以培養(yǎng)研究型人才為導(dǎo)向的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革

孫榮國(guó)，杜 瑩，韋萬(wàn)麗，邢 英

(貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

1 引言

自上世紀(jì)50年代以來(lái)，由化學(xué)物質(zhì)引起的環(huán)境污染問題在全球受到廣泛關(guān)注，在化學(xué)、生物等傳統(tǒng)學(xué)科的基礎(chǔ)上，逐漸演變、誕生了一門新學(xué)科-環(huán)境化學(xué)，其主要研究化學(xué)物質(zhì)來(lái)源、反應(yīng)、遷移、效應(yīng)、歸宿、以及人類對(duì)這些過(guò)程影響。由于環(huán)境化學(xué)的綜合性非常強(qiáng)，所涉及的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的范圍都非常廣泛，所以，掌握扎實(shí)的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能及基本理論對(duì)于我們理解和認(rèn)識(shí)環(huán)境化學(xué)的有關(guān)理論、從事環(huán)境化學(xué)研究及環(huán)境保護(hù)相關(guān)工作有非常重要的意義。當(dāng)前，環(huán)境化學(xué)課程及其實(shí)驗(yàn)也逐漸成為國(guó)內(nèi)外高校化學(xué)專業(yè)本科生的重要課程，因此，如何開展好環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)、讓學(xué)生掌握扎實(shí)的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)對(duì)理解環(huán)境化學(xué)基本理論知識(shí)、今后開展環(huán)境化學(xué)相關(guān)研究工作有重要意義。筆者以貴州師范大學(xué)化學(xué)專業(yè)本科生為教學(xué)班級(jí)，以培養(yǎng)研究型化學(xué)專業(yè)人才為導(dǎo)向，對(duì)環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法與要求進(jìn)行改革，目的在于為化學(xué)專業(yè)本科生提供一種環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思路。

2 改革方法

以高等教育出版社出版，董德明、朱利中主編的環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第二版)為教材，以實(shí)驗(yàn)二十四(重金屬在土壤-植物體系中的遷移)為主要實(shí)驗(yàn)。由于受教學(xué)時(shí)的限制，傳統(tǒng)上由實(shí)驗(yàn)教師將所需的試劑配制好、樣品采集并進(jìn)行前處理，學(xué)生只需做標(biāo)準(zhǔn)曲線、上機(jī)測(cè)定1-2個(gè)以前處理完的樣品，然后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，就算完成了環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)時(shí)為4。改革的具體方法為：在開設(shè)環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)的上一個(gè)學(xué)期期末的時(shí)候，把參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的學(xué)生分為3組，下學(xué)期開學(xué)前每組學(xué)生分別在鉛鋅、汞和金礦區(qū)采集一定量被污染的土壤帶回學(xué)校，每組土壤分為3份，分別種植小麥、水稻和玉米苗后開始盆栽實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)開始初期、中期和末期采集土壤和種植作物樣品，檢測(cè)Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn的含量。根據(jù)不同處理3次采樣的數(shù)據(jù)結(jié)果，采用專業(yè)數(shù)據(jù)分析繪圖軟件Origin 8.0進(jìn)行繪圖，以科技論文的形式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。采取開放式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不受限制，由學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3 效果分析

3.1 學(xué)生對(duì)環(huán)境化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)掌握與運(yùn)用能力大幅提升

在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不僅僅考察學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，更要求學(xué)生掌握不同重金屬的環(huán)境地球化學(xué)行為特征，在土壤中的環(huán)境中有怎樣的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。因此，學(xué)生必須熟練掌握環(huán)境化學(xué)書本的基礎(chǔ)知識(shí)，懂得環(huán)境化學(xué)基本知識(shí)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用，方可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析和解析。可見，科學(xué)研究式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)環(huán)境化學(xué)的基本理論知識(shí)并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，基礎(chǔ)知識(shí)掌握與運(yùn)用能力大幅提升。

3.2 學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能顯著提升

環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)與普通實(shí)驗(yàn)有較大的差異且較為復(fù)雜，干擾因素較多，比如樣品的消解時(shí)間、溫度、加酸量、土壤的取樣與研磨方法等均會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成不確定性。可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不合理、偏差較大、無(wú)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)失敗等各種結(jié)果。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求學(xué)生必須熟練掌握環(huán)境化學(xué)的研究方法以及常規(guī)儀器的分析使用方法與注意事項(xiàng)，這是實(shí)驗(yàn)成功的基本前提。

3.3 獨(dú)立完成與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到鍛煉

環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)比較多，比如樣品的采集、運(yùn)輸、前處理、檢測(cè)分析等，每一個(gè)環(huán)節(jié)都非常重要，且很難一個(gè)人獨(dú)立完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，若某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)失敗。因此，每個(gè)小組需要設(shè)定一名組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的安排與組織。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要學(xué)生們有組織地按照實(shí)驗(yàn)方案完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生必須認(rèn)真完成自己負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)或?qū)嶒?yàn)部分，同時(shí)需要和其它同學(xué)配合完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，所以，學(xué)生的組織協(xié)調(diào)、獨(dú)立科研及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到大幅鍛煉。

3.4 發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力明顯提升

沒有一定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的同學(xué)在做環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)非常容易出錯(cuò)，比如加酸量、消解時(shí)間與溫度的控制等，有較多小環(huán)節(jié)學(xué)生會(huì)忽略，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不合理或結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。這不僅要求學(xué)生對(duì)待實(shí)驗(yàn)要嚴(yán)謹(jǐn)，更要求學(xué)生能熟知實(shí)驗(yàn)流程、回顧實(shí)驗(yàn)流程，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行梳理分析，結(jié)合基本的化學(xué)知識(shí)，找出實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大偏差原因、應(yīng)如何解決，而不是按照實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單的重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到大明顯提升。

3.5 語(yǔ)言表達(dá)與寫作能力顯著提高

實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅僅是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而是以組為單位，度對(duì)數(shù)據(jù)加以深入分析，同時(shí)以科技論文的形式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)。教師對(duì)學(xué)生的論文進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)閱，在班級(jí)公開用PPT對(duì)論文進(jìn)行修改。同時(shí)要求學(xué)生根據(jù)修改意見進(jìn)行修改甚至重寫論文。當(dāng)前，語(yǔ)言表達(dá)與寫作是相當(dāng)一部分學(xué)生的短板，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析與撰寫，不僅鍛煉了學(xué)生的科研思維，也提升了基本的語(yǔ)言表達(dá)和寫作能力。

3.6 圖情檢索與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力提升

學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、撰寫論文的過(guò)程中，不僅需要查閱書本知識(shí)，更需要查閱中國(guó)環(huán)境科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境化學(xué)、Environmental Science & Technology、Environmental Health Perspectives、Geochimica et Cosmochimica Acta、Environment International等環(huán)境領(lǐng)域知名的中外文期刊，一是可以學(xué)習(xí)知曉國(guó)內(nèi)外最新的研究進(jìn)展，二是可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何去檢索查閱相關(guān)的論文，在這過(guò)程中學(xué)生的圖情檢索能力得到鍛煉。在撰寫論文的同時(shí)，要求學(xué)生應(yīng)用Origin、SPSS等專業(yè)的繪圖與數(shù)據(jù)分析軟件，這有助于學(xué)生計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)化學(xué)專業(yè)的本科生來(lái)講，環(huán)境化學(xué)是一門非常重要的課程，而環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作與練習(xí)，對(duì)掌握和運(yùn)用環(huán)境化學(xué)基本知識(shí)極為重要。以培養(yǎng)研究型人才為導(dǎo)向，改變傳統(tǒng)以往簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓學(xué)生以做科學(xué)研究的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅使學(xué)生對(duì)環(huán)境化學(xué)基本知識(shí)掌握的更加牢固，基本實(shí)驗(yàn)技能得到鍛煉，獨(dú)立完成與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到提升，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力明顯改進(jìn)，語(yǔ)言表達(dá)與寫作能力顯著提高，圖情檢索與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力提升，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生科研思維與素養(yǎng)，這對(duì)學(xué)生將來(lái)讀研究生、從事科研工作具有重要的意義。