基于地理學(xué)學(xué)科特點的實驗室開放教學(xué)模式

遼寧省大連市遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院（116029） 張 華 隋 遂 何 紅

遼寧省大連市遼寧師范大學(xué)外國語學(xué)院（116029） 伏 捷

高等學(xué)校實驗室兼有培養(yǎng)人才、科學(xué)研究和測試服務(wù)三大基本職能[1]。高校實驗室實行向本科生開放的制度，不僅是高等教育實踐教學(xué)的重要創(chuàng)新舉措，同時為培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識、強化學(xué)生的實踐操作能力、激發(fā)學(xué)生的團隊協(xié)作精神搭建了良好的實踐教學(xué)平臺，對全面提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和社會競爭力具有重要的作用。現(xiàn)代地理學(xué)強調(diào)地表過程與演變的研究，關(guān)注地球表面各個空間地理要素之間的相互聯(lián)系及各種現(xiàn)象[2]，具有綜合性、區(qū)域性、動態(tài)性、多樣性等特點，反映在研究方法上，往往是野外考察與室內(nèi)實驗、數(shù)量模擬相結(jié)合，若在實驗教學(xué)中僅僅設(shè)置一些數(shù)量有限的驗證性課程實驗，如土壤有機質(zhì)、土壤pH值測試等，很難使學(xué)生建立起空間各地理要素之間相互聯(lián)系的專業(yè)理念。由此，針對地理學(xué)實踐性、綜合性很強的學(xué)科特點，進行高校地理學(xué)專業(yè)實驗室向本科生開放教學(xué)體系的實踐與研究非常必要。本研究基于遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室開放教學(xué)的實踐與體會，從開放實驗室團隊的組建、實驗室開放內(nèi)容的設(shè)置、開放形式的選取、開放效果的評價等方面探討地理學(xué)專業(yè)實驗室向本科生開放的教學(xué)模式。

一、開放實驗室團隊的組建

地理學(xué)強調(diào)要素與要素、現(xiàn)象與現(xiàn)象、區(qū)域與區(qū)域、單元與單元、人與地、自然與人文、無機與有機等現(xiàn)象的相互關(guān)系[2]，由此體現(xiàn)出地理學(xué)研究內(nèi)容的綜合性和研究方法的多樣性，往往涉及到野外考察等環(huán)節(jié)，僅憑個別老師和學(xué)生的單打獨斗很難完成其研究內(nèi)容。由此，地理學(xué)專業(yè)實驗室向本科生開放首先必須建立起開放實驗室團隊。開放實驗室團隊由專業(yè)指導(dǎo)教師、實驗指導(dǎo)教師和參與的本科生組建而成。專業(yè)指導(dǎo)教師由地理學(xué)知識基礎(chǔ)較為寬厚、自身專業(yè)素養(yǎng)和科研素養(yǎng)較高、承擔(dān)過或正在承擔(dān)相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域科研課題的研究型教授或副教授擔(dān)任，并作為開放實驗室團隊的帶頭人，以充分發(fā)揮教師的科研工作對本科人才培養(yǎng)的輻射作用，有效地將教師的科研創(chuàng)新思想引入到實驗室開放教學(xué)當(dāng)中，促使實現(xiàn)地理實驗教學(xué)模式從驗證型向研究型的轉(zhuǎn)變；實驗指導(dǎo)教師由具有地理學(xué)基礎(chǔ)知識、自身實驗技能較高的專職實驗師或高級實驗師擔(dān)任；開放實驗室團隊成員一般由已初步掌握地理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的二、三年級本科生構(gòu)成，以利于培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的地理學(xué)專業(yè)理論知識與現(xiàn)實地學(xué)問題結(jié)合起來的能力，盡早建立起課題研究的概念和思路。

二、實驗室開放內(nèi)容的設(shè)置

地理學(xué)專業(yè)實驗室開放內(nèi)容以綜合性實驗和設(shè)計性實驗為主，具體內(nèi)容依托科研課題來設(shè)置。開放實驗室團隊在指導(dǎo)教師的啟發(fā)、引導(dǎo)下，可視地理學(xué)專業(yè)不同年級本科生所掌握的專業(yè)理論知識背景，基于目前地學(xué)界關(guān)注的熱點問題和區(qū)域自然、人文地理環(huán)境特征，設(shè)計一些本科生能夠完成的地學(xué)科研小課題，然后根據(jù)科研課題中研究內(nèi)容的需求，巧妙地將實驗室開放內(nèi)容設(shè)置其中，以利于使學(xué)生進一步明確實驗內(nèi)容的“來龍”及實驗結(jié)果的“去脈”，深刻體會實驗環(huán)節(jié)的規(guī)范操作、實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度在課題研究當(dāng)中的重要作用，并在實驗室開放教學(xué)實踐過程中建立起綜合性、區(qū)域性、動態(tài)性和多樣性的地理專業(yè)理念。本文引用遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室開放內(nèi)容的設(shè)置案例作具體說明。

1. 教學(xué)案例一

自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室開放實驗室團隊根據(jù)二年級本科生已修完《氣候與氣象學(xué)》《植物地理學(xué)》等課程的知識背景，基于校園內(nèi)植物的季相變化特征，設(shè)計小課題“遼師校園植物物候期與氣溫關(guān)系研究”。該課題以學(xué)生非常熟悉的校園多種觀賞價值較高的喬、灌木植物為研究對象，以氣溫變化作為影響植物物候期的主要地理環(huán)境因子，采用圖1所示的研究思路及技術(shù)路線，在觀測研究氣溫與植物物候期之間關(guān)系的過程中，巧妙地將植物物候期觀測實驗和每日氣溫觀測實驗內(nèi)容設(shè)置于其中。

圖1 教學(xué)案例一研究思路及技術(shù)路線

2. 教學(xué)案例二

自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室開放實驗室團隊（以三年級本科生為主）緊緊圍繞著國際地學(xué)研究的前沿領(lǐng)域——土地利用/土地覆被變化（Land Use and Land Cover Change, LUCC）問題，設(shè)計小課題“大黑山土地利用方式對土壤特性的影響研究”。該課題選擇大連市典型丘陵區(qū)——大黑山為研究區(qū)域，以該區(qū)域典型土地利用類型——林地、菜地和果園為研究對象，采用圖2所示的研究思路及技術(shù)路線，在研究丘陵區(qū)不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)變化規(guī)律的過程中，巧妙地將土壤物理、化學(xué)特性測試等內(nèi)容設(shè)置于其中。

圖2 教學(xué)案例二研究思路及技術(shù)路線

3. 教學(xué)案例三

自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點實驗室開放實驗室團隊（以三年級本科生為主）基于《土壤地理學(xué)》課程中的土壤發(fā)生學(xué)理論“土壤形成因素學(xué)說”理論，結(jié)合遼東半島不同地形條件下棕壤剖面發(fā)育特性的不同，設(shè)計小課題“遼東半島地形條件對棕壤剖面特性的影響研究”。該課題選擇遼東半島丘陵區(qū)、山前沖積平原區(qū)為研究區(qū)域，以不同區(qū)域的典型棕壤剖面為研究對象，采用圖3所示的研究思路及技術(shù)路線，在探討遼東半島地形條件對棕壤剖面特性的影響過程中，巧妙地將土壤剖面觀察、土壤理化特性測試等內(nèi)容設(shè)置于其中。

圖3 教學(xué)案例三研究思路及技術(shù)路線

三、實驗室開放形式的選取

1. 實驗室開放時間的安排

地理學(xué)專業(yè)實驗室開放時間的安排以不影響正常的教學(xué)計劃為宜，實驗時間的長短及實驗次數(shù)的多少不受計劃學(xué)時的限制，根據(jù)實驗室開放內(nèi)容需要而定。一般由開放實驗室團隊和實驗室管理人員具體商定，選擇在課外時間和節(jié)假日安排實驗，具體可采取全天候開放、定時開放或預(yù)約開放多種形式，并制定相應(yīng)的管理制度。

2. 實驗室開放的組織與實施

地理學(xué)專業(yè)實驗室開放的組織與實施緊扣科研課題的研究環(huán)節(jié)有序展開，以每一個科研課題為單元組建由6～8名本科生組成的科研課題組，并選擇責(zé)任心強、親和力較高的本科生作為課題組組長，全程負(fù)責(zé)各項事宜的協(xié)調(diào)。在高校實驗室開放專項經(jīng)費的支持下，各科研課題組秉承野外考察與室內(nèi)實驗、數(shù)量模擬相結(jié)合的地學(xué)研究方法，由指導(dǎo)教師全程指導(dǎo)，在查閱、分析相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過①科研課題設(shè)計；②研究思路及技術(shù)路線制定；③野外調(diào)查取樣和資料收集；④實驗室內(nèi)測試分析；⑤實驗數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計和分析；⑥實驗性研究論文撰寫等6個階段，完成整個實驗室開放教學(xué)內(nèi)容。

3. 實驗室開放成果

通過實驗室開放教學(xué)環(huán)節(jié)的歷練，每位本科生在初步掌握地學(xué)研究的基本方法、具備一定的科研創(chuàng)新能力和良好的團隊協(xié)作能力的基礎(chǔ)之上，每一科研課題組的本科生還需在實驗室開放成果共享的前提下，圍繞著本組的研究課題自主命題，撰寫提交一篇實驗性研究論文。本科生在撰寫論文前應(yīng)先接受指導(dǎo)教師的系統(tǒng)培訓(xùn)，待初步掌握科技論文的撰寫格式之后，根據(jù)本組研究課題的科學(xué)問題、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究區(qū)域、研究方法、實驗數(shù)據(jù)等撰寫論文。論文寫作的重點應(yīng)放在“研究”上，論文主要體現(xiàn)可靠的理論依據(jù)、合理的實驗設(shè)計方案，適用的測試手段、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理以及科學(xué)嚴(yán)密的分析與論證等。

四、實驗室開放效果的評價內(nèi)容

1. 團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)

地理學(xué)專業(yè)實驗室通過組建開放實驗室團隊和科研課題組的教學(xué)模式，使得學(xué)生有機會在野外調(diào)查期間或校內(nèi)實驗期間長期協(xié)作。為了攻克同一個難題共商對策，有意識地培養(yǎng)和提高本科生互相交流的科研團隊意識、互幫互助的團隊協(xié)作能力和勇于承擔(dān)重任的責(zé)任心。

2. 科學(xué)研究素養(yǎng)的提高

地理學(xué)專業(yè)實驗室基于地理學(xué)專業(yè)特點，采用“實驗室開放團隊組建、實驗室開放內(nèi)容設(shè)置于地學(xué)研究課題當(dāng)中”等教學(xué)模式，不僅使學(xué)生在親歷一項地學(xué)研究課題從立項到結(jié)題的各個研究環(huán)節(jié)中，搞清楚實驗內(nèi)容的“來龍”及實驗結(jié)果的“去脈”，同時使學(xué)生領(lǐng)會到實驗環(huán)節(jié)對科學(xué)研究嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性的影響程度，感受到一項科研成果背后團隊精神的支撐，并體驗到艱辛實驗之后“成果問世”的快樂。

3. 求知欲及創(chuàng)造力的激發(fā)

地理學(xué)專業(yè)實驗室將實驗室開放內(nèi)容設(shè)置于地學(xué)研究課題當(dāng)中的教學(xué)模式，不僅使學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐漸形成善于質(zhì)疑、樂于探究、勤于實踐、勇于求知的積極態(tài)度，不斷提高學(xué)生透過地學(xué)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，而且使學(xué)生通過野外觀測得來的感性知識和實驗室得出的量化知識，親自驗證課堂中學(xué)過的理論知識，由此激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的濃厚興趣和強烈的求知欲及創(chuàng)造力，更堅定考研繼續(xù)深造的決心。

4. 主動學(xué)習(xí)能力的提升

地理學(xué)專業(yè)實驗室以研究課題的形式向本科生開放，又以研究論文的形式進行最終的成績考核評定，要求每一位學(xué)生帶著問題來學(xué)習(xí)、思考、分析、總結(jié)，無形中促使他們自覺去網(wǎng)絡(luò)上或書籍里搜尋大量相關(guān)專業(yè)知識，可大大提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。通過開放實驗室學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅通曉了科研文獻(xiàn)的查詢途徑、土壤生態(tài)系統(tǒng)和植物群落的基本研究方法，也掌握了研究性論文的撰寫方法，有助于學(xué)生提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和畢業(yè)論文撰寫質(zhì)量。

五、結(jié)語

高校實驗室開放教學(xué)不是一般意義上的驗證性課程實驗，它具有自主性、探索性和實踐性等特征，能使本科生自覺借助于科學(xué)思維和科學(xué)方法主動去獲取知識，運用知識創(chuàng)造性地解決問題，能使學(xué)生得到系統(tǒng)的動手能力和綜合創(chuàng)新能力的鍛煉。地理學(xué)專業(yè)實驗室面向本科生開放是實現(xiàn)地理實驗教學(xué)模式從驗證型向研究型轉(zhuǎn)變、培養(yǎng)創(chuàng)新型地理學(xué)人才的重要平臺，對于構(gòu)建學(xué)生“綜合性、區(qū)域性、動態(tài)性和多樣性”的地理學(xué)專業(yè)理念和系統(tǒng)性的地學(xué)知識體系，培養(yǎng)學(xué)生“獻(xiàn)身、創(chuàng)新、求實、協(xié)作”的科研精神和精益求精的科研風(fēng)范大有裨益。

[1] 王興邦. 實驗室開放的內(nèi)涵與機制研究[J]. 實驗室研究與探索, 2009, 28(5): 11-13.

[2] 李容全, 邱維理. 地理學(xué)的特點[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2006, 22(6): 79-82.