“环境化学实验”课程教学方法改革

“环境化学实验”课程教学方法改革

谢晓梅
　环境与资源学院

一、课程简介

1.课程类别

专业课

2.学科类别

工学—环境科学与工程

3.课程目标和教学内容

（1）课程目标:通过本课程的学习，深化“环境化学”课程讲授的基本知识，促进对环境化学领域研究动态及前沿的理解，掌握研究环境化学问题的基本方法和手段，提高实验数据科学分析能力和实验技能，使学生具备初步的独立科研能力。具体如下:

①能够充分查阅文献，综合应用已有知识，设计出科学的实验方案，并从多方面或以往的初步工作中采集信息，对实验结果进行预测，结合可靠的文献充分论证所预测的实验。

②掌握研究环境化学问题的基本方法和手段，熟悉环境科学领域常规仪器的基本原理和使用方法，能进行安全、熟练、准确地操作。

③能结合已有知识及文献对所观察到的现象进行科学合理的解释，对实验数据能做进一步的计算和分析，多角度、多层面地进行科学阐释，并用充足、可靠的证据讨论实验结果的准确性；对实验方案进行评价，并提出具有可靠证据的改进建议。

（2）教学内容:“环境化学实验”包括环境分析化学、环境污染化学、污染控制化学三部分内容，其中以环境污染化学研究为特色，着重探讨污染物的来源以及在环境介质中的存在形态、浓度水平和迁移、转化、降解等环境行为及其影响因素等。

把实验教学内容由简单到复杂、由浅到深、由分散到系统地加以科学的重组，明确环境化学实验教学内容的层次性，将实验教学内容概分为三个基本层次:①基础性实验，主要是对学生进行仪器设备的识别和操作以及基本分析测试方法等基本技能的训练。②综合系统性实验，把知识点紧密相关的实验内容连贯起来，体现出内容的系统性，通过这类实验培养了学生多维的、动态的、连贯的和有机组合的系列化操作技能，使学生综合地接受知识，提高了实际学做和运用的能力。③设计研究性实验，是授之于“渔”的实验教学新模式，与学生的个性化教育相结合，充分发挥学生的特长，以培养学生独立思考、综合运用知识能力和设计创新能力为目的。

4.教学对象

环境科学专业三年级本科学生，每年开设1～2个教学班，每班人数20人左右。

5.课程学时与教学场景

（1）课程学时:实验教学48学时。

（2）教学场景:环境与资源实验教学中心的“环境化学实验室”。

二、课程教学重点解决的问题

在我国高等教育体系下培养的学生，一方面在理论知识的掌握上居世界各国学生的前列，另一方面学生的实践动手能力、综合分析能力普遍较差。造成这种情况的一个重要原因就是，在我国教学体制中，训练学生实际操作能力的传统实验教学环节存在不少问题。

（1）学生做实验的主动性不够:从实验方法、内容、步骤到思考题，基本上都是由教师事先决定的，学生没有太多的选择和发挥机会，不能调动学习的主动性和积极性，更无法激发创造性。

（2）实验内容存在“三多三少”的弊病:依附于理论教学的验证性实验多，有利于培养创造性思维的研究性、设计性实验少；孤立的单元性操作实验多，综合性实验少；经典性实验多，反映学科前沿的实验少。

（3）实验教学模式单一，多采用“抱着走”的教学方法。实验讲解面面俱到，教师的主导作用占尽优势，学生的主体地位却无从体现。

三、教学方法改革

1.教学实施策略和方法

针对“环境化学实验”课程教学的目标和教学中存在的问题，本课程首先从构建“基础性原则、社会性原则统一协调的环境化学实验教学体系”出发，实现教学方式的三个转变:室内模拟实验→现场试验，单一技能训练→综合性实践，实验室小环境→真实社会大环境，从而创造一个自主探究的实践平台。具体阐述如下:

（1）按照“基础性原则、社会性原则统一协调构建环境化学实验教学体系”。

基础性原则指教学内容坚持基础内容扎实，变革基础知识的呈现方式，以活动的方式呈现认识、情感、行为等多种发展目标的基础知识，不以现成结论方式呈现死的知识。社会性原则指教学内容与当前国内外环境保护相结合，教学内容要反映环境化学新动态、新机遇、新挑战等，使环境化学与当代环境保护的脉搏同跳动，以新理论、新方法、新技术来扩充多样的前沿信息。

（2）开放实验资源，让学生成为教学的主体，打破实验室的局限，创造一个开放的探究平台。

开放实验资源，让学生成为教学的主体，打破实验室的局限，让实验活动走进现实环境，深入实际，切实体会环境问题与人类生活的息息相关，培养具有社会使命感的专门人才。

①对于综合系统性实验和设计研究性实验，改变按照教师事先拟定的步骤，一步一步去模仿的做法。教师结合突出的环境问题来设计实验项目，同时把多个知识点有机地结合起来，仅提出选题和要求，允许学生自由组合形成一个实验合作群体，学生根据所学的理论和方法，自己去想、去做、去发现问题、去解决问题。这样，学生能自主选择，充分发挥想象力和创造力，能亲身体验知识的力量、思维的奥秘和创造的神奇，从而逐步培养创新能力。

②改变原有的在固定时间里完成单一化实验的教学模式，实行实验室开放，以拓宽实验时间与空间。具体地，不集中做实验，只要求学生在一个规定时间跨度内必须完成某一实验项目。学生可以根据自己的实际情况与实验室预约，安排具体的实验时间，这给学生提供了更多的独立思维空间和不断操作的摸索过程。

③环境科学专门人才培养的目标，不仅应该着眼于宽厚的知识基础，更应该强调学生社会使命感的培养。有必要打破实验室的局限性，深入实际环境现场，让学生深刻地体会到自己作为未来的环境工作者所肩负的社会和历史使命。

2.教学实施策略与方法

（1）在“水体富营养化评价”实验中，改变以往由教师事先配制实验用水体样本的做法，将学生带到真实的环境中，把题目布置给学生，学生结合所学的知识和技能，制定出严密可行的试验方案，现场采集水样，再带回实验室进行分析。与以往的做法相比，不仅复习巩固了环境监测实验中有关水养采集的原则与方法，对我们生活中的具体环境进行了评价，还能在更深的层次上理解水体富营养化的成因及防治对策。

（2）“城市交通干道大气氮氧化物日变化特征研究”实验中，学生们带着大气采样仪器设备走上城市交通干道，不仅采集到一手的现场试验数据，学习掌握了大气氮氧化物的采集和分析方法；而且，将机动车状况、气候因素等与大气氮氧化物浓度建立起相应关系，对汽车尾气对城市大气环境的影响有了真切的感受。在实验过程中，还吸引了很多市民的眼球，面对着人们的好奇和提问，学生们也作了一回环保宣传员，同时意识到作为未来的环境工作者所肩负的社会责任感和使命感。

3.教学方法特点分析

在教学过程中强化学生的主体地位，凸显个性化的自主学习方式，引导学生关注环境问题，培养学生的自主探究能力。其主要特点如下:

（1）改室内模拟实验为现场试验。跳出实验室“圈禁”，改变教师实现准备模拟实验材料的“套路”，带领学生走入现场，通过在真实现场对复杂环境问题的发现和解决，提高实验操作技能以及解决问题的能力。

（2）变单一技能训练为综合性实践。结合所面临的现实问题设计实验题目，突出每一个实验项目的主题，同时注意多个知识点的融合，使学生在一个实验中得到多技能的系统训练。

（3）走出实验室小环境，融入真实社会大环境。结合环境科学专业的学科特点，引导学生关注生存环境与社会发展之间的关系，并意识到作为未来的环境工作者所肩负的社会使命。

四、课程考核方法和支撑手段

1.课程考核方法

本课程考试方式为考查。主要依据平时实验进行情况进行考查（包括预习和知识准备情况、实验过程中操作动手能力及判断和解决问题能力、对实验得到的数据结果进行科学思考能力、实验报告的写作水平等）；包括教师评定、学生自评和互评两部分。具体见表1。

表1　判定标准

续表

2.支撑手段建设

（1）实验室开放相关的管理以及仪器设备的管理必须要跟上。本中心已经制定并执行了一系列规章制度，以及实验预约等实验室管理网络平台（http:// 10.75.68.235），确保实验室开放教学的顺利开展。

（2）实验教师的教学和管理工作量大大增加，在核定工作量、加班补助、人员编制等方面，学校、院系等各级教学管理部门应予认可。

（3）实验室开放大大提高实验仪器设备的使用率的同时，仪器设备损坏率、元器件和各种材料消耗率也相应增加，随之而来的是实验经费的增加。应设立实验室开放的专项基金，以保证实验室开放能长久高质量地坚持下去。

（4）实验的主体是学生，一些实验题目由学生自己选择，同学之间的可比性降低，评分的难度加大。必须不断完善对学生学习能力的评价机制，建立起多元化的实验教学评价与体系。

五、教学效果和推广性分析

1.教学效果

“环境化学实验”课程是国家级精品课程“环境化学”的配套实验课程，在2003开始进行实验教学体系、教学模式等方面的教学改革，取得了不少成果，并得到推广应用，已发表教学研究与改革论文4篇。教学效果优秀，受益学生包括八届超过200名环境科学专业的本科生，因其所具备的较强独立科研能力和探索精神受到广泛好评，多人进入中科院生态环境研究中心、清华大学、北京大学、浙江大学等科研院所和高校进行深造。学生对课程有着很高的满意度，课程评价优秀率大于85%。典型的评价有:

姜建惠同学（3061401037）等在自主实验汇报中写到:从“口上谈兵”，到讨论出具体的实验思路、操作方法以及具体到要借哪些仪器设备，再到实际实验操作，自主实验给了更多的空间。在这次的开放实验中，最大的收获在于能够做自己真正感兴趣的课题以及与队友们合作的这段经历……从起初对于题目的彷徨，对于能力的怀疑到实验过程中的团队合作，最后顺利完成，我们小组每一个成员相信都受益匪浅……它让我学会了静下心来细心地观察实验现象、耐心地一次又一次的重复实验，并用恒心去打败纷繁复杂的实验错误的挑衅……

邬文浩同学（3051411023）说:“我喜欢其中的自主实验环节，可以对自己感兴趣的问题进行研究。比如，朱（利中）老师在上课时讲到莲花淤泥而不染，我就想池塘沉积物作为污染物的汇，莲生长其上，真的未被污染吗？“环境化学实验”给我了机会去解决我的困惑……”

陈文远同学（3071401023）在同学互评表里写道:“‘环境化学实验’的考核有一部分是学生互评，各个小组将自己的研究成果在班级内进行宣讲和展示，同学和老师对他们进行提问和质疑，再由同学据此进行打分，这个比较公平。……”

2.推广性分析

作为省教育厅、教育部两级精品课程的配套实验课程，“环境化学实验”在2003开始在实验教学体系、教学模式等方面进行教学改革与探索，取得了不少成果，并得到推广应用，已发表教学研究与改革论文4篇。

“环境化学实验”课程教学方法的改革兼具环境与工程以及资源类专业一般课程的普适性，对于其他课程教学方法的改革具有一定的借鉴意义。

六、课程教材及实验参考书

［1］戴树桂.环境化学.北京:高等教育出版社，2001

［2］董德明，朱利中.环境化学实验.北京:高等教育出版社，2002

［3］鲍士旦.土壤农化分析.北京:中国农业出版社，1999