以培養(yǎng)研究型人才為導(dǎo)向的環(huán)境化學(xué)實驗改革

孫榮國，杜 瑩，韋萬麗，邢 英

(貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

1 引言

自上世紀(jì)50年代以來，由化學(xué)物質(zhì)引起的環(huán)境污染問題在全球受到廣泛關(guān)注，在化學(xué)、生物等傳統(tǒng)學(xué)科的基礎(chǔ)上，逐漸演變、誕生了一門新學(xué)科-環(huán)境化學(xué)，其主要研究化學(xué)物質(zhì)來源、反應(yīng)、遷移、效應(yīng)、歸宿、以及人類對這些過程影響。由于環(huán)境化學(xué)的綜合性非常強，所涉及的理論知識和實驗技能的范圍都非常廣泛，所以，掌握扎實的環(huán)境化學(xué)實驗技能及基本理論對于我們理解和認(rèn)識環(huán)境化學(xué)的有關(guān)理論、從事環(huán)境化學(xué)研究及環(huán)境保護相關(guān)工作有非常重要的意義。當(dāng)前，環(huán)境化學(xué)課程及其實驗也逐漸成為國內(nèi)外高校化學(xué)專業(yè)本科生的重要課程，因此，如何開展好環(huán)境化學(xué)實驗、讓學(xué)生掌握扎實的環(huán)境化學(xué)實驗基礎(chǔ)對理解環(huán)境化學(xué)基本理論知識、今后開展環(huán)境化學(xué)相關(guān)研究工作有重要意義。筆者以貴州師范大學(xué)化學(xué)專業(yè)本科生為教學(xué)班級，以培養(yǎng)研究型化學(xué)專業(yè)人才為導(dǎo)向，對環(huán)境化學(xué)實驗的方法與要求進(jìn)行改革，目的在于為化學(xué)專業(yè)本科生提供一種環(huán)境化學(xué)實驗的教學(xué)思路。

2 改革方法

以高等教育出版社出版，董德明、朱利中主編的環(huán)境化學(xué)實驗(第二版)為教材，以實驗二十四(重金屬在土壤-植物體系中的遷移)為主要實驗。由于受教學(xué)時的限制，傳統(tǒng)上由實驗教師將所需的試劑配制好、樣品采集并進(jìn)行前處理，學(xué)生只需做標(biāo)準(zhǔn)曲線、上機測定1-2個以前處理完的樣品，然后撰寫實驗報告，就算完成了環(huán)境化學(xué)實驗，每個實驗的教學(xué)時為4。改革的具體方法為：在開設(shè)環(huán)境化學(xué)實驗的上一個學(xué)期期末的時候，把參與實驗教學(xué)改革的學(xué)生分為3組，下學(xué)期開學(xué)前每組學(xué)生分別在鉛鋅、汞和金礦區(qū)采集一定量被污染的土壤帶回學(xué)校，每組土壤分為3份，分別種植小麥、水稻和玉米苗后開始盆栽實驗。在實驗開始初期、中期和末期采集土壤和種植作物樣品，檢測Pb、Zn、Cu、Cd、Hg、Mn的含量。根據(jù)不同處理3次采樣的數(shù)據(jù)結(jié)果，采用專業(yè)數(shù)據(jù)分析繪圖軟件Origin 8.0進(jìn)行繪圖，以科技論文的形式對實驗結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。采取開放式實驗?zāi)Ｊ?，實驗學(xué)時不受限制，由學(xué)生根據(jù)自己的時間來進(jìn)行實驗。

3 效果分析

3.1 學(xué)生對環(huán)境化學(xué)的基礎(chǔ)知識掌握與運用能力大幅提升

在該實驗過程中，不僅僅考察學(xué)生的基本實驗技能，更要求學(xué)生掌握不同重金屬的環(huán)境地球化學(xué)行為特征，在土壤中的環(huán)境中有怎樣的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。因此，學(xué)生必須熟練掌握環(huán)境化學(xué)書本的基礎(chǔ)知識，懂得環(huán)境化學(xué)基本知識在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用，方可對數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析和解析?？梢姡茖W(xué)研究式的實驗教學(xué)模式促進(jìn)學(xué)生主動去學(xué)習(xí)環(huán)境化學(xué)的基本理論知識并對其進(jìn)行應(yīng)用，基礎(chǔ)知識掌握與運用能力大幅提升。

3.2 學(xué)生的實驗技能顯著提升

環(huán)境化學(xué)實驗與普通實驗有較大的差異且較為復(fù)雜，干擾因素較多，比如樣品的消解時間、溫度、加酸量、土壤的取樣與研磨方法等均會對實驗結(jié)果造成不確定性?？赡軙霈F(xiàn)實驗結(jié)果不合理、偏差較大、無實驗結(jié)果、實驗失敗等各種結(jié)果。在整個實驗過程中，要求學(xué)生必須熟練掌握環(huán)境化學(xué)的研究方法以及常規(guī)儀器的分析使用方法與注意事項，這是實驗成功的基本前提。

3.3 獨立完成與團隊協(xié)作能力得到鍛煉

環(huán)境化學(xué)實驗的環(huán)節(jié)比較多，比如樣品的采集、運輸、前處理、檢測分析等，每一個環(huán)節(jié)都非常重要，且很難一個人獨立完成相關(guān)實驗，若某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個實驗都會失敗。因此，每個小組需要設(shè)定一名組長，負(fù)責(zé)整個實驗的安排與組織。在實驗過程中需要學(xué)生們有組織地按照實驗方案完成相關(guān)的實驗，每個學(xué)生必須認(rèn)真完成自己負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)或?qū)嶒灢糠?，同時需要和其它同學(xué)配合完成整個實驗，所以，學(xué)生的組織協(xié)調(diào)、獨立科研及團隊協(xié)作能力得到大幅鍛煉。

3.4 發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力明顯提升

沒有一定實驗基礎(chǔ)的同學(xué)在做環(huán)境化學(xué)實驗時非常容易出錯，比如加酸量、消解時間與溫度的控制等，有較多小環(huán)節(jié)學(xué)生會忽略，最終導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不合理或結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。這不僅要求學(xué)生對待實驗要嚴(yán)謹(jǐn)，更要求學(xué)生能熟知實驗流程、回顧實驗流程，對整個實驗進(jìn)行梳理分析，結(jié)合基本的化學(xué)知識，找出實驗結(jié)果出現(xiàn)較大偏差原因、應(yīng)如何解決，而不是按照實驗步驟簡單的重復(fù)進(jìn)行實驗。因此，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到大明顯提升。

3.5 語言表達(dá)與寫作能力顯著提高

實驗結(jié)果不僅僅是對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的計算并撰寫實驗報告，而是以組為單位，度對數(shù)據(jù)加以深入分析，同時以科技論文的形式對實驗結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)。教師對學(xué)生的論文進(jìn)行認(rèn)真的評閱，在班級公開用PPT對論文進(jìn)行修改。同時要求學(xué)生根據(jù)修改意見進(jìn)行修改甚至重寫論文。當(dāng)前，語言表達(dá)與寫作是相當(dāng)一部分學(xué)生的短板，經(jīng)過對數(shù)據(jù)分析與撰寫，不僅鍛煉了學(xué)生的科研思維，也提升了基本的語言表達(dá)和寫作能力。

3.6 圖情檢索與計算機應(yīng)用能力提升

學(xué)生在對實驗結(jié)果進(jìn)行分析、撰寫論文的過程中，不僅需要查閱書本知識，更需要查閱中國環(huán)境科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境化學(xué)、Environmental Science & Technology、Environmental Health Perspectives、Geochimica et Cosmochimica Acta、Environment International等環(huán)境領(lǐng)域知名的中外文期刊，一是可以學(xué)習(xí)知曉國內(nèi)外最新的研究進(jìn)展，二是可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何去檢索查閱相關(guān)的論文，在這過程中學(xué)生的圖情檢索能力得到鍛煉。在撰寫論文的同時，要求學(xué)生應(yīng)用Origin、SPSS等專業(yè)的繪圖與數(shù)據(jù)分析軟件，這有助于學(xué)生計算機運用能力的提升。

4 結(jié)語

對化學(xué)專業(yè)的本科生來講，環(huán)境化學(xué)是一門非常重要的課程，而環(huán)境化學(xué)實驗的操作與練習(xí)，對掌握和運用環(huán)境化學(xué)基本知識極為重要。以培養(yǎng)研究型人才為導(dǎo)向，改變傳統(tǒng)以往簡單的實驗教學(xué)模式，讓學(xué)生以做科學(xué)研究的形式進(jìn)行實驗，不僅使學(xué)生對環(huán)境化學(xué)基本知識掌握的更加牢固，基本實驗技能得到鍛煉，獨立完成與團隊協(xié)作能力得到提升，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力明顯改進(jìn)，語言表達(dá)與寫作能力顯著提高，圖情檢索與計算機應(yīng)用能力提升，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生科研思維與素養(yǎng)，這對學(xué)生將來讀研究生、從事科研工作具有重要的意義。