環境化學實驗教學的再設計

摘 要：本文介紹了近年來武漢大學環境科學專業《環境化學實驗》課程教學體系的運行情況，針對實驗教學中存在的問題，重新探討了環境化學實驗教學改革的思想、新教學體系的建立以及開設設計性自選實驗的方法。

關鍵詞：環境化學實驗課 實驗教學 課程建設 設計

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）04（b）-0124-02

《環境化學實驗》作為環境科學專業的一門核心課程，20多年來，我們始終堅持以全面提高學生的綜合素質為中心，以培養環境科學專業創新人才為目標，圍繞課程體系健設、教學方法改革、實驗教材優化、實驗室建設等方面開展了大量的工作，逐步形成了具有特色的實驗教學體系。2009年《環境化學》獲批國家級精品課程；同年，“環境科學與工程實驗教學中心”成為湖北省級實驗教學示范中心，形成了一個培養復合型、創新型人才的綜合平臺。盡管如此，上一輪的教學體系改革也已經過去了10年，一些新的問題表現出來，我們也做了新的思考和再設計。

1 運行情況

按照原定的課程體系，整個實驗內容包括基礎性、綜合性和選擇性設計實驗三個層次，涉及環境化學實驗技能的基本訓練；一些典型污染物的分析測定；污染物的環境行為及污染物治理四個方面。

教師在實驗過程中聯系理論教學介紹實驗的研究意義和原理、實驗方法，進而引導學生思考所采取的方法可以用于那類問題的研究，舉一反三，啟發他們的思維；及時將學科的前沿技術介紹給學生，不斷更新講授內容，開闊他們的視野；遇到容易混淆的問題在實驗課課堂上進行啟發性提問和交互式回答，梳理出問題之間內在的聯系與區別，加深他們對問題本質的認識；對于新實驗儀器和特殊的操作技巧進行示范并要求學生結合儀器分析、環境監測等實驗中的實驗技術靈活應用，訓練他們的動手能力；對實驗數據要求采用科學數據處理軟件Microcal Origin進行處理，規范實驗數據的表述；每一實驗都設計了具有一定靈活性的思考題，要求學生在提交實驗報告時予以回答，一方面促使學生鞏固所學內容、總結存在的問題，另一方面有利于教師了解學生對知識的掌握程度。

選擇設計實驗是最能體現本課程特色的一個方面。在教學方法上我們融開放式、討論式、研究式于一體；在內容選取上將主講教師團隊原創性的研究成果轉化為實驗項目，從某種意義上代表了本學科領域或研究方向的新思想、新方法和新技術，不僅內容新穎，針對性和實用性都很強；在實驗形式上，由老師提供若干選題，提出基本要求，學生查閱資料，自主設計實驗方案；在教學組織上將學生分成若干個小組，成員間的分工與合作，聯手設計，培養了學生的團隊意識。

2 幾個實例

“萘的辛醇—水分配系數的測定”，要求學生掌握搖瓶法。教師除講解其意義和測定方法外，讓學生明確分配系數Kow與有機物的正辛醇溶解度So和水溶解度Sm之比的區別，該方法的適用范圍，并介紹色譜法和定量結構-活性相關分析（QSAR）等方法，鼓勵有興趣的學生用估算法與自己的實驗結果進行比較。

“水中羥基自由基的間接法測定”是一個設計實驗項目，學生已經從在前面的實驗“活性染料在水溶液中的光化學降解”利用羥基自由基完成了對橙黃Ⅱ的降解，具備了一定的基礎知識，學生對這一選題很有興趣。為了使設計實驗既能給學生提供了較寬闊的思考空間和選擇余地，發揮各自的創造力又能夠實實在在地完成實驗，我們要求學生以實驗室現有的實驗條件和儀器設備為基礎，在設計性實驗中強調務實，提倡采用可靠、經濟、簡單、安全的實驗方法和手段。在這樣的前提下，學生分小組查閱文獻，經討論、綜合后提出初步的設計方案（包括方法原理、儀器及實驗耗材、實驗步驟等），然后由老師進行點評，提出存在的問題與不足，學生進行修改、補充，完成二次設計，使設計基本合理后，進入方案的實施階段。在實驗過程中教師及時和學生交流，對出現的差錯允許重復，完成實驗后要求按照論文形式提交實驗報告。對學生的評價不是以實驗結果為主，而是將重點放在設計思路、分析問題解決問題的能力以及對實驗結果的分析討論上。從完成情況看，既有采用苯為捕獲劑，液相色譜檢測苯酚的；也有選擇異丙醇酮為捕獲劑，氣相色譜檢測丙酮的，殊途同歸。通過對不同方法進行比較，使學生對相關的知識有了更生深入的理解，收獲頗豐。

3 幾點經驗

（1）重視基礎的同時拓寬知識面。在實驗教學中，較多的采取了探索性實驗的模式，在選擇設計實驗環節中調動了學生的積極性和求知欲，把他們對于本課程的有關思考融入了實驗設計當中，有益于培養創新人才。

（2）學科前沿和教師的研究方向有機結合，重點突出。課程的教學同時體現了發展性，不斷更新教學內容，做到與時俱進。

（3）實驗室對學生全面開放，必做實驗和選做實驗相結合；支持學生獨立設計實驗方案；鼓勵學生用同樣方法解決不同問題和用不同方法解決同一問題；學生實驗能力和綜合素質得到明顯提高。

（4）緊密結合環境化學研究方向，指導學生參與各類科研項目，拓展學生的知識結構，開闊科學視野，促進學生自主學習和創新能力的培養。

4 存在的主要問題

（1）內容設置不夠全面，缺乏用高級手段表征污染物環境歸宿的實驗，比如，質譜方法的應用；實驗熱點科學問題相關的實驗需要加強例如POPS與納米技術等；缺乏大氣環境化學實驗。

（2）寬度與深度關系的把握有待完善，部分內容深度不夠，例如光源的輻射光譜實驗、土壤離子交換實驗；有關環境化學理論計算原理與方法方面的內容還比較薄弱；個別設計實驗難度偏大，很難在現有學時下完成。

（3）設計實驗的教學組織有待加強，部分學生的設計方案忽視實驗室的現有條件和技術水平，很不現實，這方面需要教師積極引導；個別學生主動性不夠，有依賴思想，應采取有效的考評制度，促使每個學生都能得到全面的鍛煉。

5 再設計及思考

在全面評估現有的教學體系后，我們對實驗體系進行了再設計，如表1。

環境化學實驗的教學是一個復雜的系統和過程。在實驗教學中既要體現“動手”特點，又要體現理論與實踐結合之后更高層次上的科學素質的提高。在實驗課程體系建設上以重視基礎、強調綜合、提倡創新的目的，在實踐中不斷尋求新的突破，以求保持實驗課程的內容和實現手段的先進性，用豐富的教學內容，和不斷創新教學方法，鼓勵探究性學習，為學生開啟了一扇探索之門，使學生的綜合素質得到全面提高。

參考文獻

[1] 吳峰，張琳，肖玫，等.環境化學實驗教學綜合改革及其實踐[J].實驗室研究與探索（統計），2003，22（5）：172-175.