水利院校環境專業類化學實驗改革與實踐

陸光華， 王永花， 夏 俊

(河海大學 環境學院，江蘇 南京 210098)

0 引 言

河海大學是有著鮮明水利特色工科院校，環境相關專業教學、科研工作以解決環境領域中的實際工程問題為重點，具有鮮明的水環境特色。其中，環境工程專業為國家級特色專業。目前，環境工程和環境科學專業作為江蘇省“十二五”高等學校重點專業(環境科學與工程專業類)進行建設。專業類實行大類招生，即環境科學與環境工程統一招生和錄取，一、二年級共同培養，夯實專業基礎，三、四年級實行專業分流，彰顯專業特色。

化學是一門以實驗為基礎的學科，作為環境類專業主要的學科基礎課程群，化學實驗教學是培養科學素養、訓練實驗技能、提高創新能力的重要實踐教學環節[1-3]。我院以專業類建設為契機，進行了化學實驗課程體系、實驗教學內容、實驗教學方法和手段等一體化的設計與改革。

1 構建適應化學實驗教學體系

環境科學和環境工程專業傳統的化學實驗課程都是和理論課程合在一起的課內實驗，分別屬于無機化學、有機化學、分析化學和物理化學的課內實驗，學分少，內容條塊分割，以驗證性實驗為主。這種模式在一定程度上對于鞏固理論教學效果、培養嚴謹務實的科學態度、訓練學生基本實驗操作能力起到了積極作用，但是很難調動學生的學習積極性，也無法滿足學生創新能力培養的要求[4-6]。

根據水利特色的環境專業類創新人才培養目標，針對傳統基礎化學實驗在創新人才培養上的局限性，通過整合、優化、提升等一系列方法，構建了涵蓋專業基礎、學科基礎、學科交叉3個層次的階梯式實驗課程體系，見圖1。所有實驗課程單列學分，隸屬于集中實踐教學環節。在第一學年開設基礎化學實驗課程，以演示、驗證性實驗為主，旨在幫助學生深入理解基本理論、掌握基本操作、熟悉基本儀器、掌握基本實驗技能等，夯實學科基礎[7-8]。在第二學年開設環境分析化學實驗課程，以綜合性、實用性實驗為主，旨在幫助學生針對環境問題掌握必要的化學方法和手段，具備常規性環境分析的技能，初步探索運用化學的方法解決環境問題，促進化學與環境的學科交融[9]。在第三學年開課環境監測實驗課程，以設計性、研究性實驗為主，使學生在掌握專業實驗技能和必要的監測方法基礎上, 重點針對水環境領域的科學或工程問題，自主設計或參與設計實驗內容，開展研究型實驗課題，提高學生的創新思維能力[10]。通過這種層層遞進、逐步提高的培養模式，既充分發揮了化學學科對環境學科的支撐作用，也為環境專業類的創新人才培養奠定了基礎，提供了平臺和保障。

圖1 改進的化學實驗教學體系框圖

2 豐富化學實驗內涵

(1) 在化學實驗內容的選擇和設計上要有針對性。與化學化工類專業相比較，環境專業類的化學實驗課程學分比較少，因此，需要針對環境專業類創新人才的培養需求，精心篩選和設計實驗內容[11]。比如，針對后續環境專業培養需要，在基礎化學實驗部分，刪掉了傳統的熔點測定、乙酸乙酯的合成等內容，增加了微波加速溶劑提取、索氏提取、超聲萃取等內容，這些基本技能正是環境分析中常用的分離、富集環境樣品中的化學污染物的前處理方法。

(2) 實驗內容要與時俱進。比如，針對公眾普遍關注的環境熱點問題，及時微調實驗內容，體現趣味性和實用性。近期人們對稻谷中重金屬鎘超標問題格外關注，我們將環境分析化學中“人類頭發中汞的測定實驗”調整為“稻米中鎘的含量測定”，以不同產地的稻米為樣本進行分析測定，并引導學生將測定結果與國家標準和國際標準進行對比分析，極大地激發了學生的學習興趣，同時增強了實驗的實用性。

(3) 實驗內容要具備新穎性和挑戰性[12]，同時要體現水環境特色。在環境監測實驗中，結合老師的科研課題，以及大學生創新項目訓練計劃課題，將原來分散、孤立的實驗項目，如水中溶解氧的測定、氨氮的測定、總磷的測定、葉綠素的測定等整合起來，變成研究性的題目——南京市湖泊水體的富營養化研究，學生需要自主查閱相關資料，赴現場采集實際水樣，選擇水質監測指標，處理實驗數據，分析實驗結果，最后還要進行水體富營養化狀況的評價。通過這樣的訓練，激發學生的主動性，提高學生的創新思維能力。

3 更新適應社會需求的實驗方法與手段

3.1 全方位開放式實驗教學

為了充分利用實驗室的空間和資源，進一步調動學生學習的主動性，全面提升學生的綜合能力，每個層次的實驗課程都進行開放教學，讓學生根據自身的興趣和時間安排，自主選擇實驗內容、實驗時間、實驗設備和指導教師。同時，不斷加大開放實驗的力度，將開放式運行的內涵從“時間”和“空間”開放拓展到了“內容”、“考核”、“設備”和“管理”等多方面，建立由“網上預約”、“入室教育”、“實驗指導”、“實驗驗收”、“實驗考核”等環節構成的一整套開放教學質量監控保證體系[13]，既保證了實驗教學效果，又充分調動了學生的積極性和創造性。

3.2 實驗教學與科研互動

不斷加大將科研成果轉化成教學實驗的力度，以科學進步促進實驗教學發展。將水環境領域取得的新成果、新技術和新方法充實到化學實驗內容中來，充分體現實驗項目的新穎性和先進性[3]。以環境分析化學實驗為例，環境雌激素污染是目前人們關注的焦點問題。傳統的水環境中雌激素測定方法是采用固相萃取-液相色譜相結合的方法，前處理過程復雜，耗時耗力，不適合在本科生實驗中開展。本院教師在國家自然科學基金資助下，成功研發了新型微固相萃取材料，建立了實際水環境痕量雌激素快速檢測方法。這一前沿性成果被轉化成了環境監測實驗中的研究性實驗項目，通過實驗研究，培養了學生的科研素養，訓練了學生的科學思維能力，深受學生們的歡迎和好評。

3.3 打通實驗平臺，實現資源共享

環境學院原來的實驗平臺分為教學實驗室和科研實驗室，教學實驗室又分成化學實驗室、專業實驗室等等，資源分散，多頭管理，條塊分割。科研實驗室為教育部重點實驗室，擁有大量先進的成套設備，運行費用高，利用率偏低[14]。教學實驗室以小型、常規儀器為主，大型儀器設備種類少而型號相對陳舊。為了推進優質實驗資源共享，提高大型貴重儀器設備的使用效益，推進創新人才培養，目前，我院成立了環境學院實驗中心，將不同層次的實驗資源橫向打通、縱向貫通、互通共享，實現了實驗室人力和物力資源的統一管理。通過這一舉措，使本科生有機會接觸和使用到本學科領域最先進的大型儀器設備, 在學生通過訓練獲得上崗證后, 可獨立操作液相色譜儀、氣相色譜儀、傅立葉變換紅外光譜儀、綜合熱分析儀、激光粒徑分析儀、氣相色譜-質譜儀、液相色譜-質譜儀等，不僅培養了學生的大型儀器的操作能力, 也為研究型、創新性實驗項目的完成提供了保障[15]。實驗平臺的統一管理，真正實現了資源共享和教學科研的互動，同時提高了學生的競爭力，有力地促進了學生的就業和進一步深造。

4 結 語

我校環境專業類化學實驗教學改革得到了校院兩級人力、物力的大力支持，已經取得初步成效，學生的滿意度明顯提高。經過化學實驗教學新體系循序漸進、層層深入的訓練，學生的動手能力和主動學習能力明顯提高，創造能力和解決實際問題的能力也明顯增強。近幾年，我院環境專業類學生在全國大學生創新計劃項目、“挑戰杯”全國大學生創業計劃競賽、全國大學生節能減排大賽等各類競賽中獲獎100多項，本科生申請/獲得專利30多項，發表科研論文10余篇。化學實驗教學改革成果對同類高校相關專業具有良好的示范和輻射作用。

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