實驗素養與科研能力融合培養的改革——以環境科學專業實驗課程為例

徐智敏，馮茜丹，劉暉，葉茂友，雷澤湘

（仲愷農業工程學院 資源與環境學院，廣東廣州 510225）

1 改革背景與目的

環境科學專業的目標是培養具有可持續發展理念，掌握自然科學知識、環境與工程學科知識以及環境科學理論、科研方法以及技能等，具有較強的實驗實踐能力、創新能力和創新精神，能夠為社會做出貢獻的高素質應用型人才。

而實驗課程教學是本專業教學過程的重要組成部分，高水平的實驗課程教學是創新型人才培養的基礎，是衡量高校科研水平的標準，也是學生鞏固和強化課堂理論教學內容的重要環節，是理論知識的具體實踐，也是對理論教學成果的檢驗。因此，有必要重視和加強實驗課程教學。

隨著本科教育模式的發展，環境科學專業的改革必須堅持“人才、學科、科研”三位一體協調發展，推進產研學協同創新，著重培養創新型、復合型、應用型人才。而在教學過程中，教學活動是科學研究的基礎和源泉，科研活動則是提高教學水平和質量的有力途徑。因此，在實驗課程教學中應加強學生科學研究能力的培養，將科研理念滲透到本專業的實驗課程教學中，將科研思維貫穿整個教學過程，是推動環境科學專業實驗課程改革的重要途徑，本文對實驗課程教學進行了探索研究。

2 教學現狀及存在的問題

實驗課程的設立主要為了使學生創業能力、創新能力以及獨立探索與思考能力得到提升，保證學生在步入社會以后能夠更好地從事研發和環境有關行業的工作。然而，隨著環境科學專業實驗課程的開展，在近幾年的教學過程中也暴露出部分問題，主要集中在以下三點。

2.1 教學內容陳舊

教材是教學內容的主要載體，但由于教師可選擇的教學教材較少，且多數選擇經典教材[1]，因此導致教學內容過于陳舊，跟不上現行的實驗分析方法，對于學生的培養不利。

2.2 教學經費投入不足

由于實驗室硬件條件不足，只能安排6～10 個學生作為一個小組進行實驗，在這個過程中，部分學生能夠動手做實驗，而其余的學生只能在旁邊觀看，因此導致學生缺乏實驗的實踐性[2]。隨著科技的進步，實驗分析設備設施都有了較大的改進與提升，但由于部分學校實驗室的經費不足，分析儀器設備過于陳舊，一些老型號的儀器已遠遠不能滿足實驗的需要[3]。實驗室儀器設備落后不利于現代化新型人才的培養，部分課程實驗的分析只能使用傳統的方法，無法讓學生深入了解環境行業現行的分析方法，難以提高學生的科研動手能力和創新能力。

2.3 缺失創新性的課程實驗

目前很多高校的實驗課程教學仍以教師為主，以傳統方式進行教學，對于實驗的設置仍停留在書本單一基礎的實驗上，教師對實驗內容進行介紹，接下來學生按流程進行實驗。在這個過程中學生主要是對實驗內容與流程進行重復，獲取的知識匱乏且實驗乏味單調，對學生創新能力和發散性思維的培養并未有推動作用，從而導致學生思維固定化以及程序化，難以發揮學生的主觀能動性[4]。

3 實驗課程教學的建議

3.1 實驗室軟硬件條件改善

對于科研實驗的開展而言，檢索科技論文是至關重要的，這不僅能夠激發學生對科研的興趣，還可以讓學生了解最新的科研方向及分析方法，能夠有效提高學生的科研創新能力。因此根據專業的需求，應考慮購買一些較為全面的學術論文網站的下載權限，這樣能提高學生檢索文獻的能力，同時也便于教師科研以及教學工作的開展，做到了科研與教學相結合，把科研引進課堂，豐富了教學內容[5]。

隨著科技的發展，實驗室儀器設備的型號或款式需要進行更新，應根據學生實驗課程要求，考慮購進新型分析技術的儀器設備[6]，同時在數量上能夠滿足一個班級的（30 人）使用需求，并且對儀器的維護也需要進行跟進，使學生更好地進行實驗操作。

3.2 實驗教學模式改革

將學生興趣與教學內容相結合，激發學生的主動思維意識，培養學生對問題進行發現、提出、分析并獨立通過實踐進行處理的能力，是環境科學專業實驗教學模式和教學方法革新的焦點問題。在實驗課上引入科研教學方式，對實踐和應用性更為重視，利用科研思維對學生學習和實踐進行指引，實現理論與實踐的有效融合，促使學生科研能力、專業素養與綜合素質等不斷提升，更好地符合社會對人才的要求，培養高素質應用型人才，提升學生就業競爭力。

3.2.1 科研教學模式的探索

當前采用的實驗教學方法是以理論課程為基礎進行設計，無法滿足學生需求，學生創造性難以提升，實驗積極性不高，無法實現教學從原本的“教”轉變為“學”[7]，這也是實驗教學亟須解決的問題。在實驗教學過程中引入科研教學方法，對實踐和應用性更為重視，利用科研思維對學生思考和實踐進行指引，實現理論與實踐的有效融合，激發學生對學習產生更濃厚的興趣，使學生積極主動地參與進來[8]。

首先在實驗教學過程中以開放性實驗內容為主，開放性實驗將研究型、設計型與綜合性有機融合，打破單一傳統的實驗內容和思路，這種教學方式對學生創新能力和科研能力的提升有重要作用。鼓勵學生調研科研文獻，學習不同分析方法的適用范圍和不足之處，學生根據理論以小組方式進行實驗方案的設計與制定，并完成論證報告的編寫，完成樣品前處理方式和實驗注意事項等設計。報告應當將實驗整個流程涵蓋在內，特別是高度重視開展實驗的理論基礎，有效推進學生理論與實踐能力的有效融合。這種方式一方面可對學生的理論知識進行鞏固，使學生更透徹地掌握實驗目的與對象，通過科研方案論證方式實現理論與物質分析流程和問題解決的融合，促使學生有更強烈的求知心理，對學生知識體系的充實有很大幫助。對于實驗論證報告，教師負責批改，使學生能夠自省和正視自己。實驗論證過程要支持學生發散思維，設計出更多類型的實驗方案，不被實驗室的條件和儀器設備所限，使學生對多種分析方法受限性和適用性有所了解，在實踐過程中拓展和延伸理論知識。實驗論證有利于學生更密切地關注科研分析方式和發展方向，有利于學生創新能力的提升，有利于促使學生對科研產生濃厚興趣，實現學生學習從被動向主動的轉化。在實驗教學過程中引入先進科研成果，使實驗內容與科學研究、社會需求密切聯系，體現基礎與前沿的有機結合，培養學生分析、解決問題的能力。通過科研推進教學，使實驗教學創新性與探索性都不斷提升，利用研究性教學培養學生沉著冷靜、創新思維、一絲不茍的優良作風，實驗教學模式如圖1所示。

圖1 實驗教學模式

3.2.2 強化實驗素養

學生實驗素質的培養至關重要，因此實驗課程安排采取2～3 人一組，增加學生的動手機會，同時將學生動手操作過程及結果制作成視頻資料或多媒體，以學術交流形式匯報實驗總結，對于實驗結果則以小組研究報告的形式呈現[9]，實驗數據采用科研常用的數據分析及繪圖軟件（如origin）進行分析，并且根據圖表情況加強對實驗現象的客觀描述，分析異常實驗現象產生的原因，找出實驗成敗的關鍵，讓學生點評。學生會在關注自己實驗結果的同時，可提升實操水平，培養優良實驗習慣。教師及時糾正出現問題與錯誤，更加重視下次實驗，提高學生興趣。

規范的實驗操作是獲得可靠數據結果的前提，是培養應用型高素質人才的關鍵環節。因此如果教師在教學過程中發現學生在實驗過程中出現藥品使用粗心大意、廢液倒入下水道、應用完儀器設備并未及時關閉等問題[10]，應及時加強實驗規范化操作，培養學生的優良實驗素質。

4 結語

培養人才且促進科研優勢向人才培養優勢轉變是高校建設的重心。將科研教學方式引入實驗教學過程，引導并培養學生的科研思維，以科研課題形式引導學生，可提高學生的積極性和參與度，進而充分利用教學實踐培養更加適合環境科學現代化發展需要的專業人才。