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本文作者:張思沖、李麗娜、宮曉磊、楊丹、王明明 單位:黑龍江省高校地理資源與環(huán)境遙感重點實驗室、哈爾濱師范大學(xué)
0引言
創(chuàng)新型國家體系建設(shè)離不開創(chuàng)新型人才,本文本著學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)的基本思想,理論與實驗教學(xué)并重,論述如何培養(yǎng)學(xué)生具有獨立動手能力、創(chuàng)新思維活躍、有競爭力的高素質(zhì)人才的實驗教學(xué)理念。目前在創(chuàng)新型國家體系建設(shè)中,以學(xué)生為本,以素質(zhì)教育為宗旨,在大學(xué)環(huán)境科學(xué)實驗教學(xué)中,改革和創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容、方法和實驗教學(xué)體系,培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力具有重大意義和廣泛的應(yīng)用前景?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展表明,實驗?zāi)芰σ彩且环N智能,現(xiàn)代大學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)也是一種智能的培養(yǎng)。我們所說的實驗?zāi)芰κ且环N綜合實驗?zāi)芰Γ▋蓚€方面,即基本實驗?zāi)芰蛣?chuàng)造性能力?;緦嶒?zāi)芰Ρ憩F(xiàn)在一般的實驗技能、操作技能等方面,創(chuàng)造性實驗?zāi)芰t表現(xiàn)在實驗的總體設(shè)計、實驗方向的選擇、實驗方案的確定、綜合性分析、新知識的探求等方面。除此以外,實驗?zāi)芰€反映出,實驗者的科學(xué)態(tài)度,實事求是的精神,理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng),發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力[1]。
1設(shè)計路線
20世紀(jì)60年代,環(huán)境問題突出,環(huán)境教育開始興起。高校大量建立環(huán)境科學(xué)學(xué)科,專業(yè)的設(shè)置和人才培養(yǎng)開始進入環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域,1995年,由聯(lián)合國教科文組織、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在希臘雅典召開“環(huán)境教育重新定向以適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展需要”地區(qū)間研討會,正式探討了如何將環(huán)境教育重新定向到可持續(xù)發(fā)展方向的問題。中國在經(jīng)濟高速發(fā)展時期,提出“科學(xué)發(fā)展觀”,即堅持以人為本,全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展觀,實現(xiàn)中國的跨越式發(fā)展。高等教育在此形勢下,必須跟上國際可持續(xù)發(fā)展教育的趨勢,加快綠色大學(xué)建設(shè)及跨學(xué)科課程體系改革,培養(yǎng)出適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展、具有科學(xué)發(fā)展觀的復(fù)合型未來一代。實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)過程中的重要組成部分,對培養(yǎng)大學(xué)生的理論應(yīng)用能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力具有舉足輕重的作用。本文詳細闡述了如何實現(xiàn)地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng),設(shè)計路線圖見圖1。
2地理專業(yè)大學(xué)生應(yīng)具備的科學(xué)研究素質(zhì)
2.1信息利用素質(zhì)
最早提出信息素質(zhì)概念的是美國信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會主席PaulZurkowski,他在1974年向全美圖書館學(xué)與信息學(xué)委員會提交的一份報告中,將信息素質(zhì)的內(nèi)涵定義為“利用大量的信息工具以及主要信息源使問題得到解答的技術(shù)和技能”,從此,信息教育的研究開始趨向成熟化。信息素質(zhì)關(guān)系著個人在信息時代的生存與發(fā)展,關(guān)系著整個民族的國際競爭實力與可持續(xù)發(fā)展能力,因此,信息素質(zhì)教育是信息時代對教育的必然要求,加強高校大學(xué)生信息素質(zhì)的培養(yǎng),是使大學(xué)生適應(yīng)時代的要求,接受信息社會挑戰(zhàn)、提高自主創(chuàng)新意識的前提條件[2]。學(xué)校提供互動交流平臺,建立實驗教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)平臺,學(xué)生可以針對學(xué)習(xí)中的問題于教師進行交流,這種開放式的學(xué)習(xí)模式,不受時間、地點的限制,加強學(xué)生和老師的溝通,增加信息的交通量,同時也增大了高??蒲醒芯糠较虻沫h(huán)境容量。
2.2實驗?zāi)芰?/p>
地理科學(xué)具有課程內(nèi)容多、知識范圍廣的教學(xué)特點,與其他學(xué)科相比,更需要強調(diào)其科學(xué)實驗和社會實踐的環(huán)節(jié)[3]。培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰?,①學(xué)生要具備地理環(huán)境的實驗基礎(chǔ)知識,例如:實驗室的設(shè)置;實驗室的管理;實驗基本器材的使用與保養(yǎng);實驗條件的限制;實驗中溫度的要求和地點選擇的原則;采樣時,應(yīng)注意的基本法則等等。有了基礎(chǔ)知識的鋪墊,才能有創(chuàng)新能力的提高。②學(xué)校開設(shè)基本地理環(huán)境實驗課程,書本上操作知識畢竟沒有老師的現(xiàn)場教學(xué)效果好,例如:測各種數(shù)據(jù)的儀器如何使用,在學(xué)習(xí)操作的過程中,如何保護自己,保護實驗器材,面對失敗的實驗應(yīng)該怎樣處理等等。③開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力,在老師指導(dǎo)下,鼓勵學(xué)生自己設(shè)計實驗,明確自己所需的實驗數(shù)據(jù),需要做哪些指標(biāo),怎么樣建立數(shù)據(jù)庫,最終獲得數(shù)據(jù)后,怎樣處理數(shù)據(jù),之前要建立那些模型等。根據(jù)實驗課的操作要求,必須開設(shè)“儀器分析”課程。“儀器分析”是一門實用性很強的學(xué)科,一般由理論課教學(xué)、上機實踐兩個部分組成。學(xué)習(xí)該課程是為了在實際中運用各種分析方法解決科學(xué)研究中遇到的各種問題[4]。
2.3數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用能力的培養(yǎng)
數(shù)學(xué)模型在各個領(lǐng)域的應(yīng)用都越來越廣泛,在地理環(huán)境學(xué)研究中也同樣有著舉足輕重的作用。增強數(shù)學(xué)模型的學(xué)習(xí)和應(yīng)用是實現(xiàn)實驗?zāi)芰?chuàng)新的基礎(chǔ),具體改革的措施如下:(1)數(shù)學(xué)課程設(shè)置,包括最基礎(chǔ)的:高數(shù)、線性代數(shù)和概率論。在專業(yè)課領(lǐng)域除基礎(chǔ)專業(yè)課外,可以設(shè)置:數(shù)學(xué)模型在地理中的應(yīng)用,有了一定的數(shù)學(xué)基本功,為后續(xù)的碩士、博士、研究生的培養(yǎng)提供了基礎(chǔ)。(2)設(shè)置一定的交流課程,要求學(xué)生具有看懂公開發(fā)表的地理環(huán)境相關(guān)的文獻、期刊、雜志、書籍的能力,培養(yǎng)專研和探索能力。(3)培養(yǎng)學(xué)生模擬實驗和建立數(shù)學(xué)模型的能力,學(xué)會利用計算機,參考數(shù)學(xué)模型在地理環(huán)境科學(xué)研究中的技術(shù)和成果,提出自己的想法和實驗設(shè)計思路,并賦予學(xué)生付諸實踐的條件和環(huán)境。
2.4創(chuàng)新與實踐能力
地理科學(xué)創(chuàng)新有一點很重要,就是在地理的領(lǐng)域里探索新的研究成果和結(jié)論,那就需要我們高校在培養(yǎng)學(xué)生的時候,注重交叉學(xué)科的滲透和學(xué)習(xí),因為很多領(lǐng)域里,真正的創(chuàng)新點正是在原學(xué)科的基礎(chǔ)上,與交叉學(xué)科發(fā)生聯(lián)系和作用,得出獨到的見解和結(jié)論,所以在開設(shè)校內(nèi)或系內(nèi)選修課時,可以設(shè)置生物類、化學(xué)類、物理類、數(shù)學(xué)等等與地理有交叉的基礎(chǔ)科目。
2.4.1個性興趣化教學(xué)
學(xué)生的智力和興趣各有差異,社會對人才需求又是多元化的,所以,開設(shè)開放式的實驗選修課,有利于個性化的教育[5]。不同方向的環(huán)境科學(xué)實驗要求學(xué)生具有也不同的學(xué)科基礎(chǔ),所以學(xué)生應(yīng)該可以根據(jù)自己的興趣愛好選擇教學(xué)方式,學(xué)校提供實驗設(shè)備、實驗室的使用權(quán)利、配備實驗課老師,輔助學(xué)生,最后獨立完成實驗。
2.4.2給予學(xué)生自主發(fā)揮的空間
實驗室向?qū)W生開放,讓學(xué)生能有更多的時間和機會進行操作技能的訓(xùn)練,提高他們的動手能力,給教師創(chuàng)造良的科研實驗條件促進出成果,出人才[6]。學(xué)校首先要開設(shè)環(huán)境科學(xué)實驗設(shè)計學(xué)科,其次要開放資料室或者提供實驗設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程,讓學(xué)生在開放式實驗中處于主動位置,使學(xué)生變成啟發(fā)式和自助式的學(xué)習(xí)和模擬或者創(chuàng)新完成實驗。
2.4.3設(shè)定實驗評分細則
可以將傳統(tǒng)的課程中的實驗成績僅占平時成績的一部分,改為一門單獨的課程,計算成績,或者是以實驗小組為單位,計算組內(nèi)的成績,組內(nèi)成員4-8人,根據(jù)實驗室的承載能力而定,在實驗過程中同時傳授實驗室的實驗操作注意事項和保養(yǎng)與維護程序。
2.4.4給予創(chuàng)新團體基金的資金保障
很多實驗因其實驗過程較為復(fù)雜,會消耗大量人力物力,同時也消耗財力,大學(xué)生大多沒有能力去在社會上籌集資金來滿足實驗室的材料、藥品甚至采樣的花費供給,所以學(xué)校要積極提供資金保障,可以承包某公司、藥廠、工廠的科研技術(shù)開發(fā)部分,既可以解決大學(xué)生實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)問題,同時也可以解決社會技術(shù)科研開發(fā)缺乏高素質(zhì)勞動力的難題。
3地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新
3.1環(huán)境科學(xué)實驗基本素質(zhì)要求
環(huán)境科學(xué)實驗要求學(xué)生具有基本的自然地理、生物學(xué)、化學(xué)和環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)知識,同時還要有實驗室基本操作的實踐能力,也就是說學(xué)生在實驗前要明確自己做的準(zhǔn)備工作有哪些,同時還要明確自己要做的實驗指標(biāo)有哪些,得出的結(jié)果要進行怎么樣的處理,有了基本的實驗的基本素質(zhì),才能處理好實驗中的一些突發(fā)性問題,和及時改正實驗的錯誤方向和找出實驗結(jié)果不理想的真正原因。除了這些還要具備良好的心理素質(zhì)和抗擊實驗失敗帶來的打擊能力,大學(xué)生容易心浮氣躁,面對失敗的忍耐力差,所以學(xué)生在具有實踐能力基礎(chǔ)上還要有一定的心理抗打擊能力。
3.2地理專業(yè)學(xué)生的課程的改革
《我國環(huán)境類人才需求現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析研究》中人才需求狀況調(diào)查表明,技術(shù)型人才占53.5%,工程型人才占30.2%,學(xué)術(shù)型人才占20.9%,技能型人才占9.3%。根據(jù)用人單位對環(huán)境類人才各種能力和素質(zhì)要求的排序來看,將獨立工作能力放在素質(zhì)要求第1位的最多,占55.8%;其次是專業(yè)技能和操作能力,占23.2%[7]??紤]到用人單位對環(huán)境專業(yè)學(xué)生的需求,所以相對于環(huán)境專業(yè)的學(xué)生課程也要進行改革。關(guān)于課程改革,有很多學(xué)校做過創(chuàng)新型做法,例如蘭州交通大學(xué)的改革:如何在有限的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)時間內(nèi)提升學(xué)生的科研思維能力和創(chuàng)新能力,我們采取改革:第一,改變原有的環(huán)境監(jiān)測實習(xí)為創(chuàng)新實踐基礎(chǔ)階段。第二,調(diào)整第八學(xué)期課程至其他學(xué)期,延長了畢業(yè)論文時間,變畢業(yè)論文階段為創(chuàng)新實踐成果階段。第三,在實踐教學(xué)改革的過程中,進行周期性的調(diào)查問卷,統(tǒng)計教改實施狀況,不斷改進和優(yōu)化實踐教學(xué)方案[8]。在此基礎(chǔ)上,加強學(xué)生實驗?zāi)芰υ诒究齐A段和研究生階段的培養(yǎng),例如:在本科階段課程設(shè)置上加開課程,或者在專業(yè)課的課程里加入實驗課課時,講授者可以是老師,也可以是在校研究生,如果有優(yōu)秀的本科學(xué)生,也可以計劃加入本科生,完成實驗項目的研究工作。在研究生階段,主要以完成課題和項目為契機,實驗課的基本課程更為重要,因為這是一切實驗工作的基礎(chǔ)和應(yīng)該劇本的基本素養(yǎng)。此外,還要注重學(xué)生“硬實力”和“軟實力”的培養(yǎng)[9-13],以便于學(xué)生適應(yīng)社會的操作能力加強。
3.3環(huán)境科學(xué)實驗的設(shè)計與創(chuàng)新
環(huán)境科學(xué)實驗過程中,藥品識別、藥品測量、取樣標(biāo)準(zhǔn)、實驗器材使用、實驗中各種器具的使用和保養(yǎng)、實驗過程的順序、實驗數(shù)據(jù)如何處理等等問題,都要在實驗前要學(xué)生掌握。環(huán)境科學(xué)實驗有很多,測得的指標(biāo)有很多,解決的問題也各不相同,這就需要老師在實驗中監(jiān)督與指導(dǎo),并不是引導(dǎo)思路而是起到指引和輔助的作用。實驗的創(chuàng)新與設(shè)計可以從以下幾點出發(fā):①實驗步驟的順序的改變;②實驗步驟的重復(fù)、重疊運用;③在無機實驗中介入有機實驗;④改變原有的計算機模型處理數(shù)據(jù);⑤創(chuàng)立新的數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果;⑥重復(fù)某些經(jīng)典實驗,顛覆某些實驗結(jié)論。環(huán)境科學(xué)實驗一般集中在水環(huán)境、土環(huán)境、植被、微生物、空氣質(zhì)量這類事物上,多以自然為主,而近年來,研究方向越來越趨向于對廢棄物、廢水、廢氣上的環(huán)境問題,在此基礎(chǔ)上,還可以開發(fā)研究新問題,比如室內(nèi)裝修的污染控制與防治問題、微環(huán)境下的環(huán)境質(zhì)量問題、輻射環(huán)境質(zhì)量問題。
3.4實現(xiàn)虛擬實驗技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新
虛擬實驗教學(xué)就是利用虛擬技術(shù)表現(xiàn)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和動態(tài),為學(xué)生提供一種實驗和觀測的環(huán)境[14]。以三維地理環(huán)境背景基礎(chǔ)圖層為平臺,輔以強大的GIS功能、豐富多樣的矢量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù).以“軟件+數(shù)據(jù)”的模式解決地理多學(xué)科綜合教學(xué)問題[15]。同時,虛擬技術(shù)的研發(fā)速度也很快,比起化學(xué)實驗來講,相同時間內(nèi)得出的成果會更多,創(chuàng)新點也更多,近年來,也成為各高校提高和開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力的重點研究項目。虛擬技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也很多,在社會上得影響力更大,所以實現(xiàn)虛擬技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新應(yīng)該作為環(huán)境實驗研究的重點和突破點。因為學(xué)校為大學(xué)生提供了這樣的平臺,也方便和改變了原有的技術(shù)和智力因素,計算機為輔助工具,實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),用來開發(fā)創(chuàng)新更有前景,費用也較為低廉。
4結(jié)語
(1)地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng),在具有良好的實驗基礎(chǔ)知識和實驗?zāi)芰Γ菍崿F(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。(2)數(shù)學(xué)模型和計算機模型的建立,實驗數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理,信息的數(shù)字化,是地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實驗創(chuàng)新能力培養(yǎng)的突破點。(3)科學(xué)的評判標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)科學(xué)化實驗室教學(xué)管理的基本保證。(4)開放式的環(huán)境科學(xué)實驗室和虛擬實驗室,是培養(yǎng)大學(xué)生地理環(huán)境實驗創(chuàng)新能力的硬件支持。(5)注重學(xué)生“硬實力”培養(yǎng)的同時,也注重“軟實力”的困境培養(yǎng),進而加強綜合能力的培養(yǎng)。具有了以上四點,才能從根本上實現(xiàn)地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng),培養(yǎng)的方向更為多樣,人才具備的綜合能力更能適應(yīng)社會的發(fā)展和高校、科研機構(gòu)對人才的需求。