基于研究型教学的“环境地学”课程教学模式探析

陈志凡，赵 烨

1.河南大学 环境与规划学院，河南 开封 475004；2.北京师范大学 环境学院，北京 100875

教学研究与改革

基于研究型教学的“环境地学”课程教学模式探析

陈志凡1，赵 烨2

1.河南大学 环境与规划学院，河南 开封 475004；2.北京师范大学 环境学院，北京 100875

摘 要：研究型教学对高校创新型人才培养具有重要作用。本文结合环境科学专业基础课程“环境地学”的学科特点，探析了在教学过程中如何通过对教学内容和教学方法进行改进，更好地渗入科研元素和探究式学习理念，有效培养学生的科研能力和创新能力。

关键词：环境地学；研究型教学；环境科学

社会经济的快速增长与竞争的加剧使得社会对人才综合素质提出了更高的要求。高等学校作为人才培养的阵地，担负着创新型人才培养的重任。但是，现行的高等教育教学模式受传统观念的影响，存在一些制约创新人才培养的因素，其中忽视学生能力培养是一个突出的原因[1]。长期以来大学教学重基础知识和理论的传授，忽视学生学习兴趣的激发与运用理论知识解决实际问题的能力，更谈不上学生的创新能力和探索精神的培养。“环境地学”是高等院校环境科学专业的基础课程，它以人-地系统为对象，研究其发展、组成和结构、调节和控制、改造和利用的规律。其教学目标是使学生充分认识地球环境系统的组成、结构、时空分异特征，掌握地球环境系统中物质能量迁移转化的基本规律，在拓宽学生有关环境背景知识、培养其环境地学观察技能的基础上，使学生具备运用地球科学理论与现代科学技术方法解决区域环境问题的能力，为学生深入学习环境科学专业课程和从事环境科学研究奠定必要的环境地学基础[2]。从环境地学的学科特点来看，若能在其教学过程中有机融入科研元素[3]，将有助于培养学生的科研能力与创新能力。

笔者从环境科学研究、资源环境管理与现代高校教育的实际出发，结合“环境地学”课程特点，将科研元素与探究式学习有机渗透到教学过程中，对“环境地学”的教学内容和教学方法进行了一定的探索与尝试，并已取得了良好的教学效果。

一、研究型教学模式的内涵

研究型教学模式是指在教学过程中以实践性课题为中心，以课题研究为手段，以学习小组为单位，以全面掌握和熟练运用本课程的理论知识解决实际问题为目的，强调师生互动，充分发挥学生的主观能动性和创造性的一种教学模式和教学理念[4-5]。目前我国高等教育改革中倡导“研究性学习”与“探究性学习”。其中，“研究性”主要体现在课程设置的内容具有一定的理论性、实践性和研究性。在“研究性学习”中特别强调以学生为主体，通过学生自己提出问题、解决问题，培养其逻辑思维能力和实践能力。“探究性学习”则主要使学生学习科学研究的过程和方法，培养学生的探索精神和科学研究能力。而研究型教学模式兼顾了“研究性学习”与“探究性学习”这两种教学方法，有别于传统的以“教师为中心”的教学模式，要求教师不仅传授系统的理论知识，而且设计与课程内容联系紧密的实践性课题，用于学生课外的教学实践内容，其核心是“以实践性课题为中心，以课题研究为手段”，强调教师与学生互动，要求学生与学生、学生与教师之间的合作与交流。

二、“环境地学”研究型教学模式设计

基于“环境地学”课程特点与其研究工作开展的基本程序，初步形成了研究型教学模式（图1）。该模式以野外实习、室内实验分析、理论与技术应用为研究型教学的主要方式，根据课程的不同内容选择其中一种方式进行教学。通过观察、提出问题、构建假设、验证假设、解决问题等不同环节，培养学生的观察能力、思维能力、探索精神与创新精神。在整个教学过程中，以学生为中心，教师适时引导学生参与到环境地学有关的研讨与交流中。图1是“环境地学”研究型教学模式的具体实现途径。

图 1 “环境地学”课程研究型教学模式基本流程

1.综合调查与定位观测研究法相结合的野外实践教学

环境地学是基于物质组成－结构－过程－功能的逻辑关系系统地研究地球环境系统中物质循环、能量转变、信息传递过程及其相互关系的学科，即：（1）通过观察区域环境的组成和结构获得其属性；（2）通过监测区域环境中的物质能量过程及机理，建设相关的指标体系和标准；（3）通过综合比较分析揭示区域环境的功能变化特征，建立相应的环境变化阈值，以达到从整体上把握区域环境与人类活动相互作用的规律；（4）利用现代跟踪技术（同位素跟踪、人造标志物跟踪技术）监测化学元素、污染物在地球环境系统中的迁移与转化、驻留与富集、活化与分散的动态过程与规律，为协调人类活动与地球环境的关系提供科学依据。因此，环境地学研究必须以坚实的野外调查与定位观测为基础，以获取区域环境系统的组成、结构、功能信息以及必要的样品或标本，再结合室内化验分析与实验模拟，运用综合比较研究法和相关分析研究法，才能从宏观和微观相结合的角度把握环境系统过程与功能的时空分异规律。例如滦河源区（河北坝上地区）处于土壤轻度风蚀的前缘区，是侵入京津沙尘气流北侧分支的重要途径，也是京津地区的重要天然生态屏障和水源地。在带领学生对该地区进行野外综合考察的同时，选择某一典型位置进行定位风蚀观测，或者提出某一具体问题让学生去进行调查分析，如“河北省丰宁坝上农牧民生活燃料结构对防护林的影响”[6]，或者采集代表性的土壤与植物带回实验室进行化验分析“人类活动对滦河源区湿地土壤-植物系统的影响”[7]。

2.积累教学标本与强化实验分析

在环境地学的野外实习过程中，注重代表性教学标本（土壤标本、矿石标本、各种类型地貌景观图、地形图、遥感影像图等）的搜集与积累，以增强教学过程的生动性和学生的感知性。同时，地球环境系统是一个可从物质组成和形态结构方面剖析的自然复合体，因此，可以借助现代分析测试手段，在实验室对野外采集的各环境要素样品进行物理、化学、生物与微形态等方面的化验分析，定量地获取有关环境物质组成、形态结构、化学性状、微生物区系及数量等方面的信息，以揭示人类活动与地球环境之间的物质迁移转化、能量传递变换过程及其时空分异规律，为协调人类活动与地球环境的平衡以及修复被污染或受破坏的环境提供必要的基础数据和理论方法[8]。如在对“京津渤地区污染规律与环境质量”进行较大时、空尺度调查的同时，采用点面结合、微观剖析与宏观综述相结合的方法，对典型地区进行土壤植物等样品的采集与室内实验分析[9]。又如酸雨可导致土壤酸化，又对建筑物有腐蚀作用，特别是寺庙建筑物。为了增强学生的感知性，培养学生的研究能力，可建议学生搜集寺庙建筑物表面材料进行“酸雨对寺庙建筑物表面材料腐蚀的形态模拟研究”[10]。

3.应用数理统计和3S技术

区域内人类活动与地球环境间的相互作用过程研究涉及多层面、多要素、多指标与多变量的时空综合信息，需要应用多元数理统计的方法来研究人类-环境系统。运用当今标准化的环境监测指标来刻画人类活动与环境之间的物质迁移转化和能量传递转换过程，并建立相应的区域环境信息系统与数据库，运用SPSS、Stata等统计分析软件，建立不同环境属性参数之间的相互关系，以揭示人类活动与地球环境之间相互作用的机理。由于环境信息具有高度的非线性和动态性，包含了许多难以量化的物理、化学和生物学现象与过程，再加上人类生存环境系统又是一个复杂多变的开放系统，所以，在研究人类活动与环境系统演化过程规律时，需要以非线性科学理论为指导，从微观和宏观角度去进行综合观测分析。同时，借助3S技术监测分析区域内人类活动与环境相互作用的过程，这是现代环境监测的发展新趋势。通过多时相、多光谱、多种遥感信息源图像的综合研究，将图像处理技术、GIS制图分析方法应用于区域地理环境特征调查、人类活动与地理环境相互作用过程的监测及预警中，已经成为环境地学研究的新方向。如在对北京进行城市生态系统和环境规划时，通过对北京数10年来有关统计资料的分析、实地调查和遥感图像解译，提取大量环境信息；通过模型计算和对城市生态系统各类图件的分析，提高对北京城市生态系统结构和空间分布特征的认识，增强对系统动态变化和发展趋势的认识[9]。

三、研究型教学在实践中需要注意的问题

（1）要明确教师在教学中的角色和责任，适时发挥“导师”的引导作用，经常保持与学生的沟通与交流。一是科学思考过程的引导，如通过设置问题、逐个环节督促与启发等方式；二是野外考察、样品采集与实验室分析过程的指导，如提前告知注意事项，即时纠正不当之处；三是研究结果的讨论与分析，如可先让学生以小组为单位进行交流讨论，再选出代表进行班级范围的讨论，教师进行适时适当的点评；四是指导学生将研究结果形成较好的研究报告甚至发表论文，使学生初步了解科研过程，培养学生的科学研究能力与素质。

（2）在设置研究问题时，注重适宜性。一方面，所选问题应符合教学目标，应根据不同的教学目标，选择相应的研究问题。另一方面，结合学生特点及教师能力、教学条件，所选研究问题的难度要适宜。合理的研究问题应该是教师能够把握，学生通过一定努力能够实现，同时应该是当前比较受关注的问题，具有科学性，能够引入思考、发挥学生参与性与研究积极性。研究问题太普通，缺乏创新性培养，太难可能超过学生的知识水平和理解力，会打击研究的积极性。同时，所设置的研究性问题工作量要适当，所涉及面不能太宽泛，能够保证在一定的教学时间范围内完成。

（3）注重学生科学素养的培养不能仅仅停留在动手能力和实验操作能力的培养上，应当使学生从本科阶段就开始逐渐形成好的科学思维过程和素养。一方面，通过环境地学研究型教学模式的实现，使学生通过观察现象、提出问题、解决问题等环节，了解科学研究的一般过程，培养系统思维方式；另一方面，通过资料搜集、野外考察、室内实验与分析等环节，培养学生的耐性与细心以及对待科学研究的严谨精神。

参考文献：

[1] 江龙华.论基于创新型人才培养的高校教学模式改革[J].现代大学教育， 2007，(5)：102-105.

[2] 赵烨.环境地学[M].北京：高等教育出版社.2007.

[3] 陈能松，王勤燕，刘嵘，等.野外实习教学中融入科研元素来培养本科生科研能力[J].中国地质教育，2009，(2)：119-122.

[4] 吴箐， 廖瑾，仇荣亮.对本科教学中加入研究性内容的思考[J].高等理科教育， 2007，(4)：33-36.

[5] 虞立红，方瑾，何丽平，等.推进研究性教学， 提升大学生创新能力—以北京师范大学本科人才培养为例[J].高等理科教育，2007，(5) ： 68-71.

[6] 刘霄，姚畋，刘海鹏，等.河北省丰宁坝上农牧民生活燃料结构对防护林的影响[J].北京师范大学学报(自然科学版)，2002，(4)：563-568.

[7] 陈志凡，王晓岚，赵芳敏，等.人类活动对滦河源区湿地土壤植物系统的影响分析[J].北京师范大学学报（自然科学版），2003，(6)：829-834.

[8] 赵烨，战金艳，孙可.基于质量工程的环境地学野外教学内容改革与学生能力培养[R]//第三届“大学环境类课程报告论坛”，2008.

[9] 陈静生.我国环境地学展望[J].环境科学， 1986，7(4)：69-74.

[10] 周晓萃，王含，张娟，等.酸雨对寺庙建筑物表面材料腐蚀的形态模拟研究[J].北京师范大学学报(自然科学版)，2007，(6)：670-672.

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1006-9372 （2012）02-0070-03

收稿日期：2012-03-10；修回日期：2012-05-10。

基金项目：国家精品课程研究项目。

作者简介：陈志凡，女，副教授，主要从事环境科学与地理学的教学和研究工作。

Research-Oriented Teaching Modes of Environmental Geoscience

CHEN Zhi-Fan1, ZHAO Ye2
1.Henan University, Kaifeng 475004, China; 2.Beijing Normal University, Beijing 100875, China

Abstract:Research-oriented teaching plays an important role in cultivating creative talents in universities. In the paper, based on the subject characteristics of environmental geoscience course for environmental science specialty, we explored how to introduce science and research elements and inquiry-based learning to effectively cultivate research students’ ability and innovative ability in the course of teaching.

Key words:environmental geoscience; research-oriented teaching; environmental science