地理学背景下环境科学专业相关实验课教学方式的研究

　　[摘要]总结了一套适于地理学背景下环境科学相关实验过程的教学模式。实验内容根据环境科学专业的特点进行编排，强调内容的渐进性和整体性，关注学生的专业知识，为学生发展提供最佳实践平台。通过一系列的教学方法改革，不仅巩固了学生的理论知识，还培养了学生的基本实验技能，取得了比较好的教学效果。

　　[关键词]地理学;环境科学;实验内容;教学模式

　　随着环境科学的不断发展，环境科学研究的范围越来越大，涉及的相关问题越来越复杂，所采用的技术越来越高，使得环境科学专业呈现出不同层次不同专业的学科特色，以满足社会的需求和环境科学发展的需要[1]。我校是西部地区一所综合性大学，地处以贵州高原为中心的中国南方喀斯特地区，具有最典型的脆弱生态环境系统，我校设置的环境科学专业，根据西部民族地区对环境人才的需求，建设以地理大环境为背景的环境科学专业。

　　由于跨学科的复杂性和科学技术知识的频繁更新，对跨学科专业的学生掌握专业知识和实践技能提出了新的要求[2-4]。环境科学专业的学生对数学和化学等相关学科的要求高，而学生的实验技能培训较少，并且化学，生物学和相关课程的基础薄弱，如何将地理学科特征与环境科学专业相结合，通过与环境科学相关的实验课程来增强理论知识的理解，掌握基本的环境实验技能，并结合学生较强的地理知识和计算机应用技能，提高学生的学习兴趣，培养具备环境科学和地理科学复合型知识结构的合格人才，我们结合多年的工作和实践，总结了一套有效的实验教学方法。

　　1根据专业特点安排实验内容

　　1.1增加基础实验技能训练

　　根据学院制定的环境科学专业发展方向模块，针对学生在化学、生物、环境等方面的基础知识和实验技能较弱，在实验课时和内容顺序安排上做了一些调整。由于学生要学习更多的知识，课程安排非常紧凑，实验课做了相应的合并，精化实验内容。无机化学、有机化学、物理化学相对应的实验课原本包含在各自理论课中，从2016年修改了教学计划，这三门实验课从理论课中抽离出来单独合并为化学综合实验课，课时从原来的42学时增加到64学时，目的就是进一步巩固和加深理论知识的理解，提高综合运用知识进行独立实验操作的能力。由于学生化学实验少，我们先安排4个课时，让学生有足够的时间学习移液管、滴定管、容量瓶、天平的使用，以及一些基本的实验技能;而后又安排了4个学时的时间，让学生熟悉无机化学与有机化学实验的不同，掌握蒸馏、回流、分馏基本操作及分液漏斗的使用，为后续实验内容的顺利开展打下了很好的基础。

　　1.2实验内容与地理及相关学科有机融合

　　第2、3学期学生学习了《自然地理学(一)》和《自然地理学(二)》，结合所学知识我们安排了相应的地质地貌、土壤、水文实验，通过矿物、岩石鉴定、罗盘的使用及土壤有机质、水解性氮、容重、机械组成、水的物理化学性质等的测定，让学生掌握各圈层组成成分之间的相互联系和相互作用，初步形成地质学、水文学、地貌学的思维习惯，将环境科学专业与地理学有机融合在一起，宽泛自己的视角，提高自身的地理科学素质，注重自然环境与人类活动的可持续发展，凸显环境科学的“大环境”特征[5]。

　　环境微生物学实验中，我们结合学生之前的实验基础以及所学的地理知识、野外实习背景，进行了：观察微生物形态、结构，微生物培养基配制，土壤微生物的分离，水体中总大肠菌群等测定的实验内容，使学生能验证、加深和巩固环境微生物的理论知识，进一步了解微生物与人类环境的相互关系和微生物的生长、培养、处理技术。

　　由于学生没有学习过微生物的实验技能，没有接受过无菌操作的培训，这就需要教师借助教学视频耐心细致地讲解，强调每一步的规范操作及注意事项，研究生配合做实践操作的演示，让学生在开始实验前对实验过程有一个大致的了解，特别是对关键操作步骤有足够的重视，培养学生观察、思维、分析和解决问题的能力，期望由此启发和鼓励学生从环境学的角度对生命现象进行思考和探索，通过学科的交叉渗透，携手揭示环境与生命的奥秘。

　　2注重实验内容的渐进性和整体性

　　在安排实验时，我们充分考虑到实验内容的渐进性和整体性，可以增强学生对实验的吸引力，激发学生的创新能力和创新精神，实验项目之间相互联系，不同课程从不同角度用不同方法阐述同一问题，加深学生对某一专业问题的认识[6]。以知识点认知过程和能力培养的梯形结构为基础，建立了研究课题从基础到综合到设计再到研究阶段的实践过程。

　　注重实验的启发是基础阶段的关键，强调理论知识与实验内容的有机联系，教学目标是夯实基础。综合阶段强调学生学习与环境监测、环境工程相关的常用技术、方法、仪器和设备，学习如何用实验方法研究环境问题以及判断环境过程的变化规律。设计阶段倡导学生结合学过的相关理论思考实验设计、独立管理实验，培养学生独立做实验，用所学知识解决问题的能力。在研究阶段采用科研与实验教学相结合的教学方法，着重学生应用环境科学的基本理论和实践技能进行创新性理论和实践的探索，培养学生科研研究的能力。

　　例如：基础阶段安排的实验内容包括：人体口腔上皮细胞观察、低等植物形态特征与类型的观察、EDTA滴定测定水中总硬度、火焰原子吸收测定自来水中钙、镁、乙酸乙酯的制备等，通过这些基础实验操作，培养学生良好的科学作风和独立从事科学实践的能力，期望两种学科背景下的环境科学专业研究对象能相互渗透，取长补短。综合阶段，通过氨氮的测定、水中铬的测定、环境噪声监测、颗粒自由沉降实验、活性炭吸附实验等，培养学生各种环境监测实验、技术方法，学习与水污染控制工程相关的常用技术、方法、仪器和设备，为将来从事环境监测等工作奠定坚实的专业基础。设计阶段，实验内容包括：大气中有害气体净化设计性实验、水质总氮、总磷的测定等，使学生加深对环境污染一些基本原理的理解，掌握环境污染中主要污染物和指标的测定技术，提高分析和解决问题的能力。

　　最后进入研究阶段，通过让学生参与教师的研究项目，如“基于云GIS平台的贵州省生态环境监测与评价系统研究与实现”、“喀斯特地区水循环动力过程及其水文生态过程”等，培养学生拓展的能力，有效提高学生综合素质，也展示环境科学专业潜在的应用前景。通过这一实践过程，环境科学专业可以充分利用地理学的资源，以系统、整体的思维方式，强调环境事件的发生过程中各要素的综合作用，注重对环境的管理和规划研究，并将各圈层的可持续发展理念灌输给学生，对学生的资源环境意识产生潜移默化的影响。

　　3为学生发挥特长提供良好平台

　　我校培养的环境科学专业学生由于学院地理学科的优势，在自然地理、GIS等方面的知识与技能强于其他院校的环境科学专业学生，考虑到其专业所长，我们在实验内容上做了充分的安排。有些同学擅长计算机、遥感软件应用，通过选修“环境遥感实验课”、“地理信息系统实验课”，掌握遥感数据处理、专题制图、矢量数据空间分析、数字高程模型等实验技能，使得通过卫星、航空照片及结合地物特征进行大面积的环境调查和环境信息采集分析变得可行，弥补了传统环境研究手段的不足，为以后培养具有现代信息技术的环境系统分析与评价人才，提供了一个很好的学习和实践平台。

　　有些同学以后想从事环境管理与规划、环境影响评价及环境污染治理方面的工作，通过“地图学与测量学实验课”、“环境调查与环境制图实验课”，让学生掌握测量仪器的操作、施测计算、绘图、环境调查布点、采样、计算机制图等方面的基本技能，培养学生以现代测量技术为支撑，将人类生存空间按区域列入统计、监测，进行空间地理信息数据的采集与运用，为环境保护与管理等提供必要的测绘知识。例如：贵州山区水土流失是主要的生态环境问题，学生结合专业学习和实验，应用遥感、测绘技术，开展区域水土流失调查，制作区域水土流失图进行统计与分析，培养学生对主要环境因子的调查与监测技能，以及空间图形表达应用与分析的能力。

　　4通过野外实习促进实验教学效果

　　野外考察是地理学研究的重要方法之一，它将地理学研究的两大对象自然环境与社会环境融合在一起，为环境科学提供了十分坚实的研究背景。通过《自然地理学》、《环境规划学》、《环境生态学》等课程的野外实习，指导学生运用所学知识观察各种地理现象，揭示各地理要素间物质传输、能量流动、信息传递的内在联系，掌握自然区划，综合分析区域分异的影响因素;同时让学生认识环境的类型、特征，了解区域主要环境问题，以及观察人类活动与环境之间的相互联系、相互影响、相互制约的关系。在这样的背景下，环境科学专业学生进行实验，就自然而然形成区域性、整体性的思维模式，注重系统地分析环境要素间的相互作用，注重对环境变化的过程分析，这不仅巩固课堂教学的知识体系，还培养学生的实际调查能力和动手能力。

　　比如：带学生去贵阳市XX居住小区实习，通过调查了解小区自然环境条件(地理位置、地形、气候、水文、植被等)、社会经济条件(外部条件：区位、交通、基础设施条件、生活环境便利条件等，内部条件：小区内社区经济情况、小区空间总体布局、住宅建筑空间布局情况、环境情况、服务设施情况，社区居民活动情况)，使学生掌握环境规划的原则、理论和方法，从而有助于从事环境规划的研究工作。

　　地理学论文投稿刊物：实验科学与技术(双月刊)创刊于2003年，是电子科技大学和四川省高教学会主办、西南六省、市、自治区高校实验室工作研究会协办的学术性、技术性科技期刊，是全国高校实验室工作研究会的会刊之一。

　　5结语

　　尽管我们在地理学背景下的环境科学专业在相关实验教学改革的实践中积累了一些经验，取得了一些成果[7-11]，但我们的实验教学工作还需要进一步完善。(1)进一步深化实验教学和课程建设。随着环境科学专业越来越受到社会关注，地理学背景下的环境科学专业可以很好的借鉴已有的野外调查技术与方法，将室内的实验分析与野外调查相结合，从区域的整体角度上，找到治理与保护环境的最佳手段。(2)进一步加强教材建设。利用地理学的资源条件，充分发挥环境科学学科特征与技术方法，结合学科之间的交叉融合，编写适用于地理学背景下的环境科学相关实验教材，促进人才培养。(3)通过我院地理学背景下的环境科学相关实验课程教学实践，总结和探索一套比较完整的实验教学方法，同时通过各种培训和交流活动，培养具有发散思维、多种学科知识结构的复合型人才。

　　参考文献：

　　[1]李顺兴，邓南圣.环境科学本科专业人才培养模式探讨[J].漳州师范学院学报(自然科学版)，2002，15(4)：92-96.

　　[2]诸晓锐，钱波.基于工科学生科技创新能力培养的开放性实验教学平台的构建[J].实验技术与管理，2011，28(10)：15-18.

　　[3]籍亚玲，吴成东，张伟宏，等.四层次实验教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2009，26(4)：141-143.

　　[4]彭志广，杨大鹏.实验教学体系创新与实践[J].实验技术与管理，2006，23(8)：16-18.

　　[5]游珍，方淑荣.地理科学与环境科学专业的学科渗透与融合[J].高教论坛，2010(5)：55-57，60.

　　[6]李娟英，江敏，彭自然，等.环境科学专业实验改革探究[J].实验科学与技术，2012，10(4)：100-102.

　　[7]杨海龙，李晓燕.贵阳市降雨前后城市道路灰尘重金属含量动态变化[J].环境化学，2017，36(10)：2206-2213.

　　[8]蔡振饶，李玉红，李旭东.贵阳市城市化与生态环境耦合研究[J].生态科学，2017，36(5)：196-203.

　　作者：游玉华，陆晓辉