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環境科學實驗教學探索與實踐

摘要:教學內容的“多、散、雜”是環境科學實驗教學面臨的關鍵問題,影響學生知識體系的形成。本文以“翡翠湖水體綜合評價”為例,將“項目式教學法”應用于環境科學實驗教學,從項目規劃、項目實施、項目評價與效果等方面了進行探索與實踐,取得了非常好的教學效果。將“項目式教學法”應用于“翡翠湖水體綜合評價”的實驗項目有利于學生知識架構的形成、創新能力的培養,并為全面推行提供了寶貴的經驗。

關鍵詞:環境科學;實驗教學;項目式教學法;探索與實踐

本科教育是大學的靈魂。本科階段是大學生基礎知識的架構、能力的培養,創新思維、創新精神、實踐能力塑造的關鍵時期。以社會需求為導向、注重對大學生實踐能力和創新能力的訓練、培養高素質專門人才,是本科教育所面臨的新課題。環境科學是為解決環境問題而誕生的一門新興的綜合性邊緣學科,具有很強的實踐性和應用性,是生物學、化學、物理學、地理科學等多學科交叉的結晶[1]。在本科教育階段涉及環境化學、環境監測、環境生態、環境管理與規劃、環境資源與保護、環境地理學、環境生物學、環境毒理學和環境影響與評價等多學科交叉的課程。這也決定了在整個教學過程中具有重要地位的實驗教學同樣涉及多學科的交叉,實驗項目“多、散、雜”,缺乏必要的聯系,沒有形成專業教育特色[2]。目前的狀況是:實驗教學是一個個孤立的實驗項目,例如,“水中固體懸浮物的測定”“土壤對堿性染料的吸附”“空氣中二氧化硫的測定”等,通過多次這樣的實驗教學,學生獲得的只是孤立的某一個實驗現象或知識點的驗證,不利于學生基礎知識架構的形成、創新與實踐能力的培養。項目式教學法是指通過一個完整的項目而進行的教學活動,包括信息的收集、方案的設計、項目的實施以及最終的評價,都是由學生在教師的引導下自己完成,是近年來為培養學生綜合素質和實踐能力所采取的一項有力的教學措施[3],在教育水平發達的國家被廣泛推崇。項目式教學(ProjectBasedTeaching)模式是建立在建構主義(Constructivism)教學理論基礎之上的教學法,同時也是CDIO(Con-ceive、Implement、Design、Operate,即構思、設計、實現、運行)理念所倡導的教學模式。米紅甫等將項目式教學法應用于化工安全方向的實踐教學體系,學生普遍反映新的教學體系效果明顯,學生的創新能力和解決問題能力明顯增強[4]。將項目式教學法結合環境科學實驗項目“多、散、雜”的特點,應用于環境科學本科生實驗教學過程中,有利于學生綜合素質的培養和學生構思能力、設計能力、操作能力及協作能力等各種實踐能力的提高。鑒于此,本文以“翡翠湖水體綜合評價”這一實驗項目為例,探索“項目式教學法”在環境科學實驗教學的適應性,并在實際實驗教學過程中進行實踐。經過這一實驗項目的實施,激發學生的創新精神,充分發揮學生的主觀能動性,促使學生串聯以“翡翠湖水體綜合評價”為主線的多個環境科學的知識點和操作技能,實現學生知識架構的建立和實踐能力的培養。

1項目規劃

項目教學法,強調一個完整項目的開展來帶動教與學的結合,教師前期需廣泛調研收集資料,科學、合理設置項目情景模塊,甚至拆分成幾個模塊或幾個小任務來引導學生自主完成。以“翡翠湖水體綜合評價”這一實驗項目為例,為了實現翡翠湖的水體綜合評價,根據環境科學專業要求和實驗項目中水體綜合評價要求,可以分解為水樣的基本理化性質及水體初級生產力測定、浮游植物的采集、觀察鑒定和定量測定、浮游動植物的采集、觀察鑒定和定量測定、水體浮游植物葉綠素a含量的測定等四個部分。在這個以實驗項目為載體的開放式教學過程中,以學生為中心,加強學生和教師的互動,淡化課堂和課程的概念。基于學習過程,構建學習任務,運行“任務發布———小組研討———教師引導———實驗協作———數據共享———完成評價”的教學模式

2項目實施

在項目實施的過程中,教師更多的是引導并參與討論。引導學生查閱《環境監測》[5]中湖泊、水庫等水體樣品采集的要求,將翡翠湖按照入水口、出水口、湖心區、深水區、淺水區、排污口等劃分出8個采樣點,學生班級可以分為8個小組,每個小組同學負責一個采樣點,組內做三個平行采樣,組員之間自己溝通、協調,同時教師要加強管理,提醒小組明確分工,從而提高小組合作與交流的效率,以便更好地展開實驗。項目實施過程中,對于學生在情感、態度的價值觀等多方面,教師也要予以關注、引導,最終讓學生的知識能力能夠放大到以后的工作生活中,實現交流能力、分析能力、合作能力、解決實際問題的能力、綜合能力的有機融合。2.1水樣的基本理化性質。及水體初級生產力的測定通過水樣的采集及測定,學習水體中pH值、懸浮固體、電導率等理化參數和黑白瓶法水體初級生產力的測定。測定水體的理化性質和浮游植物初級生產量,對了解翡翠湖水體的特點和生產性能具有重要意義。2.2浮游植物的采集、觀察鑒定和定量測定。富營養化已成為全球關注的問題。由富營養化引發的水華會進一步加重水體污染,已經是世界性的水污染公害。浮游藻類植物廣泛分布在各種淡水水體和海洋中,但是并不是所有的藻類都能形成水華,能夠形成水華的藻類最主要的是藍藻門的種類[6]。因此,在水環境監測中,浮游藻類的種類和數量成為重要的監測指標之一。通過浮游植物樣品采集、固定和濃縮、樣品鑒定、計數及結果計算等實驗操作,學生們學習使用浮游生物網采集浮游藻類水樣及固定的方法;觀察鑒定水樣中常見的浮游藻類,認識藍藻門、硅藻門、綠藻門、甲藻門、裸藻門、金藻門等藻類細胞形態結構的主要特點;了解采水器采樣、固定。、濃縮等浮游藻類定量監測方法,對樣品進行計數。翡翠湖浮游植物的采集、觀察鑒定和定量測定,可以了解翡翠湖的水體富營養化程度。2.3浮游動物的采集、觀察鑒定和定量測定浮游動物是湖泊生態系統的重要組成部分,既是細菌、浮游植物等初級生產者的牧食者,也是魚類等其它動物的重要食物,其變化會影響到其它營養級和食物網結構的變化,浮游動物對氮、磷等生源要素的再生是水體初級生產者的主要營養鹽來源之一。因此,在水環境監測中,浮游動物的種類和數量成為重要的監測指標之一。通過浮游動物樣品采集、固定和濃縮、樣品鑒定、計數及結果計算等實驗操作,學生們學習使用浮游生物網采集浮游動物水樣及固定的方法;觀察鑒定常見浮游動物種類,認識原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類的常見種類,初步掌握其形態特征;了解浮游動物樣品采集、濃縮和固定的定量測定方法。浮游動物的種群及數量的變化,優勢指示種和生物多樣性指數等指標均可反映翡翠湖的水體富營養化程度。2.4水體浮游植物葉綠素。a含量的測定通過對翡翠湖不同采樣點水體葉綠素a含量的測定,學習用熱乙醇法對不同水體浮游植物葉綠素a含量的測定方法。了解水生生態系統浮游植物生物量的估算方法,進一步認識浮游植物在水體生態系統生產中的重要地位。通過分組實驗,小組協作獲得翡翠湖各個采樣地點的實驗數據。實驗數據處理過程中,全班各個小組實驗數據共享,才能獲得翡翠湖入水口、出水口、湖心區、深水區、淺水區、排污口等劃分出8個采樣點的評價數據,完成從水體的理化性質及初級生產力的測定、浮游植物、浮游動物、水體浮游植物葉綠素a等多個方面對翡翠湖進行一個完整的綜合評價。綜合各個采樣地點的浮游生物觀察的結果,獲得翡翠湖常見浮游植物和浮游動物的品種,建立翡翠湖浮游動植物的圖庫集。

3項目評價與效果

項目式教學法可以將繁雜的理論教學與實驗教學有機地結合起來,充分發掘學生的創造潛能,培養學生的相互合作能力,提高學生的學習效果和技能水平,最終獲得較好的學習效果。通過這個實驗項目的完成,幫助學生建立了以“翡翠湖水體綜合評價”為主線的水樣的基本理化性質及水體初級生產力測定、浮游植物的采集、觀察鑒定和定量測定、浮游動植物的采集、觀察鑒定和定量測定、水體浮游植物葉綠素a含量的測定等多個環境科學知識點的知識架構;綜合翡翠湖各個采樣地點的浮游生物觀察結果,獲得翡翠湖常見浮游植物和浮游動物的品種,建立翡翠湖浮游動植物的圖庫集。為后續的環境科學專業的實驗教學提供了參考材料。實驗項目的實施,培養了學生水樣采集、水體初級生產力測定、浮游動植物采集、鑒定與定量、水體葉綠素測定為基礎的實驗構思、設計及操作等各種實踐能力;通過整個班級分為8個小組及小組成員間的分工與合作,培養了學生的協作能力。通過這個實驗項目的完成,實驗過程中每個同學的數據的準確性影響全部的實驗結果,有利于打破學生個人“小我”思維模式,建立一種責任感。通過實驗項目“翡翠湖水體綜合評價”的實驗教學探索與實踐,可以輻射整個環境科學的實驗教學,并為全面推行提供寶貴的經驗。

4結語

在環境科學專業實驗教學中,項目式教學法具有顯著的人才培養優勢,取得了非常好的教學成果。在項目規劃階段,教師根據環境科學專業要求和實驗項目中水體綜合評價要求,將理論教學內容與實驗教學項目很好的結合,科學、合理地分解成四個部分來引導學生自主完成;在項目實施階段,教師更多的是指導學生們分組與分配任務,提醒小組明確分工,從而提高小組合作與交流的效率,以便更好地展開實驗。從項目效果看,學生在整個教學實踐的過程中,完成發現問題和解決問題能力的訓練,從而掌握了獨立解決問題的能力。正如本文中所列舉的項目式教學法“翡翠湖水體綜合評價”的實例,充分驗證了這類教學模式更加靈活有趣,具備邊學邊做的特點和學以致用的優點。項目式教學法完善了教學體系和人才培養機制,更加適應大學生基礎知識的架構、能力的培養,創新思維、創新精神、實踐能力塑造的關鍵時期的人才培養教育的需求。項目式教學法在環境科學實驗教學中的應用與研究,將有力促進教學模式的創新與發展,全面提升本科生教學質量,實現本科教育人才培養目標。

參考文獻:

[1]張菊,鄧煥廣,董杰,等.環境科學專業實驗教學改革與實踐[J].高師理科學刊,2018,38(1):103-106.

[2]秦偉超,丁蘊錚,袁星.環境科學、生態學專業課程實驗教學的改革與思考[J].高校實驗室工作研究,2011(1):14-16.

[3]李珊,龐鮮.項目式教學法實施問題的對策研究與實踐[J].設計與實踐,2018(9):114-115.

[4]米紅甫,王文和,張銳,等.基于項目式教學法的化工安全方向實踐教學體系改革研究[J].高教學刊,2018(18):84-88.

[5]奚旦立,孫裕生,劉秀英.環境監測[M].北京:高等教育出版社,1987.

[6]黃祥飛主編.湖泊生態調查觀測與分析[M].北京:中國標準出版社,2000.

作者:李元娜 王丹 許仁鑫 高毅 鄧國志 石先陽 單位:安徽大學

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