陳　雯, 徐建強(qiáng)

(南京信息工程大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 南京　210044)

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環(huán)境類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

陳雯, 徐建強(qiáng)

(南京信息工程大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 南京210044)

著眼于本科院校環(huán)境類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀,對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行改革探索,提出了“三會(huì)一熟悉”的教學(xué)要求,并將這一要求貫穿于課前講解、課中考查和課后評價(jià)整個(gè)教學(xué)過程,取得了比較好的教學(xué)效果。

環(huán)境類專業(yè)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 改革與探索

根據(jù)中國教育在線統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),截至2013年,全國共有近300所本科院校設(shè)有工科專業(yè)環(huán)境工程專業(yè),其中只有60多所院校隸屬于“211工程”重點(diǎn)建設(shè)院校,近80%的院校屬于地方本科院校[1]。隨著社會(huì)對環(huán)境保護(hù)問題的日益重視,對環(huán)境類專業(yè)學(xué)生的理論知識和實(shí)踐能力要求也越來越高。多所高校進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革工作,例如：結(jié)合實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的條件和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐探索[2-4],根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的要求對實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建進(jìn)行改革和研究[5-6],結(jié)合不同專業(yè)的特色進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革[7],探索不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式鍛煉和提高學(xué)生的綜合能力[8-12],以及從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評價(jià)體系等方面進(jìn)行改革探索[13-15],都取得了一定的成效。

我校環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)置的環(huán)境類專業(yè)有環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、大氣環(huán)境和給水排水工程等專業(yè),基本上都設(shè)置了“分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”、“儀器分析實(shí)驗(yàn)”和“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”等定量分析實(shí)驗(yàn)課程。在10多年的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)過程中,提出了“三會(huì)一熟悉”的教學(xué)要求,并將這一要求應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的選擇、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料的編寫、實(shí)驗(yàn)課程的講解以及實(shí)驗(yàn)課程的考核等諸多教學(xué)環(huán)節(jié)。

1　實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在的問題

1.1實(shí)驗(yàn)教材問題

目前實(shí)驗(yàn)教材基本上都是按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、儀器和試劑、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及思考題這5部分來組織編寫。其中實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都為大段的、詳細(xì)的文字描述,學(xué)生看了之后覺得索然無味,根本提不起預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)興趣,許多學(xué)生認(rèn)為只要按照書上步驟就可以完成實(shí)驗(yàn),致使學(xué)生實(shí)驗(yàn)效率低下,實(shí)驗(yàn)效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。

1.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備問題

目前實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中的儀器選擇和試劑配制基本上無需學(xué)生參與,由實(shí)驗(yàn)課程任課教師或?qū)嶒?yàn)員事先準(zhǔn)備好,處于包辦狀態(tài)。致使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)缺少主動(dòng)思考過程,同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生對教師的依賴。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中以及和學(xué)生接觸過程中,發(fā)現(xiàn)并了解到有些學(xué)生連實(shí)驗(yàn)室常用儀器都說不上名稱,進(jìn)入畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)期間還出現(xiàn)了無法順利說出需借用儀器的正確名稱[16],甚至有學(xué)生向?qū)嶒?yàn)室工作人員申領(lǐng)1∶1HCl溶液的奇怪現(xiàn)象。

1.3實(shí)驗(yàn)課程的考核問題

目前實(shí)驗(yàn)課程成績大多根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤等進(jìn)行判分,少數(shù)學(xué)生則有意識地將精力投注在實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫上,不重視實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)技能的提高,實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后編造數(shù)據(jù),甚至出現(xiàn)投機(jī)取巧抄襲他人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。即使再增加卷面考試環(huán)節(jié),也大多只出現(xiàn)一些較為簡單的實(shí)驗(yàn)原理、簡單實(shí)驗(yàn)操作方面的題目,不能客觀公正地評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

因?qū)嶒?yàn)教學(xué)各環(huán)節(jié)存在的問題以及相互影響和協(xié)同作用,使學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)課的積極主動(dòng)性不高,在本科學(xué)習(xí)階段結(jié)束時(shí),對于實(shí)驗(yàn)課上所做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能說出一二的并不多,能留下深刻印象的就更是微乎其微了,這就對學(xué)生走上工作崗位快速完成角色轉(zhuǎn)換造成了某種程度上的困難。

2　“三會(huì)一熟悉”實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求的確立

針對以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在的問題,我校實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師結(jié)合我校環(huán)境類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況,提出了“三會(huì)一熟悉”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求,即“會(huì)配制試劑、會(huì)選擇儀器、會(huì)進(jìn)行計(jì)算和熟悉相關(guān)儀器設(shè)備”?！皶?huì)配試劑”，要求學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)中所涉及試劑的2種配制方法；“會(huì)選擇儀器”，要求學(xué)生弄清實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段以及實(shí)驗(yàn)過程中有關(guān)儀器的正確選擇；“會(huì)進(jìn)行計(jì)算”，包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段的計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理；“一熟悉”，要求學(xué)生掌握相關(guān)儀器設(shè)備的用途、基本結(jié)構(gòu)和定性定量分析方法。“三會(huì)一熟悉”就是通過學(xué)生課前預(yù)習(xí)、教師講解和學(xué)生實(shí)驗(yàn),使學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程。

3　實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

我校對環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)的多門實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革、探索與實(shí)踐。在此以“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程為例,闡述探索過程和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3.1實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)資料形式內(nèi)容創(chuàng)新

環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多為一些定量分析實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都有國家標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教材。首先根據(jù)本校各專業(yè)實(shí)際情況,對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行有效選擇,確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后,從社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益最大化出發(fā)編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料,遵循的原則是：減少對環(huán)境有害的實(shí)驗(yàn),花費(fèi)少量經(jīng)費(fèi)做好實(shí)驗(yàn),選擇既節(jié)省學(xué)生時(shí)間又可以達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

在編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)資料時(shí),充分利用專業(yè)背景知識,在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上,將國家標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)教材中的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成表格或流程圖的形式,一目了然,便于學(xué)生去理解實(shí)驗(yàn)過程,了解和掌握實(shí)驗(yàn)原理。例如 “水體化學(xué)需氧量(COD)的測定(重鉻酸鉀法)”這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,現(xiàn)有教材一般截取國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11914中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行編寫。表1是我校教師編寫的實(shí)驗(yàn)過程,采取表格形式,將復(fù)雜步驟簡單明了地展現(xiàn)。

表1　化學(xué)需氧量測定實(shí)驗(yàn)過程

3.2實(shí)驗(yàn)講解內(nèi)容創(chuàng)新

3.2.1實(shí)驗(yàn)課程體系完善化,技能培養(yǎng)更全面

實(shí)驗(yàn)課程啟動(dòng)之后,都有一堂實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識課,課上向?qū)W生介紹環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程目的、實(shí)驗(yàn)程序、實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識、環(huán)境監(jiān)測相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。突出強(qiáng)調(diào)環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程目的是驗(yàn)證環(huán)境監(jiān)測基本原理,鞏固、加深和拓展理論知識,掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能和基本操作,培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力,提出達(dá)到“三會(huì)一熟悉”的教學(xué)理念,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識內(nèi)容包括環(huán)境監(jiān)測的定義、分類、方法、環(huán)境樣品濃度表示方法以及環(huán)境監(jiān)測相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。主要包括體積測量儀器、稱量儀器、酸度計(jì)、紫外-可見分光光度計(jì)、氣相色譜儀和液相色譜儀、樣品采集制備與預(yù)處理的簡要介紹,重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)記錄與處理、試劑配制(體積測量/控制儀器和稱量儀器選擇問題)。

第一堂課程結(jié)束時(shí),根據(jù)學(xué)生的知識背景并結(jié)合課堂內(nèi)容,給學(xué)生布置一道思考題,如分光光度法測定生活飲用水中鐵含量的相關(guān)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生回答有關(guān)問題或完成相關(guān)任務(wù),內(nèi)容涉及到原理問題、某種試劑配制流程(包括方法、需使用的稱量儀器和體積控制儀器)、試劑使用目的、配制過程中的計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)曲線制作和使用。通過書面的形式從準(zhǔn)備到結(jié)果計(jì)算完成一次實(shí)驗(yàn),以便了解學(xué)生的狀況,為有針對性地組織教學(xué)做好準(zhǔn)備。

3.2.2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目講解內(nèi)容合理化,學(xué)生受益最大化

合理確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是達(dá)成實(shí)驗(yàn)課程預(yù)期目標(biāo)和完成預(yù)期效果的首要環(huán)節(jié),而實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程則是至關(guān)重要的一步。

開始實(shí)驗(yàn)之前,用45min左右的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)步驟),堅(jiān)持和貫徹實(shí)施“學(xué)生參與全過程”理念。仍以“水體化學(xué)需氧量(COD)的測定(重鉻酸鉀法)”這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例,首先講解什么是化學(xué)需氧量,強(qiáng)調(diào)化學(xué)需氧量的3方面含義；然后仔細(xì)講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。講解過程并非是單純梳理實(shí)驗(yàn)步驟,而是穿插一些實(shí)驗(yàn)必備知識以及實(shí)驗(yàn)意識培養(yǎng),如過量重鉻酸鉀和沸石的作用、硫酸-硫酸銀溶液的配制及2種試劑的作用、試亞鐵靈指示液的作用、硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過程中顏色的變化和原因；最后向?qū)W生解釋實(shí)驗(yàn)定量原理,推導(dǎo)重鉻酸鉀法的COD計(jì)算過程。這種講解使學(xué)生不僅僅按部就班、照方抓藥地完成實(shí)驗(yàn),而是對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容真正理解、掌握、分析和拓展。

實(shí)驗(yàn)試劑雖然不需要學(xué)生親自配制,但是需要通過講解、啟發(fā)、引導(dǎo),使學(xué)生明白試劑配制過程、需要使用什么量具等。另外，實(shí)驗(yàn)裝置也不會(huì)在實(shí)驗(yàn)之前準(zhǔn)備好,而是著重說明實(shí)驗(yàn)裝置搭建過程,特別強(qiáng)調(diào)了安全穩(wěn)妥和美觀大方的要求,并隨時(shí)提問所用儀器、配件名稱,讓學(xué)生回顧以前的實(shí)驗(yàn)知識,同時(shí)也增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

4　實(shí)驗(yàn)課程考核創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)課程考核由平時(shí)實(shí)驗(yàn)操作(依據(jù)原始數(shù)據(jù))、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末書面考試成績3部分組成,其中實(shí)驗(yàn)操作占20%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占20%、期末書面考試占60%。書面考試在課程考核中比重的加大可以激發(fā)學(xué)生平時(shí)實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性,同時(shí)也對書面考試試卷的命題提出了更高的要求。為此我們首先確立了命題的指導(dǎo)思想,即平時(shí)實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)的“三會(huì)一熟悉”思想,然后確定命題內(nèi)容,要求選擇一些學(xué)生雖未做過但可以運(yùn)用已有實(shí)驗(yàn)知識完成的實(shí)驗(yàn)材料。下面以一份某專業(yè)期末考試試卷題型為例來說明實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容創(chuàng)新之處。

4.1明確考核要求

提出考核要求：以下是GB13580.6—92“大氣降水中硫酸鹽測定——鉻酸鋇二苯碳酰二肼光度法”的有關(guān)原理和方法,利用實(shí)驗(yàn)室可提供的試劑(所有試劑皆為分析純)和儀器,選擇最合理的方案(包括儀器選擇、試劑配制、操作步驟等),尋找最合理的答案,完成下列任務(wù)或回答有關(guān)問題。同時(shí)試卷中列出可提供學(xué)生選擇的試劑(12種)和儀器(15種)。

4.2實(shí)驗(yàn)原理介紹

針對實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)了以下任務(wù)：要求寫出硫酸根離子與鉻酸鋇的交換反應(yīng),并就交換反應(yīng)說明硫酸鋇與鉻酸鋇溶解度大小的關(guān)系。

針對分光光度法的原理提出了如下問題：若標(biāo)準(zhǔn)曲線超過線性范圍出現(xiàn)向下偏轉(zhuǎn)情況,未知溶液濃度測定結(jié)果將產(chǎn)生正誤差還是負(fù)誤差？

4.3試劑準(zhǔn)備

傳統(tǒng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)都是由實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)人員來完成準(zhǔn)備工作,為了考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,試卷中針對實(shí)驗(yàn)中用到的試劑設(shè)計(jì)了以下8項(xiàng)任務(wù)：

(3) 試卷中設(shè)計(jì)了制備鉻酸鋇的實(shí)驗(yàn)流程,要求學(xué)生寫出有關(guān)的制備反應(yīng)并計(jì)算理論產(chǎn)量；

(4) 要求寫出鉻酸鋇制備中所用6mol·L-1氨水溶液的配制流程并指出所用儀器名稱；

(5) 要求確定鉻酸鋇懸浮液的制備流程中所使用的儀器名稱；

(6) 要求確定氨-氯化鈣溶液的制備流程中所使用的儀器名稱；

(7) 要求寫出2mol·L-1鹽酸溶液的配制流程并指出所用儀器名稱；

(8) 要求寫出5g·L-1二苯碳酰二肼酒精溶液的配制流程并指出所用儀器名稱。

4.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.4.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

試卷以表格的形式呈現(xiàn)分光光度法中標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作過程(見表2),針對標(biāo)準(zhǔn)曲線法的原理設(shè)計(jì)了以下任務(wù)：

針對表1中的1號溶液,要求學(xué)生給出溶液的名稱及配制該溶液的目的。

表2　標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作(樣卷)

4.4.2大氣降水樣品分析

試卷設(shè)計(jì)了大氣降水樣品分析的流程：

針對這一流程要求學(xué)生完成如下2項(xiàng)任務(wù)：第一,要求學(xué)生填寫該試驗(yàn)流程中步驟①②③④中所使用的體積測量儀器名稱；第二,要求學(xué)生水樣計(jì)算水樣中硫酸根離子的含量。

試卷中要求學(xué)生回答：分光光度法實(shí)驗(yàn)中,在完成標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定后,強(qiáng)調(diào)在同等條件下測定試樣的吸光度,其中“同等條件”的含義是什么。

總之,通過設(shè)計(jì)一系列的任務(wù)和問題,可以比較全面地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能以及相關(guān)知識的掌握情況,也為今后教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)有針對性地組織教學(xué)提供參考。這種通過筆試的形式來完成一次實(shí)驗(yàn),不僅減少了實(shí)驗(yàn)操作考試所帶來的教學(xué)成本,也體現(xiàn)了課程考核的公平性。

5　改革效果

在每一門實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束之后都向?qū)W生布置撰寫實(shí)驗(yàn)總結(jié)的任務(wù),讓學(xué)生梳理實(shí)驗(yàn)課程的收獲、感受并提出意見、建議等?？梢詮倪@些意見和建議中感受到“三會(huì)一熟悉”教學(xué)改革產(chǎn)生的效果。

我院組織學(xué)生參加每2年舉辦一次的江蘇省大學(xué)生化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)競賽,參賽者獲得優(yōu)異成績,每次競賽都有學(xué)生獲得二、三等獎(jiǎng)。為了進(jìn)一步提高學(xué)生對化學(xué)類課程的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)手能力,提高大學(xué)生分析解決問題的能力,培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)合作精神,我院已經(jīng)成功承辦了4屆學(xué)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽。我院各專業(yè)學(xué)生積極申報(bào)各級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目,近幾年來獲得國家級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目10余項(xiàng)、省級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目30余項(xiàng)、校級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目20余項(xiàng)。

6　結(jié)語

我校進(jìn)行的環(huán)境類專業(yè)“三會(huì)一熟悉”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革優(yōu)化了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化了實(shí)踐教學(xué)。注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),著重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理技能,夯實(shí)學(xué)生基本操作技能和水平,增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力,全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì),力求滿足學(xué)生實(shí)踐能力發(fā)展需要,趨近“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)要求。

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Reformandexplorationofexperimentalteachingforenvironmentalprotectionspecialties

ChenWen,XuJianqiang

(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China)

Aimingattheexistingexperimentalteachingsituationoftheenvironmentalprotectionspecialtiesfromundergraduatecolleges,thereformandexplorationarecarriedoutontheexperimentalteachingplanandprocess.The“Threeskillsandonefamiliarization”ideaisclearlyputforward,andtheconceptispenetratedintotheentireprocessincludingtheexplanationbeforetheexperiment,theinspectionintheexperimentandtheevaluationaftertheexperiment.

environmentalprotectionspecialty;experimentalteaching;reformandexploration

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.052

2015- 10- 13修改日期：2015- 12- 25

江蘇省“十二五”高等學(xué)校重點(diǎn)專業(yè)類環(huán)境科學(xué)與工程類建設(shè)項(xiàng)目(蘇教高[2012]23號-167)

陳雯(1973—),女,四川彭州,碩士,助理研究員,主要從事環(huán)境工程、教學(xué)高等教育管理.

E-mail：chenchen1973@163.com

G642.0

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1002-4956(2016)5- 0197- 04