环境科学专业本科生自主实验能力的培养

徐轶群 熊慧欣

摘  要：实验教学是本科人才培养的重要环节，对于环境科学专业的学生来说，实验能力尤其是自主实验能力是一个优秀本科毕业生的基本要求，自主实验能力的培养在学生的成才过程中发挥了重要作用。传统的实验教学存在实验内容设置不合理、教学过程无创新、评价机制缺乏激励等问题，限制了大学生自主实验能力的培养。自主实验能力的实验教学要求学生始终是实验的主体，教师是配角，实验过程中有关资料的查阅、实验仪器的调试和准备、实验试剂的配制等完全由学生独立完成，教师在此过程中主要负责答疑。通过对实验内容、教学过程及评价机制进行改革与实施，学生自主实验能力得到了较大提高，能独立分析问题和解决问题，促进了实验教学的发展，提高了学生的就业率和升学率。

关键词：本科生教育  实验设计  自主实验能力  培养

中图分类號：G642                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）12（a）-0179-03

Abstract： Experimental teaching is an important part of undergraduate talent training. For students majoring in environmental science， experimental ability， especially independent experiment ability， is a basic requirement for an excellent undergraduate graduate. The cultivation of independent experiment ability plays an important role in the process of students' success. Due to the problems of unreasonable experimental content setting， no innovation in the teaching process， and lack of incentives in the evaluation mechanism， traditional experimental teaching restricts the cultivation of college students' independent experimental ability. The experiment teaching requires that the students are always the main body of the experiment and the teacher is the supporting role. In the process of the experiment， the related materials are checked， the debugging and preparation of the experimental instruments， and the preparation of the experimental reagents are completely completed by the students independently. The teacher is mainly responsible for answering questions during this process. The ability of undergraduates to experiment independently has been greatly improved by reforming experimental content， teaching process and evaluation mechanism， and they can analyze and solve problems independently. The development of the university has increased the employment rate and the enrollment rate of students.

Key Words： Undergraduate education; Experimental design; Independent experiment ability; Cultivation

造能力，构建全方位能力结构的重要学习阶段[1]。对于环境科学专业的学生来说，实验能力的培养在学生的成才过程中发挥了重要作用，实验能力的提高可有益于学生识别、分析与解决环境问题。

环境科学专业本科生的就业方向除了公务员事业单位外，主要面向企事业单位，此外，还有很大一部分学生选择继续深造。无论参加工作还是继续深造，实验能力对一个学生的发展均有着举足轻重的作用，特别是自主实验能力，这是一个优秀本科毕业生的基本要求[2-3]。可是在教学工作中发现，由于实验内容设置及实验教学过程中存在的问题等，导致很大一部分学生缺乏自主实验能力。因此，有必要对实验教学过程进行改革，以增强本科生的自主实验能力。

1  自主实验能力在环境科学专业人才培养中的地位

自主实验能力是以学生作为实验的主体的行为方式，对环境科学专业的学生来说，实验能力既是一种技能也是环境监测和环境评价等的手段，包括基本实验能力和自主实验能力。基本实验能力主要表现在对一般实验技能、操作技能等掌握，而自主实验能力则是基本实验能力的升华，要求学生不仅会做实验， 更重要的是会设计实验、准备实验和分析实验。换言之，具备自主实验能力的学生，可以独立思考问题、解决问题，并具有端正的学习态度和科研态度。

2  自主实验能力培养中出现的问题

随着我国经济的快速发展，国家和地方加大了对高校的投入，各高校的实验条件得到了明显改善，然而，实验条件的改善并没有换来学生自主实验能力的提高。环境科学专业由于是综合学科，涉及的实验范围较广，包含了物理、化学、生物和工程等学科的实验，在实验教学过程中普遍存在以下问题。

2.1 实验内容设置不合理

环境科学专业开设实验的课程较多，如无机化学、有机化学、环境类分析化学、仪器分析、环境分析化学、环境化学、环境生物、环境监测、环境微生物学等。在这些课程中，涉及化学的较多，有些实验设置可能雷同或相似，且很多实验为简单的演示或验证实验，当然，一些基础课设置简单演示和验证实验很有必要，但如果专业课设置过多的简单实验，这只是对基础课实验的一些重现或简单变换，对学生的实验能力提高作用不大。比如酸碱滴定实验，这在基础课如无机化学已经开设，学生已经掌握了该项技能，但如果在其他涉及化学的专业课中继续开设类似的实验，即使实验名称变了，实验的目的还是未变，对学生实验能力的提高毫无益处。因此，环境科学专业实验课特别是专业实验课的设置应尽量少安排简单的演示和验证实验。

2.2 实验教学方法没有创新

部分老师在实验课讲授时因循守旧、按部就班，他们把实验步骤逐一写在黑板上，上课前让实验教辅人员整理好所需的器皿仪器，配好所需的试剂溶液，学生只要按照黑板上的步骤和要求依葫芦画瓢，甚至有的老师还会提前从头到尾演示一遍[4-5]。这种教学方法使学生实验缺乏主观能动性，没有给学生独立分析问题和解决问题的空间，学生几乎不需进行任何思考就能完成实验。显然，这种实验教学方法制约着学生自主实验能力的提高[6]。

2.3 实验评价机制缺乏激励

当前许多实验的评价是基于实验结果的准确性或操作的规范性，比如，实验得出的结果和标准答案越接近，得分越高;或者实验过程操作越规范，得高分的可能性越大。所以，对学生来说，按部就班地按照老师写在黑板上的实验步骤将实验进行下去风险小，得分高。这样的实验评价机制限制了学生自主创新精神的发挥，学生的思想受到了束缚，做实验时畏畏缩缩，生怕犯错，做实验更像是完成任务获得学分，真正的实验能力尤其是自主实验能力并没有提高。

2.4 对大学生实验能力培养目标不清晰

许多实验老师设置实验培养目标时，出发点是巩固所学理论知识，加深对课堂所学内容的理解。对于基础理论课设置这样的实验培养目标应该没有问题，但对于专业课实验，这是提升学生专业素养的一个途径，在已经掌握基本实验技能的前提下设置这样的培养目标有点偏低，不利于学生自主实验能力的培养。产生这种现象的原因是部分专业课实验老师对于设置实验培养目标不清晰，对大学生人才培养缺乏正确的认识。

3  自主实验能力实验教学过程的改进与实施

为了培养学生的自主实验能力，可以在实验目标和实验内容的设置、实验教学过程改革、实验评价机制等方面进行改进与实施。

3.1 实验目标和实验内容的设置

专业课实验教师要明确每一个实验开展的培养目标，那些实验是培养学生操作技能，那些实验是培养学生独立思考、独立解决问题的能力。根据培养目标，选择实验内容，为了培养学生自主实验能力，可精心设计几个实验。以环境生物学课程实验为例，设置土壤磷酸酶的测定这个实验，目的是让学生了解酶的催化作用，可以脱离活体存在，这个实验包含缓冲液的配制、重蒸酚的制取等多个实验基础，这在其他专业基础课实验中曾经出现，开设该实验课程可以很好地检验学生基本实验技能，对学生来说，难易适中，可提高学生实验积极性，为下一步自主性实验教学的实现提供可能。

3.2 自主性实验教学的实验过程

自主性实验教学主要体现在学生的主观能动性，在整个实验过程中，学生始终是实验的主体，教师是配角。在教学过程中，我们首先把学生按男女比例分成若干小组，每组学生4～5人，实验时，简单讲一下实验步骤及需要注意的事项，特别强调实验的关键步骤。告诉学生实验试剂、仪器等的存放地方，让每个组的学生按照实验需要整理好所需要的实验材料和简单的操作装置等，试剂配制全部由学生独立完成，如不清楚或配制过程中有疑问，可以请教指导老师，实验指导老师负责解答疑问。实验过程中，我们要求学生关注环保，减少资源浪费，所以每一份所配的试剂以够用为原则，适当增加。为了培养学生的自主实验能力，同时加强学生团队协作精神，要求小组成员之间协作完成，坚决杜绝一个小组只有一人做实验，多人围观的现象。实验时，由于需要配制的试剂较多，每一个实验我们都会随机指派不同组学生完成试剂配制，如果这个实验没有参与配试剂，下一个实验可能就要配试剂。配试剂的组或学生需要保证所配试剂的用量和正确，同时告诉学生，如果所配试剂不准确，该组学生继续配制，直到准确为止。有时候试剂配制多次均不正确，应该发挥其他小组的作用，同时展开讨论，查找问题的根源。

在实验过程中，有些综合性实验涉及其他基本实验，比如土壤酶的测定包含了缓冲液的配制，实验指导材料没必要详细列出如何配制缓冲液，可以让学生查找资料。实验准备工作做好后，每组学生进行正式实验，指导老师应该观察学生实验动态，并及时提问，学生如能正确回答，应给以积极肯定，学生如不能准确回答，也不能全面否定学生，应鼓励为主，再从专业角度认真解答。总之，整个实验过程要保持既紧张，又欢快的氛围，每一个学生都在自主完成实验。

3.3 自主实验能力实验成绩的评价机制

很多学生比较关注实验成绩的取得，传统评估机制主要通过评价学生的平时实验表现和所做实验的完成情况确定成绩，这种评价机制看似比较公平，但可能扼杀了学生的创造性，学生为了得到高分，只好严格按照实验步骤按部就班地完成，学生无需认真思考，这样的实验过程不能暴露学生实验过程存在的问题，不能培养学生独立分析问题、解决问题的能力，是一种被动的实验过程。

为了培养学生的自主实验能力，我们在实验教学过程中建立了全新的成绩评价机制，实验过程中我们允许学生犯错，如果学生认为自己的方法更好，在保证安全的前提下，允许学生大胆尝试。学生实验成绩的取得包括实验的参与、自主性操作、实验态度和综合考核，综合考核设置一个实验，每个小组单独完成，包括资料收集、试剂配制等，互不干扰，一般给一个星期的时间完成，考核期间，实验室全天开放，实验完成，写好实验报告，根据各组实验的准确率打分，划分若干档次。综合考核一般占实验总分的30%，这样的目的是让学生尽量积极参与平时实验，培养自主实验能力。

4  结语

实验教学模式的改革主要是进行实验课程体系、教学内容和教学方法的改革与创新，通过优化实验教学环节，提高实验教学效果。通过实验教学的创新与改革，环境科学专业学生的自主实验能力得到了较大提高，学生的动手能力，独立分析问题和解决问题的能力得到了大幅度提高，进而培养出了合格的环境科学专业人才，这既有利于学生就业，也有利于学生继续深造。

参考文献

[1] 徐轶群，熊慧欣，王子波，等.创新型人才培养下的环境科学专业实验教学改革[J].科技创新导报，2015，12（8）：187-188.

[2] 徐轶群，熊慧欣，许健.培养学生综合能力的环境生物学实验教学改革[J].科技资讯，2018，16（15）：205，209.

[3] 肖平，杨华，张莹.基于多层次人才培养的实验教学改革实践[J].实验室科学，2018，20（6）：133-135.

[4] 熊铁军.独立学院物理实验教学改革的研究[J].教育教学论坛，2018（1）：83-84.

[5] 卢曼慧，王春霞，熊晓路，等.面向应用型人才培养的实验教学质量保障机制的研究与实践[J].教育教学论坛，2018（7）：163-164.

[6] 李圣福，郭风法，宋憲亮.建立实验教学质量评价体系不断提高学生实践技能和创新能力[J].教育教学论坛，2018（4）：32-34.