冷 庚，陳文瑾

(電子科技大學 資源與環(huán)境學院，四川 成都 611731)

“環(huán)境化學綜合實驗”是環(huán)境科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的一門重要實踐類核心課程，其重點是探討污染物來源及其在環(huán)境介質(zhì)中的存在、形態(tài)、濃度水平和遷移、轉(zhuǎn)化與降解等環(huán)境行為及其影響因素等[1－2]。通過實踐教學，將深化學生對 “環(huán)境化學”課程基本知識的理解，掌握研究環(huán)境化學問題的基本方法和手段，提高科學分析能力、基本實驗技能，使學生具備發(fā)現(xiàn)、分析、解決科學問題的綜合能力。國內(nèi)外許多著名大學，如牛津大學、加州理工大學、清華大學、浙江大學等均把環(huán)境化學綜合實驗設(shè)為環(huán)境科學與工程專業(yè)實踐類核心課程。

1 教學體系現(xiàn)存問題

不同于環(huán)境科學與工程其他課程，環(huán)境化學具有明顯交叉性、綜合性的特征，環(huán)境化學綜合實驗應(yīng)更注重于污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的過程和原理的探索。其教學體系應(yīng)突出綜合性、探索性的特征[3]。

但是，目前包括電子科技大學在內(nèi)的國內(nèi)大多數(shù)高校在該課程上均不同程度出現(xiàn)綜合性差，探索性不足等問題[4－10]。其具體表現(xiàn)為以下3個方面。

1)教學體系僵化。在課程體系方面，往往以驗證類、分析測試類實驗居多。課程體系由多個獨立的既定實驗內(nèi)容組成，實驗項目與項目之間沒有聯(lián)系和啟承。在這樣的課程體系中，學生往往按照實驗教材或講義按部就班地進行實驗操作，即可獲得既定的實驗結(jié)果。這無疑無法更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，以及探索問題、解決問題的綜合能力。

2)實驗學時與綜合性、探索性訴求之間的矛盾。目前，大多數(shù)高校的環(huán)境化學實踐類課程的學時在20學時左右，然而綜合性、探索性的實踐體系往往是一個發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題—歸納總結(jié)的科學研究過程。一個完整的教學過程至少需要12個學時左右。因此，如何解決實驗學時和綜合性、探索性訴求之間的矛盾是本課程體系需要解決的另一重要問題。

3)教學體系開放性差。在國內(nèi)外絕大多數(shù)的教學體系中，學生沒有主導權(quán)，而是按照指導老師或教材來完成實驗內(nèi)容。學生的創(chuàng)造性、主觀能動性未得到訓練，其學習積極性和探索欲望自然也無法被激發(fā)。

針對環(huán)境化學綜合實驗教學體系中出現(xiàn)的上訴問題，對課程的教學體系進行了優(yōu)化和研究，對實驗內(nèi)容進行了梳理和更新，對教學方式進行了突破和創(chuàng)新。優(yōu)化后的教學體系呈現(xiàn)出明顯的開放性和探索性，能最大程度調(diào)動學生的學習欲望和對科學的探索熱情。

2 教學體系研究

2.1 教學體系研究和優(yōu)化

環(huán)境化學是一門研究有害化學物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的來源以及在環(huán)境介質(zhì)中的存在形態(tài)、濃度水平和遷移、轉(zhuǎn)化、降解等環(huán)境行為及其影響因素，環(huán)境效應(yīng)的化學原理和方法的科學。因此，環(huán)境化學綜合實驗的課程體系不應(yīng)側(cè)重于對污染物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)種環(huán)境行為及其特征的探索，而不是僅對污染物濃度的測定及驗證。為此，對環(huán)境化學綜合實驗課程體系進行了優(yōu)化，設(shè)計一系列環(huán)環(huán)相扣的科學問題供學生探索、研究。形成一個提出問題—分析問題—解決問題—歸納總結(jié)的課程體系?；谶@一思路，設(shè)計優(yōu)化了課程體系，如圖1所示。

圖1 環(huán)境化學綜合實驗課程體系

2.2 教學內(nèi)容及和方法

學生今后面對的科學問題一定是變化的，所謂 “授人以魚不如授人以漁”，如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新思考、科學分析、合理解決不斷變化的科學問題的能力才是高校人才培養(yǎng)的初衷和目標。因此，針對環(huán)境化學綜合實驗的課程體系，對教學內(nèi)容，以及教學方式進行了改革和創(chuàng)新，在有限的教學時間內(nèi)，最大程度發(fā)揮學生主觀能動性和創(chuàng)新性，激發(fā)其探索未知問題的熱情。

首先，老師會提出一個科學問題，如自然水環(huán)境中硫及其形態(tài)的環(huán)境行為及其轉(zhuǎn)化特征，即硫在自然水體中呈現(xiàn)出怎樣不同的形態(tài)，其分布、轉(zhuǎn)化，及濃度水平均和哪些環(huán)境條件相關(guān)？。經(jīng)討論后，可能得到一個自然水體中硫形態(tài)的基本關(guān)系圖，如圖2所示。

圖2 自然水體中的硫及其形態(tài)

然后，基于這一初步結(jié)論，討論、凝練其中更深層次的科學問題，如硫形態(tài)及其分布和水深度之間的關(guān)系；與pH和pE之間的關(guān)系；和金屬離子之間的關(guān)系等。在明確了研究目標之后，繼續(xù)對研究內(nèi)容進行分解。如將學生分為3個小組:第1組負責樣品的采集以及pH和pE的測定；第2組負責樣品中硫酸根和亞硫酸根的測定；第3組負責樣品中金屬鎘的測定。

在進行分組實驗，得到實驗數(shù)據(jù)后，將實驗數(shù)據(jù)進行整合和分析，得到相應(yīng)的結(jié)論，撰寫實驗報告。

值得注意的是，在該課程體系下，授課教師僅作為實踐課程的引導者，學生才是實驗的真正主導者。在提出問題環(huán)節(jié)，老師僅僅拋出問題，而不給出解決這一問題的途徑和方法；學生根據(jù)老師拋出的這一問題，在經(jīng)過文獻調(diào)研、集中討論等環(huán)節(jié)后確立實驗方案；然后，根據(jù)確立的實驗方案，對實驗任務(wù)進行分解，對實驗人員進行分組；此后，學生將按照制定的實驗方案，進行分組實驗，完成各自實驗內(nèi)容，獲得實驗數(shù)據(jù)；最后，將各組的試驗數(shù)據(jù)進行綜合和分析，得到科學結(jié)論。如圖3所示，授課教師首先拋出 “自然水體中硫及其形態(tài)的環(huán)境行為及其轉(zhuǎn)化特征”這一實驗項目；然后引導學生對這一項目進行拆解，如自然水體中硫存在哪些形態(tài)，不同硫形態(tài)的濃度和分布和哪些因素有關(guān)；然后，讓學生對這兩個科學問題進行分析，學生可能會認為SO32－、 SO42－和S2－與水深、溶解氧、pH和氧化還原電位有關(guān)。當然，學生的分析可能不會全面，可能會遺漏一些形態(tài)或影響因素。此時，作為授課教師不需要對其進行補充。引導學生對實驗方案進行設(shè)計:確定研究對象、樣品采集點位數(shù)量和位置、采樣深淺、樣品保存方法、以及實驗室定量分析方法等。為確保實驗順利進行，引導學生對實驗任務(wù)進行分解，比如分組協(xié)作，綜合數(shù)據(jù)。最后，按照實驗方案，進行各自實驗內(nèi)容，再將實驗數(shù)據(jù)進行綜合和分析，得出實驗結(jié)論。由此可見，即使同一實驗項目，不同的學生，對問題的分析方法和深淺不同，可能設(shè)計不同的實驗實施方案，由此可能獲得不同的實驗結(jié)果，進而可能得出不同的結(jié)論。教師根據(jù)學生在分析問題、實驗協(xié)作、動手操作、數(shù)據(jù)分析處理、歸納總結(jié)等方面的綜合表現(xiàn)給予認定和評分。這樣的實踐課程體系自由度大、探索性強、學生自由度高，更能突出對學生綜合能力的培養(yǎng)，其實驗認定分數(shù)也更能反映出該生的綜合素質(zhì)和能力。

圖3 自然水體中硫及其形態(tài)的環(huán)境行為及其轉(zhuǎn)化特征實驗項目實施路線圖

3 結(jié)束語

環(huán)境化學綜合實驗是環(huán)境科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的一門重要實踐類課程，國內(nèi)外大學均將其作為培養(yǎng)學科基本素質(zhì)必修課開設(shè)。但是，包括我校在內(nèi)的大多數(shù)高校在該課程在課程體系上均不同程度存在開放性不足，綜合性差，學生自由度低等問題，這無疑在一定程度上不利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新思考、科學分析、合理解決科學問題的能力。針對上訴問題，結(jié)合現(xiàn)今環(huán)境化學學科發(fā)展趨勢，研究、優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，縮減驗證性實驗，建立一套綜合的、學生主導的、開放的，且具有明顯探索性的實踐課程體系。這樣的課程體系，在國內(nèi)高校的實踐教學課程中均是創(chuàng)新之舉。

[1]鄧南圣，吳峰.環(huán)境化學教程[M].武漢:武漢大學出版社，2000.

[2]鄧南圣，吳峰.環(huán)境化學教程[M].2版.武漢:武漢大學出版社，2006.

[3]岳松，蔣珍菊，芮光偉，等.基礎(chǔ)化學實驗改革探索與實踐[J].實驗科學與技術(shù)，2006，4(3):42－44.

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