大学生地理环境实验创造力的培育

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本文作者：张思冲、李丽娜、宫晓磊、杨丹、王明明 单位：黑龙江省高校地理资源与环境遥感重点实验室、哈尔滨师范大学

0引言

创新型国家体系建设离不开创新型人才，本文本着学生为主体，教师为主导的基本思想，理论与实验教学并重，论述如何培养学生具有独立动手能力、创新思维活跃、有竞争力的高素质人才的实验教学理念。目前在创新型国家体系建设中，以学生为本，以素质教育为宗旨，在大学环境科学实验教学中，改革和创新实验教学内容、方法和实验教学体系，培养大学生创新能力具有重大意义和广泛的应用前景。现代科学技术的发展表明，实验能力也是一种智能，现代大学生实验能力的培养也是一种智能的培养。我们所说的实验能力是一种综合实验能力，它包括两个方面，即基本实验能力和创造性能力。基本实验能力表现在一般的实验技能、操作技能等方面，创造性实验能力则表现在实验的总体设计、实验方向的选择、实验方案的确定、综合性分析、新知识的探求等方面。除此以外，实验能力还反映出，实验者的科学态度，实事求是的精神，理论联系实际的学风，发现问题、解决问题的能力［1］。

1设计路线

20世纪60年代，环境问题突出，环境教育开始兴起。高校大量建立环境科学学科，专业的设置和人才培养开始进入环境科学领域，1995年，由联合国教科文组织、联合国环境规划署在希腊雅典召开“环境教育重新定向以适应可持续发展需要”地区间研讨会，正式探讨了如何将环境教育重新定向到可持续发展方向的问题。中国在经济高速发展时期，提出“科学发展观”，即坚持以人为本，全面、协调、可持续的发展观，实现中国的跨越式发展。高等教育在此形势下，必须跟上国际可持续发展教育的趋势，加快绿色大学建设及跨学科课程体系改革，培养出适应可持续发展、具有科学发展观的复合型未来一代。实验教学是高等学校教学过程中的重要组成部分，对培养大学生的理论应用能力、实践动手能力和创新能力具有举足轻重的作用。本文详细阐述了如何实现地理专业大学生环境科学实验创新能力的培养，设计路线图见图1。

2地理专业大学生应具备的科学研究素质

2．1信息利用素质

最早提出信息素质概念的是美国信息产业协会主席PaulZurkowski，他在1974年向全美图书馆学与信息学委员会提交的一份报告中，将信息素质的内涵定义为“利用大量的信息工具以及主要信息源使问题得到解答的技术和技能”，从此，信息教育的研究开始趋向成熟化。信息素质关系着个人在信息时代的生存与发展，关系着整个民族的国际竞争实力与可持续发展能力，因此，信息素质教育是信息时代对教育的必然要求，加强高校大学生信息素质的培养，是使大学生适应时代的要求，接受信息社会挑战、提高自主创新意识的前提条件［2］。学校提供互动交流平台，建立实验教学的网络平台，学生可以针对学习中的问题于教师进行交流，这种开放式的学习模式，不受时间、地点的限制，加强学生和老师的沟通，增加信息的交通量，同时也增大了高校科研研究方向的环境容量。

2．2实验能力

地理科学具有课程内容多、知识范围广的教学特点，与其他学科相比，更需要强调其科学实验和社会实践的环节［3］。培养学生的实验能力，①学生要具备地理环境的实验基础知识，例如:实验室的设置;实验室的管理;实验基本器材的使用与保养;实验条件的限制;实验中温度的要求和地点选择的原则;采样时，应注意的基本法则等等。有了基础知识的铺垫，才能有创新能力的提高。②学校开设基本地理环境实验课程，书本上操作知识毕竟没有老师的现场教学效果好，例如:测各种数据的仪器如何使用，在学习操作的过程中，如何保护自己，保护实验器材，面对失败的实验应该怎样处理等等。③开发学生的创新能力，在老师指导下，鼓励学生自己设计实验，明确自己所需的实验数据，需要做哪些指标，怎么样建立数据库，最终获得数据后，怎样处理数据，之前要建立那些模型等。根据实验课的操作要求，必须开设“仪器分析”课程。“仪器分析”是一门实用性很强的学科，一般由理论课教学、上机实践两个部分组成。学习该课程是为了在实际中运用各种分析方法解决科学研究中遇到的各种问题［4］。

2．3数学模型的应用能力的培养

数学模型在各个领域的应用都越来越广泛，在地理环境学研究中也同样有着举足轻重的作用。增强数学模型的学习和应用是实现实验能力创新的基础，具体改革的措施如下:(1)数学课程设置，包括最基础的:高数、线性代数和概率论。在专业课领域除基础专业课外，可以设置:数学模型在地理中的应用，有了一定的数学基本功，为后续的硕士、博士、研究生的培养提供了基础。(2)设置一定的交流课程，要求学生具有看懂公开发表的地理环境相关的文献、期刊、杂志、书籍的能力，培养专研和探索能力。(3)培养学生模拟实验和建立数学模型的能力，学会利用计算机，参考数学模型在地理环境科学研究中的技术和成果，提出自己的想法和实验设计思路，并赋予学生付诸实践的条件和环境。

2．4创新与实践能力

地理科学创新有一点很重要，就是在地理的领域里探索新的研究成果和结论，那就需要我们高校在培养学生的时候，注重交叉学科的渗透和学习，因为很多领域里，真正的创新点正是在原学科的基础上，与交叉学科发生联系和作用，得出独到的见解和结论，所以在开设校内或系内选修课时，可以设置生物类、化学类、物理类、数学等等与地理有交叉的基础科目。

2．4．1个性兴趣化教学

学生的智力和兴趣各有差异，社会对人才需求又是多元化的，所以，开设开放式的实验选修课，有利于个性化的教育［5］。不同方向的环境科学实验要求学生具有也不同的学科基础，所以学生应该可以根据自己的兴趣爱好选择教学方式，学校提供实验设备、实验室的使用权利、配备实验课老师，辅助学生，最后独立完成实验。

2．4．2给予学生自主发挥的空间

实验室向学生开放，让学生能有更多的时间和机会进行操作技能的训练，提高他们的动手能力，给教师创造良的科研实验条件促进出成果，出人才［6］。学校首先要开设环境科学实验设计学科，其次要开放资料室或者提供实验设计的网络教学课程，让学生在开放式实验中处于主动位置，使学生变成启发式和自助式的学习和模拟或者创新完成实验。

2．4．3设定实验评分细则

可以将传统的课程中的实验成绩仅占平时成绩的一部分，改为一门单独的课程，计算成绩，或者是以实验小组为单位，计算组内的成绩，组内成员4-8人，根据实验室的承载能力而定，在实验过程中同时传授实验室的实验操作注意事项和保养与维护程序。

2．4．4给予创新团体基金的资金保障

很多实验因其实验过程较为复杂，会消耗大量人力物力，同时也消耗财力，大学生大多没有能力去在社会上筹集资金来满足实验室的材料、药品甚至采样的花费供给，所以学校要积极提供资金保障，可以承包某公司、药厂、工厂的科研技术开发部分，既可以解决大学生实验能力培养问题，同时也可以解决社会技术科研开发缺乏高素质劳动力的难题。

3地理专业大学生环境科学实验设计与创新

3．1环境科学实验基本素质要求

环境科学实验要求学生具有基本的自然地理、生物学、化学和环境科学等学科的基础知识，同时还要有实验室基本操作的实践能力，也就是说学生在实验前要明确自己做的准备工作有哪些，同时还要明确自己要做的实验指标有哪些，得出的结果要进行怎么样的处理，有了基本的实验的基本素质，才能处理好实验中的一些突发性问题，和及时改正实验的错误方向和找出实验结果不理想的真正原因。除了这些还要具备良好的心理素质和抗击实验失败带来的打击能力，大学生容易心浮气躁，面对失败的忍耐力差，所以学生在具有实践能力基础上还要有一定的心理抗打击能力。

3．2地理专业学生的课程的改革

《我国环境类人才需求现状及发展趋势的分析研究》中人才需求状况调查表明，技术型人才占53．5%，工程型人才占30．2%，学术型人才占20．9%，技能型人才占9．3%。根据用人单位对环境类人才各种能力和素质要求的排序来看，将独立工作能力放在素质要求第1位的最多，占55．8%;其次是专业技能和操作能力，占23．2%［7］。考虑到用人单位对环境专业学生的需求，所以相对于环境专业的学生课程也要进行改革。关于课程改革，有很多学校做过创新型做法，例如兰州交通大学的改革:如何在有限的实践教学环节时间内提升学生的科研思维能力和创新能力，我们采取改革:第一，改变原有的环境监测实习为创新实践基础阶段。第二，调整第八学期课程至其他学期，延长了毕业论文时间，变毕业论文阶段为创新实践成果阶段。第三，在实践教学改革的过程中，进行周期性的调查问卷，统计教改实施状况，不断改进和优化实践教学方案［8］。在此基础上，加强学生实验能力在本科阶段和研究生阶段的培养，例如:在本科阶段课程设置上加开课程，或者在专业课的课程里加入实验课课时，讲授者可以是老师，也可以是在校研究生，如果有优秀的本科学生，也可以计划加入本科生，完成实验项目的研究工作。在研究生阶段，主要以完成课题和项目为契机，实验课的基本课程更为重要，因为这是一切实验工作的基础和应该剧本的基本素养。此外，还要注重学生“硬实力”和“软实力”的培养［9-13］，以便于学生适应社会的操作能力加强。

3．3环境科学实验的设计与创新

环境科学实验过程中，药品识别、药品测量、取样标准、实验器材使用、实验中各种器具的使用和保养、实验过程的顺序、实验数据如何处理等等问题，都要在实验前要学生掌握。环境科学实验有很多，测得的指标有很多，解决的问题也各不相同，这就需要老师在实验中监督与指导，并不是引导思路而是起到指引和辅助的作用。实验的创新与设计可以从以下几点出发:①实验步骤的顺序的改变;②实验步骤的重复、重叠运用;③在无机实验中介入有机实验;④改变原有的计算机模型处理数据;⑤创立新的数学模型分析结果;⑥重复某些经典实验，颠覆某些实验结论。环境科学实验一般集中在水环境、土环境、植被、微生物、空气质量这类事物上，多以自然为主，而近年来，研究方向越来越趋向于对废弃物、废水、废气上的环境问题，在此基础上，还可以开发研究新问题，比如室内装修的污染控制与防治问题、微环境下的环境质量问题、辐射环境质量问题。

3．4实现虚拟实验技术的开发与创新

虚拟实验教学就是利用虚拟技术表现环境的结构和动态，为学生提供一种实验和观测的环境［14］。以三维地理环境背景基础图层为平台，辅以强大的GIS功能、丰富多样的矢量数据、统计数据．以“软件+数据”的模式解决地理多学科综合教学问题［15］。同时，虚拟技术的研发速度也很快，比起化学实验来讲，相同时间内得出的成果会更多，创新点也更多，近年来，也成为各高校提高和开发学生创新能力的重点研究项目。虚拟技术的应用领域也很多，在社会上得影响力更大，所以实现虚拟技术的开发与创新应该作为环境实验研究的重点和突破点。因为学校为大学生提供了这样的平台，也方便和改变了原有的技术和智力因素，计算机为辅助工具，实验数据为基础，用来开发创新更有前景，费用也较为低廉。

4结语

(1)地理专业大学生环境科学实验创新能力的培养，在具有良好的实验基础知识和实验能力，是实现创新能力培养的基础。(2)数学模型和计算机模型的建立，实验数据的数字化处理，信息的数字化，是地理专业大学生环境科学实验创新能力培养的突破点。(3)科学的评判标准是实现科学化实验室教学管理的基本保证。(4)开放式的环境科学实验室和虚拟实验室，是培养大学生地理环境实验创新能力的硬件支持。(5)注重学生“硬实力”培养的同时，也注重“软实力”的困境培养，进而加强综合能力的培养。具有了以上四点，才能从根本上实现地理专业大学生环境科学实验创新能力的培养，培养的方向更为多样，人才具备的综合能力更能适应社会的发展和高校、科研机构对人才的需求。