環(huán)境科學專業(yè)綜合性實驗教學的探索與實踐

閻 波 趙興貴 李海明 劉憲斌 田勝艷

（1.天津科技大學，天津300457；2.天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津300457）

環(huán)境科學專業(yè)綜合性實驗教學的探索與實踐

閻 波1，2趙興貴1，2李海明1，2劉憲斌1，2田勝艷1，2

（1.天津科技大學，天津300457；2.天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津300457）

綜合性實驗是高校實驗教學的重要內(nèi)容，對提高學生自主學習能力和動手能力，培養(yǎng)學生科研思維，激發(fā)學生學習興趣，提升綜合素質(zhì)均起到積極作用。本文結合環(huán)境科學專業(yè)《環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗》的教學實踐，對此綜合性實驗在內(nèi)容設計、教學模式及考評方式方面開展的一系列教學改革與實踐進行了探討，結果表明這些教學改革實踐可促進環(huán)境科學專業(yè)本科生綜合和實驗能力的提升，希望此教學的探索與實踐為環(huán)境科學專業(yè)課程的實驗教學改革提供借鑒。

綜合性實驗；環(huán)境科學專業(yè)；改革

按照《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中提出的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求，各高校在修訂培養(yǎng)計劃時，都提出了要重視培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力，在教學內(nèi)容選擇和教學方法的確定上，認真貫徹理論聯(lián)系實際的原則，加大實踐教學的力度［1］，特別是注重課內(nèi)和課外相結合，增加學生自主設計實驗內(nèi)容，加大了綜合實驗的比例。

綜合性實驗與課程的基礎性實驗相比，內(nèi)容與層次更高，綜合性與探索性更強［2］，其實驗內(nèi)容須滿足下列條件之一：涉及本課程的多個知識點，涉及多門課程的多個知識點，多項實驗內(nèi)容的綜合［3］。開展綜合性實驗訓練，可以更有利于培養(yǎng)學生的知識綜合運用能力、理論聯(lián)系實際能力和實踐創(chuàng)新能力，達到能力和素質(zhì)綜合培養(yǎng)的目的［4］。

環(huán)境科學專業(yè)是集自然科學、技術科學、社會科學于一體的一門綜合性學科專業(yè)，具有理論性、技術性、實踐性強的特點［5］。本專業(yè)的培養(yǎng)目標是使學生通過學習環(huán)境科學方面的基本理論、基本知識，接受環(huán)境科學基礎研究、應用研究和環(huán)境管理的基本訓練，具有較好的科學素養(yǎng)及一定的教學、研究、開發(fā)和管理能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的應用型人才。本專業(yè)在進行培養(yǎng)計劃修訂時，加大了實踐教學環(huán)節(jié)力度，構建了一系列與理論教學并重，以綜合性、設計性、研究創(chuàng)新性實驗為主要內(nèi)容的實驗課程體系，目的是使學生的綜合素質(zhì)得到提高，實現(xiàn)理論與實際相結合，動手與動腦協(xié)同發(fā)展［6］。

環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗是本校環(huán)境科學專業(yè)開設的一門綜合實驗，其基礎是環(huán)境微生物課程實驗和環(huán)境生態(tài)學課程實驗。單一的課程實驗通常內(nèi)容比較單調(diào)，且以驗證性實驗為主，實驗教學模式較為單一，學生在實驗教學中往往表現(xiàn)為被動的模仿型學習和記憶型學習，缺乏動手、動腦、分析問題和解決問題的主動性，這在很大程度上泯滅了學生的創(chuàng)造性思維，不能很好地激發(fā)學生的好奇心和學習興趣。隨著生命科學的高速發(fā)展，新技術、新方法的不斷出現(xiàn)，作為理論課程的重要輔助，環(huán)境微生物學和生態(tài)學實驗課程的改革迫在眉睫。針對目前環(huán)境微生物學和生態(tài)學實驗教學存在的問題，以培養(yǎng)學生基本實驗技能和創(chuàng)新能力為目標，本校環(huán)境科學專業(yè)開設了環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗，大膽地將環(huán)境微生物實驗與環(huán)境生態(tài)調(diào)查有機結合起來，相互補充，并對綜合性實驗教學內(nèi)容和方法進行了探索和實踐。本文以此綜合性實驗為例，結合近幾年來在實驗教學中改革與實踐嘗試獲得的經(jīng)驗與體會，探討綜合性實驗的內(nèi)容設計，教學模式及考評方式特點，以期為環(huán)境科學專業(yè)的實驗教學課程改革提供借鑒。

一、精心設計實驗內(nèi)容

通過綜合性實驗達到提高學生實踐創(chuàng)新能力的目標是不容易輕易實現(xiàn)的，需要在實驗內(nèi)容和實驗設計上下大功夫，打破原有課程驗證性實驗的框架，突出綜合性實驗內(nèi)容綜合、方法多元、手段多樣和人才培養(yǎng)綜合性的特點。環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗是本校環(huán)境科學專業(yè)大二學生開設的實驗課程，其先修課程包括環(huán)境微生物學、環(huán)境生態(tài)學、生物化學、無機化學、有機化學等專業(yè)課程，要求學生具備一定的化學、環(huán)境微生物學和環(huán)境生態(tài)學理論知識和實驗基礎，通過綜合性實驗的訓練，使學生牢固掌握環(huán)境微生物學及生態(tài)學實驗的基本操作技能和環(huán)境監(jiān)測中的微生物學相關方法，進一步加深理解環(huán)境微生物學及生態(tài)學課程的理論知識，培養(yǎng)學生觀察、思考及獨立分析問題和解決問題的能力，啟迪學生的創(chuàng)新思維。在實驗內(nèi)容的設計上，應從以下幾方面著手，來體現(xiàn)綜合性實驗的特點。

1.注重實驗內(nèi)容的綜合性

綜合性實驗最主要的特點是多個知識點的綜合，這些知識點既可以是一門課程的，也可以是相關其他課程的［7］。我們開展的環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗內(nèi)容包括野外環(huán)境生態(tài)調(diào)查，空氣和土壤環(huán)境微生物鑒定分析，校園水體微生物指標分析及水體初級生產(chǎn)力測定等幾個專題，其中野外環(huán)境生態(tài)調(diào)查和空氣、土壤環(huán)境微生物鑒定分析專題，需要學生在野外劃定一片區(qū)域，在此區(qū)域進行土壤與植被調(diào)查、對植物給予一定的氧化脅迫，研究環(huán)境因子對植物次生代謝的影響、采集土壤，對土壤及植物根際微生物進行分離鑒定，同時對研究區(qū)域大氣環(huán)境中的微生物進行測定，這些實驗的開展涉及到環(huán)境微生物學、環(huán)境生態(tài)學、化學等課程的專業(yè)知識，研究的方法和手段也是多種多樣，通過這些實驗的開展，可以使學生將化學、微生物學和生態(tài)學的相關專業(yè)知識融會貫通，充分體現(xiàn)綜合性實驗人才培養(yǎng)綜合性的特點。

2.增加實驗內(nèi)容的趣味性

在綜合性實驗內(nèi)容的選擇上，要注重賦予實驗內(nèi)容一定的特點［3］，比如可以是具有一定趣味性的實驗，能夠充分吸引學生；可以是結合學科特色的實驗，能充分體現(xiàn)學科培養(yǎng)的目的和意義；也可以是緊密結合實踐的實驗，以提高學生的實際應用能力。如在我們設計的環(huán)境微生物和生態(tài)學綜合實驗中，調(diào)查和采樣樣地選在學校的綠化區(qū)，既方便采樣，又提高了學生的好奇心和興趣，使學生想通過自己的實驗來了解熟悉的校園植被狀況，空氣、水體和土壤中微生物的分布狀況，進而提高了參與實驗的積極性和主動性。

3.提高實驗內(nèi)容的創(chuàng)新性

開展綜合性實驗的最終目的是要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，因此在進行實驗設計時，一定要注重“新”字，這個“新”包含兩個含義，一個是實驗的設計和內(nèi)容要新，其次是學生通過進行實驗，可以培養(yǎng)其實踐創(chuàng)新的能力［8-9］。因此，在題目和內(nèi)容的設計上要緊密結合學科前沿和高新技術，盡可能使學生在實驗過程中能夠接觸到較為復雜、精密和現(xiàn)代化的儀器設備，掌握較新的研究方法和步驟，如水體中初級生產(chǎn)力的測定實驗，要求學生查閱文獻，列出目前常用的測定方法、適用范圍及其優(yōu)缺點，然后根據(jù)現(xiàn)有儀器和水樣特點選擇合適的測定方法，有助于學生對學科前沿和動態(tài)有所了解，鞏固相關專業(yè)知識，并能做到學以致用。

同時題目和內(nèi)容的設計還要充分考慮調(diào)動學生的積極性和主動性，將每個實驗專題都設計成小課題，要求學生積極查閱文獻，參與設計，有助于激發(fā)學生的求知欲望和學習熱情，開拓學生的思路和眼界，使學生的實踐創(chuàng)新能力得到鍛煉和提高。

二、探索以學生為主體的教學模式

綜合性實驗在實施過程中，應注重以學生為主體，指導教師起引導和監(jiān)督作用［10］。在教師的“場外指導”下，把學生的主動性和積極性充分調(diào)動起來，自行完成實驗準備、樣品處理、儀器調(diào)試、樣品測定、數(shù)據(jù)分析和處理、處理操作分析過程異常現(xiàn)象和進行歸納總結并撰寫實驗報告等一系列過程。在我們開展的環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗課程中，主要從以下幾方面進行嘗試，來體現(xiàn)學生在實驗過程中的主體地位。

1.做好實驗預習和準備

在實驗題目選定之后，要求學生通過查閱相關文獻，主動利用課余時間學習一些相關的新知識，熟悉要使用的相關實驗儀器，對學生以前未接觸的儀器，要求學生自行查閱儀器使用說明書，熟悉儀器構造和使用方法。在實驗前要求學生就儀器的選擇和使用注意事項、實驗方法和步驟、實驗過程中應注意的問題等以小組為單位進行課前演講，并鼓勵其它小組同學對實驗方案的可行性進行分析討論和判定，通過這種“互助互學”的模式［11］，使學生對即將進行的實驗有充分了解，增強參與實驗的積極性和主動性。

對實驗中需要用到的試劑和器皿，如化學試劑、培養(yǎng)基和微生物實驗所需要的無菌器皿等，需要每個實驗小組在實驗前自行配制、滅菌，做好實驗前的準備工作。

2.增加實驗條件的不確定性

在綜合性實驗實施過程中，學生會碰到部分實驗細節(jié)和實驗條件是老師和書本上沒有講到的情況，這就需要學生自己在實驗過程中進行摸索［12］。如我們開展的環(huán)境對植物次生代謝的影響實驗，樣品的吸光度值不僅與待測物濃度有關，還與植物稱量的量相關，而最終測定的吸光度值不能超出標準曲線的范圍，因此學生在實驗的過程中，要根據(jù)樣品的實際濃度來選擇合適的稱量，或者對超出標準曲線吸光度范圍的樣品進行適當稀釋，稱量量和稀釋度的確定需要學生在實驗過程中根據(jù)自己實驗結果的實際情況來適當調(diào)整。又比如土壤中微生物的分離實驗，需要對土壤樣品進行一系列的梯度稀釋制備，但具體需要幾個稀釋度，也是需要根據(jù)實際情況來確定，因此，就需要學生在實驗過程中主動進行思考，通過不斷地嘗試和改進，尋求最佳實驗條件，創(chuàng)新能力在整個綜合實驗的過程中不知不覺就得到了提高。

3.重視實驗結果的討論

綜合實驗與基礎實驗最大的區(qū)別在于其實驗的綜合性和探索性，對有些實驗，應不讓學生事先知道實驗結果，引導他們綜合運用所學知識去對實驗結果進行分析討論［13-14］。特別是遇到實驗結果與理論結果不相符時，不能盲目地認為是實驗誤差，而是需要從多方面去進行分析，查找問題的原因所在，有時也許會有驚喜的發(fā)現(xiàn)。這也是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和綜合素質(zhì)的一個過程。如環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗中環(huán)境對植物次生代謝的影響實驗，每個小組選定的植物不同，噴灑過氧化氫溶液的濃度也不相同，因此對植物造成的氧化脅迫程度也各不相同，我們要求每組同學不僅要對自己的實驗結果進行分析和討論，還要和其他組的結果進行比較，分析氧化脅迫程度、氧化脅迫時間、光照條件等因素對不同類型植物體內(nèi)黃酮含量的影響。由于實驗條件的不同，其實驗結果是不可預測的，需要學生綜合運用環(huán)境生態(tài)學、生物化學等專業(yè)知識，并通過查閱相關文獻，對植物氧化脅迫機理進行分析。通過以上措施，學生的專業(yè)知識得以升華，獨立思考能力、綜合實驗能力和知識運用能力等都得到了極大提高。

4.鼓勵學生積極參與互評

綜合實驗通常是以小組的形式進行，在每個小組中，鼓勵學生根據(jù)每個人的特點進行合理分工，如有的同學負責實驗準備，有的負責現(xiàn)場調(diào)查和樣品采集，有的負責分析測定等，各司其職。在實驗結束后，要求每組同學根據(jù)組員的表現(xiàn)，相互打分，并作為實驗平時成績的考核依據(jù)，此舉既增加了成績評定的公平公正性，又可使學生參與實驗的積極性大大提高，以此增強綜合性實驗的教學效果。

三、建立嚴格的考評制度

綜合性實驗作為一門實驗課程，關注點在實驗過程，因此其考評依據(jù)應不局限于是否有理想的實驗結果，而應更注重學生在整個實驗過程中分析問題、解決問題、理論聯(lián)系實際等方面的表現(xiàn)［15］。以環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗課程為例，規(guī)定實驗成績由三部分組成，分別為出勤10%，實驗表現(xiàn)40%（操作技能10%，實驗規(guī)范10%，參與情況20%），實驗報告50%（報告格式規(guī)范15%，方案的合理性和創(chuàng)新性20%，實驗結果討論深度15%）。在執(zhí)行過程中，也做出一系列規(guī)定，如要求學生準備實驗記錄本，及時準確地記錄實驗原始數(shù)據(jù)、實驗現(xiàn)象及觀察到的結果，并做到每日實驗記錄指導老師簽字，由此考察學生的出勤和實驗參與情況；對實驗報告格式做出嚴格規(guī)定，要求學生手寫，杜絕抄襲；學生實驗參與情況成績由教師評定和學生互評進行綜合評價。實踐證明，這樣的考核方法較好地調(diào)動了學生學習的積極性，提高了他們對實驗課的重視程度，多數(shù)同學都可以做到在實驗課程前進行預習，實驗過程中熱情主動，能仔細觀察實驗結果并認真思考，保質(zhì)保量地按時完成實驗報告，同時這樣的考核方法還可以保證成績評定的客觀性和公正性，提高實驗教學的質(zhì)量和效果。

四、結束語

環(huán)境微生物與生態(tài)學綜合實驗是環(huán)境科學專業(yè)開展實踐教學的探索與實踐，在內(nèi)容設計、教學模式、考評方式等方面均進行了教學改革，實踐證明這些教學改革對促進環(huán)境科學專業(yè)本科生綜合實驗能力的提升確實起到了較好的效果。學生普遍反映通過綜合實驗的學習和鍛煉，其實驗動手能力得到提升，學習興趣有所提高，實驗設計和團隊協(xié)作能力也得到了增強，對培養(yǎng)其綜合實踐能力大有裨益。此綜合性實驗教學的探索與實踐可以為環(huán)境科學專業(yè)其他課程的實驗教學改革提供借鑒。

［1］賀秋麗，王輯祥，李如琦，等.綜合性實驗教學對學生綜合素質(zhì)提高的作用［J］.廣西大學學報（自然科學版），2007（32）：214-216.

［2］江月玲.綜合性實驗教學的實踐［J］.中山大學學報論叢，2007，27（1）：61-65.

［3］陳亮亮，李建華，陳國新.綜合性實驗與學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.當代教育理論與實踐，2015，7（4）：84-86.

［4］邢紅宏，梁承紅，張紀磊.充分利用綜合性實驗培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)［J］.實驗室研究與探索，2013，32（2）：165-167.

［5］劉艷，魏洽.環(huán)境工程專業(yè)綜合性設計性實驗教學的改革與實踐［J］.實驗技術與管理，2007，24（11）：131-133.

［6］黃大明，秦鋼年.專業(yè)實驗課綜合性實驗的創(chuàng)新設計與教學實踐［J］.實驗室研究與探索，2011，30（6）：247-250.

［7］吳新開，朱承志，鐘義長.綜合性實驗的綜合原則［J］.實驗室研究與探索，2007，26（6）：89-91.

［8］成協(xié)設，劉薇，王立金.開展創(chuàng)新性實驗教學實現(xiàn)理論到創(chuàng)新的有效對接［J］.實驗室科學，2011，14（1）：200-202.

［9］王少剛，劉仁培，封小松.開發(fā)綜合性實驗培養(yǎng)創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2009，28（9）：117-148.

［10］朱志彪，高山.設置綜合設計性實驗提高學生綜合素質(zhì)［J］.實驗室研究與探索，2010，29（7）：238-240.

［11］張志勇.談高校綜合性實驗的創(chuàng)新［J］.河南科技學院學報，2009，37（3）：132-135.

［12］溫洪宇，韓征.微生物學綜合性實驗的探討與實踐［J］.高校教改縱橫，2009，36（2）：281-284.

［13］肖建富，高瞻，李桂新.綜合性實驗的界定與作用探討［J］.實驗技術與管理，2008，25（12）：143-145.

［14］吉愛國.綜合性實驗教學模式的探討與實踐［J］.實驗室研究與探索，2007，26（1）：94-96.

［15］楊晶艷，唐玲，劉蓉，等.微生物學檢驗綜合實驗教學模式探索與實踐［J］.成都中醫(yī)藥大學學報（教育科學版），2015，17（1）：52-54.

（責任編輯：張華凡）

Comprehensive Experiment Teaching for Environmental Science Major

YAN Bo，ZHAO Xinggui，LI Haiming，LIU Xianbin，TIAN Shengyan
（1.Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China；2.Tianjin Key Lab of Marine Resource and Chemistry，Tianjin 300457，China）

Comprehensive experiments are an important part of experimental teaching in universities，which can help improve students’autonomous learning and hands-on abilities，cultivate their scientific research capacity，motivate their learning interest，and promote their comprehensive qualities.Based on our teaching practice of“Environmental Microorganism and Ecology Comprehensive Experiment”for environmental science major in TUST，this paper introduced a series of educational innovations in the teaching contents，mode and evaluation methods for the comprehensive experiment of the major.The results showed that these teaching reforms have promoted the comprehensive experimental abilities of the undergraduate students’majoring in environmental science.These exploration and practice can give some reference to the experiment teaching reform in the environmental science courses.

comprehensive experiments；environmental science major；reform

G642.0

閻波（1973—），女，副教授，研究方向：環(huán)境生態(tài)學。

天津科技大學青年教師創(chuàng)新基金（2015JXC01）；天津市教育科學“十二五”規(guī)劃課題資助項目（HE4016）。