基于地理学学科特点的实验室开放教学模式

辽宁省大连市辽宁师范大学城市与环境学院（116029） 张 华 隋 遂 何 红

辽宁省大连市辽宁师范大学外国语学院（116029） 伏 捷

高等学校实验室兼有培养人才、科学研究和测试服务三大基本职能[1]。高校实验室实行向本科生开放的制度，不仅是高等教育实践教学的重要创新举措，同时为培养学生的科研创新意识、强化学生的实践操作能力、激发学生的团队协作精神搭建了良好的实践教学平台，对全面提升学生的专业素质和社会竞争力具有重要的作用。现代地理学强调地表过程与演变的研究，关注地球表面各个空间地理要素之间的相互联系及各种现象[2]，具有综合性、区域性、动态性、多样性等特点，反映在研究方法上，往往是野外考察与室内实验、数量模拟相结合，若在实验教学中仅仅设置一些数量有限的验证性课程实验，如土壤有机质、土壤pH值测试等，很难使学生建立起空间各地理要素之间相互联系的专业理念。由此，针对地理学实践性、综合性很强的学科特点，进行高校地理学专业实验室向本科生开放教学体系的实践与研究非常必要。本研究基于辽宁师范大学自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室开放教学的实践与体会，从开放实验室团队的组建、实验室开放内容的设置、开放形式的选取、开放效果的评价等方面探讨地理学专业实验室向本科生开放的教学模式。

一、开放实验室团队的组建

地理学强调要素与要素、现象与现象、区域与区域、单元与单元、人与地、自然与人文、无机与有机等现象的相互关系[2]，由此体现出地理学研究内容的综合性和研究方法的多样性，往往涉及到野外考察等环节，仅凭个别老师和学生的单打独斗很难完成其研究内容。由此，地理学专业实验室向本科生开放首先必须建立起开放实验室团队。开放实验室团队由专业指导教师、实验指导教师和参与的本科生组建而成。专业指导教师由地理学知识基础较为宽厚、自身专业素养和科研素养较高、承担过或正在承担相关专业领域科研课题的研究型教授或副教授担任，并作为开放实验室团队的带头人，以充分发挥教师的科研工作对本科人才培养的辐射作用，有效地将教师的科研创新思想引入到实验室开放教学当中，促使实现地理实验教学模式从验证型向研究型的转变；实验指导教师由具有地理学基础知识、自身实验技能较高的专职实验师或高级实验师担任；开放实验室团队成员一般由已初步掌握地理学专业基础理论知识的二、三年级本科生构成，以利于培养学生能够将课堂上学到的地理学专业理论知识与现实地学问题结合起来的能力，尽早建立起课题研究的概念和思路。

二、实验室开放内容的设置

地理学专业实验室开放内容以综合性实验和设计性实验为主，具体内容依托科研课题来设置。开放实验室团队在指导教师的启发、引导下，可视地理学专业不同年级本科生所掌握的专业理论知识背景，基于目前地学界关注的热点问题和区域自然、人文地理环境特征，设计一些本科生能够完成的地学科研小课题，然后根据科研课题中研究内容的需求，巧妙地将实验室开放内容设置其中，以利于使学生进一步明确实验内容的“来龙”及实验结果的“去脉”，深刻体会实验环节的规范操作、实验结果的准确程度在课题研究当中的重要作用，并在实验室开放教学实践过程中建立起综合性、区域性、动态性和多样性的地理专业理念。本文引用辽宁师范大学自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室开放内容的设置案例作具体说明。

1. 教学案例一

自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室开放实验室团队根据二年级本科生已修完《气候与气象学》《植物地理学》等课程的知识背景，基于校园内植物的季相变化特征，设计小课题“辽师校园植物物候期与气温关系研究”。该课题以学生非常熟悉的校园多种观赏价值较高的乔、灌木植物为研究对象，以气温变化作为影响植物物候期的主要地理环境因子，采用图1所示的研究思路及技术路线，在观测研究气温与植物物候期之间关系的过程中，巧妙地将植物物候期观测实验和每日气温观测实验内容设置于其中。

图1 教学案例一研究思路及技术路线

2. 教学案例二

自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室开放实验室团队（以三年级本科生为主）紧紧围绕着国际地学研究的前沿领域——土地利用/土地覆被变化（Land Use and Land Cover Change, LUCC）问题，设计小课题“大黑山土地利用方式对土壤特性的影响研究”。该课题选择大连市典型丘陵区——大黑山为研究区域，以该区域典型土地利用类型——林地、菜地和果园为研究对象，采用图2所示的研究思路及技术路线，在研究丘陵区不同土地利用方式下土壤理化性质变化规律的过程中，巧妙地将土壤物理、化学特性测试等内容设置于其中。

图2 教学案例二研究思路及技术路线

3. 教学案例三

自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室开放实验室团队（以三年级本科生为主）基于《土壤地理学》课程中的土壤发生学理论“土壤形成因素学说”理论，结合辽东半岛不同地形条件下棕壤剖面发育特性的不同，设计小课题“辽东半岛地形条件对棕壤剖面特性的影响研究”。该课题选择辽东半岛丘陵区、山前冲积平原区为研究区域，以不同区域的典型棕壤剖面为研究对象，采用图3所示的研究思路及技术路线，在探讨辽东半岛地形条件对棕壤剖面特性的影响过程中，巧妙地将土壤剖面观察、土壤理化特性测试等内容设置于其中。

图3 教学案例三研究思路及技术路线

三、实验室开放形式的选取

1. 实验室开放时间的安排

地理学专业实验室开放时间的安排以不影响正常的教学计划为宜，实验时间的长短及实验次数的多少不受计划学时的限制，根据实验室开放内容需要而定。一般由开放实验室团队和实验室管理人员具体商定，选择在课外时间和节假日安排实验，具体可采取全天候开放、定时开放或预约开放多种形式，并制定相应的管理制度。

2. 实验室开放的组织与实施

地理学专业实验室开放的组织与实施紧扣科研课题的研究环节有序展开，以每一个科研课题为单元组建由6～8名本科生组成的科研课题组，并选择责任心强、亲和力较高的本科生作为课题组组长，全程负责各项事宜的协调。在高校实验室开放专项经费的支持下，各科研课题组秉承野外考察与室内实验、数量模拟相结合的地学研究方法，由指导教师全程指导，在查阅、分析相关研究文献的基础上，通过①科研课题设计；②研究思路及技术路线制定；③野外调查取样和资料收集；④实验室内测试分析；⑤实验数据整理、统计和分析；⑥实验性研究论文撰写等6个阶段，完成整个实验室开放教学内容。

3. 实验室开放成果

通过实验室开放教学环节的历练，每位本科生在初步掌握地学研究的基本方法、具备一定的科研创新能力和良好的团队协作能力的基础之上，每一科研课题组的本科生还需在实验室开放成果共享的前提下，围绕着本组的研究课题自主命题，撰写提交一篇实验性研究论文。本科生在撰写论文前应先接受指导教师的系统培训，待初步掌握科技论文的撰写格式之后，根据本组研究课题的科学问题、国内外研究现状、研究区域、研究方法、实验数据等撰写论文。论文写作的重点应放在“研究”上，论文主要体现可靠的理论依据、合理的实验设计方案，适用的测试手段、准确的数据处理以及科学严密的分析与论证等。

四、实验室开放效果的评价内容

1. 团队协作能力的培养

地理学专业实验室通过组建开放实验室团队和科研课题组的教学模式，使得学生有机会在野外调查期间或校内实验期间长期协作。为了攻克同一个难题共商对策，有意识地培养和提高本科生互相交流的科研团队意识、互帮互助的团队协作能力和勇于承担重任的责任心。

2. 科学研究素养的提高

地理学专业实验室基于地理学专业特点，采用“实验室开放团队组建、实验室开放内容设置于地学研究课题当中”等教学模式，不仅使学生在亲历一项地学研究课题从立项到结题的各个研究环节中，搞清楚实验内容的“来龙”及实验结果的“去脉”，同时使学生领会到实验环节对科学研究严谨性、科学性的影响程度，感受到一项科研成果背后团队精神的支撑，并体验到艰辛实验之后“成果问世”的快乐。

3. 求知欲及创造力的激发

地理学专业实验室将实验室开放内容设置于地学研究课题当中的教学模式，不仅使学生在学习中逐渐形成善于质疑、乐于探究、勤于实践、勇于求知的积极态度，不断提高学生透过地学现象发现问题、解决问题的能力，而且使学生通过野外观测得来的感性知识和实验室得出的量化知识，亲自验证课堂中学过的理论知识，由此激发学生对专业知识的浓厚兴趣和强烈的求知欲及创造力，更坚定考研继续深造的决心。

4. 主动学习能力的提升

地理学专业实验室以研究课题的形式向本科生开放，又以研究论文的形式进行最终的成绩考核评定，要求每一位学生带着问题来学习、思考、分析、总结，无形中促使他们自觉去网络上或书籍里搜寻大量相关专业知识，可大大提升学生的自主学习能力。通过开放实验室学习，学生不仅通晓了科研文献的查询途径、土壤生态系统和植物群落的基本研究方法，也掌握了研究性论文的撰写方法，有助于学生提高自身的专业素养和毕业论文撰写质量。

五、结语

高校实验室开放教学不是一般意义上的验证性课程实验，它具有自主性、探索性和实践性等特征，能使本科生自觉借助于科学思维和科学方法主动去获取知识，运用知识创造性地解决问题，能使学生得到系统的动手能力和综合创新能力的锻炼。地理学专业实验室面向本科生开放是实现地理实验教学模式从验证型向研究型转变、培养创新型地理学人才的重要平台，对于构建学生“综合性、区域性、动态性和多样性”的地理学专业理念和系统性的地学知识体系，培养学生“献身、创新、求实、协作”的科研精神和精益求精的科研风范大有裨益。

[1] 王兴邦. 实验室开放的内涵与机制研究[J]. 实验室研究与探索, 2009, 28(5): 11-13.

[2] 李容全, 邱维理. 地理学的特点[J]. 地理与地理信息科学, 2006, 22(6): 79-82.