海洋化学野外实习课程教学改革与实践

陈碧双， 高志增， 李 静， 陈森华， 宁 曦， 刘 岚

（中山大学海洋科学学院，广东珠海 519082）

0 引 言

在迈向2035 年我国基本实现现代化远景目标的征程中，“海洋强国”战略地位持续增强，实施这一战略，人才是关键，海洋教育是基础［1-4］。中山大学海洋学科启航于1928 年的西沙科考，海洋科学学院成立于2008 年。学院按一级学科培养本科生→二级学科培养硕士生→三级学科培养博士生的思路，构建并实施了海洋科学专业本硕博一体化课程体系。学院始终以“协同”为主旨，以造就海洋事业的接班人和未来发展的推动者为使命，形成了海洋科学专业立德树人一体化模式。近年来，海洋科学学院在教育部第四轮学科评估中位居全国第三，获批教育部“三全育人”综合改革试点单位，获省级教学成果一等奖1 项、二等奖2项。学院已培养一大批海洋优秀人才，获批国家级一流本科专业和基础学科拔尖学生培养计划2.0 基地。

值得强调的是，海洋科学是一门因为实践才成为正式的学科，其实践性和探索性都极强，具有浓厚的实践色彩，对学生的动手能力和实践操作能力要求都很高［5-6］。海洋科学专业培养包括海洋科学的基本理论、基础知识和基本技能［4］。因此，对海洋科学学院的本科生而言，野外实践教学是专业培养的核心组成。野外实践教学通过强化所学专业知识来帮助学生认清理论与实践的关系，培养学生的科学探索精神以及与实际需求相对应的创新能力。野外实践教学是培养海洋科学专业人才基本技能的重要环节和有效途径，直接影响着人才培养质量和毕业生的社会竞争力［7-8］。

海洋化学是一门认识海洋、了解海洋环境的基础课程，是海洋科学本科专业非常重要的专业基础课程［9］。由于海洋化学主要是从化学物质的分布变化和运移的角度，来研究海水及海洋环境中的化学问题，故有突出的地区性特点，使得野外实践教学显得非常重要［10］。海洋化学野外实习的课程目标是将理论和实践密切结合，加深感性认识，对海洋化学的研究方法、研究手段、海洋化学各要素的分布演变特征及应用有深刻的认识。通过野外实习，使学生掌握海洋化学基本概念、基本理论和基本方法，既知其然，又知其所以然，让学生在实验室及海上作业实习阶段将理论知识学以致用，在亲自动手操作的同时培养其剖析客观原因、将问题分析和解决与实际情况亲密相连的思维习惯。

中山大学海洋科学学院已经构建有“海洋认识实习—专业实习—综合实习”实践教学体系，并在实践过程中不断提升和完善实践教学内容，为海洋科学学科建设提供全方位支撑，为人才培养及学生个性化成长奠定基础。笔者长期负责中山大学海洋科学学院海洋化学方向本科生的野外实习教学，通过对学生的调查及对学生实习过程表现的观察和记录，已经积累有一定的野外实践教学经验和教训。我们认为只有适时开展野外“综合实习”教学探索并进行大胆改革，才能充分发挥野外实践教学的最大促进作用；寻找应用型人才培养模式的切入点，才能与时俱进地完成中山大学海洋科学学院海洋科学本科生专业教育的任务。

1 高校“海洋化学野外实习”课程存在的普遍问题

1.1 缺乏完善的野外实践教学体系

海洋化学野外实习是海洋科学专业教学中的基础核心课程，相对于其他核心课程，尚未构建完善的野外实践教学体系。据不完全统计［2］，目前仅有40%的涉海高校给海洋科学专业学生配备2 次及以上野外实习，35%的涉海高校只给海洋科学专业学生安排1 次野外实践教学，更有部分涉海高校的野外实践教学是虚拟教学、视频教学或模拟观摩。另一方面，大部分高校海洋科学专业实践教学部分并没有像理论教学部分一样拥有配套的教材、完善的教学计划和教学内容，专业的师资队伍及合理的教学过程的教学效果评价。野外实践教学缺乏整体性和系统性，实习教学效果和质量难以保证。

1.2 缺乏稳定的野外实践基地

野外实践教学需要的是行走的课堂，对野外实践基地都有特殊的要求［11］。尤其是海洋科学专业海洋化学野外实习课程，对海上作业实习要求非常高。但受办学历史、经费限额和客观条件的限制，目前大部分涉海高校并不具备长期稳定的野外实践基地。最明显的一个问题是，目前只有少数涉海高校具备专业教学实习船，绝大多数涉海高校只能靠租赁船只完成海上作业实习。一方面租赁船只的费用是比较高的；另一方面，海上作业实习往往需要配备高端测量仪器和设备，高端测量仪器和设备的租赁费比较高，同时也需要购买高额的保险费［12］。多方面原因导致出海作业成本过高，需要大量的经费支持，这些条件在很多涉海高校还是不成熟的。而且租赁船只出海作业实习，出海船只能够承载学生的数量非常有限，导致全员覆盖难以实现。

1.3 师生参加野外实习的能动性和积极性不高

基于上述两个原因，教师对野外实践教学模式改革创新的积极性不高，甚至在实际教学过程中没有及时更新实习内容。在传统实践教学模式下，学生在实践教学过程中以实践促理论的学习动力不足，学生只是在实习带队教师指导下被动完成实习任务，其能动性和积极性没有被调动起来。明显问题体现在：①大部分涉海高校的实践教学课程一期为3 周，与理论课程相比时间很短，导致部分学生认为实践课程没有理论课程重要，不能在实践教学活动中主动发现问题、分析问题和解决问题；②学生思想上不够重视实践教学课程，认为实践教学课程只要按时参加最后完成实习报告就足够。在实践教学活动中没有主人公精神，而是扮演“旁观者”角色，听实习带队老师讲、跟实习带队老师做，流于形式，不注重实效；③部分学生眼高手低，认为自己毕业后一定会从事高大尚的白领工作，不会从事艰辛的野外调查或海上作业工作，打从心里不认同野外实践教学的内容，认为没必要花费太多精力在野外实践教学活动中。

2 “海洋化学野外实习”课程改革与创新

2.1 构建完善的野外实践教学体系

学院构建了海洋科学专业“学士—硕士—博士”一体化的人才培养体系，形成以海洋化学、海洋地质、海洋生物和物理海洋为重要方向的科学研究格局，在海洋科学专业拥有丰富的科研积累和坚实的学科基础。为了训练学生的实践技能、探索精神、创新能力和综合素质，构建有“海洋认识实习—专业实习—综合实习”实践教学体系，并在实践过程中不断提升和完善实践教学内容，为海洋科学学科建设提供全方位支撑，为人才培养及学生个性化成长奠定基础。每门野外实践课程有4 个学分，属于本科生专业必修课程。每年3 月份学校统一组织野外实践教学大纲修订，课程负责老师填写详细的教学内容和教学计划和成绩评定方式及经费预算报学校审批。野外实践教学必须严格按照学校批复的教学内容和教学计划开展。为鼓励学生在野外实践教学活动中争当主人翁，避免脏活累活没人干的尴尬局面，同时全方位锻炼学生的实践技能，中山大学海洋科学学院海洋科学专业野外实践教学的另一个特色是将该课程与专业必修课程劳动教育课程有机结合，培养学生尊重劳动、积极劳动的美好品德。在每个海洋科学实习教学点开展劳动教育，通过讲解说明、淬炼操作、调研采样、实地测量等环节使学生掌握海洋科学实践必要的劳动技能，感受劳动价值、领会劳动精神。通过劳动教育课程使学生树立正确的劳动观念、具有海洋科学专业必备的海洋调研与野外考察的劳动能力、培育积极的劳动精神，以实践教学为中心，贯穿劳动教育和思政建设的教学体系见图1。

图1 海洋科学野外实习课程体系

2.2 建设梯队化的教师队伍

高水平、梯队化的教师队伍的建设，是保证海洋科学专业野外实习实践教学的关键。所以如何搭配海洋科学专业野外实践教学的教师队伍也是野外实习教学的重点内容。如果实习带队老师不能从根本上激发学生参与野外实习的热情，不能正确引导学生把野外实践教学与理论教学有机结合，野外实习教学的效果与质量就很难保证。为了充分提高学生的实践能力、创新意识及综合素质，针对海洋化学野外实习的课程，学院提出一方面要建设一支具备化学基础理论和海洋化学基础雄厚，能够胜任化学基础教学和研究的队伍；另一方面也必须建设一支牢固掌握海洋基础化学实验原理和海水分析方法，能够跟踪海洋化学学科前沿的队伍。遵循加强基础、整体优化、突出特色的原则，目前“海洋化学野外实习”课程的负责老师是4 名分别承担专业必修课程“化学海洋学”“物理化学”“分析化学”“海洋化学实验”的专任教师，其中1 名是教授、3名是副教授。班级学生人数通常在30 ～35 人，师生比例在1∶8左右，保证在实际野外实践教学过程中老师与学生进行全覆盖和较充分的互动及讲解答疑。

2.3 定制科学全面的野外实习内容

2.3.1 前期精心备课

野外实习内容的科学定制，能够促进野外实践教学与理论教学完美地结合起来［13］。遵照循序渐进的原则，理论教学在前，实践教学紧随其后。“海洋化学综合实习”课程是在大三暑假开展的，更有利于学生将大一、大二及大三年级专业课程的理论学习和野外实践密切结合。因此，4 位实习负责老师集体备课，认真讨论实习内容，使其能够在应用过程中直观体现海洋化学野外实习要求的同时又能涵盖多门专业课程的知识。4 位老师分别承担“化学海洋学”“物理化学”“分析化学”“海洋化学实验”，所以制定的实习大纲既要结合海洋科学专业学科特点，也要在野外实习教学中融入课本所学理论知识。因此，在定制实习大纲的时候，充分利用当地丰富的海域资源，灵活结合实际情况，为学生优化教学计划，设定极具地方特色的实习路线（见图2），包括珠海香洲港—万山岛—平洲蚊尾岛—桂山岛这样的河口—海岛—外海—海岛—河口的闭环路线和深圳东山码头到大辣甲岛的路线。比如中山大学目前拥有“中山大学”号综合科考实习船和“中山大学·极地”号极地科考船；依托中山大学建设的南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）拥有“珠海雲”号智能型无人系统母船。结合大湾区海域丰富多变的海洋化学环境特点，设计了独具特色的海洋化学野外实习内容：大湾区海域水体多样性分析，包括不同海洋样品采集、保藏；海水环境参数水平、垂直剖面分析；红树林、潮间带、珊瑚礁生态系统水下实地观察等。

图2 野外实习河口—海岛—外海—海岛—河口的路线图

2.3.2 野外作业实习

开展独具特色的海洋化学野外实习（见表1 和图3），选择具有丰富海上工作经验的教师（实习带队老师都具有丰富的科考船科考工作经验），通过让学生亲身出海、下水，让学生真正体味作为海洋人的自豪感和自信心。特别是海洋科学学院作为中国珊瑚礁保护联盟成员单位，野外实习连续多年开展大湾区珊瑚礁水下观察的内容，使学生更加热爱海洋，保护海洋。野外实习地点选择大湾区多变的海域环境，包括珠海和深圳两个典型海域海洋化学环境因子分布特征的观测与分析。珠海为典型的河口冲淡水区域，海水泥沙含量高，盐度低，海水环境因子随离岸距离变化梯度大。深圳海域为受外海影响较大海域，海水清澈度高，海水盐度大，环境因子参数改变较小。本次实习水样采集点包括潮间带、湿地、养殖水体、河口、海岛及外海，让学生充分了解不同生境下海水化学组成的异同。

表1 “海洋化学综合实习”课程部分内容

图3 海洋化学野外实习缩影

2.3.3 数据分析讨论

“海洋化学综合实习”观测和实验室测定包括水文项目（温度测定，水色测定，透明度测定、盐度、水深）、化学项目（水样采集、pH、营养盐、重金属、溶解氧、溶氧饱和度、化学需氧量）、生物项目（浮游植物取样并分析其叶绿素A 的含量）等相关专业知识内容，帮助学生深入了解和熟悉野外及海上工作环境和工作条件，牢固掌握海洋化学的调查方法，巩固和加深理解化学海洋学理论课的知识［14］。部分实验内容包括水样悬浮物、无机磷浓度和叶绿素A 浓度的具体实验流程如图4 所示。

图4 水样悬浮物、无机磷和叶绿素A浓度的测定方法

“海洋化学综合实习”是针对专业必修课“海洋化学”“分析化学”“海洋化学实验”等室内理论教学设置的野外实习。让学生对自己采样自己测量的数据进行分析并结合“海洋化学”“海水分析化学”教材的内容进行讨论是本次实习的一个重要环节。对学生进行5或6 人的分组讨论，培养学生动手操作能力，又让学生养成独立思考问题的习惯。举个例子，图5 是学生在珠海磨刀门附近海域纵深采集水样的悬浮物、无机磷和叶绿素A 的测量数据。同学们结合已经掌握的理论知识进行如下讨论：采样点处于磨刀门水道口，长时间、长距离的受到盐水入侵的影响，形成严重的咸潮灾害，影响该地区人们的生产和生活。因为河道中径流来势较强而潮汐势力较弱，淡水因重力密度较小居于上层而向海中泄出，重力密度较大的盐水位于底层并随潮上溯而形成盐水楔。河口及陆地径流含有大量的磷酸盐及悬浮物，而含悬浮物和磷酸盐较少的盐水团在5 ～6 m深向岸上溯，因此使两者图像形成先降低后增大的趋势。

图5 学生在某次实习过程中实测得到的数据

3 重视课程思政

“海洋化学综合实习”野外实践教学的重点是大湾区海域水体多样性分析，其中一个很重要的海域就是海岛。该实践教学课程的基地之一——桂山岛是人民海军万山海战的第一站，而蚊尾洲岛是万山海站的最后一站。当时桂山岛是国民党海军海防第三舰队指挥部所在地，国民党海军拥有护卫舰、扫雷舰、登陆舰和炮艇30 余艘，总吨位约1 万t。面对强大的对手，在装备力量悬殊的情况下，中国人民海军毫无畏缩，率领“桂山”号和“先锋”号、“奋斗”号、“解放”号、“前进”号、“劳动”号等舰艇与敌激战，经过71 天的鏖战，最终大获全胜，用生命和鲜血开辟了胜利道路。自此，大小万山、外伶仃岛、担杆列岛等45 座岛屿全部解放。这是一次“小艇打大舰”的光辉战绩，被毛泽东电令嘉奖为“人民海军首次英勇战例”。本次实习过程中特别安排2 个半天带着学生去参观桂山岛和万山岛（图6（a）），追随先烈足迹，重温革命精神。历史上，革命先辈用“桂山”号等击退敌人，夺取胜利，换来万山群岛岛民们的生活安定繁荣。而今天，中山大学涉海学院的师生尤其是海洋科学学院的师生一定要学习革命先辈英勇作战、吃苦耐劳、不怕牺牲的崇高精神，积极响应习近平总书记“中国梦、强国梦”的号召，用好“中山大学”号“中山大学·极地”号等科研利器，走出近海、驶向深蓝、深耕远洋，为国家海洋事业发展作贡献［15-16］。

图6 实习过程中安排学生参观红色革命基地桂山岛（a）；参观民族英雄文天祥广场（b）

另一方面，桂山岛建立有纪念民族英雄文天祥的文天祥广场。宋末元初，被元军俘虏的南宋丞相文天祥被押赴大都，途经伶仃洋，写下了“惶恐滩头说惶恐，零丁洋里叹零丁。人生自古谁无死，留取丹心照汗青”的不朽诗篇。该实践教学的活动之一是安排学生参观文天祥广场（图6（b））［17］，学习反映文天祥生平事迹的大型壁画。文天祥宁死不屈，忠诚爱国的精神值得我们所有人学习。

4 结 语

海洋学院以专业课程设置为基础，以培养应用型海洋人才目标，进行海洋化学野外综合实习课程的教学改革，注重学生实践能力和野外技能的提高，是提升学生实践能力和专业技能的有效途径。通过小组甲板作业和实验室操作（测定海域海水样品的盐度、酸碱度、电导率、悬浮物含量、活性磷酸盐含量等），掌握采水设备的使用方法和相关的水样检测技术，了解不同海域水体多样性（河口、海岛、外海、红树林、潮间带、湿地及养殖水体）等的盐度和营养盐等的分布特征；参观潮间带红树林生态系统、了解浅海珊瑚类群及其保育工作和海岛生态环境特点，帮助学生加深学科认识，提升专业素养。同时也有利于加强学生对海洋科学专业的理解与热爱，也能够开阔其视野，增强其应对困难与挑战的能力，培养吃苦耐劳的精神，培养创新意识，提高创新能力。本文分别从构建完善的野外实践教学体系、建设梯队化的教师队伍、定制科学全面的野外实习内容、重视课程思政四方面开展基于德智体全面发展的海洋科技人才培养需求的野外实习教学新模式的探索，为海洋科学专业野外实践教学提供参考。