大學(xué)生地理環(huán)境實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)并重，論述如何培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維活躍、有競爭力的高素質(zhì)人才的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改革和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ彩且环N智能，現(xiàn)代大學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)也是一種智能的培養(yǎng)。我們所說的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ且环N綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，它包括兩個(gè)方面，即基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)造性能力?；緦?shí)驗(yàn)?zāi)芰Ρ憩F(xiàn)在一般的實(shí)驗(yàn)技能、操作技能等方面，創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰t表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的總體設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方向的選擇、實(shí)驗(yàn)方案的確定、綜合性分析、新知識(shí)的探求等方面。除此以外，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰€反映出，實(shí)驗(yàn)者的科學(xué)態(tài)度，實(shí)事求是的精神，理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力［1］。
1設(shè)計(jì)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(jìn)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(huì)，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(jì)高速發(fā)展時(shí)期，提出“科學(xué)發(fā)展觀”，即堅(jiān)持以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展觀，實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力具有舉足輕重的作用。本文詳細(xì)闡述了如何實(shí)現(xiàn)地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)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(huì)主席PaulZurkowski，他在1974年向全美圖書館學(xué)與信息學(xué)委員會(huì)提交的一份報(bào)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(gè)人在信息時(shí)代的生存與發(fā)展，關(guān)系著整個(gè)民族的國際競爭實(shí)力與可持續(xù)發(fā)展能力，因此，信息素質(zhì)教育是信息時(shí)代對教育的必然要求，加強(qiáng)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(shí)代的要求，接受信息社會(huì)挑戰(zhàn)、提高自主創(chuàng)新意識(shí)的前提條件［2］。學(xué)校提供互動(dòng)交流平臺(tái)，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以針對學(xué)習(xí)中的問題于教師進(jìn)行交流，這種開放式的學(xué)習(xí)模式，不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，加強(qiáng)學(xué)生和老師的溝通，增加信息的交通量，同時(shí)也增大了高?？蒲醒芯糠较虻沫h(huán)境容量。
2．2實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>
地理科學(xué)具有課程內(nèi)容多、知識(shí)范圍廣的教學(xué)特點(diǎn)，與其他學(xué)科相比，更需要強(qiáng)調(diào)其科學(xué)實(shí)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐的環(huán)節(jié)［3］。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ賹W(xué)生要具備地理環(huán)境的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，例如:實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置;實(shí)驗(yàn)室的管理;實(shí)驗(yàn)基本器材的使用與保養(yǎng);實(shí)驗(yàn)條件的限制;實(shí)驗(yàn)中溫度的要求和地點(diǎn)選擇的原則;采樣時(shí)，應(yīng)注意的基本法則等等。有了基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)驗(yàn)課程，書本上操作知識(shí)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(hù)自己，保護(hù)實(shí)驗(yàn)器材，面對失敗的實(shí)驗(yàn)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(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，明確自己所需的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，一般由理論課教學(xué)、上機(jī)實(shí)踐兩個(gè)部分組成。學(xué)習(xí)該課程是為了在實(shí)際中運(yùn)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(gè)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(qiáng)數(shù)學(xué)模型的學(xué)習(xí)和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?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(xiàn)、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(shí)驗(yàn)和建立數(shù)學(xué)模型的能力，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)，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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，并賦予學(xué)生付諸實(shí)踐的條件和環(huán)境。
2．4創(chuàng)新與實(shí)踐能力
地理科學(xué)創(chuàng)新有一點(diǎn)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(shí)候，注重交叉學(xué)科的滲透和學(xué)習(xí)，因?yàn)楹芏囝I(lǐng)域里，真正的創(chuàng)新點(diǎn)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(dú)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(shí)，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(gè)性興趣化教學(xué)
學(xué)生的智力和興趣各有差異，社會(huì)對人才需求又是多元化的，所以，開設(shè)開放式的實(shí)驗(yàn)選修課，有利于個(gè)性化的教育［5］。不同方向的環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室的使用權(quán)利、配備實(shí)驗(yàn)課老師，輔助學(xué)生，最后獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。
2．4．2給予學(xué)生自主發(fā)揮的空間
實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生開放，讓學(xué)生能有更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)進(jìn)行操作技能的訓(xùn)練，提高他們的動(dòng)手能力，給教師創(chuàng)造良的科研實(shí)驗(yàn)條件促進(jìn)出成果，出人才［6］。學(xué)校首先要開設(shè)環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)科，其次要開放資料室或者提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程，讓學(xué)生在開放式實(shí)驗(yàn)中處于主動(dòng)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(shí)驗(yàn)。
2．4．3設(shè)定實(shí)驗(yàn)評分細(xì)則
可以將傳統(tǒng)的課程中的實(shí)驗(yàn)成績僅占平時(shí)成績的一部分，改為一門單獨(dú)的課程，計(jì)算成績，或者是以實(shí)驗(yàn)小組為單位，計(jì)算組內(nèi)的成績，組內(nèi)成員4-8人，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的承載能力而定，在實(shí)驗(yàn)過程中同時(shí)傳授實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)和保養(yǎng)與維護(hù)程序。
2．4．4給予創(chuàng)新團(tuán)體基金的資金保障
很多實(shí)驗(yàn)因其實(shí)驗(yàn)過程較為復(fù)雜，會(huì)消耗大量人力物力，同時(shí)也消耗財(cái)力，大學(xué)生大多沒有能力去在社會(huì)上籌集資金來滿足實(shí)驗(yàn)室的材料、藥品甚至采樣的花費(fèi)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(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)問題，同時(shí)也可以解決社會(huì)技術(shù)科研開發(fā)缺乏高素質(zhì)勞動(dòng)力的難題。
3地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新
3．1環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本素質(zhì)要求
環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)，同時(shí)還要有實(shí)驗(yàn)室基本操作的實(shí)踐能力，也就是說學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前要明確自己做的準(zhǔn)備工作有哪些，同時(shí)還要明確自己要做的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)有哪些，得出的結(jié)果要進(jìn)行怎么樣的處理，有了基本的實(shí)驗(yàn)的基本素質(zhì)，才能處理好實(shí)驗(yàn)中的一些突發(fā)性問題，和及時(shí)改正實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤方向和找出實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(dú)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(jìn)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)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(shí)習(xí)為創(chuàng)新實(shí)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(shí)間，變畢業(yè)論文階段為創(chuàng)新實(shí)踐成果階段。第三，在實(shí)踐教學(xué)改革的過程中，進(jìn)行周期性的調(diào)查問卷，統(tǒng)計(jì)教改實(shí)施狀況，不斷改進(jìn)和優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)方案［8］。在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)課課時(shí)，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(jì)劃加入本科生，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究工作。在研究生階段，主要以完成課題和項(xiàng)目為契機(jī)，實(shí)驗(yàn)課的基本課程更為重要，因?yàn)檫@是一切實(shí)驗(yàn)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(shí)力”和“軟實(shí)力”的培養(yǎng)［9-13］，以便于學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的操作能力加強(qiáng)。
3．3環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新
環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，藥品識(shí)別、藥品測量、取樣標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)器材使用、實(shí)驗(yàn)中各種器具的使用和保養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)過程的順序、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理等等問題，都要在實(shí)驗(yàn)前要學(xué)生掌握。環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)可以從以下幾點(diǎn)出發(fā):①實(shí)驗(yàn)步驟的順序的改變;②實(shí)驗(yàn)步驟的重復(fù)、重疊運(yùn)用;③在無機(jī)實(shí)驗(yàn)中介入有機(jī)實(shí)驗(yàn);④改變原有的計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)，顛覆某些實(shí)驗(yàn)結(jié)論。環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新
虛擬實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)，為學(xué)生提供一種實(shí)驗(yàn)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(tái)，輔以強(qiáng)大的GIS功能、豐富多樣的矢量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)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(shí)，虛擬技術(shù)的研發(fā)速度也很快，比起化學(xué)實(shí)驗(yàn)來講，相同時(shí)間內(nèi)得出的成果會(huì)更多，創(chuàng)新點(diǎn)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(diǎn)研究項(xiàng)目。虛擬技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也很多，在社會(huì)上得影響力更大，所以實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新應(yīng)該作為環(huán)境實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)和突破點(diǎn)。因?yàn)閷W(xué)校為大學(xué)生提供了這樣的平臺(tái)，也方便和改變了原有的技術(shù)和智力因素，計(jì)算機(jī)為輔助工具，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用來開發(fā)創(chuàng)新更有前景，費(fèi)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在具有良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，是?shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。(2)數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模型的建立，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的突破點(diǎn)。(3)科學(xué)的評判標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)化實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理的基本保證。(4)開放式的環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和虛擬實(shí)驗(yàn)室，是培養(yǎng)大學(xué)生地理環(huán)境實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的硬件支持。(5)注重學(xué)生“硬實(shí)力”培養(yǎng)的同時(shí)，也注重“軟實(shí)力”的困境培養(yǎng)，進(jìn)而加強(qiáng)綜合能力的培養(yǎng)。具有了以上四點(diǎn)，才能從根本上實(shí)現(xiàn)地理專業(yè)大學(xué)生環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(huì)的發(fā)展和高校、科研機(jī)構(gòu)對人才的需求。
