海洋化學野外實習課程教學改革與實踐

陳碧雙， 高志增， 李 靜， 陳森華， 寧 曦， 劉 嵐

（中山大學海洋科學學院，廣東珠海 519082）

0 引 言

在邁向2035 年我國基本實現現代化遠景目標的征程中，“海洋強國”戰略地位持續增強，實施這一戰略，人才是關鍵，海洋教育是基礎［1-4］。中山大學海洋學科啟航于1928 年的西沙科考，海洋科學學院成立于2008 年。學院按一級學科培養本科生→二級學科培養碩士生→三級學科培養博士生的思路，構建并實施了海洋科學專業本碩博一體化課程體系。學院始終以“協同”為主旨，以造就海洋事業的接班人和未來發展的推動者為使命，形成了海洋科學專業立德樹人一體化模式。近年來，海洋科學學院在教育部第四輪學科評估中位居全國第三，獲批教育部“三全育人”綜合改革試點單位，獲省級教學成果一等獎1 項、二等獎2項。學院已培養一大批海洋優秀人才，獲批國家級一流本科專業和基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 基地。

值得強調的是，海洋科學是一門因為實踐才成為正式的學科，其實踐性和探索性都極強，具有濃厚的實踐色彩，對學生的動手能力和實踐操作能力要求都很高［5-6］。海洋科學專業培養包括海洋科學的基本理論、基礎知識和基本技能［4］。因此，對海洋科學學院的本科生而言，野外實踐教學是專業培養的核心組成。野外實踐教學通過強化所學專業知識來幫助學生認清理論與實踐的關系，培養學生的科學探索精神以及與實際需求相對應的創新能力。野外實踐教學是培養海洋科學專業人才基本技能的重要環節和有效途徑，直接影響著人才培養質量和畢業生的社會競爭力［7-8］。

海洋化學是一門認識海洋、了解海洋環境的基礎課程，是海洋科學本科專業非常重要的專業基礎課程［9］。由于海洋化學主要是從化學物質的分布變化和運移的角度，來研究海水及海洋環境中的化學問題，故有突出的地區性特點，使得野外實踐教學顯得非常重要［10］。海洋化學野外實習的課程目標是將理論和實踐密切結合，加深感性認識，對海洋化學的研究方法、研究手段、海洋化學各要素的分布演變特征及應用有深刻的認識。通過野外實習，使學生掌握海洋化學基本概念、基本理論和基本方法，既知其然，又知其所以然，讓學生在實驗室及海上作業實習階段將理論知識學以致用，在親自動手操作的同時培養其剖析客觀原因、將問題分析和解決與實際情況親密相連的思維習慣。

中山大學海洋科學學院已經構建有“海洋認識實習—專業實習—綜合實習”實踐教學體系，并在實踐過程中不斷提升和完善實踐教學內容，為海洋科學學科建設提供全方位支撐，為人才培養及學生個性化成長奠定基礎。筆者長期負責中山大學海洋科學學院海洋化學方向本科生的野外實習教學，通過對學生的調查及對學生實習過程表現的觀察和記錄，已經積累有一定的野外實踐教學經驗和教訓。我們認為只有適時開展野外“綜合實習”教學探索并進行大膽改革，才能充分發揮野外實踐教學的最大促進作用；尋找應用型人才培養模式的切入點，才能與時俱進地完成中山大學海洋科學學院海洋科學本科生專業教育的任務。

1 高校“海洋化學野外實習”課程存在的普遍問題

1.1 缺乏完善的野外實踐教學體系

海洋化學野外實習是海洋科學專業教學中的基礎核心課程，相對于其他核心課程，尚未構建完善的野外實踐教學體系。據不完全統計［2］，目前僅有40%的涉海高校給海洋科學專業學生配備2 次及以上野外實習，35%的涉海高校只給海洋科學專業學生安排1 次野外實踐教學，更有部分涉海高校的野外實踐教學是虛擬教學、視頻教學或模擬觀摩。另一方面，大部分高校海洋科學專業實踐教學部分并沒有像理論教學部分一樣擁有配套的教材、完善的教學計劃和教學內容，專業的師資隊伍及合理的教學過程的教學效果評價。野外實踐教學缺乏整體性和系統性，實習教學效果和質量難以保證。

1.2 缺乏穩定的野外實踐基地

野外實踐教學需要的是行走的課堂，對野外實踐基地都有特殊的要求［11］。尤其是海洋科學專業海洋化學野外實習課程，對海上作業實習要求非常高。但受辦學歷史、經費限額和客觀條件的限制，目前大部分涉海高校并不具備長期穩定的野外實踐基地。最明顯的一個問題是，目前只有少數涉海高校具備專業教學實習船，絕大多數涉海高校只能靠租賃船只完成海上作業實習。一方面租賃船只的費用是比較高的；另一方面，海上作業實習往往需要配備高端測量儀器和設備，高端測量儀器和設備的租賃費比較高，同時也需要購買高額的保險費［12］。多方面原因導致出海作業成本過高，需要大量的經費支持，這些條件在很多涉海高校還是不成熟的。而且租賃船只出海作業實習，出海船只能夠承載學生的數量非常有限，導致全員覆蓋難以實現。

1.3 師生參加野外實習的能動性和積極性不高

基于上述兩個原因，教師對野外實踐教學模式改革創新的積極性不高，甚至在實際教學過程中沒有及時更新實習內容。在傳統實踐教學模式下，學生在實踐教學過程中以實踐促理論的學習動力不足，學生只是在實習帶隊教師指導下被動完成實習任務，其能動性和積極性沒有被調動起來。明顯問題體現在：①大部分涉海高校的實踐教學課程一期為3 周，與理論課程相比時間很短，導致部分學生認為實踐課程沒有理論課程重要，不能在實踐教學活動中主動發現問題、分析問題和解決問題；②學生思想上不夠重視實踐教學課程，認為實踐教學課程只要按時參加最后完成實習報告就足夠。在實踐教學活動中沒有主人公精神，而是扮演“旁觀者”角色，聽實習帶隊老師講、跟實習帶隊老師做，流于形式，不注重實效；③部分學生眼高手低，認為自己畢業后一定會從事高大尚的白領工作，不會從事艱辛的野外調查或海上作業工作，打從心里不認同野外實踐教學的內容，認為沒必要花費太多精力在野外實踐教學活動中。

2 “海洋化學野外實習”課程改革與創新

2.1 構建完善的野外實踐教學體系

學院構建了海洋科學專業“學士—碩士—博士”一體化的人才培養體系，形成以海洋化學、海洋地質、海洋生物和物理海洋為重要方向的科學研究格局，在海洋科學專業擁有豐富的科研積累和堅實的學科基礎。為了訓練學生的實踐技能、探索精神、創新能力和綜合素質，構建有“海洋認識實習—專業實習—綜合實習”實踐教學體系，并在實踐過程中不斷提升和完善實踐教學內容，為海洋科學學科建設提供全方位支撐，為人才培養及學生個性化成長奠定基礎。每門野外實踐課程有4 個學分，屬于本科生專業必修課程。每年3 月份學校統一組織野外實踐教學大綱修訂，課程負責老師填寫詳細的教學內容和教學計劃和成績評定方式及經費預算報學校審批。野外實踐教學必須嚴格按照學校批復的教學內容和教學計劃開展。為鼓勵學生在野外實踐教學活動中爭當主人翁，避免臟活累活沒人干的尷尬局面，同時全方位鍛煉學生的實踐技能，中山大學海洋科學學院海洋科學專業野外實踐教學的另一個特色是將該課程與專業必修課程勞動教育課程有機結合，培養學生尊重勞動、積極勞動的美好品德。在每個海洋科學實習教學點開展勞動教育，通過講解說明、淬煉操作、調研采樣、實地測量等環節使學生掌握海洋科學實踐必要的勞動技能，感受勞動價值、領會勞動精神。通過勞動教育課程使學生樹立正確的勞動觀念、具有海洋科學專業必備的海洋調研與野外考察的勞動能力、培育積極的勞動精神，以實踐教學為中心，貫穿勞動教育和思政建設的教學體系見圖1。

圖1 海洋科學野外實習課程體系

2.2 建設梯隊化的教師隊伍

高水平、梯隊化的教師隊伍的建設，是保證海洋科學專業野外實習實踐教學的關鍵。所以如何搭配海洋科學專業野外實踐教學的教師隊伍也是野外實習教學的重點內容。如果實習帶隊老師不能從根本上激發學生參與野外實習的熱情，不能正確引導學生把野外實踐教學與理論教學有機結合，野外實習教學的效果與質量就很難保證。為了充分提高學生的實踐能力、創新意識及綜合素質，針對海洋化學野外實習的課程，學院提出一方面要建設一支具備化學基礎理論和海洋化學基礎雄厚，能夠勝任化學基礎教學和研究的隊伍；另一方面也必須建設一支牢固掌握海洋基礎化學實驗原理和海水分析方法，能夠跟蹤海洋化學學科前沿的隊伍。遵循加強基礎、整體優化、突出特色的原則，目前“海洋化學野外實習”課程的負責老師是4 名分別承擔專業必修課程“化學海洋學”“物理化學”“分析化學”“海洋化學實驗”的專任教師，其中1 名是教授、3名是副教授。班級學生人數通常在30 ～35 人，師生比例在1∶8左右，保證在實際野外實踐教學過程中老師與學生進行全覆蓋和較充分的互動及講解答疑。

2.3 定制科學全面的野外實習內容

2.3.1 前期精心備課

野外實習內容的科學定制，能夠促進野外實踐教學與理論教學完美地結合起來［13］。遵照循序漸進的原則，理論教學在前，實踐教學緊隨其后。“海洋化學綜合實習”課程是在大三暑假開展的，更有利于學生將大一、大二及大三年級專業課程的理論學習和野外實踐密切結合。因此，4 位實習負責老師集體備課，認真討論實習內容，使其能夠在應用過程中直觀體現海洋化學野外實習要求的同時又能涵蓋多門專業課程的知識。4 位老師分別承擔“化學海洋學”“物理化學”“分析化學”“海洋化學實驗”，所以制定的實習大綱既要結合海洋科學專業學科特點，也要在野外實習教學中融入課本所學理論知識。因此，在定制實習大綱的時候，充分利用當地豐富的海域資源，靈活結合實際情況，為學生優化教學計劃，設定極具地方特色的實習路線（見圖2），包括珠海香洲港—萬山島—平洲蚊尾島—桂山島這樣的河口—海島—外海—海島—河口的閉環路線和深圳東山碼頭到大辣甲島的路線。比如中山大學目前擁有“中山大學”號綜合科考實習船和“中山大學·極地”號極地科考船；依托中山大學建設的南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）擁有“珠海雲”號智能型無人系統母船。結合大灣區海域豐富多變的海洋化學環境特點，設計了獨具特色的海洋化學野外實習內容：大灣區海域水體多樣性分析，包括不同海洋樣品采集、保藏；海水環境參數水平、垂直剖面分析；紅樹林、潮間帶、珊瑚礁生態系統水下實地觀察等。

圖2 野外實習河口—海島—外海—海島—河口的路線圖

2.3.2 野外作業實習

開展獨具特色的海洋化學野外實習（見表1 和圖3），選擇具有豐富海上工作經驗的教師（實習帶隊老師都具有豐富的科考船科考工作經驗），通過讓學生親身出海、下水，讓學生真正體味作為海洋人的自豪感和自信心。特別是海洋科學學院作為中國珊瑚礁保護聯盟成員單位，野外實習連續多年開展大灣區珊瑚礁水下觀察的內容，使學生更加熱愛海洋，保護海洋。野外實習地點選擇大灣區多變的海域環境，包括珠海和深圳兩個典型海域海洋化學環境因子分布特征的觀測與分析。珠海為典型的河口沖淡水區域，海水泥沙含量高，鹽度低，海水環境因子隨離岸距離變化梯度大。深圳海域為受外海影響較大海域，海水清澈度高，海水鹽度大，環境因子參數改變較小。本次實習水樣采集點包括潮間帶、濕地、養殖水體、河口、海島及外海，讓學生充分了解不同生境下海水化學組成的異同。

表1 “海洋化學綜合實習”課程部分內容

圖3 海洋化學野外實習縮影

2.3.3 數據分析討論

“海洋化學綜合實習”觀測和實驗室測定包括水文項目（溫度測定，水色測定，透明度測定、鹽度、水深）、化學項目（水樣采集、pH、營養鹽、重金屬、溶解氧、溶氧飽和度、化學需氧量）、生物項目（浮游植物取樣并分析其葉綠素A 的含量）等相關專業知識內容，幫助學生深入了解和熟悉野外及海上工作環境和工作條件，牢固掌握海洋化學的調查方法，鞏固和加深理解化學海洋學理論課的知識［14］。部分實驗內容包括水樣懸浮物、無機磷濃度和葉綠素A 濃度的具體實驗流程如圖4 所示。

圖4 水樣懸浮物、無機磷和葉綠素A濃度的測定方法

“海洋化學綜合實習”是針對專業必修課“海洋化學”“分析化學”“海洋化學實驗”等室內理論教學設置的野外實習。讓學生對自己采樣自己測量的數據進行分析并結合“海洋化學”“海水分析化學”教材的內容進行討論是本次實習的一個重要環節。對學生進行5或6 人的分組討論，培養學生動手操作能力，又讓學生養成獨立思考問題的習慣。舉個例子，圖5 是學生在珠海磨刀門附近海域縱深采集水樣的懸浮物、無機磷和葉綠素A 的測量數據。同學們結合已經掌握的理論知識進行如下討論：采樣點處于磨刀門水道口，長時間、長距離的受到鹽水入侵的影響，形成嚴重的咸潮災害，影響該地區人們的生產和生活。因為河道中徑流來勢較強而潮汐勢力較弱，淡水因重力密度較小居于上層而向海中泄出，重力密度較大的鹽水位于底層并隨潮上溯而形成鹽水楔。河口及陸地徑流含有大量的磷酸鹽及懸浮物，而含懸浮物和磷酸鹽較少的鹽水團在5 ～6 m深向岸上溯，因此使兩者圖像形成先降低后增大的趨勢。

圖5 學生在某次實習過程中實測得到的數據

3 重視課程思政

“海洋化學綜合實習”野外實踐教學的重點是大灣區海域水體多樣性分析，其中一個很重要的海域就是海島。該實踐教學課程的基地之一——桂山島是人民海軍萬山海戰的第一站，而蚊尾洲島是萬山海站的最后一站。當時桂山島是國民黨海軍海防第三艦隊指揮部所在地，國民黨海軍擁有護衛艦、掃雷艦、登陸艦和炮艇30 余艘，總噸位約1 萬t。面對強大的對手，在裝備力量懸殊的情況下，中國人民海軍毫無畏縮，率領“桂山”號和“先鋒”號、“奮斗”號、“解放”號、“前進”號、“勞動”號等艦艇與敵激戰，經過71 天的鏖戰，最終大獲全勝，用生命和鮮血開辟了勝利道路。自此，大小萬山、外伶仃島、擔桿列島等45 座島嶼全部解放。這是一次“小艇打大艦”的光輝戰績，被毛澤東電令嘉獎為“人民海軍首次英勇戰例”。本次實習過程中特別安排2 個半天帶著學生去參觀桂山島和萬山島（圖6（a）），追隨先烈足跡，重溫革命精神。歷史上，革命先輩用“桂山”號等擊退敵人，奪取勝利，換來萬山群島島民們的生活安定繁榮。而今天，中山大學涉海學院的師生尤其是海洋科學學院的師生一定要學習革命先輩英勇作戰、吃苦耐勞、不怕犧牲的崇高精神，積極響應習近平總書記“中國夢、強國夢”的號召，用好“中山大學”號“中山大學·極地”號等科研利器，走出近海、駛向深藍、深耕遠洋，為國家海洋事業發展作貢獻［15-16］。

圖6 實習過程中安排學生參觀紅色革命基地桂山島（a）；參觀民族英雄文天祥廣場（b）

另一方面，桂山島建立有紀念民族英雄文天祥的文天祥廣場。宋末元初，被元軍俘虜的南宋丞相文天祥被押赴大都，途經伶仃洋，寫下了“惶恐灘頭說惶恐，零丁洋里嘆零丁。人生自古誰無死，留取丹心照汗青”的不朽詩篇。該實踐教學的活動之一是安排學生參觀文天祥廣場（圖6（b））［17］，學習反映文天祥生平事跡的大型壁畫。文天祥寧死不屈，忠誠愛國的精神值得我們所有人學習。

4 結 語

海洋學院以專業課程設置為基礎，以培養應用型海洋人才目標，進行海洋化學野外綜合實習課程的教學改革，注重學生實踐能力和野外技能的提高，是提升學生實踐能力和專業技能的有效途徑。通過小組甲板作業和實驗室操作（測定海域海水樣品的鹽度、酸堿度、電導率、懸浮物含量、活性磷酸鹽含量等），掌握采水設備的使用方法和相關的水樣檢測技術，了解不同海域水體多樣性（河口、海島、外海、紅樹林、潮間帶、濕地及養殖水體）等的鹽度和營養鹽等的分布特征；參觀潮間帶紅樹林生態系統、了解淺海珊瑚類群及其保育工作和海島生態環境特點，幫助學生加深學科認識，提升專業素養。同時也有利于加強學生對海洋科學專業的理解與熱愛，也能夠開闊其視野，增強其應對困難與挑戰的能力，培養吃苦耐勞的精神，培養創新意識，提高創新能力。本文分別從構建完善的野外實踐教學體系、建設梯隊化的教師隊伍、定制科學全面的野外實習內容、重視課程思政四方面開展基于德智體全面發展的海洋科技人才培養需求的野外實習教學新模式的探索，為海洋科學專業野外實踐教學提供參考。