大學生地理環(huán)境實驗創(chuàng)造力的培育

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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

0引言

創(chuàng)新型國家體系建設(shè)離不開創(chuàng)新型人才，本文本著學生為主體，教師為主導的基本思想，理論與實驗教學并重，論述如何培養(yǎng)學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)人才的實驗教學理念。目前在創(chuàng)新型國家體系建設(shè)中，以學生為本，以素質(zhì)教育為宗旨，在大學環(huán)境科學實驗教學中，改革和創(chuàng)新實驗教學內(nèi)容、方法和實驗教學體系，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力具有重大意義和廣泛的應用前景?，F(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展表明，實驗能力也是一種智能，現(xiàn)代大學生實驗能力的培養(yǎng)也是一種智能的培養(yǎng)。我們所說的實驗能力是一種綜合實驗能力，它包括兩個方面，即基本實驗能力和創(chuàng)造性能力?；緦嶒災芰Ρ憩F(xiàn)在一般的實驗技能、操作技能等方面，創(chuàng)造性實驗能力則表現(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，實驗能力還反映出，實驗者的科學態(tài)度，實事求是的精神，理論聯(lián)系實際的學風，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力［1］。

1設(shè)計路線

20世紀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)境科學學科，專業(yè)的設(shè)置和人才培養(yǎng)開始進入環(huán)境科學領(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，加快綠色大學建設(shè)及跨學科課程體系改革，培養(yǎng)出適應可持續(xù)發(fā)展、具有科學發(fā)展觀的復合型未來一代。實驗教學是高等學校教學過程中的重要組成部分，對培養(yǎng)大學生的理論應用能力、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)大學生環(huán)境科學實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，設(shè)計路線圖見圖1。

2地理專業(yè)大學生應具備的科學研究素質(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年向全美圖書館學與信息學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，加強高校大學生信息素質(zhì)的培養(yǎng)，是使大學生適應時代的要求，接受信息社會挑戰(zhàn)、提高自主創(chuàng)新意識的前提條件［2］。學校提供互動交流平臺，建立實驗教學的網(wǎng)絡平臺，學生可以針對學習中的問題于教師進行交流，這種開放式的學習模式，不受時間、地點的限制，加強學生和老師的溝通，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實驗能力

地理科學具有課程內(nèi)容多、知識范圍廣的教學特點，與其他學科相比，更需要強調(diào)其科學實驗和社會實踐的環(huán)節(jié)［3］。培養(yǎng)學生的實驗能力，①學生要具備地理環(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)場教學效果好，例如:測各種數(shù)據(jù)的儀器如何使用，在學習操作的過程中，如何保護自己，保護實驗器材，面對失敗的實驗應該怎樣處理等等。③開發(fā)學生的創(chuàng)新能力，在老師指導下，鼓勵學生自己設(shè)計實驗，明確自己所需的實驗數(shù)據(jù)，需要做哪些指標，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?！皟x器分析”是一門實用性很強的學科，一般由理論課教學、上機實踐兩個部分組成。學習該課程是為了在實際中運用各種分析方法解決科學研究中遇到的各種問題［4］。

2．3數(shù)學模型的應用能力的培養(yǎng)

數(shù)學模型在各個領(lǐng)域的應用都越來越廣泛，在地理環(huán)境學研究中也同樣有著舉足輕重的作用。增強數(shù)學模型的學習和應用是實現(xiàn)實驗能力創(chuàng)新的基礎(chǔ)，具體改革的措施如下:(1)數(shù)學課程設(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)學模型在地理中的應用，有了一定的數(shù)學基本功，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)學生模擬實驗和建立數(shù)學模型的能力，學會利用計算機，參考數(shù)學模型在地理環(huán)境科學研究中的技術(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)學生的時候，注重交叉學科的滲透和學習，因為很多領(lǐng)域里，真正的創(chuàng)新點正是在原學科的基礎(chǔ)上，與交叉學科發(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、化學類、物理類、數(shù)學等等與地理有交叉的基礎(chǔ)科目。

2．4．1個性興趣化教學

學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)境科學實驗要求學生具有也不同的學科基礎(chǔ)，所以學生應該可以根據(jù)自己的興趣愛好選擇教學方式，學校提供實驗設(shè)備、實驗室的使用權(quán)利、配備實驗課老師，輔助學生，最后獨立完成實驗。

2．4．2給予學生自主發(fā)揮的空間

實驗室向?qū)W生開放，讓學生能有更多的時間和機會進行操作技能的訓練，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］。學校首先要開設(shè)環(huán)境科學實驗設(shè)計學科，其次要開放資料室或者提供實驗設(shè)計的網(wǎng)絡教學課程，讓學生在開放式實驗中處于主動位置，使學生變成啟發(fā)式和自助式的學習和模擬或者創(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雜，會消耗大量人力物力，同時也消耗財力，大學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，既可以解決大學生實驗能力培養(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)大學生環(huán)境科學實驗設(shè)計與創(chuàng)新

3．1環(huán)境科學實驗基本素質(zhì)要求

環(huán)境科學實驗要求學生具有基本的自然地理、生物學、化學和環(huán)境科學等學科的基礎(chǔ)知識，同時還要有實驗室基本操作的實踐能力，也就是說學生在實驗前要明確自己做的準備工作有哪些，同時還要明確自己要做的實驗指標有哪些，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，大學生容易心浮氣躁，面對失敗的忍耐力差，所以學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］。考慮到用人單位對環(huán)境專業(yè)學生的需求，所以相對于環(huán)境專業(yè)的學生課程也要進行改革。關(guān)于課程改革，有很多學校做過創(chuàng)新型做法，例如蘭州交通大學的改革:如何在有限的實踐教學環(huán)節(jié)時間內(nèi)提升學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)測實習為創(chuàng)新實踐基礎(chǔ)階段。第二，調(diào)整第八學期課程至其他學期，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)化實踐教學方案［8］。在此基礎(chǔ)上，加強學生實驗能力在本科階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)和應該劇本的基本素養(yǎng)。此外，還要注重學生“硬實力”和“軟實力”的培養(yǎng)［9-13］，以便于學生適應社會的操作能力加強。

3．3環(huán)境科學實驗的設(shè)計與創(chuàng)新

環(huán)境科學實驗過程中，藥品識別、藥品測量、取樣標準、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，都要在實驗前要學生掌握。環(huán)境科學實驗有很多，測得的指標有很多，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，并不是引導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、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)學模型分析結(jié)果;⑥重復某些經(jīng)典實驗，顛覆某些實驗結(jié)論。環(huán)境科學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科綜合教學問題［15］。同時，虛擬技術(shù)的研發(fā)速度也很快，比起化學實驗來講，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)學生創(chuàng)新能力的重點研究項目。虛擬技術(shù)的應用領(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)新應該作為環(huán)境實驗研究的重點和突破點。因為學校為大學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)大學生環(huán)境科學實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在具有良好的實驗基礎(chǔ)知識和實驗能力，是實現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。(2)數(shù)學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)大學生環(huán)境科學實驗創(chuàng)新能力培養(yǎng)的突破點。(3)科學的評判標準是實現(xiàn)科學化實驗室教學管理的基本保證。(4)開放式的環(huán)境科學實驗室和虛擬實驗室，是培養(yǎng)大學生地理環(huán)境實驗創(chuàng)新能力的硬件支持。(5)注重學生“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)大學生環(huán)境科學實驗創(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社會的發(fā)展和高校、科研機構(gòu)對人才的需求。