实验素养与科研能力融合培养的改革——以环境科学专业实验课程为例

徐智敏，冯茜丹，刘晖，叶茂友，雷泽湘

（仲恺农业工程学院 资源与环境学院，广东广州 510225）

1 改革背景与目的

环境科学专业的目标是培养具有可持续发展理念，掌握自然科学知识、环境与工程学科知识以及环境科学理论、科研方法以及技能等，具有较强的实验实践能力、创新能力和创新精神，能够为社会做出贡献的高素质应用型人才。

而实验课程教学是本专业教学过程的重要组成部分，高水平的实验课程教学是创新型人才培养的基础，是衡量高校科研水平的标准，也是学生巩固和强化课堂理论教学内容的重要环节，是理论知识的具体实践，也是对理论教学成果的检验。因此，有必要重视和加强实验课程教学。

随着本科教育模式的发展，环境科学专业的改革必须坚持“人才、学科、科研”三位一体协调发展，推进产研学协同创新，着重培养创新型、复合型、应用型人才。而在教学过程中，教学活动是科学研究的基础和源泉，科研活动则是提高教学水平和质量的有力途径。因此，在实验课程教学中应加强学生科学研究能力的培养，将科研理念渗透到本专业的实验课程教学中，将科研思维贯穿整个教学过程，是推动环境科学专业实验课程改革的重要途径，本文对实验课程教学进行了探索研究。

2 教学现状及存在的问题

实验课程的设立主要为了使学生创业能力、创新能力以及独立探索与思考能力得到提升，保证学生在步入社会以后能够更好地从事研发和环境有关行业的工作。然而，随着环境科学专业实验课程的开展，在近几年的教学过程中也暴露出部分问题，主要集中在以下三点。

2.1 教学内容陈旧

教材是教学内容的主要载体，但由于教师可选择的教学教材较少，且多数选择经典教材[1]，因此导致教学内容过于陈旧，跟不上现行的实验分析方法，对于学生的培养不利。

2.2 教学经费投入不足

由于实验室硬件条件不足，只能安排6～10 个学生作为一个小组进行实验，在这个过程中，部分学生能够动手做实验，而其余的学生只能在旁边观看，因此导致学生缺乏实验的实践性[2]。随着科技的进步，实验分析设备设施都有了较大的改进与提升，但由于部分学校实验室的经费不足，分析仪器设备过于陈旧，一些老型号的仪器已远远不能满足实验的需要[3]。实验室仪器设备落后不利于现代化新型人才的培养，部分课程实验的分析只能使用传统的方法，无法让学生深入了解环境行业现行的分析方法，难以提高学生的科研动手能力和创新能力。

2.3 缺失创新性的课程实验

目前很多高校的实验课程教学仍以教师为主，以传统方式进行教学，对于实验的设置仍停留在书本单一基础的实验上，教师对实验内容进行介绍，接下来学生按流程进行实验。在这个过程中学生主要是对实验内容与流程进行重复，获取的知识匮乏且实验乏味单调，对学生创新能力和发散性思维的培养并未有推动作用，从而导致学生思维固定化以及程序化，难以发挥学生的主观能动性[4]。

3 实验课程教学的建议

3.1 实验室软硬件条件改善

对于科研实验的开展而言，检索科技论文是至关重要的，这不仅能够激发学生对科研的兴趣，还可以让学生了解最新的科研方向及分析方法，能够有效提高学生的科研创新能力。因此根据专业的需求，应考虑购买一些较为全面的学术论文网站的下载权限，这样能提高学生检索文献的能力，同时也便于教师科研以及教学工作的开展，做到了科研与教学相结合，把科研引进课堂，丰富了教学内容[5]。

随着科技的发展，实验室仪器设备的型号或款式需要进行更新，应根据学生实验课程要求，考虑购进新型分析技术的仪器设备[6]，同时在数量上能够满足一个班级的（30 人）使用需求，并且对仪器的维护也需要进行跟进，使学生更好地进行实验操作。

3.2 实验教学模式改革

将学生兴趣与教学内容相结合，激发学生的主动思维意识，培养学生对问题进行发现、提出、分析并独立通过实践进行处理的能力，是环境科学专业实验教学模式和教学方法革新的焦点问题。在实验课上引入科研教学方式，对实践和应用性更为重视，利用科研思维对学生学习和实践进行指引，实现理论与实践的有效融合，促使学生科研能力、专业素养与综合素质等不断提升，更好地符合社会对人才的要求，培养高素质应用型人才，提升学生就业竞争力。

3.2.1 科研教学模式的探索

当前采用的实验教学方法是以理论课程为基础进行设计，无法满足学生需求，学生创造性难以提升，实验积极性不高，无法实现教学从原本的“教”转变为“学”[7]，这也是实验教学亟须解决的问题。在实验教学过程中引入科研教学方法，对实践和应用性更为重视，利用科研思维对学生思考和实践进行指引，实现理论与实践的有效融合，激发学生对学习产生更浓厚的兴趣，使学生积极主动地参与进来[8]。

首先在实验教学过程中以开放性实验内容为主，开放性实验将研究型、设计型与综合性有机融合，打破单一传统的实验内容和思路，这种教学方式对学生创新能力和科研能力的提升有重要作用。鼓励学生调研科研文献，学习不同分析方法的适用范围和不足之处，学生根据理论以小组方式进行实验方案的设计与制定，并完成论证报告的编写，完成样品前处理方式和实验注意事项等设计。报告应当将实验整个流程涵盖在内，特别是高度重视开展实验的理论基础，有效推进学生理论与实践能力的有效融合。这种方式一方面可对学生的理论知识进行巩固，使学生更透彻地掌握实验目的与对象，通过科研方案论证方式实现理论与物质分析流程和问题解决的融合，促使学生有更强烈的求知心理，对学生知识体系的充实有很大帮助。对于实验论证报告，教师负责批改，使学生能够自省和正视自己。实验论证过程要支持学生发散思维，设计出更多类型的实验方案，不被实验室的条件和仪器设备所限，使学生对多种分析方法受限性和适用性有所了解，在实践过程中拓展和延伸理论知识。实验论证有利于学生更密切地关注科研分析方式和发展方向，有利于学生创新能力的提升，有利于促使学生对科研产生浓厚兴趣，实现学生学习从被动向主动的转化。在实验教学过程中引入先进科研成果，使实验内容与科学研究、社会需求密切联系，体现基础与前沿的有机结合，培养学生分析、解决问题的能力。通过科研推进教学，使实验教学创新性与探索性都不断提升，利用研究性教学培养学生沉着冷静、创新思维、一丝不苟的优良作风，实验教学模式如图1所示。

图1 实验教学模式

3.2.2 强化实验素养

学生实验素质的培养至关重要，因此实验课程安排采取2～3 人一组，增加学生的动手机会，同时将学生动手操作过程及结果制作成视频资料或多媒体，以学术交流形式汇报实验总结，对于实验结果则以小组研究报告的形式呈现[9]，实验数据采用科研常用的数据分析及绘图软件（如origin）进行分析，并且根据图表情况加强对实验现象的客观描述，分析异常实验现象产生的原因，找出实验成败的关键，让学生点评。学生会在关注自己实验结果的同时，可提升实操水平，培养优良实验习惯。教师及时纠正出现问题与错误，更加重视下次实验，提高学生兴趣。

规范的实验操作是获得可靠数据结果的前提，是培养应用型高素质人才的关键环节。因此如果教师在教学过程中发现学生在实验过程中出现药品使用粗心大意、废液倒入下水道、应用完仪器设备并未及时关闭等问题[10]，应及时加强实验规范化操作，培养学生的优良实验素质。

4 结语

培养人才且促进科研优势向人才培养优势转变是高校建设的重心。将科研教学方式引入实验教学过程，引导并培养学生的科研思维，以科研课题形式引导学生，可提高学生的积极性和参与度，进而充分利用教学实践培养更加适合环境科学现代化发展需要的专业人才。