海水化学实验教学改革与实践

实验教学作为高等教育要求的主要实践环节，对于培养创新型人才尤为重要。《渔场环境综合实验》是天津农学院海洋渔业科学与技术专业开设的一门由海水化学实验、环境监测与保护实验以及养殖水域生态学实验组成的综合性实验课程。该课程讲授水质分析过程中的化学分析以及仪器分析方法等，具有很强的实践性和应用性，其课程设计的主要任务是使学生掌握水环境化学研究中的样品采集、预处理、贮存方法、分析检测以及数据处理等，为后续专业课程的学习奠定基础。本文针对《渔场环境综合实验》中海水化学课程在本科教学中存在的一些问题及改进建议进行探讨。
1、水分析化学实验教学存在的问题
1.1课程内容时效性、系统性有待改善
目前，海水化学实验课时为30学时，共计10个单项实验，以四大滴定分析方法为主，课时分配为：滴定分析占比4/5，而仪器分析仅占1/5。鉴于当前水质组分日趋复杂，常规化学滴定分析已经无法满足现今的水质分析需求。且这种课时占比导致学生对于滴定分析技术比较熟练，但对仪器分析技术掌握不足，对于今后从事水质检测分析的相关工作十分不利。
此外，现有的实验内容缺乏完整性，多以验证实验为主，与其他课程的横向联系较少，课程实验结束时，学生仅仅是做完了某门课程的实验，而对实验课程的缺乏总体认识，无法对所学知识进行融会贯通。
1.2实验教学模式和手段多样化有待加强
海水化学实验现采取的教学模式为：课前预习（超星学习通学习理论知识、观看操作视频，撰写预习报告）、课堂讲授包括：
①实验原理解析；②实验步骤、操作要点及注意事项（教师示范、学生独立操作，教师巡回指导，总结实验要点）以及课后实验报告。实验相关内容仍以教师课堂讲授为主，学生的积极性不高。每次课程所需试剂和仪器均由实验教师在课前完成配制和调试工作，学生只需“照方抓药”，缺乏独立思考的环节，在实验结果出现不准确数据后不知如何分析原因，起不到应有的综合能力培养。此外，海洋渔业与技术专业水环境化学理论课是本专业的选修课程，部分未选学该课程的学生理论基础薄弱，对实验的理解浮于表面，无法与实践相结合；且学生在实验过程中的个体差异较大，没有足够的时间解决这些个体差异问题。
1.3考核体系合理性有待优化
目前，实验教学考核出勤率占10%，实际操作占10%，预习、实验报告占10%，期末考试占70%，笔试考核占主要部分，平时成绩主要依赖于预习报告和实验报告，只要实验结果准确、实验报告撰写规范，学生就容易获得较高的成绩，导致学生只重视实验报告的撰写，甚至为此“借鉴”他人的实验结果。而学生的创造能力和探索精神恰恰主要体现在实验过程中，这种考核方式忽略了在实际操作中对正确的实验操作规程的严格要求，不利于学生良好实验习惯的培养。
2、海水化学实验改革的探索
2.1优化实验内容，完善课程体系
海水化学实验课程的目标是要求学生掌握水质分析方法以及相关仪器的操作技能，以达到提高学生的实验操作技能，培养分析解决问题能力的目的。因此，实验内容设置上要建立逐级递进、由理论到应用实践的三大模块实验，引导学生自主学习、自主设计、自主实验，培养学生学习的主动性。
基本技能训练模块：包括对玻璃仪器洗涤、药品称量、试剂配制、移液与定容等最基本的操作规范的培训，到滴定分析、分光光度分析以及电位分析等方法的掌握，通过强化这些基础实验操作技能的训练，培养学生严谨规范的科学态度。
综合性实验模块：将单项渐进式实验教学改为平行式多项实验教学，在现有实验室资源有限的条件下，同一实验室内除分小组进行实验的传统方法之外，同时开展多项水质分析实验，合理安排好实验项目和操作顺序，交叉轮换，这样学生在短时间内既能掌握各个单项实验技能，又有助于了解各个实验项目之间的联系，提高实验课的效率。
设计性实验模块：为充分调动学习积极性，在掌握了基本操作技能后，学生以组为单位查阅相关资料，分组讨论，拟定实验方案，实行组长负责制，经教师审核后开展实验，在实验研究对象选择方面，充分考虑与实际生活和生产实践相结合，如选择各类养殖用海水、污染水以及校内砚池、荷花池等天然水来对比检测。设计性实验模块的每个环节都需要学生认真思考，选取最适合的检测方法，有利于培养学生的创新思维。
2.2改革教学方法，以学生为主体，引导学生自主学习、设计、实验
2.2.1自主学习——线上线下教学有机结合
将微视频教学和翻转课堂教学模式应用于海水化学实验教学中，充分利用超星学习通、腾讯视频会议、微信、QQ等平台，使实验课程更具活力，从而提高育人水平。针对该课程理论部分为选修课，部分学生为选择该课程的情况，在课前要求全体学生在学习通中学习相关理论知识，而后预习实验，观摩实验慕课，了解学习实验方法原理、步骤及注意事项，完成预习习题和预习报告，成绩合格者才能参加实验，这样有效地提高了实验的成功率。
2.2.2自主设计——将“一讲课二巡视”转变成“一扶二送三放手”
基本技能训练模块中以教师讲授为主，教师和助教采用示范操作、微视频教学等，综合性实验模块中，以学生为主，教师为辅，再送一程，设计性实验模块中放手让学生自己走，教师主要针对学生在实验过程的质疑进行引导。
2.2.3自主实验——改变“老师为中心”的授课模式，开展“学生助教”制
学生在老师指导下完成实验准备工作，在实验课上辅助老师做指导工作。
①实验分组：按照自愿原则分组，每组3~4人，实行组长负责制，由组长负责与教师沟通海水化学实验相关事宜。按照教学大纲要求，海水化学实验共10个实验，每个实验由2组同学负责相关准备工作。
②实验准备工作：实验教师先对学生进行实验室使用安全、仪器使用等方面的培训，合格后方可进入实验室。组长根据实验具体要求进行分工，完成试剂配制和仪器调试等准备工作。而后在实验教师指导下进行预实验，所有过程均由学生来完成，这样有助于学生及时发现实验过程中存在的问题，对实验的难点、疑点、注意事项有充分的了解。
③“学生助教”制的实验课：教师集中讲授和示范后，由“学生助教”来讲解实验中试剂配制以及预实验中存在的问题和解决方案，使其他同学对本次实验课程中易出现的问题有初步了解，在教学过程中，遇操作不熟练或不规范的学生，“学生助教”可以指导示范，协助指导老师解决出现的问题。这样极大调动了学生的参与性和创造性，提高了学生的责任感和成就感。
④实验结束：实验后由“学生助教”指导学生处理实验过程中产生的废液，检查清理使用过的仪器，整理实验室，排除水电隐患。实验报告的规范化处理也是实验课程的重要部分，每节课后，教师和学生助教指导学生规范化处理实验数据，要求在撰写实验报告时必须以个人的实验为依据，据实列出实验中用到的实验仪器和试剂，实验报告必须体现出原始数据，详细写出计算方法，滴定分析法分析水质指标时必须先计算出标准溶液的浓度，仪器分析分析法分析水质指标时必须先建立标准曲线，这样不断强化学生处理数据的能力，培养学生严谨、求实的科研态度。
2.3考核方式优化动手能力、分析与解决问题的能力
海水化学实验课程注重实际操作技能，测定结果的科学性、准确性，根据该课程的特点。对课程的评分标准进行调整，对实验过程实行动态考核，全方位评价学生在实验过程中的参与情况。单次实验评分标准中包含了3个部分：课前预习20%（完成学习通中理论知识视频、PPT和实际操作视频、在线习题及预习报告），课堂学习50%（包括出勤率5%；实验技能35%；助教加分10%），课后学习30%（实验报告：包括结果与讨论分析是否全面、有无自己的心得体会及思考题的解答和归纳）。这一综合评价标准获得绝大部分学生的认可，学生的积极性较高，改考核方式对于提高学生的实验技能、分析解决问题的能力效果显著。
3、结束语
多年来，我院水环境化学教学团队在实验项目选择、教学大纲制定和教材建设等方面坚持以学生为本，以能力培养为核心，对教学内容、教学方法、考核方式和开放实验不断探索和改革，对学生素质、知识和能力的培养贯穿于整个海水化学实验教学中，取得了初步成效，学生学习的积极性和主动性明显提高，这种教学模式对于培养学生独立思考能力、动手能力、团队合作能力以及综合设计能力等具有良好效果。