《教育部普通高等学校本科教学工作水平评估方案》中,明确要求各高校将实验室开放时间长,开放范围及覆盖面广,效果好作为建设目标。开放式实验教学模式,就是要把实验资源向学生开放,让学生成为实验的主体。与传统实验教学模式相比,开放式实验教学模式在培养学生的科学思维、创新意识和提高学生的综合能力方面具有无法替代的优越性。结合实验教学呈现出的基础性与创新性相结合、个性化与社会化相结合的新趋势,以及国内各高校开放式实验教学改革与实践经验,我们从环境化学的配套实验入手,以建立开放的实验教学体系为目标,开展了一系列实验教学改革,初步建立了新的开放式的环境化学实验教学体系,并取得了可喜的成绩。
1开放实验有利于学生创新能力的培养
无论是从教育规律出发,还是从人的认知行为来看,技能是可以由教师传授的,而创造性是无法教出来的,必须经由学生的自主行为进行创造性活动。创造一个宽松便利、能充分调动学习积极性、充分发挥个人潜能的开放实验环境,对于加强学生的创新实践能力培养有着十分积极的作用,而开放实验就是一个行之有效的途径。
多年以来,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。综合分析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。首先,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,不能调动学生学习的主动性和积极性,更无法激发学生的创造性。其次,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。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。
在这种形势下,国内众多院校都从开放实验(室)的必要性和必备条件进行思考,在开放方式、途径以及相应的实验室建设和管理等不同方面作了大量的有益探索,并形成了一个共识。
开放实验应以素质教育为出发点,发挥实验室的多重教育功能,以培养创新型复合型人才为目标。在此基础上进行的开放模式的研究与实践,主要有实验内容的开放和实验室的开放两大类,其中大多采取开放实验室形式,包括实验时间以及实验场所开放。采取开放形式的实验课程类型主要集中在公共课程和基础课程,尤其是基础化学类实验课程进行的时间最早也最多,也有少量专业课程开放研究的报道。环境及相关科学是一门新兴的交叉学科,其研究对象和研究内容与人类自身的生存介质和生存状况密切相关,然而,有关环境类专业的相关研究就显得十分单薄,不能很好地实践既定的培养目标。
2优化实验教学内容,探索开放式实验教学模式
2003年,我们以培养具有创新精神和实践能力的高素质人才为目标,从教学基础较好的环境化学课程入手,在教学方法与教学模式上进行了改革与探索。
2.1构建合理的实验课程内容体系
课程内容由课程教学目标所决定,课程内容体系的构建是课程建设的重点和难点。环境化学作为一门新兴学科,它是研究化学污染物及对人类、生态体系可能带来影响的化学物质在自然环境中的化学变化规律的科学。从培养学生创新能力这一视角出发,我们按照基础性原则、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。
传统的实验课程大多依附于理论课,同一学科中各门课程的实验教学内容各自独立,缺乏系统性,且经常发生实验教学内容和方法相似或相同的低水平同层次重复现象,这样不利于交叉学科、前沿学科内容的引入,更不利于学生分析和解决问题的综合能力的提高等。鉴于此,我们首先将实验内容从课程教学内容中剥离出来,把实验内容加以汇总,淘汰与当前应用脱节的陈旧老化的实验内容,更新和引入学科发展趋势需要的实验内容;其次,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,将实验教学内容大概分为基础性、综合系统性、设计研究性3个基本层次。
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;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,提高实际运用的能力;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,我们针对性地设计了重金属在土壤-植物体系中的迁移转化、有机农药在环境中的降解行为研究、土壤中重金属的微生物生态效应研究等题目,供学生选择。
2.2创造一个开放的探究平台
在实验教学体系革新优化的前提下,我们还着重进行开放式实验教学模式的探索与实践,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。
首先,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,使学生能自主选择,充分发挥想象力和创造力,学生能够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。此外,我们还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,拓宽实验时间与空间。具体就是,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,给学生提供更多的独立思维空间和不断操作的摸索过程。
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。在实验模式改革中,我们深深感到,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,因此,我们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。例如,在水体富营养化评价实验中,我们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,制定出严密可行的实验方案,现场采集水样,再带回实验室进行分析。与以往的做法相比,不仅巩固复习了环境监测实验中有关水样采集的原则与方法,对我们生活其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。
在城市交通干道大气氮氧化物日变化研究实验中,学生们带着仪器设备走上城市交通干道,不仅采集到一手的现场实验数据,而且对汽车尾气对城市大气环境的影响有了真切的感受。现场采集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。
3结束语
经过几年的探索与实践,环境化学实验课程建设的实效已经凸显,学生的学习兴趣明显提高,对于理解环境化学领域研究动态及前沿、掌握研究环境化学问题的基本方法和手段、提高实验数据的科学分析能力以及实验技能产生了显著的促进作用。在所有参与教师的共同努力下,我院的环境化学课程(含实验)获2004年度国家级精品课程建设项目。在构建环境化学实验教学体系以及进行教学模式创新所进行的摸索及实践过程中,在取得可喜成绩的同时,我们对所出现的问题也保持着清醒的认识,并进行了认真的考虑。
在新的开放式教学体系中,实验室开放相关的管理以及仪器设备的管理必须要跟上,需要制定并执行好一系列规章制度,以确保实验室开放教学的顺利开展;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;实验室开放大大提高实验仪器设备使用率的同时,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坚持下去;实验的主体是学生,一些实验题目由学生自己选择,学生之间的可比性降低,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。
本文是根据我们在环境化学实验教学过程中的经历进行的一个小结,也是浙江大学实验室建设与管理资助课题环境类本科实验教学开放模式研究的一部分内容,期望为相同背景条件下课程的教学提供借鉴,同时更期望得到同行的指点与帮助。
