《教育部普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中,明確要求各高校將“實驗室開放時間長,開放範圍及覆蓋面廣,效果好”作爲建設目標。開放式實驗教學模式,就是要把實驗資源向學生開放,讓學生成爲實驗的主體。與傳統實驗教學模式相比,開放式實驗教學模式在培養學生的科學思維、創新意識和提高學生的綜合能力方面具有無法替代的優越性。結合實驗教學呈現出的基礎性與創新性相結合、個性化與社會化相結合的新趨勢,以及國內各高校開放式實驗教學改革與實踐經驗,我們從“環境化學”的配套實驗入手,以建立開放的實驗教學體系爲目標,開展了一系列實驗教學改革,初步建立了新的開放式的環境化學實驗教學體系,並取得了可喜的成績。
1開放實驗有利於學生創新能力的培養
無論是從教育規律出發,還是從人的認知行爲來看,技能是可以由教師傳授的,而創造性是無法教出來的,必須經由學生的自主行爲進行創造性活動。創造一個寬鬆便利、能充分調動學習積極性、充分發揮個人潛能的開放實驗環境,對於加強學生的創新實踐能力培養有着十分積極的作用,而開放實驗就是一個行之有效的途徑。
多年以來,在我國高等教育體系下培養的學生,一方面在理論知識的掌握上居世界各國學生的前列,另一方面學生的實踐動手能力、綜合分析能力普遍較差。綜合分析造成這種情況的一個重要原因就是,在我國教學體制中,訓練學生實際操作能力的傳統實驗教學環節存在不少問題。首先,學生做實驗的主動性不夠。從實驗方法、內容、步驟到思考題,基本上都是由教師事先決定的,學生沒有太多的選擇和發揮機會,不能調動學生學習的主動性和積極性,更無法激發學生的創造性。其次,實驗內容存在“三多三少”的弊病:依附於理論教學的驗證性實驗多,有利於培養創造性思維的研究性、設計性實驗少;孤立的單元性操作實驗多,綜合性實驗少;經典性實驗多,反映學科前沿的實驗少。實驗教學模式單一,多采用“抱着走”的教學方法。實驗講解面面俱到,教師的主導作用佔盡優勢,學生的主體地位卻無從體現。
在這種形勢下,國內衆多院校都從開放實驗(室)的必要性和必備條件進行思考,在開放方式、途徑以及相應的實驗室建設和管理等不同方面作了大量的有益探索,並形成了一個共識。
“開放實驗”應以素質教育爲出發點,發揮實驗室的多重教育功能,以培養創新型複合型人才爲目標。在此基礎上進行的開放模式的研究與實踐,主要有實驗內容的開放和實驗室的開放兩大類,其中大多采取開放實驗室形式,包括實驗時間以及實驗場所開放。採取開放形式的實驗課程類型主要集中在公共課程和基礎課程,尤其是基礎化學類實驗課程進行的時間最早也最多,也有少量專業課程開放研究的報道。環境及相關科學是一門新興的交叉學科,其研究對象和研究內容與人類自身的生存介質和生存狀況密切相關,然而,有關環境類專業的相關研究就顯得十分單薄,不能很好地實踐既定的培養目標。
2優化實驗教學內容,探索開放式實驗教學模式
20xx年,我們以培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才爲目標,從教學基礎較好的“環境化學”課程入手,在教學方法與教學模式上進行了改革與探索。
2.1構建合理的實驗課程內容體系
課程內容由課程教學目標所決定,課程內容體系的構建是課程建設的重點和難點。環境化學作爲一門新興學科,它是研究化學污染物及對人類、生態體系可能帶來影響的化學物質在自然環境中的化學變化規律的科學。從培養學生創新能力這一視角出發,我們按照基礎性原則、社會性原則統一協調構建環境化學實驗教學體系。基礎性原則指教學內容堅持基礎內容紮實,變革基礎知識的呈現方式,以活動的方式呈現認識、情感、行爲等多種發展目標的基礎知識,不以現成結論方式呈現死的知識。社會性原則指教學內容與當前國內外環境保護相結合,教學內容要反映環境化學新動態、新機遇、新挑戰等,使環境化學與當代環境保護的脈搏同跳動,以新理論、新方法、新技術來擴充多樣的前沿資訊。
傳統的實驗課程大多依附於理論課,同一學科中各門課程的實驗教學內容各自獨立,缺乏系統性,且經常發生實驗教學內容和方法相似或相同的低水平同層次重複現象,這樣不利於交叉學科、前沿學科內容的引入,更不利於學生分析和解決問題的綜合能力的提高等。鑑於此,我們首先將實驗內容從課程教學內容中剝離出來,把實驗內容加以彙總,淘汰與當前應用脫節的陳舊老化的實驗內容,更新和引入學科發展趨勢需要的實驗內容;其次,把實驗教學內容由簡單到複雜、由淺到深、由分散到系統地加以科學的重組,明確環境化學實驗教學內容的層次性,將實驗教學內容大概分爲基礎性、綜合系統性、設計研究性3個基本層次。
基礎性實驗主要是對學生進行儀器設備的識別和操作,以及基本分析測試方法等基本技能的訓練;綜合系統性實驗把知識點緊密相關的實驗內容連貫起來,體現出內容的系統性,透過這類實驗培養學生多維的、動態的、連貫的和有機組合的`系列化操作技能,使學生綜合地接受知識,提高實際運用的能力;設計研究性實驗是授之於“漁”的實驗教學新模式,與學生的個性化教育相結合,充分發揮學生的特長,以培養學生獨立思考、綜合運用知識能力和設計創新能力爲目的,我們針對性地設計了“重金屬在土壤-植物體系中的遷移轉化”、“有機農藥在環境中的降解行爲研究”、“土壤中重金屬的微生物生態效應研究”等題目,供學生選擇。
2.2創造一個開放的探究平臺
在實驗教學體系革新優化的前提下,我們還着重進行開放式實驗教學模式的探索與實踐,開放實驗資源,讓學生成爲教學的主體,打破實驗室的侷限,讓實驗活動走進現實環境,深入實際,切實體會環境問題與人類生活的息息相關,培養具有社會使命感的專門人才。
首先,對於綜合系統性實驗和設計研究性實驗,改變按照教師事先擬定的步驟,一步一步去模仿的做法。教師僅提出選題和要求,允許學生自由組合形成一個實驗合作羣體,學生根據所學的理論和方法,自己去想、去做、去發現問題、去解決問題。這樣,使學生能自主選擇,充分發揮想象力和創造力,學生能夠親身體驗知識的力量、思維的奧祕和創造的神奇,從而逐步培養創新能力。此外,我們還改變原有的在固定時間裏完成單一化實驗的教學模式,實行實驗室開放,拓寬實驗時間與空間。具體就是,不集中做實驗,只要求學生在一個規定時間跨度內必須完成某一實驗項目,學生可以根據自己的實際情況與實驗室預約,安排具體的實驗時間,給學生提供更多的獨立思維空間和不斷操作的摸索過程。
環境科學專門人才培養的目標,不僅應該着眼於寬厚的知識基礎,更應該強調學生社會使命感的培養。在實驗模式改革中,我們深深感到,有必要打破實驗室的侷限性,深入實際環境現場,讓學生深刻地體會到自己作爲未來的環境工作者所肩負的社會和歷史使命,因此,我們結合突出的環境問題來設計實驗項目,同時把多個知識點有機地結合起來。例如,在“水體富營養化評價”實驗中,我們改變以往由教師事先配製實驗用水體樣本的做法,將學生帶到真實的環境中,把題目佈置給學生,學生結合所學的知識和技能,制定出嚴密可行的實驗方案,現場採集水樣,再帶回實驗室進行分析。與以往的做法相比,不僅鞏固複習了環境監測實驗中有關水樣採集的原則與方法,對我們生活其中的具體環境進行了評價,還能在更深的層次上理解水體富營養化的成因及防治對策。
在“城市交通幹道大氣氮氧化物日變化研究”實驗中,學生們帶着儀器設備走上城市交通幹道,不僅採集到一手的現場實驗數據,而且對汽車尾氣對城市大氣環境的影響有了真切的感受。現場採集吸引了很多市民的眼球,面對着人們的好奇和提問,學生們也作了一回環保宣傳員。
3結束語
經過幾年的探索與實踐,環境化學實驗課程建設的實效已經凸顯,學生的學習興趣明顯提高,對於理解環境化學領域研究動態及前沿、掌握研究環境化學問題的基本方法和手段、提高實驗數據的科學分析能力以及實驗技能產生了顯著的促進作用。在所有參與教師的共同努力下,我院的環境化學課程(含實驗)獲20xx年度國家級精品課程建設項目。在構建環境化學實驗教學體系以及進行教學模式創新所進行的摸索及實踐過程中,在取得可喜成績的同時,我們對所出現的問題也保持着清醒的認識,並進行了認真的考慮。
在新的開放式教學體系中,實驗室開放相關的管理以及儀器設備的管理必須要跟上,需要制定並執行好一系列規章制度,以確保實驗室開放教學的順利開展;實驗教師的教學和管理工作量大大增加,在覈定工作量、加班補助、人員編制等方面,學校、院系等各級教學管理部門應予認可;實驗室開放大大提高實驗儀器設備使用率的同時,儀器設備損壞率、元器件和各種材料消耗率也相應增加,隨之而來的是實驗經費的增加,應設立實驗室開放的專項基金,以保證實驗室開放能長久高質量堅持下去;實驗的主體是學生,一些實驗題目由學生自己選擇,學生之間的可比性降低,評分的難度加大,必須不斷完善對學生學習能力的評價機制,建立起多元化的實驗教學評價與體系。
本文是根據我們在環境化學實驗教學過程中的經歷進行的一個小結,也是浙江大學實驗室建設與管理資助課題“環境類本科實驗教學開放模式研究”的一部分內容,期望爲相同背景條件下課程的教學提供借鑑,同時更期望得到同行的指點與幫助。