環(huán)境類專業(yè)實驗教學改革與探索

陳　雯, 徐建強

(南京信息工程大學 環(huán)境科學與工程學院, 江蘇 南京　210044)

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環(huán)境類專業(yè)實驗教學改革與探索

陳雯, 徐建強

(南京信息工程大學 環(huán)境科學與工程學院, 江蘇 南京210044)

著眼于本科院校環(huán)境類專業(yè)實驗課程教學現(xiàn)狀,對實驗教學方案、實驗教學過程進行改革探索,提出了“三會一熟悉”的教學要求,并將這一要求貫穿于課前講解、課中考查和課后評價整個教學過程,取得了比較好的教學效果。

環(huán)境類專業(yè)； 實驗教學； 改革與探索

根據(jù)中國教育在線統(tǒng)計數(shù)據(jù),截至2013年,全國共有近300所本科院校設(shè)有工科專業(yè)環(huán)境工程專業(yè),其中只有60多所院校隸屬于“211工程”重點建設(shè)院校,近80%的院校屬于地方本科院校[1]。隨著社會對環(huán)境保護問題的日益重視,對環(huán)境類專業(yè)學生的理論知識和實踐能力要求也越來越高。多所高校進行了一系列實驗教學改革工作,例如：結(jié)合實驗室儀器設(shè)備的條件和實驗教學的特點開展設(shè)計性實驗、綜合性實驗的教學實踐探索[2-4],根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)目標的要求對實驗教學體系構(gòu)建進行改革和研究[5-6],結(jié)合不同專業(yè)的特色進行實驗教學體系改革[7],探索不同的實驗教學模式鍛煉和提高學生的綜合能力[8-12],以及從教學內(nèi)容、教學方法和考核評價體系等方面進行改革探索[13-15],都取得了一定的成效。

我校環(huán)境科學與工程學院設(shè)置的環(huán)境類專業(yè)有環(huán)境科學、環(huán)境工程、大氣環(huán)境和給水排水工程等專業(yè),基本上都設(shè)置了“分析化學實驗”、“儀器分析實驗”和“環(huán)境監(jiān)測實驗”等定量分析實驗課程。在10多年的實驗課程建設(shè)過程中,提出了“三會一熟悉”的教學要求,并將這一要求應(yīng)用于實驗教學內(nèi)容的選擇、實驗指導(dǎo)材料的編寫、實驗課程的講解以及實驗課程的考核等諸多教學環(huán)節(jié)。

1　實驗教學普遍存在的問題

1.1實驗教材問題

目前實驗教材基本上都是按照實驗?zāi)康?、實驗原理、儀器和試劑、實驗內(nèi)容以及思考題這5部分來組織編寫。其中實驗原理和實驗內(nèi)容都為大段的、詳細的文字描述,學生看了之后覺得索然無味,根本提不起預(yù)習和學習興趣,許多學生認為只要按照書上步驟就可以完成實驗,致使學生實驗效率低下,實驗效果達不到預(yù)期目標。

1.2實驗準備問題

目前實驗準備中的儀器選擇和試劑配制基本上無需學生參與,由實驗課程任課教師或?qū)嶒瀱T事先準備好,處于包辦狀態(tài)。致使學生對實驗缺少主動思考過程,同時增強了學生對教師的依賴。

在實驗教學過程中以及和學生接觸過程中,發(fā)現(xiàn)并了解到有些學生連實驗室常用儀器都說不上名稱,進入畢業(yè)論文實驗期間還出現(xiàn)了無法順利說出需借用儀器的正確名稱[16],甚至有學生向?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T申領(lǐng)1∶1HCl溶液的奇怪現(xiàn)象。

1.3實驗課程的考核問題

目前實驗課程成績大多根據(jù)實驗報告和出勤等進行判分,少數(shù)學生則有意識地將精力投注在實驗報告書寫上,不重視實驗操作和實驗技能的提高,實驗結(jié)束之后編造數(shù)據(jù),甚至出現(xiàn)投機取巧抄襲他人實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。即使再增加卷面考試環(huán)節(jié),也大多只出現(xiàn)一些較為簡單的實驗原理、簡單實驗操作方面的題目,不能客觀公正地評價學生的實驗技能。

因?qū)嶒灲虒W各環(huán)節(jié)存在的問題以及相互影響和協(xié)同作用,使學生對于實驗課的積極主動性不高,在本科學習階段結(jié)束時,對于實驗課上所做的實驗項目能說出一二的并不多,能留下深刻印象的就更是微乎其微了,這就對學生走上工作崗位快速完成角色轉(zhuǎn)換造成了某種程度上的困難。

2　“三會一熟悉”實驗教學要求的確立

針對以上實驗教學普遍存在的問題,我校實驗指導(dǎo)教師結(jié)合我校環(huán)境類專業(yè)實驗教學實際情況,提出了“三會一熟悉”的實驗教學要求,即“會配制試劑、會選擇儀器、會進行計算和熟悉相關(guān)儀器設(shè)備”。“會配試劑”，要求學生了解實驗中所涉及試劑的2種配制方法；“會選擇儀器”，要求學生弄清實驗準備階段以及實驗過程中有關(guān)儀器的正確選擇；“會進行計算”，包括實驗準備階段的計算以及實驗結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理；“一熟悉”，要求學生掌握相關(guān)儀器設(shè)備的用途、基本結(jié)構(gòu)和定性定量分析方法?！叭龝皇煜ぁ本褪峭ㄟ^學生課前預(yù)習、教師講解和學生實驗,使學生參與實驗教學全過程。

3　實驗教學改革

我校對環(huán)境科學與工程學院開設(shè)的多門實驗課程進行了改革、探索與實踐。在此以“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程為例,闡述探索過程和實踐經(jīng)驗。

3.1實驗指導(dǎo)資料形式內(nèi)容創(chuàng)新

環(huán)境監(jiān)測實驗項目大多為一些定量分析實驗,這些實驗項目都有國家標準或相應(yīng)的實驗教材。首先根據(jù)本校各專業(yè)實際情況,對實驗項目進行有效選擇,確定實驗項目后,從社會效益、經(jīng)濟效益和時間效益最大化出發(fā)編寫實驗指導(dǎo)材料,遵循的原則是：減少對環(huán)境有害的實驗,花費少量經(jīng)費做好實驗,選擇既節(jié)省學生時間又可以達到培養(yǎng)目標的實驗內(nèi)容。

在編寫實驗指導(dǎo)資料時,充分利用專業(yè)背景知識,在理解實驗原理的基礎(chǔ)上,將國家標準或?qū)嶒灲滩闹械膬?nèi)容轉(zhuǎn)化成表格或流程圖的形式,一目了然,便于學生去理解實驗過程,了解和掌握實驗原理。例如 “水體化學需氧量(COD)的測定(重鉻酸鉀法)”這一實驗項目,現(xiàn)有教材一般截取國家標準GB/T11914中的相關(guān)內(nèi)容進行編寫。表1是我校教師編寫的實驗過程,采取表格形式,將復(fù)雜步驟簡單明了地展現(xiàn)。

表1　化學需氧量測定實驗過程

3.2實驗講解內(nèi)容創(chuàng)新

3.2.1實驗課程體系完善化,技能培養(yǎng)更全面

實驗課程啟動之后,都有一堂實驗預(yù)備知識課,課上向?qū)W生介紹環(huán)境監(jiān)測實驗課程目的、實驗程序、實驗預(yù)備知識、環(huán)境監(jiān)測相關(guān)實驗技術(shù)。突出強調(diào)環(huán)境監(jiān)測實驗課程目的是驗證環(huán)境監(jiān)測基本原理,鞏固、加深和拓展理論知識,掌握實驗的基本技能和基本操作,培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力,提出達到“三會一熟悉”的教學理念,激發(fā)學生學習興趣。

實驗預(yù)備知識內(nèi)容包括環(huán)境監(jiān)測的定義、分類、方法、環(huán)境樣品濃度表示方法以及環(huán)境監(jiān)測相關(guān)實驗技術(shù)。主要包括體積測量儀器、稱量儀器、酸度計、紫外-可見分光光度計、氣相色譜儀和液相色譜儀、樣品采集制備與預(yù)處理的簡要介紹,重點介紹數(shù)據(jù)記錄與處理、試劑配制(體積測量/控制儀器和稱量儀器選擇問題)。

第一堂課程結(jié)束時,根據(jù)學生的知識背景并結(jié)合課堂內(nèi)容,給學生布置一道思考題,如分光光度法測定生活飲用水中鐵含量的相關(guān)實驗,要求學生回答有關(guān)問題或完成相關(guān)任務(wù),內(nèi)容涉及到原理問題、某種試劑配制流程(包括方法、需使用的稱量儀器和體積控制儀器)、試劑使用目的、配制過程中的計算、標準曲線制作和使用。通過書面的形式從準備到結(jié)果計算完成一次實驗,以便了解學生的狀況,為有針對性地組織教學做好準備。

3.2.2實驗項目講解內(nèi)容合理化,學生受益最大化

合理確定實驗項目是達成實驗課程預(yù)期目標和完成預(yù)期效果的首要環(huán)節(jié),而實驗教學過程則是至關(guān)重要的一步。

開始實驗之前,用45min左右的時間講解實驗原理和實驗內(nèi)容(實驗步驟),堅持和貫徹實施“學生參與全過程”理念。仍以“水體化學需氧量(COD)的測定(重鉻酸鉀法)”這一實驗項目為例,首先講解什么是化學需氧量,強調(diào)化學需氧量的3方面含義；然后仔細講解實驗內(nèi)容。講解過程并非是單純梳理實驗步驟,而是穿插一些實驗必備知識以及實驗意識培養(yǎng),如過量重鉻酸鉀和沸石的作用、硫酸-硫酸銀溶液的配制及2種試劑的作用、試亞鐵靈指示液的作用、硫酸亞鐵銨標準溶液滴定過程中顏色的變化和原因；最后向?qū)W生解釋實驗定量原理,推導(dǎo)重鉻酸鉀法的COD計算過程。這種講解使學生不僅僅按部就班、照方抓藥地完成實驗,而是對實驗內(nèi)容真正理解、掌握、分析和拓展。

實驗試劑雖然不需要學生親自配制,但是需要通過講解、啟發(fā)、引導(dǎo),使學生明白試劑配制過程、需要使用什么量具等。另外，實驗裝置也不會在實驗之前準備好,而是著重說明實驗裝置搭建過程,特別強調(diào)了安全穩(wěn)妥和美觀大方的要求,并隨時提問所用儀器、配件名稱,讓學生回顧以前的實驗知識,同時也增強學生的動手能力。

4　實驗課程考核創(chuàng)新

實驗課程考核由平時實驗操作(依據(jù)原始數(shù)據(jù))、實驗報告和期末書面考試成績3部分組成,其中實驗操作占20%、實驗報告占20%、期末書面考試占60%。書面考試在課程考核中比重的加大可以激發(fā)學生平時實驗的積極性、主動性,同時也對書面考試試卷的命題提出了更高的要求。為此我們首先確立了命題的指導(dǎo)思想,即平時實驗中強調(diào)的“三會一熟悉”思想,然后確定命題內(nèi)容,要求選擇一些學生雖未做過但可以運用已有實驗知識完成的實驗材料。下面以一份某專業(yè)期末考試試卷題型為例來說明實驗考核內(nèi)容創(chuàng)新之處。

4.1明確考核要求

提出考核要求：以下是GB13580.6—92“大氣降水中硫酸鹽測定——鉻酸鋇二苯碳酰二肼光度法”的有關(guān)原理和方法,利用實驗室可提供的試劑(所有試劑皆為分析純)和儀器,選擇最合理的方案(包括儀器選擇、試劑配制、操作步驟等),尋找最合理的答案,完成下列任務(wù)或回答有關(guān)問題。同時試卷中列出可提供學生選擇的試劑(12種)和儀器(15種)。

4.2實驗原理介紹

針對實驗原理設(shè)計了以下任務(wù)：要求寫出硫酸根離子與鉻酸鋇的交換反應(yīng),并就交換反應(yīng)說明硫酸鋇與鉻酸鋇溶解度大小的關(guān)系。

針對分光光度法的原理提出了如下問題：若標準曲線超過線性范圍出現(xiàn)向下偏轉(zhuǎn)情況,未知溶液濃度測定結(jié)果將產(chǎn)生正誤差還是負誤差？

4.3試劑準備

傳統(tǒng)的學生實驗都是由實驗室實驗人員來完成準備工作,為了考查學生的實驗技能,試卷中針對實驗中用到的試劑設(shè)計了以下8項任務(wù)：

(3) 試卷中設(shè)計了制備鉻酸鋇的實驗流程,要求學生寫出有關(guān)的制備反應(yīng)并計算理論產(chǎn)量；

(4) 要求寫出鉻酸鋇制備中所用6mol·L-1氨水溶液的配制流程并指出所用儀器名稱；

(5) 要求確定鉻酸鋇懸浮液的制備流程中所使用的儀器名稱；

(6) 要求確定氨-氯化鈣溶液的制備流程中所使用的儀器名稱；

(7) 要求寫出2mol·L-1鹽酸溶液的配制流程并指出所用儀器名稱；

(8) 要求寫出5g·L-1二苯碳酰二肼酒精溶液的配制流程并指出所用儀器名稱。

4.4實驗內(nèi)容

4.4.1標準曲線的繪制

試卷以表格的形式呈現(xiàn)分光光度法中標準曲線的制作過程(見表2),針對標準曲線法的原理設(shè)計了以下任務(wù)：

針對表1中的1號溶液,要求學生給出溶液的名稱及配制該溶液的目的。

表2　標準曲線的制作(樣卷)

4.4.2大氣降水樣品分析

試卷設(shè)計了大氣降水樣品分析的流程：

針對這一流程要求學生完成如下2項任務(wù)：第一,要求學生填寫該試驗流程中步驟①②③④中所使用的體積測量儀器名稱；第二,要求學生水樣計算水樣中硫酸根離子的含量。

試卷中要求學生回答：分光光度法實驗中,在完成標準曲線的測定后,強調(diào)在同等條件下測定試樣的吸光度,其中“同等條件”的含義是什么。

總之,通過設(shè)計一系列的任務(wù)和問題,可以比較全面地考查學生的實驗技能以及相關(guān)知識的掌握情況,也為今后教師在進行實驗教學時有針對性地組織教學提供參考。這種通過筆試的形式來完成一次實驗,不僅減少了實驗操作考試所帶來的教學成本,也體現(xiàn)了課程考核的公平性。

5　改革效果

在每一門實驗課程結(jié)束之后都向?qū)W生布置撰寫實驗總結(jié)的任務(wù),讓學生梳理實驗課程的收獲、感受并提出意見、建議等?？梢詮倪@些意見和建議中感受到“三會一熟悉”教學改革產(chǎn)生的效果。

我院組織學生參加每2年舉辦一次的江蘇省大學生化學化工實驗競賽,參賽者獲得優(yōu)異成績,每次競賽都有學生獲得二、三等獎。為了進一步提高學生對化學類課程的學習興趣,培養(yǎng)學生在化學實驗中的動手能力,提高大學生分析解決問題的能力,培養(yǎng)大學生的實踐能力、創(chuàng)新精神、團隊合作精神,我院已經(jīng)成功承辦了4屆學校化學實驗技能大賽。我院各專業(yè)學生積極申報各級大學生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目,近幾年來獲得國家級大學生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目10余項、省級大學生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目30余項、校級大學生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目20余項。

6　結(jié)語

我校進行的環(huán)境類專業(yè)“三會一熟悉”實驗教學改革優(yōu)化了實踐教學內(nèi)容,強化了實踐教學。注重學生綜合能力的培養(yǎng),著重培養(yǎng)學生實驗操作和數(shù)據(jù)處理技能,夯實學生基本操作技能和水平,增強學生的應(yīng)用能力,全面提高學生的綜合素質(zhì),力求滿足學生實踐能力發(fā)展需要,趨近“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)要求。

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Reformandexplorationofexperimentalteachingforenvironmentalprotectionspecialties

ChenWen,XuJianqiang

(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China)

Aimingattheexistingexperimentalteachingsituationoftheenvironmentalprotectionspecialtiesfromundergraduatecolleges,thereformandexplorationarecarriedoutontheexperimentalteachingplanandprocess.The“Threeskillsandonefamiliarization”ideaisclearlyputforward,andtheconceptispenetratedintotheentireprocessincludingtheexplanationbeforetheexperiment,theinspectionintheexperimentandtheevaluationaftertheexperiment.

environmentalprotectionspecialty;experimentalteaching;reformandexploration

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.052

2015- 10- 13修改日期：2015- 12- 25

江蘇省“十二五”高等學校重點專業(yè)類環(huán)境科學與工程類建設(shè)項目(蘇教高[2012]23號-167)

陳雯(1973—),女,四川彭州,碩士,助理研究員,主要從事環(huán)境工程、教學高等教育管理.

E-mail：chenchen1973@163.com

G642.0

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1002-4956(2016)5- 0197- 04