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环境化学课程的改革与创新


环境化学课程的改革与创新
[摘要]环境化学实验课程是反映环境化学理论课程的重要实践方式之一,有利于培 养学生发散思维能力、创新能力和实践操作应用能力。针对环境化学实验教学中存在的 普遍问题,本文探讨了基于地方高等院校改革大背景下环境化学实验课程体系的重新构 建与改革,教学内容的优化选择,教学方式方法的建立等方面进行了改革与探索。 [关键词]环境化学实验;课程改革;教学内容;教学方法 1 引言 环境化学是环境科学与工程学科体系的核心组成部分,是环境科学、环境工程专业 的专业基础课,它是在化学学科的传统理论和方法的基础上,重点研究在环境介质及各 环境圈层中有害化学物质如有机污染物、重(准)金属的存在形态、种类、浓度水平和迁 移、转化、降解等环境行为及其影响因素,环境效应及其控制的化学原理和方法的一门 科学。环境化学实验是环境化学理论课程的重要实践环节,其目的在与通过测定环境中 污染物的浓度,了解污染物的环境化学规律。经济的飞速发展使得我国的整体国力提高, 但改革开发之后很长一段时间都是粗放型增长模式,使得我国大气、水体、土壤等环境 质量等日趋严重,在此背景下我国相继出台了大气、水体和土壤污染防治的专项规划, 对环境质量的持续改善和污染物总量的控制提出了明确的要求,这必然会使得社会对环 境专业类人才的需求增多,需要环境科学与工程类学科具备更高级的专业实践能力和水 平满足环境质量分析和污染总量控制的研究,这对于环境科学专业人才培养方案的改革 具有重要的借鉴作用。同时由于环境化学学科的交叉性,其科学研究发展迅猛,这需要 我们紧跟学科前沿,在教学上如教学内容、教学手段和组织形成等方面狠下功夫,不断 的进行变革和创新,创建与学科发展相结合、培养创新创业人才的环境化学实验教学改 革新模式。但作为环境科学专业的必修基础性课程,《环境化学》与《环境化学实验》 是在学生掌握良好的化学基础知识和生物学基础知识之后,在大一下学期同时开设的课 程。我们一直在探索环境化学理论合成及其实验课程的体系,历经了实验课程体系从无 到有,实验教学内容由浅到深,实验教学人员从杂乱到统一,教学质量逐步上升,逐渐 探索出适合地方本科师范型院校的环境化学实验教学的发展道路,这些对高校环境科学 与工程专业实验教学体系的构建与创新,素质教育的深化改革,学生实践和创新能力的 培养具有重要的作用。

2 传统实验的弊端与不足 在环境化学实验教学中,当前的实验教学中存在着一些问题与弊端。第一,实验课 程的内容体系过于陈旧,更新较慢,基本上没有与前沿领域结合紧密的大型开放性实验, 大部分实验都是传统经典的验证性实验,如水中 COD 的测定,碘量法测定水中溶解氧等, 这些实验能使学生掌握基本的环境化学实验操作原理与方法,但在这些实验课程的教学 中,大部分是以教师为主体,从实验目的—实验原理—实验内容等逐一的讲解清楚,学 生只是被动的完成实验步骤并撰写实验报告就算是完成整个实验,这对学生的动手能力 有一定的提高,但是不能提升学生的思考-分析-解决实验的能力。其次,在实验内容的 设计上与普通分析化学实验较为类似,这对学生认识和理解环境化学的概念,元素、化 合物等物质在环境各圈层的迁移转化与循环等等不能形成一个直观、全面的印象,可能 会导致实验教学目的的偏差[1]。再次,由于高校教学科研评价体制因素的影响,一些科 研型教师参与实验教学任务的积极性不高,实验课程内容中的研究型、开放型和创新型 课程几乎为零,教学过程中存在的理论重、实践轻,实验教学低人一等的意识依然存在, 科研型教师没有动力和兴趣参与、改进和创新实验教学内容、方式方法,导致高校的科 研成果在本科实验室教学中难以转化成普遍性的实验教学资源,这对学生获取和学习教 师的科研思维方法是十分不利的影响。针对在环境化学实验教学中存在的不足与缺陷, 笔者结合自己在实验教学中的方式方法探讨在环境化学实验课程中如何进行改革和创新 的几点策略和体会。 3 环境化学实验课程的改革和创新 3.1 实验课程内容体系的优化调整首先,把实验课程科学系统的分门类别的引导,由 浅至深、由单一到复杂、由基础到综合、由独立到团队综合开展。要能够做到从基础性 实验—验证性实验—独立掌握实验操作—自身思考、设计并展开实验的逐步深入过程, 在这其中充分挖掘学生的学习潜力,使得学生学习的主动性和积极性充分提升,让学生 对综合型、开放设计型、研究型实验的态度向积极性转变。其次,在实验内容的设计上, 尽可能的与当前时下的热点进行对接,紧跟学科发展前沿与方向,将环境污染物的分析 监测、化学过程、环境化学行为以及环境修复紧密的联系起来,与环境化学理论课程有 机地结合,形成融合专业理论知识与实验现象为一体的教学体系[2]。例如,依据大气、 水、土壤污染防治行动计划,有意识的编排一些与大气、水体、土壤相关的实验课程, 如以重金属在水-气-土中的生物地球化学循环为例,可以让学生设计相应的实验方案来 研究重金属种类、形态等等在环境各圈层的迁移转化与归趋效应。再次,邀请一些具有

较强科研能力的老师作为环境化学大型开放实验的指导教师,依据教师的科研项目如国 家自然科学基金、省部级科研项目等提出较小的实验课题,让学生通过文献查阅—给出 初步实验方案—指导教师的修改和完善等步骤进一步掌握该课题的实验原理,进而确定 优化实验方案,给出实验操作步骤与所需设备仪器试剂清单,并准备所需仪器、设备、 玻璃器皿、试剂。3.2 灵活安排实验教学方法与教学模式实验课知识内容如实验原理、 仪器的使用和实验操作规程等的复杂性和繁琐性使得传统的板书式教学和填鸭式教学方 式十分无趣,对学生学习和操作实验的积极性不能充分调动,因此教师可花费一点时间 将实验流程和实验步骤做成图片、动画等多媒体课件和教学录像或趣味视频,尤其是关 键的实验环节和实验步骤,如此可以增强实验课的趣味性[3]。例如在讲授碘量法测定溶 解氧含量的实验时,利用多媒体课件将实验原理进行形象讲解,并用 flash 动画缓慢逼 真的展示滴定终点时由淡黄色-蓝色-无色的颜色变化过程,不仅能使学生快速的掌握实 验操作要领,同时也会使学生对实验原理及过程的理解加深,使学生操作实验的积极性 提高。另外,应采用多样化的考核方式全面地对学生的实验成绩进行考核,不能仅仅通 过审阅实验报告和实验数据后给出实验成绩,还应结合考勤情况,实验态度和回答问题 等进行综合评价。实验成绩的考核要体现公正公平性,要能够全面综合的反映学生的实 验操作技能和思考-分析-解决实验问题的能力,同时应该对具有突出的实验表现和出众 的创新实践能力的学生给予一定分数的奖励,并计入期末考试总成绩中。3.3 开放实验 室资源,拓宽学生的实验时间与空间在时间和空间上灵活安排环境化学开放型实验,不 拘泥于课堂教学与集中式实验教学,给予学生充分的时间和空间,让他们以自己的课程 安排和课外时间为基础,与实验室预约确定具体的实验开放时间,这样使学生有更多的 时间和空间去独立思考,独立阅读文献,独立完成实验方案,不断的摸索实验并优化发 现实验过程中的各种问题。为了更好使学生参与并完成实验操作过程,对学生自愿组成 的实验小组团队,确定每组学生一般在 4~6 人,如此的小组团队合作和协同分配能力最 高,允许各小组之间进行交流和资源共享,但必须保证每一小组的实验任务都是本小组 成员完成的,这样有利于提高团队操作实验的能力,也保证了每一小组实验成员能充分 理解和掌握该实验的原理、方法和操作规程步骤[3,4]。对一个相对完整的实验项目,有 时需要在不同的实验室协调完成,这需要各位实验指导教师之间相互协调和配合,最大 限度调动各研究室人员积极性,充分发挥实验室仪器尤其是一些大型仪器的使用效率。 实验过程中指导教师的研究生也可参与指导实验项目,一方面能提高研究生的协调和动 手能力,另一方面学生与学生之间的交流空间可能比教师与学生之间的交流更加快捷、 更加灵活,可以更加迅速的解决实验过程中可能出现的一些问题。同时鼓励学生以理论

课程和学科前沿研究为基础,以教师的科研项目为依托,充分查阅相关环境化学类的专 业期刊和文献,积极主动参加校级、省级和国家级的大学生科技能力竞赛如“大学生挑 战杯”,大学生创新创业竞赛,大学生节能减排大赛等,充分开放实验室的各种资源, 让学生在课后之余自行设计一些感兴趣的研究项目[5]。 同时实验室将定期向学生开放大 型仪器的使用,让学生充分了解并掌握大型仪器的原理、使用操作规程,这样使学生在 科研实践中锻炼了自己的创新能力,对培养学生独立思考能力和发散创新思维具有重要 的作用。 4 结语 环境化学的实验教学是一个系统的复杂的过程,经过近几年的探索与实践,我校环 境化学实验体系的已经初步建成,已初步形成在理论中进行实验教学,以实验课程完善 消化理论课程。一方面注重验证性实验的实验操作规程的建立,提高学生的基本实验能 力,另一方面通过师生的科研项目,设置一定比例的综合性、开放性的实验,鼓励探究 性学习,提高学生的学习兴趣、动手操作能力和独立分析科学问题的能力,有助于学生及 时了解环境化学研究领域动态及前沿知识,对研究环境化学问题, 这些为学生走上工作岗 位或继续深造提供了良好的机会。


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