環境科學專業本科生自主實驗能力的培養

徐軼群 熊慧欣

摘 ?要：實驗教學是本科人才培養的重要環節，對于環境科學專業的學生來說，實驗能力尤其是自主實驗能力是一個優秀本科畢業生的基本要求，自主實驗能力的培養在學生的成才過程中發揮了重要作用。傳統的實驗教學存在實驗內容設置不合理、教學過程無創新、評價機制缺乏激勵等問題，限制了大學生自主實驗能力的培養。自主實驗能力的實驗教學要求學生始終是實驗的主體，教師是配角，實驗過程中有關資料的查閱、實驗儀器的調試和準備、實驗試劑的配制等完全由學生獨立完成，教師在此過程中主要負責答疑。通過對實驗內容、教學過程及評價機制進行改革與實施，學生自主實驗能力得到了較大提高，能獨立分析問題和解決問題，促進了實驗教學的發展，提高了學生的就業率和升學率。

關鍵詞：本科生教育 ?實驗設計 ?自主實驗能力 ?培養

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（a）-0179-03

Abstract： Experimental teaching is an important part of undergraduate talent training. For students majoring in environmental science， experimental ability， especially independent experiment ability， is a basic requirement for an excellent undergraduate graduate. The cultivation of independent experiment ability plays an important role in the process of students' success. Due to the problems of unreasonable experimental content setting， no innovation in the teaching process， and lack of incentives in the evaluation mechanism， traditional experimental teaching restricts the cultivation of college students' independent experimental ability. The experiment teaching requires that the students are always the main body of the experiment and the teacher is the supporting role. In the process of the experiment， the related materials are checked， the debugging and preparation of the experimental instruments， and the preparation of the experimental reagents are completely completed by the students independently. The teacher is mainly responsible for answering questions during this process. The ability of undergraduates to experiment independently has been greatly improved by reforming experimental content， teaching process and evaluation mechanism， and they can analyze and solve problems independently. The development of the university has increased the employment rate and the enrollment rate of students.

Key Words： Undergraduate education; Experimental design; Independent experiment ability; Cultivation

造能力，構建全方位能力結構的重要學習階段[1]。對于環境科學專業的學生來說，實驗能力的培養在學生的成才過程中發揮了重要作用，實驗能力的提高可有益于學生識別、分析與解決環境問題。

環境科學專業本科生的就業方向除了公務員事業單位外，主要面向企事業單位，此外，還有很大一部分學生選擇繼續深造。無論參加工作還是繼續深造，實驗能力對一個學生的發展均有著舉足輕重的作用，特別是自主實驗能力，這是一個優秀本科畢業生的基本要求[2-3]。可是在教學工作中發現，由于實驗內容設置及實驗教學過程中存在的問題等，導致很大一部分學生缺乏自主實驗能力。因此，有必要對實驗教學過程進行改革，以增強本科生的自主實驗能力。

1 ?自主實驗能力在環境科學專業人才培養中的地位

自主實驗能力是以學生作為實驗的主體的行為方式，對環境科學專業的學生來說，實驗能力既是一種技能也是環境監測和環境評價等的手段，包括基本實驗能力和自主實驗能力。基本實驗能力主要表現在對一般實驗技能、操作技能等掌握，而自主實驗能力則是基本實驗能力的升華，要求學生不僅會做實驗， 更重要的是會設計實驗、準備實驗和分析實驗。換言之，具備自主實驗能力的學生，可以獨立思考問題、解決問題，并具有端正的學習態度和科研態度。

2 ?自主實驗能力培養中出現的問題

隨著我國經濟的快速發展，國家和地方加大了對高校的投入，各高校的實驗條件得到了明顯改善，然而，實驗條件的改善并沒有換來學生自主實驗能力的提高。環境科學專業由于是綜合學科，涉及的實驗范圍較廣，包含了物理、化學、生物和工程等學科的實驗，在實驗教學過程中普遍存在以下問題。

2.1 實驗內容設置不合理

環境科學專業開設實驗的課程較多，如無機化學、有機化學、環境類分析化學、儀器分析、環境分析化學、環境化學、環境生物、環境監測、環境微生物學等。在這些課程中，涉及化學的較多，有些實驗設置可能雷同或相似，且很多實驗為簡單的演示或驗證實驗，當然，一些基礎課設置簡單演示和驗證實驗很有必要，但如果專業課設置過多的簡單實驗，這只是對基礎課實驗的一些重現或簡單變換，對學生的實驗能力提高作用不大。比如酸堿滴定實驗，這在基礎課如無機化學已經開設，學生已經掌握了該項技能，但如果在其他涉及化學的專業課中繼續開設類似的實驗，即使實驗名稱變了，實驗的目的還是未變，對學生實驗能力的提高毫無益處。因此，環境科學專業實驗課特別是專業實驗課的設置應盡量少安排簡單的演示和驗證實驗。

2.2 實驗教學方法沒有創新

部分老師在實驗課講授時因循守舊、按部就班，他們把實驗步驟逐一寫在黑板上，上課前讓實驗教輔人員整理好所需的器皿儀器，配好所需的試劑溶液，學生只要按照黑板上的步驟和要求依葫蘆畫瓢，甚至有的老師還會提前從頭到尾演示一遍[4-5]。這種教學方法使學生實驗缺乏主觀能動性，沒有給學生獨立分析問題和解決問題的空間，學生幾乎不需進行任何思考就能完成實驗。顯然，這種實驗教學方法制約著學生自主實驗能力的提高[6]。

2.3 實驗評價機制缺乏激勵

當前許多實驗的評價是基于實驗結果的準確性或操作的規范性，比如，實驗得出的結果和標準答案越接近，得分越高;或者實驗過程操作越規范，得高分的可能性越大。所以，對學生來說，按部就班地按照老師寫在黑板上的實驗步驟將實驗進行下去風險小，得分高。這樣的實驗評價機制限制了學生自主創新精神的發揮，學生的思想受到了束縛，做實驗時畏畏縮縮，生怕犯錯，做實驗更像是完成任務獲得學分，真正的實驗能力尤其是自主實驗能力并沒有提高。

2.4 對大學生實驗能力培養目標不清晰

許多實驗老師設置實驗培養目標時，出發點是鞏固所學理論知識，加深對課堂所學內容的理解。對于基礎理論課設置這樣的實驗培養目標應該沒有問題，但對于專業課實驗，這是提升學生專業素養的一個途徑，在已經掌握基本實驗技能的前提下設置這樣的培養目標有點偏低，不利于學生自主實驗能力的培養。產生這種現象的原因是部分專業課實驗老師對于設置實驗培養目標不清晰，對大學生人才培養缺乏正確的認識。

3 ?自主實驗能力實驗教學過程的改進與實施

為了培養學生的自主實驗能力，可以在實驗目標和實驗內容的設置、實驗教學過程改革、實驗評價機制等方面進行改進與實施。

3.1 實驗目標和實驗內容的設置

專業課實驗教師要明確每一個實驗開展的培養目標，那些實驗是培養學生操作技能，那些實驗是培養學生獨立思考、獨立解決問題的能力。根據培養目標，選擇實驗內容，為了培養學生自主實驗能力，可精心設計幾個實驗。以環境生物學課程實驗為例，設置土壤磷酸酶的測定這個實驗，目的是讓學生了解酶的催化作用，可以脫離活體存在，這個實驗包含緩沖液的配制、重蒸酚的制取等多個實驗基礎，這在其他專業基礎課實驗中曾經出現，開設該實驗課程可以很好地檢驗學生基本實驗技能，對學生來說，難易適中，可提高學生實驗積極性，為下一步自主性實驗教學的實現提供可能。

3.2 自主性實驗教學的實驗過程

自主性實驗教學主要體現在學生的主觀能動性，在整個實驗過程中，學生始終是實驗的主體，教師是配角。在教學過程中，我們首先把學生按男女比例分成若干小組，每組學生4～5人，實驗時，簡單講一下實驗步驟及需要注意的事項，特別強調實驗的關鍵步驟。告訴學生實驗試劑、儀器等的存放地方，讓每個組的學生按照實驗需要整理好所需要的實驗材料和簡單的操作裝置等，試劑配制全部由學生獨立完成，如不清楚或配制過程中有疑問，可以請教指導老師，實驗指導老師負責解答疑問。實驗過程中，我們要求學生關注環保，減少資源浪費，所以每一份所配的試劑以夠用為原則，適當增加。為了培養學生的自主實驗能力，同時加強學生團隊協作精神，要求小組成員之間協作完成，堅決杜絕一個小組只有一人做實驗，多人圍觀的現象。實驗時，由于需要配制的試劑較多，每一個實驗我們都會隨機指派不同組學生完成試劑配制，如果這個實驗沒有參與配試劑，下一個實驗可能就要配試劑。配試劑的組或學生需要保證所配試劑的用量和正確，同時告訴學生，如果所配試劑不準確，該組學生繼續配制，直到準確為止。有時候試劑配制多次均不正確，應該發揮其他小組的作用，同時展開討論，查找問題的根源。

在實驗過程中，有些綜合性實驗涉及其他基本實驗，比如土壤酶的測定包含了緩沖液的配制，實驗指導材料沒必要詳細列出如何配制緩沖液，可以讓學生查找資料。實驗準備工作做好后，每組學生進行正式實驗，指導老師應該觀察學生實驗動態，并及時提問，學生如能正確回答，應給以積極肯定，學生如不能準確回答，也不能全面否定學生，應鼓勵為主，再從專業角度認真解答。總之，整個實驗過程要保持既緊張，又歡快的氛圍，每一個學生都在自主完成實驗。

3.3 自主實驗能力實驗成績的評價機制

很多學生比較關注實驗成績的取得，傳統評估機制主要通過評價學生的平時實驗表現和所做實驗的完成情況確定成績，這種評價機制看似比較公平，但可能扼殺了學生的創造性，學生為了得到高分，只好嚴格按照實驗步驟按部就班地完成，學生無需認真思考，這樣的實驗過程不能暴露學生實驗過程存在的問題，不能培養學生獨立分析問題、解決問題的能力，是一種被動的實驗過程。

為了培養學生的自主實驗能力，我們在實驗教學過程中建立了全新的成績評價機制，實驗過程中我們允許學生犯錯，如果學生認為自己的方法更好，在保證安全的前提下，允許學生大膽嘗試。學生實驗成績的取得包括實驗的參與、自主性操作、實驗態度和綜合考核，綜合考核設置一個實驗，每個小組單獨完成，包括資料收集、試劑配制等，互不干擾，一般給一個星期的時間完成，考核期間，實驗室全天開放，實驗完成，寫好實驗報告，根據各組實驗的準確率打分，劃分若干檔次。綜合考核一般占實驗總分的30%，這樣的目的是讓學生盡量積極參與平時實驗，培養自主實驗能力。

4 ?結語

實驗教學模式的改革主要是進行實驗課程體系、教學內容和教學方法的改革與創新，通過優化實驗教學環節，提高實驗教學效果。通過實驗教學的創新與改革，環境科學專業學生的自主實驗能力得到了較大提高，學生的動手能力，獨立分析問題和解決問題的能力得到了大幅度提高，進而培養出了合格的環境科學專業人才，這既有利于學生就業，也有利于學生繼續深造。

參考文獻

[1] 徐軼群，熊慧欣，王子波，等.創新型人才培養下的環境科學專業實驗教學改革[J].科技創新導報，2015，12（8）：187-188.

[2] 徐軼群，熊慧欣，許健.培養學生綜合能力的環境生物學實驗教學改革[J].科技資訊，2018，16（15）：205，209.

[3] 肖平，楊華，張瑩.基于多層次人才培養的實驗教學改革實踐[J].實驗室科學，2018，20（6）：133-135.

[4] 熊鐵軍.獨立學院物理實驗教學改革的研究[J].教育教學論壇，2018（1）：83-84.

[5] 盧曼慧，王春霞，熊曉路，等.面向應用型人才培養的實驗教學質量保障機制的研究與實踐[J].教育教學論壇，2018（7）：163-164.

[6] 李圣福，郭風法，宋憲亮.建立實驗教學質量評價體系不斷提高學生實踐技能和創新能力[J].教育教學論壇，2018（4）：32-34.