科研·教學(xué)·應(yīng)用一體化環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

趙 寬，劉海軍，李法松，周葆華

（安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安慶安徽246133）

我校環(huán)境科學(xué)專業(yè)的招生始于1999年，環(huán)境工程專業(yè)招生始于2009年，2006年環(huán)境科學(xué)專業(yè)獲批國(guó)家特色專業(yè)，2014年獲批環(huán)境化學(xué)二級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)，2017年環(huán)境科學(xué)專業(yè)進(jìn)入一本招生。歷經(jīng)數(shù)十年的建設(shè)與發(fā)展，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科基本體系已經(jīng)形成。環(huán)境化學(xué)是環(huán)境科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科的核心課程，需要學(xué)生在掌握無機(jī)及分析化學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、普通生物學(xué)的知識(shí)之后，于大二下學(xué)期開設(shè)。環(huán)境化學(xué)理論課程具有固定的教學(xué)師資；作為與之配套的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)課程體系相對(duì)固定，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也逐步優(yōu)化，逐漸探索出適應(yīng)地方師范本科院校的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展道路。然而在專業(yè)發(fā)展過程中也存在著一些問題和弊端亟需解決。第一，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容陳舊化。環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)總體開設(shè)的數(shù)目較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容跟不上環(huán)境科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，基本都是經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如水和廢水中CODCr、BOD5的測(cè)定，有機(jī)物的辛醇-水的分配系數(shù)測(cè)定等等，這些實(shí)驗(yàn)不利于學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。第二，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的單一化。實(shí)驗(yàn)課程具有固定的套路和模式，使用傳統(tǒng)的板書教學(xué)和口頭教學(xué)，一開始就注定實(shí)驗(yàn)課程的枯燥無味，難以提高學(xué)生動(dòng)手操作的積極性，只是被動(dòng)的完成實(shí)驗(yàn)[2-3]，另外實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)較少。第三，實(shí)驗(yàn)考評(píng)方式的模塊化。在多數(shù)實(shí)驗(yàn)考核方式中，都使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告+實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)+實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)來綜合審定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，這一做法不能很好地反映學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的整體能力[4]。第四，實(shí)驗(yàn)室大型儀器的空置化。大型儀器的開放程度一直不高，甚至在部分高校還出現(xiàn)大型儀器從未使用過的狀況，極大地浪費(fèi)了教學(xué)資源[5]。即使學(xué)生使用了某種大型儀器，實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)也很少，這不利于學(xué)生畢業(yè)后從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理等主體的環(huán)境科學(xué)方面的工作。

針對(duì)以上不足與弊端，嘗試以教師、學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)課程的雙主角，以教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)為主體基礎(chǔ)，以教師的科研項(xiàng)目帶動(dòng)學(xué)生參與為依托，以科研項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，開展基于科研—教學(xué)—應(yīng)用三位一體的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

在我校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)科體系中，有主持過與環(huán)境化學(xué)相關(guān)的國(guó)家級(jí)和省部級(jí)課題，并且其實(shí)驗(yàn)室具有完成該項(xiàng)目所必需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和大型儀器，可以以此為基石，邀請(qǐng)這些教師作為環(huán)境化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)老師，構(gòu)建一些開放性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容[6]。在學(xué)生掌握基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之后，可以讓學(xué)生走進(jìn)這些實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)指導(dǎo)老師給出的實(shí)驗(yàn)題目，通過查閱文獻(xiàn)，在指導(dǎo)教師的幫助下確定、修改并完善實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟，列出實(shí)驗(yàn)所需的儀器、設(shè)備和各種耗材清單，指導(dǎo)教師確定之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[7]。如針對(duì)“安慶沿江脆弱性湖泊濕地土壤低分子量有機(jī)酸的時(shí)空分布特征”的實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生通過基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)掌握水中無機(jī)物、有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化過程等基礎(chǔ)性知識(shí)，查閱各種文獻(xiàn)，重點(diǎn)了解土壤的采樣方法、濕地土壤原位采集的最新方法以及如何保存土壤樣品以備后續(xù)處理，時(shí)空分布的特征。采樣點(diǎn)的分布必須由指導(dǎo)教師確定；土壤低分子量有機(jī)酸的種類、影響因素和收集檢測(cè)方法，結(jié)合本教材確定土壤中有機(jī)酸的遷移轉(zhuǎn)化的影響因素[8]。解決這些問題之后重點(diǎn)讓學(xué)生學(xué)習(xí)了解有機(jī)酸的測(cè)定方法——利用高效液相色譜（HPLC）測(cè)定有機(jī)酸的原理、方法和步驟。在實(shí)驗(yàn)過程中，讓學(xué)生自由形成實(shí)驗(yàn)小組，從實(shí)驗(yàn)方案到實(shí)驗(yàn)步驟，考慮實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題，并通過預(yù)實(shí)驗(yàn)的形式為后續(xù)正式實(shí)驗(yàn)的展開進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)和解決各種問題。使學(xué)生掌握環(huán)境化學(xué)最前端的科學(xué)研究進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真從事科學(xué)研究的態(tài)度，從而加深其對(duì)水中無機(jī)物、有機(jī)物遷移轉(zhuǎn)化等知識(shí)的理解。

另外，也可以鼓勵(lì)學(xué)生以參加挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排大賽等為契機(jī)，在指導(dǎo)教師課題組與研究生等共同合作，開發(fā)環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題，進(jìn)一步提高學(xué)生的科研能力。比如根據(jù)教師的科研項(xiàng)目，結(jié)合本學(xué)科的研究方向和區(qū)域特色，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)重金屬元素As在湖泊濕地土壤—植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化及評(píng)價(jià)，安慶市區(qū)主要湖泊、公園水體中N、P含量特征及富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)，安慶沿江湖泊濕地土壤重金屬的時(shí)空分布特征等題目供學(xué)生自主選擇。這些創(chuàng)新性課題可以提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性和積極參與性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、知識(shí)創(chuàng)新和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力[6]。

總之，要提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，激發(fā)他們參與科研的興趣，按照科研·教學(xué)·應(yīng)用一體化的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)思路，以師生的教與學(xué)促進(jìn)科研的積極性；以科研項(xiàng)目反哺教學(xué)，促進(jìn)該課程的發(fā)展。在實(shí)驗(yàn)過程中，不拘泥于集中式的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，靈活安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間，注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。鼓勵(lì)學(xué)生積極申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，積極參與教師的科研項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)課題組，通過參與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，理解并掌握部分先進(jìn)大型儀器的使用方法，把書本中的理論知識(shí)切實(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深對(duì)環(huán)境化學(xué)理論知識(shí)的吸收，這對(duì)于環(huán)境科學(xué)與工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有積極的作用。