環(huán)境類專業(yè)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識與實(shí)踐

葛碧洲，石 輝，蔣 欣，張 軍

（西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

1 研究背景

實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)是大學(xué)生更好地理解和應(yīng)用理論知識的平臺?！皩?shí)驗(yàn)教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有特殊作用”［1］。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是有效的選擇途徑。開放性實(shí)驗(yàn)既是一種方式方法，更是一種理念認(rèn)知。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵建設(shè)，從學(xué)的角度賦予了教學(xué)形式和內(nèi)容多元、豐富及透明的教學(xué)界面，而對教，則是對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的分類、實(shí)驗(yàn)教師的定位以及目標(biāo)管理要求的確定［2－4］。

開放性實(shí)驗(yàn)突出了學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐學(xué)習(xí)過程的主體性［5］，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員、設(shè)施、場地等實(shí)驗(yàn)條件的功能效益。滲透了教師是學(xué)生知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)的設(shè)計(jì)者、組織者、指導(dǎo)者的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。學(xué)生可以充分、科學(xué)地將所獲得的知識運(yùn)用到實(shí)踐中，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維與探索精神，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力［6］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)體系的更新完善，將傳統(tǒng)單一性、封閉、重復(fù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较蚓C合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)將促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究，為跨學(xué)科、跨專業(yè)、口徑寬、功能強(qiáng)、使用效率高的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)創(chuàng)造必要條件。

2 開放的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間和教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間的充分運(yùn)用是開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要表現(xiàn)形式，也是落實(shí)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織形式。較以往定時(shí)、定點(diǎn)、統(tǒng)一內(nèi)容的指定式教學(xué)不同，開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，時(shí)間上允許學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、場地、設(shè)備使用狀況來確定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的豐富和發(fā)展創(chuàng)造先決條件。

針對環(huán)境類專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)具有選項(xiàng)多、臺套少、設(shè)備專用的教學(xué)特點(diǎn)，每班學(xué)生可以10～15人分若干課題小組分配指導(dǎo)教師，根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)大綱中各實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)的要求，在同一學(xué)期內(nèi)組織進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)間、場地的使用和管理，通過實(shí)驗(yàn)室教師或?qū)嶒?yàn)教學(xué)管理網(wǎng)絡(luò)，預(yù)約登記落實(shí)［7］。不同的課題小組可以集中一次或分項(xiàng)、分次地選擇時(shí)間，分散式完成，這樣，一些受時(shí)間、空間或設(shè)備臺套限制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因?qū)嶒?yàn)時(shí)空的開放和組織形式的更新成為實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)，可豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。例如，生化需氧量BOD5是判斷水體可生化降解程度的代表性指標(biāo)，其實(shí)驗(yàn)過程需要學(xué)生對樣品進(jìn)行連續(xù)5天的生化培養(yǎng)。若是全班齊頭進(jìn)行，這種跨時(shí)段的實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備和學(xué)生時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)場地等的要求，在以往的教學(xué)計(jì)劃上是難以安排的。開放性實(shí)驗(yàn)分散式的組織形式，因時(shí)空條件可動態(tài)調(diào)整，因此，課題小組即可以交錯(cuò)分散地選擇時(shí)間、地點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目，進(jìn)而獲取數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)室時(shí)間、空間敞開管理使用的開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將以往全班同時(shí)、同地點(diǎn)、相同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的單一的實(shí)驗(yàn)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉n題小組為單位的靈活、機(jī)動、多樣選擇的教學(xué)方式，不僅可提高時(shí)間、場地和設(shè)施的利用效率，而且拓寬了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。豐富的實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)加強(qiáng)了學(xué)生間的互動、交流、協(xié)作的主動性。學(xué)生可全天候地利用實(shí)驗(yàn)室同時(shí)開展不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可分次計(jì)劃完成，為以生為本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生能力的培養(yǎng)，營造了開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍。

3 開放的實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的運(yùn)行可充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)設(shè)施條件的效能。開放的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅可以同步展開不同的實(shí)驗(yàn)，而且實(shí)驗(yàn)室使用登記的公開，對學(xué)期內(nèi)前后實(shí)驗(yàn)緊松不一的教學(xué)計(jì)劃，可起到適度的調(diào)節(jié)作用。這種差異化的好處，也使儀器設(shè)備的使用率和利用率提高。例如，傳統(tǒng)一個(gè)班的統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)，需要配置相應(yīng)的天平室和一定數(shù)量的分光光度計(jì)以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場地等設(shè)施。高校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，并非一定是設(shè)備條件的成倍放大。以課題小組預(yù)約登記分析的實(shí)驗(yàn)管理模式，不僅避免了設(shè)備使用時(shí)緊缺，而非實(shí)驗(yàn)時(shí)間閑置，占資源又占空間的現(xiàn)象，也提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率和資產(chǎn)配置效益。針對龐大的高校資產(chǎn)投資，探索充分地調(diào)動設(shè)備資源、積極優(yōu)化使用環(huán)境已成為用好實(shí)驗(yàn)條件、服務(wù)教學(xué)的新課題［8］。

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的另一個(gè)顯著效果是有關(guān)大型儀器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的啟動。現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測水平離不開精密儀器分析。像色譜、光譜、質(zhì)譜等方法手段已廣泛地應(yīng)用于水、氣、固廢樣品中各類有機(jī)、無機(jī)成分的檢測。與一些專用設(shè)備一樣，因受儀器臺（套）數(shù)的限制，一直以來大型儀器多用作科學(xué)研究，舊有模式運(yùn)行下的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)較少受益。開放性實(shí)驗(yàn)則突破了傳統(tǒng)教學(xué)的組織形式。以課題實(shí)驗(yàn)小組為單位，分散、分項(xiàng)、分時(shí)地參與相同或不同的儀器分析實(shí)驗(yàn)，通過交流比對，即可廣泛深入地認(rèn)識微觀環(huán)境，并提高了學(xué)生對現(xiàn)當(dāng)代科技手段——精密儀器的動手操作和認(rèn)知水平。同時(shí)，現(xiàn)代檢測技術(shù)手段的引入，進(jìn)一步豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的項(xiàng)目內(nèi)容，改善了儀器閑置或開機(jī)率偏低等嚴(yán)重影響設(shè)備使用率的現(xiàn)狀。在教學(xué)實(shí)踐中，我們針對現(xiàn)實(shí)環(huán)境熱點(diǎn)話題拓展的大氣霧霾中PM2.5的采集監(jiān)測、水體中雌激素類成分的色譜分析等代表性的環(huán)境即時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就是開放性實(shí)驗(yàn)以分散式課題組實(shí)施開發(fā)使用大型儀器的例證。

4 促進(jìn)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理推動了教師的實(shí)驗(yàn)研究，促進(jìn)了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展［9］。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅對教師前期的專業(yè)知識儲備和學(xué)生課前的實(shí)驗(yàn)預(yù)備提出要求，更表現(xiàn)為師生思想、觀念和認(rèn)識的改變［10－12］。開放性實(shí)驗(yàn)所要求的時(shí)間、空間、內(nèi)容、設(shè)備等設(shè)施的保障，均由實(shí)驗(yàn)教師來協(xié)調(diào)完成。為此，實(shí)驗(yàn)教師不僅要開展自我知識更新、研發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，還要建立相關(guān)的開放性實(shí)驗(yàn)管理，以保障安全運(yùn)行，諸如學(xué)生實(shí)驗(yàn)的預(yù)約登記、統(tǒng)計(jì)歸檔，更多設(shè)備臺套的使用與維護(hù)、試劑耗材供給、實(shí)驗(yàn)效果評價(jià)等。這樣，開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)一方面加大了實(shí)驗(yàn)教師的工作力度，同時(shí)，也提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生能力等綜合素質(zhì)培養(yǎng)方面的比重，并對多年來形成的“重科研、輕教學(xué)，尤其輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的固有意識重新審視，強(qiáng)化了高等教育關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)分類的概念，使實(shí)驗(yàn)教師的責(zé)任、義務(wù)和考核目標(biāo)更加明確。因此，實(shí)驗(yàn)教師不僅留得住，明晰的職業(yè)規(guī)劃和發(fā)展方向也大大地調(diào)動了他們對實(shí)驗(yàn)研究的積極性，更好地服務(wù)于教學(xué)及創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

實(shí)踐表明，結(jié)合學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量發(fā)展和學(xué)科發(fā)展規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)教師在開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以大有作為。

4.1 落實(shí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)

3年來，環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以開放性實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)要求不懈努力，將新材料、新科技為代表的環(huán)境專業(yè)新技術(shù)消化吸收，先后研制實(shí)驗(yàn)裝置10件套，獲得專利8項(xiàng)，并成功引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的驗(yàn)收、環(huán)境工程專業(yè)的“教育認(rèn)證”以及建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、給水排水科學(xué)與工程的行業(yè)評估等考核指標(biāo)中，獲得創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)好評。其中，所開發(fā)的“光催化高級氧化實(shí)驗(yàn)”裝置獲國家發(fā)明專利，并完成了“現(xiàn)代膜分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)”、“固體廢物中重金屬浸出測定”、“高鹽水的電滲析處理”和“離子交換處理含鉻廢水實(shí)驗(yàn)”等5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)及改造。

4.2 開放性實(shí)驗(yàn)培育出多元的教學(xué)教改方式

為適應(yīng)跨學(xué)科、跨專業(yè)的人才培養(yǎng)需要，開放性實(shí)驗(yàn)滿足不同形式和內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。以開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，已完成了給水排水工程專業(yè)“水分析化學(xué)”和“環(huán)境微生物學(xué)”等實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立設(shè)課，并根據(jù)學(xué)校8個(gè)專業(yè)學(xué)科的輔修課程要求，開出“分析化學(xué)”、“水污染控制工程”實(shí)驗(yàn)。在環(huán)境科學(xué)專業(yè)首開的拓展型實(shí)驗(yàn)活動周中，實(shí)驗(yàn)教師的2項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)成為課題選案。

4.3 開放性實(shí)驗(yàn)支撐課外學(xué)生科技訓(xùn)練項(xiàng)目

到目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)合國家對大學(xué)生課外科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)計(jì)劃，充分利用開放性實(shí)驗(yàn)的組織方式，相繼完成了本科生科研訓(xùn)練（SSRT）計(jì)劃和國家及省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃，指導(dǎo)了2屆大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”賽，并獲“2014全國環(huán)境友好杯賽”獎等。這些現(xiàn)有的以學(xué)生為主體的創(chuàng)新學(xué)分實(shí)踐訓(xùn)練，已成為判斷實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)參與度和開放性實(shí)驗(yàn)可持續(xù)建設(shè)發(fā)展的可靠依據(jù)和保證［13］。

5 實(shí)踐中存在的問題和建議

5.1 政策面的制度保證

開放性實(shí)驗(yàn)的建設(shè)發(fā)展，激活了教與學(xué)2個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)提高了學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。為推進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量的整體性完善，區(qū)分實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)特有的自身目標(biāo)和屬性是必要的。認(rèn)識實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的分類管理、職責(zé)和要求，需要自上而下的頂層設(shè)計(jì)保證。建立健全運(yùn)行管理的規(guī)章制度，包括人員組織的隊(duì)伍建設(shè)、相應(yīng)的職稱評聘以及激勵考核機(jī)制。將實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)特有的實(shí)證和科學(xué)精神體現(xiàn)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)教育的全過程。

5.2 技術(shù)面的操作內(nèi)容

信息時(shí)代，實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵和態(tài)度涉及新思想、新觀念、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方式方法等方面。開放性實(shí)驗(yàn)的理解和落實(shí)是機(jī)會更是挑戰(zhàn)。相對基礎(chǔ)性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，開放性實(shí)驗(yàn)以分散方式的課題小組實(shí)施更適于專業(yè)實(shí)驗(yàn)。在原專業(yè)課程基礎(chǔ)上，緊密關(guān)注科技發(fā)展動態(tài)，盡可能地配套制度建設(shè)和客觀條件，實(shí)施開放實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生與現(xiàn)實(shí)需要關(guān)聯(lián)，并在實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中體會科學(xué)技術(shù)與社會價(jià)值。

現(xiàn)有制式下的本科生科研訓(xùn)練、相關(guān)的全國大學(xué)生杯賽制以及校級或高級的教育教學(xué)改革項(xiàng)目的申請和完成，就是開放性實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的表達(dá)方式，它不僅使大學(xué)生在多元、層次化創(chuàng)新培養(yǎng)上受益，同樣提高了實(shí)驗(yàn)教師自身素質(zhì)，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)坐班制下的質(zhì)與量的考量把握。而舊有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅是為理論驗(yàn)證服務(wù)（被動式），大大地遏制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的提高和發(fā)展。

6 結(jié)束語

對實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)效果、目標(biāo)的再認(rèn)識，賦予實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間，設(shè)備條件和內(nèi)容開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以課題組預(yù)約登記進(jìn)行，分散式地開展實(shí)施，提高了實(shí)驗(yàn)室的使用效率，解放了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的選擇局限，更新了以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的科技信息滯后、形式內(nèi)容陳舊、運(yùn)行機(jī)制僵化等現(xiàn)象，營造出以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室全天候的教學(xué)支持，使學(xué)生有更多的機(jī)會與教師接觸和交流，并在完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范的程度、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析以及對實(shí)驗(yàn)問題的興趣、解決等方面得到良好的互動雙贏。

多元的課內(nèi)外教學(xué)組織形式提高了學(xué)生自我動手實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐以及學(xué)生間交流協(xié)作的綜合素質(zhì)，也促進(jìn)了學(xué)生由“學(xué)會”到“會學(xué)”的角色轉(zhuǎn)變。以制度建設(shè)為基石的開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降倪\(yùn)行和發(fā)展，明確實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在教學(xué)中的分類、作用和考核目標(biāo)，必將調(diào)動教師隊(duì)伍的積極性，促進(jìn)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)及實(shí)驗(yàn)研究水平的完善和提高。

（

）

［1］武高輝，楊韜，趙希文，等.本科生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實(shí)踐［J］.高等工程教育研究，2002（3）：21－23.

［2］王興邦.面向開放式創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)與研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（7）：33－37.

［3］孫一民，李明弟，李大勇，等.我國高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究現(xiàn)狀［J］.山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，27（2）：250－254.

［4］王明彥.構(gòu)建研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的思考與實(shí)踐［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2009（3）：75－77.

［5］宋國利，蓋功琪，蘇冬妹.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（2）：91－93.

［6］王海波，孫青竹.提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（7）：17－19.

［7］崔芳.環(huán)境工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（2）：139－141.

［8］呂敬堂.建設(shè)開放實(shí)驗(yàn)室，適應(yīng)21世紀(jì)人才培養(yǎng)需要［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22（1）：132－136.

［9］周乃新，姚郁，楊桅.深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，創(chuàng)建特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（4）：138－140

［10］朱學(xué)道，陳士夫，黃維蘭.實(shí)驗(yàn)室開放芻議［J］.淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會科學(xué)版，2001，22（2）：108－109.

［11］陳方.高校環(huán)境科學(xué)專業(yè)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討［J］.人力資源管理，2010（8）：186－187.

［12］丁武泉，王書敏，宋仲容，等.環(huán)境科學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開放與應(yīng)用型人才培養(yǎng)探索［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，28（6）：62－64.

［13］王志偉，張?zhí)锩?構(gòu)建多層次、模塊化、開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系［J］.黑龍江高教研究，2008（5）：162－163.