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随着经济建设的持续发展和人类对环境的重视,我国环境治理力度也进一步加大。社会对环境专业人才的需求呈旺盛增长趋势,对于环境科学人才的培养提出了更高的要求。这对于环境科学专业来说既是机遇,也是挑战。我们培养的环境科学专业人才将面临着更加严峻的人才市场的竞争。
环境科学是汇集环境化学、环境经济学、环境管理学、又结合系统学、信息学、法学、人文学等学科的一个交叉性、综合性的专业。环境科学也是一个理论性与实验性很强的学科,要求培养学生具有一定的科学研究能力、运行管理能力、动手能力和一些基本技能。为增强学生的实践能力,提高学生的综合素质,培养合格的环境科学专业人才,结合我院现有的实际条件,建设环境科学开发式实验教学体系已经成为大势所趋。
教学实验室是高校完成实验教学及师生进行科学研究的必备场所。开发式实验教学担负着培养适应时代要求的高科技人才的重任。它的实验技术水平与管理开放程度从一个侧面标志了一个学校的教学科研水平,因此它是大学的基础建设。加强高校开发式实验教学工作是符合高教事业发展的需要,也充分体现了教学实验室工作在高校建设发展中的作用和地位。开放教学实验室是培养创新人才的新途径,是大学本科教学上水平的重要标志,并越来越显示出其重要作用。
但是应该看到,由于各地区、各高校情况不同,开放实验室工作至今还不同程度地存在一定的问题。主要表现在:对实验室工作地位认识不足;实验室建设和管理工作不落实;经费投入不足,相当一部分实验室,尤其是基础教学实验室环境设施不合要求,仪器设备数量种类缺乏,陈旧;实验室设备利用率不高,资源不能共享,特别是教学实验室开放力度不够,认为实验室开放只是时间和设备概念上的开放等。因此有必要对这些问题进行研讨。
1 必须首先在观念意识上开放
随着知识经济时代的到来,学生是否具有较强的实践和创新能力是衡量高素质人才的重要标志。因此我们要积极探索教学实验室如何在培养大学生的实践动手和创新能力方面发挥重要作用。课堂教学可以授人以知识,而在实验室学生可以通过自己动手观察实验现象、分析实验数据、总结实验结果,从中获得知识和技能,培养动手能力和分析问题、解决问题的能力。学生在实验室的这种观察、分析、总结的过程,是一个积极的、发挥主观能动性的再创造过程,它还能影响人的思维方法和世界观。可以培养,严谨求实的科学态度,可以理解、感觉知识的产生和发展。所以实验室在教学过程中起着课堂教学环节不可替代的重要作用。因此我们要树立教学实验室的开放意识,以充分发挥它的作用。
1)改变以灌输传授知识为主的传统的教育方式,树立以传授知识与培养能力并重的原则。
2)改变在实验室以教师为主人,以“教”为中心的旧教学方式,树立“教”和“学”并重的原则,“教”应向“学”全面开放。
3)教学验室的开放不仅指仪器设备与时间概念上的开放,而是指实验课程、实验项目、研究课题的开放。教学实验室的开放,是高校培养高素质人才的需要,是经济和社会发展的客观要求,为经济和社会发展服务,也是自身发展和提高的需要。它应以精心设计的课题、优秀的管理、良好的仪器设备和一定的实验研究基金鼓励和吸引教师与学生参与,并为学生开展课外科技活动提供良好的环境。
2 实验室在时间空间上的开放是教学实验室开放的必要条件
我们应抓住高校体制改革这一有利时机对基础教学实验室进行相应的体制改革,变分散、单一的实验室为集中、复合型的中心实验室。开放教学实验室,打破地域界限、学校院系界限,改变各自为政局面,共同协作,互通有无,取长补短;打破学科、专业界限,相互支持,共同发展。推行开放式实验教学模式,学校实验室要向校内外开放,为学生提供各类基础教学实验室,解决其因空间条件限制而不能解决的问题,充分发挥高校实验室的优势,提高办学效益。高校应对教学实验室实行主任负责制,在实验室经费、物资、设备使用上,由实验室主任统一掌握调度。
对实验技术人员和管理人员每年进行岗位考核,并和岗位津贴挂钩。对开放教学实验室工作,学校给予经费上的支持和保证,专门设立开放教学实验室补助费,对在晚上、双休日和节假日从事开放实验室工作的人员所付出的劳动给于尊重和承认,并给予一定的补贴,以保护从事实验室工作人员的工作积极性。对开放的教学实验室从人员、计划、仪器设备、经费实行一条龙管理,合理安排使用仪器设备和实验室,避免多个实验同时使用某台仪器设备。这样,学生的实验场所相对扩大,同时提高了仪器设备的使用率。在办学经费分配上逐渐加大向基础教学实验室建设倾斜的力度。南京大学在创建世界高水平大学建设中专门调拔专项经费新建了2万平方米基础教学实验大楼,添置了大量教学仪器设备,使基础教学实验室设施得到了很大的改善。要尽可能延长教学实验室开放时间,有条件的可实行24小时全天开放,鼓励和支持教学实验室利用寒暑假、双休日向学生开放,以拓宽实验时间和空间。
3 实验内容的开放是教学实验室开放的重要保障
3.1 对学生实行分层次开放实验
根据学院的教学计划分不同的层次进行实验教学,第一层次为基础教学实验层次。主要对一、二年级学生开放,利用双休日开放。第二层次为综合教学实验层次。对高年级学生开放,主要以设计型和研究型实验为主,所使用仪器全天候开放,每个学生上机前需经考核获上机证,方可上机操作使用。第三层次为研究式实验层次。在二年级下学期开始对部分优秀生进入导师实验室,让这些学生早期进入科研,为培养学生创新能力打下基础。对第三层次的学生进行科研实验工作,学生可不受教材内容模式的限制,自由地去设计实验和实现自己的构思,创造性地综合运用自己所学的知识。在整个实验过程中,学生为主,教师为辅。对出现的问题,教师尽量以启发的方式与学生讨论,引导学生自己去解决。按三个层次开放教学实验室,并将有关实验内容综合到各层次实验教学中,逐步提高了学生操作规范与技能,和对实验现象的观察、分析、总结能力的要求。
3.2 加强对开放实验室实验内容的科学安排
(1)按照实验大纲和实验进度,分段列出实验。有些实验内容比课堂实验要求高,操作要求也高;有些与课堂内容接近,但又不是简单重复,以供不同需要学生选择。
(2)将一些经典实验安排成探索性实验。如血清乳酸脱氢酶活性测定,要求学生不同外缘物质,及不同浓度的外缘物质对酶活的影响,要求学生探索试剂用量,以取得最佳实验效果。让学生初步了解什么是科学研究。
(3)让学生自带课题。比如有的学生从家乡带水来作水质分析等。
(4)增加综合性新实验,减少验证性实验。实验题目取材于实际应用中的问题,学生要运用几门课的综合知识才能完成,这样有益于开拓学生的思路,加深对理论知识的理解,提高学生综合运用知识的能力。
4 加强对开放实验室的管理
1)开放教学实验室根据学生水平和要求,确定开放内容。开放内容包括补做实验和增强实验技能的训练、学生自拟实验等。
2)开放形式可采取定时开放或预约开放。定时开放即由实验室固定开放时间,进行教学大纲规定必做的或有关自选实验小课题。预约开放即由学生预先向实验室提出口头或书面申请,讲明要做实验的内容。学生在进入开放实验室之前一星期,可向实验室预约登记所做实验项目,以便实验室做好各种条件准备。自拟实验和设计型实验预先做好方案给指导老师审阅,根据实验室仪器设备器材等条件,安排开放时间。
3)实验室根据学生人数多少和实验内容做好一切准备工作,并配派一定数量的指导老师和实验技术人员。
4)学生进入开放实验室前须做好有关准备,查阅有关实验内容资料,并制定实验实施方案。
5)学生完成实验项目后应向实验室提交实验报告或小论文,实验室可推荐优秀论文到有关刊物发表。
6)开放教学实验室可根据开放时间、内容、学生人数,向学校实验室管理职能部门申请开放实验补助费。
5 实验师资人员的开放管理是教学实验室开放的有效保障
教学实验室建设要有一批教学学术骨干带头人,同时也要有一支高水平、稳定的实验师资队伍。高校实验师资队伍包括实验课老师、实验技术人员和实验室管理人员。教学实验室开放需要做好实验内容的科学安排和实验室的科学管理。在这诸多因素中,人的因素是最重要的,也就是说,实验师资队伍建设是教学实验室开放的有效保障,是开展创新教育成功的保障。由于长期轻视实验教学, 缺乏对实验师资队伍的长远规划,高水平的实验师资留不住、调不进,造成高校实验师资队伍不稳定状况。因此要搞好教学实验室开放,就要把封闭单一的集中指令性的实验师资管理体制转换为开放的、动态的、计划管理与自动调节相结合的实验师资管理机制。实验师资队伍不能仅限于在本圈子范围内调整、充实,要向校内外开放、要服从教学实验室开放的需要,形成大家推荐、培养、评价和造就高校实验师资队伍建设的路子。采用专兼结合、特别是兼职人员,不一定明确编制性质,对硕士以上毕业留校的年轻教师可以充实实验教学工作,工作若干年也可再流动,使实验师资队伍保持开放性、动态性、使实验教学工作保持生机和活力。
总之,环境科学专业开放式实验教学体系的建设是一个长期的任务,必须从观念意识上、时间空间上、实验内容上、实验室的管理和师资人员等方面不断完善,使开放式实验教学体系不断与时俱进,适应培养高素质创新人才的需要。
关键词:环境科学;培养方案;专业设置
近年来,我国严峻的环境问题已引起了国家、社会和公众对环境保护问题持续高度关注,十提出的现代化建设总体布局五位一体中,新增加了“生态文明建设”[1]。2015年,我国环保行业产值将达到GDP的7%~8%,将成为国民经济的一个支柱产业[2]。环境科学发展日新月异,环境治理需要很强的专业背景,需要环境科学类专门人才做专业的事已成为重要趋势,这对环境科学类人才的培养提出了挑战和机遇。我校是一所特色鲜明的建筑类地方高校,环境与市政工程学院是在1978年天津大学建筑分校时期创办的给水排水工程专业基础上发展起来的天津城市建设学院成立最早的系部之一。现有4个本科专业,分别为给排水科学与工程、环境工程、环境科学和生态学。其中环境科学专业2010年开始招生,2014年院系调整时暂缓招生。为了推进环境与市政工程学院的教学和科研建设,环境与市政工程学院组织教师于2015年4月至6月到北京大学、南开大学、天津大学、天津理工大学等单位开展调研,为理清今后发展思路奠定了基础。
1环境科学专业设置现状
众多高校中,北京大学、南开大学是国内知名高校,开设环境科学专业较早,在全国具有引领作用;天津大学与南开大学同属国家教育部直属、“211工程”和“985工程”重点综合性研究型大学,其一理一文,环境科学专业各有特色;天津理工大学与天津城建大学同属天津市市属院校,开设环境科学专业较早,有很多需要借鉴的地方。为所调研高校开设环境科学专业的基本情况。1.1环境科学是新兴专业北京大学、南开大学的环境科学专业设置较早,其他高校是21世纪初开始设置环境科学专业,这与我国乃至全球的环境问题日趋复杂、对环境科学人才需求越来越多分不开。
1.2具有优势方向才能长期生存
各高校的环境科学专业都具有各自的优势方向。例如,北京大学的大气污染监测和防控优势突出;南开大学在大气污染和环境化学方面有优势;天津大学具有较强的理工科背景,与环工、化工相结合发展优势;天津理工大学的环境科学专业在水文、地质、大气污染治理方面有优势。
1.3招生规模与学校属性有关
从招生规模上,科研教学型高校,如北京大学、南开大学、天津大学,招生人数较少,约30人左右,其中北京大学更少,其按照环境科学与工程大类招生,环境科学、环境工程、环境管理共招生30人;教学研究型大学,如天津理工大学,招生60~70人,立志于培养学科基础人才,还可以为知名大学提供再深造人才。
1.4继续深造才能体现环境科学的优势
一直以来,环境科学专业的本科毕业生就业较难,但是环境科学是一个科学性比较强的专业,到硕士和博士阶段,学生的专业优势能得到充分的发挥。例如,北京大学、南开大学、天津大学近一半以上本科生选择出国或国内深造。天津理工大学也致力于与国外知名高校进行合作办学,提高本校环境科学专业的知名度。
2各单位环境科学专业培养方案特点及分析
众所周知,制订合理的培养方案对专业的发展至关重要,其充分体现各校各学院各专业的办学思想、办学核心、学科优势和特点,包含专业的培养目标、基本要求、标准学制和课程设置等内容。其中,各类课程的设置为主要内容。各调研高校关于环境科学专业课程的设置有共性也各有特点,各调研单位培养方案设置的总体分析如下。
2.1学科基础课:各校都不同程度含有一定学时的化学课
(1)北京大学设有普通化学(管理方向)和物理化学(自然方向)。(2)南开大学的学科基础课里含有无机及分析化学、无机及分析化学实验,将无物理化学、仪器分析有机化学、有机化学实验、生物化学等列在专业选修课里。(3)天津大学将四大化学没有放置在学科基础课里,而是在数学与自然学科类中包含了无机化学与化学分析、无机化学实验、化学分析实验、有机化学、有机化学实验、物理化学、物理化学实验等课程内容。(4)天津理工大学设有无机、有机、物化和分析化学四大化学课程。可见,环境科学专业的学生应当具备一定的化学背景,为今后环境问题的认识和治理打下扎实的基础,这点与环境工程专业的培养要求不谋而合。
2.2专业必修课:环境监测是各校的核心课程
各校都注重环境监测课程的开设,并且设有一定课时的实验课程。南开大学似乎更加注重环境监测的开设,其将环境监测和环境监测实验设为了学科基础课。可见,环境科学问题的认识和解决过程中,大气、水体、固废、土壤环境的质量监测是基础和核心,在此基础上,才能有序地进行环境评价、环境规划、环境管理和环境修复等。
2.3专业选修课:是必修课的有益补充
各校很注重专业选修课的开设,例如,北京大学和南开大学专业选修课设置学分较高,近30学分,可以大致分成生物类、计算统计类、环境伦理类、环境工程类等四大模块。
2.4实践课:各校将与环境监测相关的单位列
为实习单位(1)“985”院校,如北京大学、南开大学、天津大学将实习期放置于夏季小学期进行,省市检测中心是主要的实习单位。(2)除去检测中心等单位,各校还安排了地质地貌有特点的地方的生态地质认识实习,这与环境科学主要认识和解决人文、自然与环境的问题分不开。
2.5毕业环节:各校以安排毕业论文为主体
南开大学和天津理工大学近几年认识到本科毕业生的择业需求主要侧重于设计等环节,开始安排一些学生将进行毕业设计。2.6创新与研究类:部分“985”院校设有创新研究与训练课程南开大学与天津大学设有创新研究与训练课程,主要以专业讲座为主。
3建设与发展思路
经过充分调研,汲取各单位成功的经验,我们建设和发展环境科学专业的思路如下。
3.1培养目标必须明确
我校正处在由教学型向教学科研型转变的进程中,所以我校环境科学专业应以培养应用型人才为主,兼顾研究型人才的培养。其培养目标为培养德、智、体、美全面发展,具备环境科学的基本理论、基本知识、基本技术、专业素养的环境学科高级复合应用型人才,以及继续深造的专业人才,能够在政府、企业、研究院所、高校等部门从事环境监测、环境评价、环境修复、环境咨询及相关领域的工程、研究、教学或管理工作。
3.2突出应用型人才培养模式
环境科学专业毕业生授予的是理学学士学位,相比于工学学士学位,理科生就业难度偏大。基于此考虑,在构建该培养方案时,应充分学习环境学、环境地学、环境生态学、环境化学、环境生物学等课程知识基础上,以环境监测为核心,建立双体系建设,分别为以环境工程学、环境污染修复学等课程为主的环境污染修复课程体系,以环境经济学、环境评价学、环境规划与管理等课程为主的环境评价课程体系,并增加相应地选修课程体系,使环境科学专业的学生将基础理论知识和环境科学技术融合,更能适应现代社会对“应用型”专门人才的需求。
3.3优化课程体系
注重实践环节注重环境科学专业的实践环节,构建环境生物学实验设计、环境监测综合性实验设计、环境工程学课程设计、环境污染修复课程设计、环境影响评价设计性课程设计等实践教学环节,工程实践能力贯穿于整个教学过程,增强学生的动手能力,培养该专业本科生具有较强的社会适应能力与综合竞争力。
3.4建立学科优势方向
调研过程中,发现无论知名大学还是市属院校,具有自己的优势方向才能继续长期生存。我校有许多优势学科,我们可以“借力发力”,并且逐渐培养自己的优势方向。(1)首先借助本院市政工程的优势(市政工程“十五”“十一五”“十二五”期间连续被列入天津市重点学科,有“水质科学与技术”天津市重点实验室),主要发展环境科学专业的水体污染检测和防控,重点进行水体环境的质量评价和生物修复。(2)借助于本校建筑环境与设备工程专业的优势(2010年建筑环境与设备工程专业被评为天津市普通高等学校品牌专业),经过“十三五”投资购买仪器设备,建设和完善室内空气环境的监测体系,积极筹配发展环境科学室内空气环境监控方向。(3)借助于本院市政工程和本校土木工程的优势,积极到房屋建筑工地实习参观,侧重发展建筑扬尘的监控和建筑场地环境的修复治理。(4)借助于本校建筑学院的优势,积极到各类建筑场地环境实习,侧重于建筑噪声的测定和防控。
3.5加强对外合作办学模式
环境科学是一个科学性比较强的专业,到硕士和博士阶段,学生的专业优势才能得到充分的发挥,而且国外多数高校的专业设置与环境科学专业比较相近,学生出国后很多课程可以延续。天津城建大学有很好的城建类学科基础,积极鼓励学生考研的同时,可以大力发展与国外城建类大学的合作办学模式,提高自身知名度的同时,有利于开阔办学思路和视野。
4结束语
随着环境问题的日趋复杂和严峻,环境科学类人才的需求挑战与机遇并存。通过对国内高校的调研,天津城建大学应以自身的建筑类学科优势出发,制订目标明确的培养方案,从实践课程、专业课程模块化和加强对外合作交流出发,办出特色。
参考文献
[1]胡伟.学习贯彻十精神推进生态型城市建[J]杭州:周刊,2012(12):18-19.
1.1课程实验
学校资源环境科学专业依据课程体系的设置,开设的课程实验主要有分析化学实验、环境化学实验、环境监测实验、测量学实验、地理信息系统实验、遥感实验、环境调查与分析实验等。实验分班分组开设,在专业实验教师的讲解和指导下完成实验过程和实验报告。
1.2课程实习
资源环境科学专业课程实习涉及的课程有环境监测、环境调查与分析、水污染控制及原理、土地利用规划和环境生态学。课程实习是依据培养方案的要求,周期一般在一周之内。如在环境监测的课程结束之后组织学生到环境监测部门观摩实习监测方案的制定、布点、取样、样品处理、实验分析、数据处理和结果表达;在土地利用规划课程结束之后带领学生到项目区实地考察,依据考察结果进行规划方案的设计。
1.3野外综合实习
野外综合实习是资源环境科学专业学生专业课基本结束的第六学期后进行,野外实习的目的在于对三年所学的专业知识进行系统性的实践和检验,其内容聚集于专业学习中的资源管理和环境保护。如近年来对于成都活水公园的考察,意在把水污染治理、环境微生物学、环境生态学的知识进行有机结合;对于熊猫基地的考察,意在通过学习对生物多样性的保护方式、过程和原理进行掌握。
1.4毕业实习
毕业实习是资源环境科学专业实践教学中最重要的实践环节,是综合性最强的实践环节,毕业实习安排在第七学期,为期三个月。当前,资源环境科学专业学生的毕业实习主要包括三种类型:一是应用型,主要表现为进入公司或者行政部门进行土地利用规划的设计、制图,进行环境的监测或执法;二是科研型,比如进入中科院盐亭生态站进行科学实验和辅助科学研究,学习研究方法的设计、样品的采集、数据的测试和处理、研究成果的形成等;三是综合型,体现对于自我能力的全面检验,可能既包括应用型的内容又包括研究型的内容。
1.5毕业论文(设计)
毕业论文是学生基于自己所掌握的专业知识进行系统性的科学研究训练过程。资源环境科学专业毕业论文一般在第七学期初启动,通过导师分配、学生选题、开题、数据收集(调研或者实验)、论文写作、指导教师评阅、评阅教师评阅、答辩小组答辩、学位评定小组审查最终通过。毕业论文最终成绩由评阅成绩的30%,指导成绩的30%,答辩成绩的60%构成。
1.6其他实践环节
除上诉五方面的实践外,资源环境科学专业的实践环节还包括知识竞赛、科技论文写作、课程设计和劳动等形式。在世界环境日进行资源环境科学专业知识竞赛,竞赛以项目导向和知识抢答相结合的方式进行;科技论文写作是学生创新能力培养的一部分,需要学生申请科研课题或者参与教师科研支持科技论文的写作。
2当前实践教学中存在的问题分析
2.1实践环节基本完备,实践内容缺乏系统性实践环节的设置是针对学生能力培养的需求设计,能力培养的效果需要完备而合理的实践内容来保障。当前资源环境科学专业的实践环节设置相对较为完善,但是在内容的条理性上明显不足,比如课程实验中实验项目设置缺乏系统性和完备性,实际过程中经常会出现不同课程之间实验项目的交叉,或者实践能力不能有效衔接。
2.2实践能力培养注重泛性,方向性不够明晰资源环境科学专业人才要求在资源利用及环境保护方面进行能力培养,而资源和环境的范畴相对较大,对于本科专业而言,如何实现学生知识的宽泛和能力培养的针对性是专业培养方案首先要解决的问题。当前的培养模式中,学生在3S(GIS、GPS、RS)技术、环境规划和管理、环境监测和评价、土地规划和整理方面都掌握一定的实践能力,但如何理顺各种能力之间的支持关系,如何培养和形成这种能力尚缺乏系统化的思路,导致实践能力培养的专注性和方向性不足。
2.3实践环节硬件建设缓慢,制约了能力培养目标实现实践环节的推动必须依赖于硬件环节的建设,只有硬件环节能够完全支撑实践教学体系的时候才会体现良好的实践教学效果。资源环境科学专业经过近十年的建设,当前的专业实验设备更多利用在传统原理教学中,新的实验设备如气相色谱、液相色谱及原子吸收方面非常缺乏。实践基地数量及类型较多,基地建设的针对性体现不足,不同实践基地建设的能力培养目标及相互关系没有理清。
3专业实践教学改革思路与实施
3.1专业实践教学改革思路
(1)以“工程能力”为专业实践能力培养的导向实现专业能力培养在宽泛性的基础上体现针对性,培养应用型人才,是专业教学改革中首先要解决的问题。“工程能力”即解决问题的能力,以此为导向的专业应用型人才的培养必须立足于能够解决具体问题的能力,这既是专业人才培养目标的要求,又是实践教学体系所要解决的具体问题。以“工程能力”为导向的实践能力培养思路能够立足于专业培养目标,以培养目标确定能力需求,以能力需求决定能力培养方式、过程和体系,进而建立起立足于专业培养目标,服从于专业能力培养需求且处理好各种能力培养之间逻辑关系的实践教学体系。
(2)注重实践环节的优化和阶段性培养目标的设计学生实践能力的培养是贯穿教学始终的问题,在强调实践教学体系的构建系统性的基础上,还必须进行系列优化和阶段性目标设计。实践教学体系以课程体系为依托,从课程的系统性设计出发构建实践教学体系,实践教学体系的每一环节以实践能力的阶段目标为导向确定实践内容、方式、效果和考核,由此确保实践环节设置的关联性和层次性,避免其交错和缺乏系统性的缺点。
(3)通过内部挖潜和外部整合提升实践教学软硬件环节通过加强现有教师的进修和深造来改善目前的实践教学队伍,通过鼓励教师深造来实现内部潜力的充分发挥,可以实现在目前的师资条件下的效益最优化。外部资源的整合是在目前条件下优化师资和硬件环节的有力的举措,资源环境科学专业应充分利用服务地方经济社会发展的机会,丰富师资队伍,充分依靠外部师资的工作环境,为实践教学环节提供设备上和场地上的便利。
3.2专业实践教学改革的实施
随着科技的发展与进步,人们更加善于利用大自然赋予的资源和能源,但在利用自然的同时,也使自然发生了无法逆转的改变。废弃物品的增多与能源的过度利用使自然环境已经遭到了大规模的破坏,这对人类的未来生活带来很大的影响。为了解决环境污染问题,不少院校专门开设了环境科学专业,并设置系统的环境知识课程。环境基础化学课程就是环境科学专业众多课程当中最重要的专业基础课,化学课程的存在使学生们懂得了更多处理环境污染的方法。然而,由于师资力量以及教学思想等各方面问题,该课程内容和教学方法需要进一步完善和改革,否则学生无法从该课程当中真正获得专业相关的实践知识。因此,为了改变环境基础化学课程的教学现状,立足基础知识,适应专业需要,对该课程的教学方法做出一系列的改革。
一、环境科学释义
环境科学是一门研究人类社会活动与环境演化规律之间的相互关系,寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径的科学。在宏观上,环境科学要研究人与环境之间的相互作用、相互制约的关系,要力图发现社会经济发展和环境保护之间协调的规律;在微观上,要研究环境中的物质在有机体内迁移、转化、蓄积的过程,以及其运动规律对生命的影响和作用机理,尤其是人类活动排放出来的污染物质。为了解决环境问题,实现人类与环境的和谐发展,需要人们学习更多的化学知识,因此环境专业的学生需要开设化学类相关课程[1]。 《环境基础化学》是环境科学专业的学生首先要学习的一门重要的专业基础课。
二、现有环境科学专业课程模式的弊端
在环境专业类的院校当中,学生需要涉及的知识面很广,课程构架比较复杂[2]。 学生们不但要掌握化学基本知识、生物及生态学、环境可持续发展、工程制图、污染控制工程、环境评价、土壤学、大气学、海洋学等,还需要参与很多社会实践、实习活动。由于专业特点,环境科学专业的化学类课程比较少,通常包括《环境基础化学》、《环境化学》、《环境监测》以及《化工原理》等课程。 因为课时关系,现今状态下的环境基础化学在教学过程中由于教学系统的不完整,致使教师们只能按照课时来选择其中比较重要的知识进行讲解,由于讲解内容比较随意,因此学生们学习环境基础化学时缺乏关联性,很多时候无法将已经学习的知识运用到实践当中。而且环境科学当中的化学课程无论是开课较多还是课程种类较少,都避免不了教学内容的重复,该种重复不仅不能使教学效率提高,反而打消了学生的学习积极性。
三、《环境基础化学》课程教学改革
(一)注重教学内容与实践相结合
要想改善现在的教学现状,需要充分认识到环境基础化学的重要性,尤其是教学过程中对于教学内容的选择。高等院校的教学目标就是培养实用型人才和技能型人才,但在真正开展课程时往往注重理论知识的培养,反而忽略了实践知识的教授。因此教师要根据环境专业的特征,以及该专业日后的工作岗位类型来选择教学内容。因为环境科学专业的学生所学习的课程的大多数都与环境有关,因此在学习化学时,教师可以专门挑选跟环境有关的内容来加强学生的学习和实践[3,4]。使学生们掌握的知识都能在日后工作当中用到,增加就业机会,成功地成为应用型人才。
(二)基础化学教学中渗透环境教育理念
随着化学的不断发展,虽然丰富了人们的物质生活,但也带来了环境问题,所以在化学教学中渗透环境教育理念有着非常重要的意义。对于环境科学专业来说,所有的教学工作应该围绕对环境知识的教授[5]。学校在改革课程教学方法时,要注重化学课程内容与环境方面的关联,教师所讲解的案例也尽量与环境知识有关。所有的教学活动都围绕环境专业的特征展开,可以使学生更加了解相关环境问题应该如何处理。
但是在基础化学教学的实践中,不能脱离教材随心所欲地进行环境教育,否则影响教学效果。例如在 “物质的聚集状态”一章涉及到溶液的内容时候,可增加有关水的环境污染问题,通过了解重大水污染事件,使学生加深学科认识。教师通过案例分析,并结合化学原理来引导学生思索相应的污染治理方案。在讲解“渗透压”以及“反渗透原理”时,可结合医学以及一些生理现象,帮助学生理解抽象的概念,并结合实际废水处理,以及海水淡化等案例,引导学生灵活地学以致用;另如在“沉淀溶液平衡及沉淀滴定”章节的学习时,可结合溶度积、同离子效应、沉淀平衡以及分步沉淀等规则,引导学生计算实际污染废水或矿山废水中有害金属离子或贵金属的最低含量,同时引导学生设计可行方案,净化废水, 回收提取金属,“变废为宝”,或“以废治废”,培养学生综合利用能源的观念。在教授基础化学知识的同时,兼顾学生认知水平、生活经验、教学实际等因素,对环境知识进行组织、加工,并以恰当的方式呈现, 从而使学生在不知不觉中接受环境教育,增强环保意识。总之,教师在进行化学教学的过程中加强环境知识的教育,能够使学生在以后的工作和生活中具备环境保护意识,并通过课程的学习提高学生的环境保护能力。
(三)教学手段多元化
新型的教学模式要依托现代社会的网络教学形式,高校在对环境基础化学的教学改革时也要充分利用多媒体教学的优势[6]。如果教师只是大量介绍化学原理,会显得抽象枯燥无味,不但不能引起学生学习兴趣,并弱化了环境教育的效果。为了帮助学生更容易地理解复杂的化学反应机理, 对物质结构产生直观的认识,并同时形成环境意识,在教学中必须要形象化、生动化。那么在进行课程教育时,要用多媒体手段,把图表、照片、录像资料等展现出来,以生动和真实的案例,向学生展示微妙的微观物质世界、化学反应过程,并直观地与环境现象和环境问题相连接。譬如展示电泳过程、吸附溶胶团的形成过程以及大气污染造成的雾霾、臭氧空洞的图片,酸雨造成破坏的视频资料,沙尘暴的图片等等。利用多媒体演示对环境有毒有害的生产工艺及其造成的危害,这样使学生感同身受,印象深刻。通过多媒体教学平台上课件的趣味性,为学生们打造生动活泼的课堂气氛,使原本枯燥深奥的化学公式变得更加具体简单,且带有图文和动画,学生们的思维将伴随着多媒体课件的使用变得更加开放。借助多媒体,抽象的理论公式等将不再成为学生们学习化学知识的阻碍,并利于环境教育理念与环境基础化学知识的融合。
除了课堂教学外,在实际教学中,还要经常利用生产实习的机会,带学生去参观附近的生产车间,用已有的知识去分析某些零件电镀的生产流程,废水、废渣、废气的处理。通过学生自己亲眼所见所闻,提高学生环境保护的意识。此外,教师要结合目前国内外形势和环境科学的热点问题,根据学生的知识基础,定期给学生举办环境知识专题讲座,例如,世界著名的公害事件、吸烟与健康、温室效应、酸雨的形成与危害等。不仅开阔学生的视野,同时也使学生受到良好的环境教育。
(四)突出实践教学方式与参与性原则
在对环境基础化学改革的方案当中,应该注重突出实践教学,将实践性的教学模式贯彻到专业课程的学习当中,使理论与实践互补,形成教学内容和职业特色相结合的教学特色[7]。环境基础化学理论课与实验课相互补充,为学生开放化学实验室,通过实验教学和实际操作,加深学生对抽象知识的理解,激发学生的求知欲望。鼓励学生在实践过程中根据自己的疑惑提出问题,经过教师的指导,自己动手得出最终答案。为了充分发挥学生的主体作用,鼓励学生对现实中环境问题进行探究。教师可以根据专业特点以及环境污染问题,提炼出综合性实验题目,鼓励并引导学生设计出合理方案,利用实验室条件进行实际样品的分析测试、和资源的再回收利用等。并在化学实验教学中,鼓励学生探究如何用最少的药品,获得最佳的效果,改善实验环境,减少化学废弃物污染。如果实验教材没有考虑到毒气体的污染、废液的污染情况,教师这时要引导学生对这个问题讨论,找出可能产生的危害,通过共同讨论,优化实验步骤,减少实验药品的用量,最后再根据实验改进方案重新进行实验。学生经过这样多次的体验就会逐渐培养他们的环境意识和技能。这种教学方法的改变,能够充分锻炼学生的思考能力和动手能力。当学生就业以后,在工厂或者公司里就可以凭借着已经掌握的实验技能和知识解决解决环境问题以及其他相关工作问题。
(五)实行综合考核形式
一般情况下的教学考核通常都只注重对学生课程知识考核,经常会在期末的时间段里出一套关于专业知识的试卷,仅凭着学生对试卷的作答来考核和评定学生的能力。该种考核方法比较片面,不能使学校和教师完全了解学生的掌握知识的程度,也不能代表学生的实际能力[5]。在工作岗位当中,需要学生拥有良好的实践能力和对待工作的责任心。实践能力不是凭借试卷就能考核出来的,因此学校应该改变考核形式,使考核变得更加多样化。新型的环境化学基础考核可以包含卷面成绩、日常表现成绩以及综合实验设计及分析成绩。卷面成绩所考核的自然是关于环境基础化学方面的理论知识,而日常表现成绩就能评定出学生的责任心以及个人素质问题。综合性设计实验成绩代表的是学生的动手能力和总结能力。该种考核形式能够综合且全面的掌握到学生的实践能力,也能充分体现改革后环境基础化学课程的教学效果。
四、结论
在环境科学专业的《环境基础化学》课程的教学中,注意教学内容与实践相结合,基础化学教学中渗透环境教育理念,教学手段多元化,突出实践教学方式与参与性原则,并实施综合考核形式,将有利于提高学生的学习积极性和主动性,实现自身实践技能的突破,提高学生学以致用、解决实际问题的能力。高等院校也需要对新的教学模式和教学理念形成一定的管理体系,确保新的教学方式行之有效地开展,并为学生提供更多的职业实践机会,实现环境科学专业的人才培养目标。
环境科学是一门新兴的边缘学科,它跨越自然科学、社会科学和技术科学的学科领域,是针对当前世界面临的重大环境问题而发展起来的,现已成为21世纪最活跃的学科之一。
针对有色领域的重污染现状,依据中南大学的学科特色和环境工程学科体系的建设规律,在中南大学新世纪本科教育教学改革项目、湖南省普通高等学校教学改革项目等的资助下,经过大量的研究、探索和实践,已形成了有特色的环境工程学科新的教学体系。其中,具有有色冶金特色的《环境科学导论》的教学是新学科教学体系的重要组成部分。
我们结合近年来在冶金特色环境工程专业《环境科学导论》教学中的经验与体会,谈几点教学改革与创新之处,旨在充分发挥交叉重点学科群的优势,培养冶金环境工程复合型高级人才,重点解决矿冶领域的重污染问题。
课程性质与特点《环境科学导论》是环境工程专业的基础主干课之一,属于必修课。该课程以人类生存环境是一个自然-社会-经济的复合生态系统的基本原理为基础,着重阐述环境问题的发生和发展,探讨人类活动对环境各要素的影响,特别是对大气、水、土壤、生物等环境要素的影响;阐述污染物在环境中的迁移转化规律;介绍城市、农村区域生态与环境、环境质量评价、环境管理信息系统等新方法和环境科学发展的进展。其教学目的是提高学生的环境保护意识,树立可持续发展的战略思想,激发学生热爱环境保护事业的热情和学习环境科学知识的积极性、主动性,为将来从事环境保护工作奠定基础。
相对于传统的课程,本课程具有几个明显的特点:研究内容与人类自身利益关系紧密。学科领域覆盖面广,学科知识交叉性强。其涵盖社会科学、自然科学和工程技术诸多领域,涉及化学、化工、土木建筑、机电、物理等多学科知识。
概念新,出现的新名词多。如清洁生产、循环经济、绿色壁垒、绿色消费等。课程内容与实际结合较密切。如各种污染物控制技术的原理与工程设计紧密相关。研究方法综合性强。各种方法论如系统论、信息论、控制论等在环境科学的研究中均有广泛的应用。
知识更新快。环境科学目前正处于快速发展期,新观点、新技术日新月异,环境热点不断变化,环境质量动态变迁。
授课时间有限。当前,大多数高校均强调学生的宽知识面和综合素质培养,学时数大幅度压缩,课堂授课时间很有限。
我们结合冶金特色环境工程的专业特点。《环境科学导论》的课程特点及在有色冶炼企业进行环境治理的工程实践,经过6年的教学改革与实践,探寻出了一些冶金特色《环境科学导论》的教学方法。
教学内容的选择按专业性质精选内容,详略得当《环境科学导论》课程内容涉及专业领域广、内容多。在实际教学中,因授课学时所限,不可能面面环境工程本科创新人才培养与学科跨越发展的关系研究《环境科学导论》教学改革与实践俱到,理应"因材施教",即根据冶金特色环境工程专业学生的关注点及培养方向,有针对性地进行详略选择。
针对冶金特色环境工程专业应重点讨论矿冶行业实行循环经济与清洁生产的主要途径,介绍现有冶金企业面临的环境问题,重点在于让学生建立环境意识,将环境科学与环境保护融为一体。
按专题备课,补充与调整教学内容备课是教学的首要环节,备课质量对教学质量有很大影响。传统的按节备课法缺乏灵活性和适应性,难以根据课本外的大量新信息补充、调整和组织教学内容,对于环境科学导论课程更是如此。我们按专题进行备课则很好地弥补了该方面的不足。我们根据授课总学时数、教学重点和能够找到的教学材料,将教材重新组合,分为若干专题讲授,很好地突出了重点、热点、难点。为此,不仅需要补充或更新教材内容,往往还要打乱教材现有结构,将最需要讲授的内容梳理出来,重新形成条理清楚、逻辑性强的系统化知识并传授给学生。教学实践表明,按专题进行备课和讲解收到了很好的教学效果。
教学方法的改革互动式教学为了增加与学生间的互动,活跃课堂气氛,在教学实践中,我们采取下列做法:提前布置下次课的授课内容,并将内容分成若干知识点,学生分成若干小组。将事先准备好的、围绕授课知识点的有关专题发给各个小组,要求各小组利用各种途径查阅相关资料,制作电子课件,每次课抽一、两个小组上台就自己小组的专题作报告。
如讲"水污染"专题时,除进行三河三湖七大水系的污染状况及治理对策、南水北调工程、三峡工程、湖泊富营养化等专题的讲解外,我们根据冶金特色环境工程专业特点,还列出如下专题:试分析历史上环境事件中有几起是由重金属污染引发的及其内在原因;与重金属有关的湘江镉污染事件、北江镉污染事件、岳塘砷污染事件、株洲新马村镉污染事件等等的原因及对环境的影响。为增加授课趣味性,我们在授课中经常插播与授课内容密切相关的视频材料,让学生始终保持着兴奋状态。