發(fā)展道路，這些對高校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建與創(chuàng)新，素質(zhì)教育的深化改革，學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的作用。

2傳統(tǒng)實驗的弊端與不足

在環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)中，當(dāng)前的實驗教學(xué)中存在著一些問題與弊端。第一，實驗課程的內(nèi)容體系過于陳舊，更新較慢，基本上沒有與前沿領(lǐng)域結(jié)合緊密的大型開放性實驗，大部分實驗都是傳統(tǒng)經(jīng)典的驗證性實驗，如水中CODCr的測定，碘量法測定水中溶解氧等，這些實驗?zāi)苁箤W(xué)生掌握基本的環(huán)境化學(xué)實驗操作原理與方法，但在這些實驗課程的教學(xué)中，大部分是以教師為主體，從實驗?zāi)康摹獙嶒炘怼獙嶒瀮?nèi)容等逐一的講解清楚，學(xué)生只是被動的完成實驗步驟并撰寫實驗報告就算是完成整個實驗，這對學(xué)生的動手能力有一定的提高，但是不能提升學(xué)生的思考-分析-解決實驗的能力。其次，在實驗內(nèi)容的設(shè)計上與普通分析化學(xué)實驗較為類似，這對學(xué)生認識和理解環(huán)境化學(xué)的概念，元素、化合物等物質(zhì)在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化與循環(huán)等等不能形成一個直觀、全面的印象，可能會導(dǎo)致實驗教學(xué)目的的偏差[1]。再次，由于高校教學(xué)科研評價體制因素的影響，一些科研型教師參與實驗教學(xué)任務(wù)的積極性不高，實驗課程內(nèi)容中的研究型、開放型和創(chuàng)新型課程幾乎為零，教學(xué)過程中存在的理論重、實踐輕，實驗教學(xué)低人一等的意識依然存在，科研型教師沒有動力和興趣參與、改進和創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容、方式方法，導(dǎo)致高校的科研成果在本科實驗室教學(xué)中難以轉(zhuǎn)化成普遍性的實驗教學(xué)資源，這對學(xué)生獲取和學(xué)習(xí)教師的科研思維方法是十分不利的影響。針對在環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)中存在的不足與缺陷，筆者結(jié)合自己在實驗教學(xué)中的方式方法探討在環(huán)境化學(xué)實驗課程中如何進行改革和創(chuàng)新的幾點策略和體會。

3環(huán)境化學(xué)實驗課程的改革和創(chuàng)新

3.1實驗課程內(nèi)容體系的優(yōu)化調(diào)整首先，把實驗課程科學(xué)系統(tǒng)的分門類別的引導(dǎo)，由淺至深、由單一到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合、由獨立到團隊綜合開展。要能夠做到從基礎(chǔ)性實驗—驗證性實驗—獨立掌握實驗操作—自身思考、設(shè)計并展開實驗的逐步深入過程，在這其中充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性充分提升，讓學(xué)生對綜合型、開放設(shè)計型、研究型實驗的態(tài)度向積極性轉(zhuǎn)變。其次，在實驗內(nèi)容的設(shè)計上，盡可能的與當(dāng)前時下的熱點進行對接，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿與方向，將環(huán)境污染物的分析監(jiān)測、化學(xué)過程、環(huán)境化學(xué)行為以及環(huán)境修復(fù)緊密的聯(lián)系起來，與環(huán)境化學(xué)理論課程有機地結(jié)合，形成融合專業(yè)理論知識與實驗現(xiàn)象為一體的教學(xué)體系[2]。例如，依據(jù)大氣、水、土壤污染防治行動計劃，有意識的編排一些與大氣、水體、土壤相關(guān)的實驗課程，如以重金屬在水-氣-土中的生物地球化學(xué)循環(huán)為例，可以讓學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的實驗方案來研究重金屬種類、形態(tài)等等在環(huán)境各圈層的遷移轉(zhuǎn)化與歸趨效應(yīng)。再次，邀請一些具有較強科研能力的老師作為環(huán)境化學(xué)大型開放實驗的指導(dǎo)教師，依據(jù)教師的科研項目如國家自然科學(xué)基金、省部級科研項目等提出較小的實驗課題，讓學(xué)生通過文獻查閱—給出初步實驗方案—指導(dǎo)教師的修改和完善等步驟進一步掌握該課題的實驗原理，進而確定優(yōu)化實驗方案，給出實驗操作步驟與所需設(shè)備儀器試劑清單，并準備所需儀器、設(shè)備、玻璃器皿、試劑。3.2靈活安排實驗教學(xué)方法與教學(xué)模式實驗課知識內(nèi)容如實驗原理、儀器的使用和實驗操作規(guī)程等的復(fù)雜性和繁瑣性使得傳統(tǒng)的板書式教學(xué)和填鴨式教學(xué)方式十分無趣，對學(xué)生學(xué)習(xí)和操作實驗的積極性不能充分調(diào)動，因此教師可花費一點時間將實驗流程和實驗步驟做成圖片、動畫等多媒體課件和教學(xué)錄像或趣味視頻，尤其是關(guān)鍵的實驗環(huán)節(jié)和實驗步驟，如此可以增強實驗課的趣味性[3]。例如在講授碘量法測定溶解氧含量的實驗時，利用多媒體課件將實驗原理進行形象講解，并用flash動畫緩慢逼真的展示滴定終點時由淡黃色-藍色-無色的顏色變化過程，不僅能使學(xué)生快速的掌握實驗操作要領(lǐng)，同時也會使學(xué)生對實驗原理及過程的理解加深，使學(xué)生操作實驗的積極性提高。另外，應(yīng)采用多樣化的考核方式全面地對學(xué)生的實驗成績進行考核，不能僅僅通過審閱實驗報告和實驗數(shù)據(jù)后給出實驗成績，還應(yīng)結(jié)合考勤情況，實驗態(tài)度和回答問題等進行綜合評價。實驗成績的考核要體現(xiàn)公正公平性，要能夠全面綜合的反映學(xué)生的實驗操作技能和思考-分析-解決實驗問題的能力，同時應(yīng)該對具有突出的實驗表現(xiàn)和出眾的創(chuàng)新實踐能力的學(xué)生給予一定分數(shù)的獎勵，并計入期末考試總成績中。3.3開放實驗室資源，拓寬學(xué)生的實驗時間與空間在時間和空間上靈活安排環(huán)境化學(xué)開放型實驗，不拘泥于課堂教學(xué)與集中式實驗教學(xué)，給予學(xué)生充分的時間和空間，讓他們以自己的課程安排和課外時間為基礎(chǔ)，與實驗室預(yù)約確定具體的實驗開放時間，這樣使學(xué)生有更多的時間和空間去獨立思考，獨立閱讀文獻，獨立完成實驗方案，不斷的摸索實驗并優(yōu)化發(fā)現(xiàn)實驗過程中的各種問題。為了更好使學(xué)生參與并完成實驗操作過程，對學(xué)生自愿組成的實驗小組團隊，確定每組學(xué)生一般在4~6人，如此的小組團隊合作和協(xié)同分配能力最高，允許各小組之間進行交流和資源共享，但必須保證每一小組的實驗任務(wù)都是本小組成員完成的，這樣有利于提高團隊操作實驗的能力，也保證了每一小組實驗成員能充分理解和掌握該實驗的原理、方法和操作規(guī)程步驟[3,4]。對一個相對完整的實驗項目，有時需要在不同的實驗室協(xié)調(diào)完成，這需要各位實驗指導(dǎo)教師之間相互協(xié)調(diào)和配合，最大限度調(diào)動各研究室人員積極性，充分發(fā)揮實驗室儀器尤其是一些大型儀器的使用效率。實驗過程中指導(dǎo)教師的研究生也可參與指導(dǎo)實驗項目，一方面能提高研究生的協(xié)調(diào)和動手能力，另一方面學(xué)生與學(xué)生之間的交流空間可能比教師與學(xué)生之間的交流更加快捷、更加靈活，可以更加迅速的解決實驗過程中可能出現(xiàn)的一些問題。同時鼓勵學(xué)生以理論課程和學(xué)科前沿研究為基礎(chǔ)，以教師的科研項目為依托，充分查閱相關(guān)環(huán)境化學(xué)類的專業(yè)期刊和文獻，積極主動參加校級、省級和國家級的大學(xué)生科技能力競賽如“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯”，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，大學(xué)生節(jié)能減排大賽等，充分開放實驗室的各種資源，讓學(xué)生在課后之余自行設(shè)計一些感興趣的研究項目[5]。同時實驗室將定期向?qū)W生開放大型儀器的使用，讓學(xué)生充分了解并掌握大型儀器的原理、使用操作規(guī)程，這樣使學(xué)生在科研實踐中鍛煉了自己的創(chuàng)新能力，對培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力和發(fā)散創(chuàng)新思維具有重要的作用。

4結(jié)語

環(huán)境化學(xué)的實驗教學(xué)是一個系統(tǒng)的復(fù)雜的過程，經(jīng)過近幾年的探索與實踐，我校環(huán)境化學(xué)實驗體系的已經(jīng)初步建成，已初步形成在理論中進行實驗教學(xué)，以實驗課程完善消化理論課程。一方面注重驗證性實驗的實驗操作規(guī)程的建立，提高學(xué)生的基本實驗?zāi)芰Γ硪环矫嫱ㄟ^師生的科研項目，設(shè)置一定比例的綜合性、開放性的實驗，鼓勵探究性學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動手操作能力和獨立分析科學(xué)問題的能力,有助于學(xué)生及時了解環(huán)境化學(xué)研究領(lǐng)域動態(tài)及前沿知識,對研究環(huán)境化學(xué)問題，這些為學(xué)生走上工作崗位或繼續(xù)深造提供了良好的機會。

參考文獻

[1]陳建民，葉興南，鄭志堅，等．環(huán)境化學(xué)實驗課程可持續(xù)建設(shè)模式初探[J]．高等理科教育，2012，(1)：127-129．

[2]趙晶瑾，陳春強，蒙冕武．淺談環(huán)境化學(xué)實驗課程中學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[J]．廣州化工，2015，(1)：180-181．

[3]郭紹芬，張廣娜，徐樹建，等．科研項目支撐下環(huán)境化學(xué)開放性實驗的改革和探索[J]．臨沂大學(xué)學(xué)報，2014，(6)：48-50．

[4]鄧紅梅，宋剛，吳翠琴，等．環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)模式的探索與實踐[J]．廣東化工，2016，43(14)：252-252．

[5]劉蕾．環(huán)境化學(xué)實驗教學(xué)“研、學(xué)、用”模式的研究[J]．科教導(dǎo)刊，2014，(25)：144-145．

作者:趙寬 劉海軍 周葆華 單位:安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院