1929年哈勃宣布：“宇宙正在膨胀着。星系之间的空间随时间线性增加，星系本身并没有改变；而且星系越远，离去得越快”〔1-P115〕。而后，由列梅特、伽莫夫等人发展为大爆炸理论，基本要点是：在100-200亿年之前，宇宙生之于一次大爆炸，物质、能量、时间和空间都由爆炸中创生，爆炸前那种原始的无限稠密被称为“奇点”,由爆炸引起的膨胀，现在仍在继续着。从30年代开始，膨胀的宇宙模型已经为大多数宇宙学家所接受，现在被称为现代宇宙学标准模型。现代宇宙学被定义为：“以广义相对论为理论基础，以哈勃定律为观测依据，并在宇宙学原理的假设下,研究整体宇宙的结构、运动和演化规律的一门学科”(2-P85)。
此前15年，斯利弗在美国天文学协会的一次会议上，公布的观察结果是：“一些明亮星云(后来被证实是星系)，既有蓝移的，也有红移的”；更远的弱光星云，“全都展示红移”(1-P111)。没有做出任何解释。哈勃有效地以“宇宙梯”法解决了确定星系距离的问题之后，通过对自己测定的24个河外星系距离的分析，发现红移量大致同星系距离成正比，即(λ1-λ0)/(λ2-λ0)＝D1/D2。当时普遍认为，这个结果“唯一可能的物理学解释便是河外星系都在以正比于它们距离的速度退离我们而去”〔3-P140〕，由此得出的H＝V/D，被称为哈勃定律。其中H为哈勃常数，D为星系距离，V为星系退离速度。D和V“都不是可测量的量”(8-P403)。
哈勃定律作为膨胀宇宙论的基础原典、现代宇宙学的观测依据，存在如下纰漏：1、该定律中既没有可观测的物理量，何以能成为“观测依据”?又缺乏作为必要条件的观测数据，如何判定其正确?
2、设星系在t内退离距离D=Vt=HDt；依据哈勃关系式λ/λ=D/D，λ应随时间线性增加，即该定律成立的必要条件是红移谱线持续移动而不是红移。
3.取H=3×10-2m/s光年，代入λ/λ=D/D=Ht=3×10-2m/s光年·t=10-10/年·t可知，任一星系的λ/λ都将以每年10-10持续增加。60年代观测精度(λ/λ～2.5×10-15)已达这个数据的4×104倍，要证明哈勃定律成立，就必须提供对同一星系λ/λ随时间线性增加的观测证据。
近40年来，新理论与新技术的结合，相继发现了一些不调和的红移现象。海尔天文台的阿普80年代末就宣称：“我们已知有38个不调和红移天体与24个星系相关联。这个数字之大，不允许我们将它一笔勾销”(1-P151)。依据这些佐证，至少在某些情况下，关于红移跟膨胀关联的传统解释是错的。
红移跟运动的关联确实并不具有唯一性。依据狭义相对论，运动物体发出的光被静止者观测时将发生频移，和声波频移机理相同，用多普勒效应解释没有错。依据广义相对论，具有强引力场的静止物体发出的光，在引力势较高处观测也要红移。即光的频移有两种机制，声波频移却仅有一种，用多普勒频移解释光现象就必然会丢失引力频移机制。通常的解释是：“引力不能定量解释星系的普遍红移，引力效应至少不占主导地位”(4-P509)，可以忽略不计；霍金的说法是：“星系的引力场没有足够强到对它有明显的效应”(5-P47)。
哈勃宣布宇宙在膨胀时，全世界能够理解广义相对论的人寥若晨星，“据记载，本世纪20年代初有一位记者告诉爱丁顿，说他听说世界上只有三个人能理解广义相对论，爱丁顿停了下，然后回答：我正在想这第三个人是谁”(5-P83)；50年代之前，“广义相对论大体上是数学的一个分支”，60年代之后才“从考察数学结构到开始按照物理来思考”(6-P72)；尤为重要的是，这个时期利用穆斯堡尔效应在高度差H=22.5m的条件下，“极其精密地测得57Fe的一条γ谱线的紫移，波长相对变化仅有λ/λ≌gH/C2～2.5×10-15，与理论预告值在误差范围内符合”(7-P94)。引力频移被精确地测量出来后，就不得不承认“引力是一种极其巨大的力量”(6-P66)。即此不难算出，在地球引力场中γ光子通过22.5m，需时t1=h/C=22.5m/3×108ms-1=7.5×10-8s。
由哈勃关系λ/λ=D/D=Ht=10-10/年·t；当λ/λ～2.5×10-15时，t2=2.5×10-15×3.15×107s/10-10=7.88×102s。
依据平直而各向同性的宇宙学原理,当λ/λ～2.5×10-15时，引力效应/哈勃效应=7.88×102s/7.5×10-8s=1.5×1010。很显然忽略引力效应肯定是个重大失误。
大爆炸——膨胀宇宙论被称为标准宇宙模型，存在3个问题：其一、不考虑引力效应就不符合现代宇宙学的定义；其二、40年前就测出的引力频移比膨胀效应大1010数量级，早已粉碎了“唯一的物理学解释”神话；其三、“广义相对论用时空结构的几何性质来表示引力场”(8-P328)，哈勃当时并不理解，用多普勒效应解释红移属于以偏概全；时至今日如果仍不考虑引力效应，宇宙常数偏小、退离速度偏大的错谬，将永远不可能得到纠正。
为了确定引力跟红移的定量关系，特作如下讨论：
一、改变高度差重做穆斯堡尔实验，依据两次测得的数据，可以确定：
1、红移相对变化量跟距离还是距离平方相关；
2、导出相关公式，为比较引力贡献和哈勃贡献提供依据。
二、有人认为，光在漫长的星际旅途中会受到无数恒星的影响，其左弯右折必然使红移量产生较大改变，无法予以判定。其实并非如此，可依据右图阐明如下：图中A为发光恒星，M、N为两个恒星，P为太阳；光线AB受它们影响的实际传播线路为AB、BC、CD、DE、EF；F为地球，FA为依据经验认定的光传播线路。实际上BC是光在M附近沿能级相同的测地线通过的轨迹，能够影响红移的仅为B′C′。即此可得如下推论：
推论1、光无论受多少恒星影响发生左弯右折，决定红移或紫移的只有直线距离。
推论2、A使光红移，F使光紫移，由于M地《M恒，地球的影响可以忽略不计。
推论3、由实验得出的公式，可以用于定量解释星系的普遍红移，同时将成为确证哈勃定律正确与否的判据。
参考书目
1、(美)巴里·派克著爱因斯坦的梦湖南师范大学出版社1989年
2、薛晓舟等著现代物理学的哲学问题河南大学出版社1996年
3、袁正光主编领导干部科普知识全书改革出版社2000年
4、大百科全书编委会大百科全书·物理卷大百科全书出版社
5、(英)霍金著许明贤等译时间简史湖南科技出版社1995年
6、(英)霍金著胡小明等译时间简史续篇湖南科技出版社1995年
7、倪光炯等著近代物理上海科技出版社1979年
8、董光璧等著世界物理学史吉林教育出版社1994年
二、光速不变与波粒二象性
在讨论这两个问题之前，首先需要廊清物理学理论中的3种观念。
1、物理学不研究“物质”，正如没有人能够讲出“水果”是什么滋味一样，因为二者都是抽象的类概念。实际上物理学只研究质量、电量、能量跟时空的关系，“物质”属于误用的哲学概念。
2、从牛顿那个时代开始，物理学就分牛顿范式和非牛顿范式，前者研究孤立质点运动的规律，后者探讨热、光、电、磁的本质；现在已经非常清楚，热、光、电、磁现象的本质都是电磁波，统称为能量。
3、现代物理学理论可以分为以质量计量、用时空描述，以能量计量、用位形描述两大体系，物理客体理应分为质量系统和能量系统两大类。同理粒子物理学就应该分清质量子(即费米子)和能量子(即玻色子)，本质差异在于有没有静质量。
据此，先讨论光速不变问题。
所谓的光速不变是一种简称，实际所指是光速与光源运动的速度无关，或曰：光总是各向同性的。依据“质量是惯性的量度”，光子没有静质量，自然就应该与光源的惯性无关。人们通常表现出的“不理解”，根源在于误认为任何“物质”都具有惯性，忘记了惯性只与质量相关，属于牛顿范式独霸天下产生的常识性错误，不清楚物理客体应该分为质量系统和能量系统两大类。
讨论光的各向同性，首先必须依据两系统结构论确立如下观念：所谓的宇宙是质量体(包括电子、质子、原子、分子到其大无比的天球)悬浮在能量海洋(即连续辐射)中的巨系统。只有当能量(子)从质量体中放出(或被吸收)时，才表现出一份一份的粒子属性，被称为光子；而这种能量(团)在连续辐射的海洋中传播时，则总表现为波。只需要以石块掷入水中后，水波总是各向同性传播为类比，就很容易理解光波总是各向同性的道理。
得布罗意提出波粒二象性，至今已有七十余年，开始时说微观“物质”既是粒子又是波，后来改为既不是粒子又不是波；由于实际测量的结果是：用干涉仪得到衍射图象，用计数器记下的是粒子数，就将微观粒子的实在性跟意识联系起来，认为究竟是粒子还是波，由测量者的意识所决定，关键在于选用什么样的仪器。直到今天波粒二象性依旧是个说不清道不明的谜。
实际上只需要摈弃掉“物质”这个误用的哲学概念，并承认物理客体分质量、能量两个系统，问题即可以迎刃而解。光子的波粒二象性已如前述，只需要将在能量海洋中传播和由质量体吸收(或放出)分开考虑，答案就已经非常明确：波属于能量系统的属性，而粒子性总跟质量系统相关。
光子属于能量子，现在讨论质量子的问题。依据量子运动的特点，粒子永远不会停止运动。按En＝n2h2/8mL2被关在L＝4A箱内的电子(m=me=9.1×10-31kg)，最低能量状态(基态)也还有2.3eV能量，通常称它为电子的动能，又是一种植根于“物质”这个误用概念的常识性错误。量子场论承认微观存在分粒子和场，每一种粒子都对应着一种场，却讲不清二者之间的关系究竟如何。只需要将电子放到质能两系统结构论的框架去考察，就不难发现所谓的电子动能并非属于电子，而是网络态的能量海洋作用于电子的结果。任何粒子实际上都处在“树欲静而风不止”的被动状态，传统将这种能量理解为电子“自能”，是基于质、能不分产生的常识性错误。试想：空中悬浮的气球不能静止的原因在于空中能量分布不均衡，水中木屑的动能亦来自于水，都不属于气球和木屑自身所有；即此为类比就不难理解粒子性和波之间的相互关系。
结论：所谓的波粒二象性，是使用分别适用于能量或质量系统的仪器，检测由质量子和能量子构成的复合态产生的不同效应。
验证实验：同时使用干涉仪和计数器对质量子进行观测，当光栅的隙缝小于粒子的直径时，放在光栅背后的计数器就不会记下粒子数。理由是通过光栅的只能是能量海洋中传递的一列波，具有静质量的粒子将被“滤”掉。
三、绝对时间和相对相间
牛顿将时间分为“自身在那里流”的绝对时间和“可感知的及外界的度量”的相对时间。狭义相对论预言“动钟变慢”；广义相对论预言“一个钟所处的引力势越低(深)，它走得越慢”。通常都说相对论的预言被证实，说明牛顿的时间观念是错的；实际上恰恰相反，即此正好证明了时间确实有绝对和相对之分。
牛顿之前，惠更斯已导出单摆周期公式T＝2π(L/g)1/2，据此发明的摆钟至今仍在使用，其走时快慢与g直接相关：g越大，T越小，走时读数即变大；反之即被称为变慢。这个结果为什么正好跟广义相对论的预言相反呢?因为物理学研究的客体分两个系统：一是由牛顿范式沿袭而来的，用质量计量、用时间和空间描述运动的质量系统；一是由非牛顿范式沿袭而来的，用能量计量、用位形描述运动的能量系统。摆钟的读数属于质量系统计量的相对时间，可以通过调节摆长L使所有的钟走时一致，其作用直接源于发条的弹性势。刚旋紧发条时走时慢些，发条松弛时走时即变快。
用原子钟实测的结果正好跟广义相对论预言一致，这又是为什么呢?由于原子释放能量子跟它所处环境的能级直接相关，而能量子的T即代表该能级的内禀时间，由能密梯度g′决定，是无法人为改变的，故而称之为绝对时间。
如图所示，行星R从远日点N向近日点M运行时，动能(正能)逐渐增大，g亦随之增大；由M向N运行时，势能(负能)逐渐增大，g′亦随之增大。沿NM方向，正能密梯度g递增，负能密梯度g′递减。原子钟走时由g′决定，显示的是绝对时间；摆钟走时由g决定，显示的则是相对时间。
小结：绝对时间是弯曲时空(负能密梯度决定其曲率)的内禀时间，传统使用的摆钟“度量”的属于相对时间。当使用人为规定的时间标准去度量负能量海的内禀时间时，就必然会出现时间变快或变慢的实测结果。
验证实验：将在同一地点校准的摆钟和原子钟各一枚，用气球带上高空，依据电台播放的校钟讯号去校钟时，原子钟的读数要大些(变快)，摆钟则变慢。
意义：该实验可以确证：
1、狄拉克所说的负能量海即是充满连续辐射的广袤空域；
关键词：建构主义理论 中学生物学 实验教学
中图分类号：G633文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）09-0037-01
中学生物学实验教学是培养学生科学的态度、帮助学生形成科学思维的必要途径。将建构主义相关理论运用于教学中已经成为一股热潮。因此笔者试想将建构主义理论应用于中学生物学实验教学，为实验一线教学提供参考。
一、建构主义理论概述
建构主义理论是行为主义发展到认知主义后的进一步发展。对于知识而言，建构主义理论反对传统知识观中所主张的知识是对现象的客观反映。对于学习而言，建构主义理论认为学习是通过信息加工活动建构对客体的解释，而学习者是根据自己的经验建构知识的。对于教师而言，教师在教学过程中更多的扮演引导者、协助者的角色。在教学中提供资源，使学生在与学习伙伴的交流合作以及与教师的协商中，主动地构建知识框架，以达到学习的目的。
二、建构主义理论指导下的中学生物学实验教学设计
学者在建构主义的理论基础上总结了建构主义在语文教学设计中的设计的四条原则，即强调以学生为中心，强调情境对意义建构的重要作用，强调协作学习是意义建构，强调学习的最终目的是完成意义建构而非完成教学目标。[1]将建构主义理论运用于指导中学生物学实验教学，从中学生物学实验教学的目标设定、内容及过程设计，以及评价三个方面渗透建构主义理论，帮助学生在实验过程中掌握科学的知识和方法，形成科学的思维，提高其生物学科学素养。
（一）建构主义理论指导下中学生物学实验教学目标
为了学生的终身发展，学生的思维能力、表达能力等成为生物学培养的关键。建构主义理论认为“学习的结果是围绕着关键概念建构起来的网络结构知识。关键概念是结构性知识，而网络的其他方面是非结构性知识” [2]。联系到中学生物学实验教学，结构性的知识即在课堂中所学的生物学概念性知识，而非结构性的知识则是在实验过程中所培养的能力。
综合以上建构主义的观点，实验教学目标应该注重培养学生的非结构性知识。如培养学生实验设计，提出问题，解决问题的能力；动手操作的能力等。
（二）建构主义理论指导下中学生物学实验教学内容即过程
建构主义认为知识的意义建构需在一定情境下，将原有知识与新学习的知识进行相互作用，逐渐形成知识体系。学习的过程应该是与其他学习者不断交流、合作、协商的过程。综合以上建构主义的观点，笔者认为在实验教学中，可以引导学生根据教材，分析教材中所呈现的实验设计的步骤，猜测实验设计意图。在此基础上，以小组合作的方式进行实验设计。允许学生提出不同的实验假设，形成不同的实验设计，角度不同的实验结论。鼓励学生提出质疑，并通过再次进行实验、讨论协商等方式进行验证。
（三）建构主义理论指导下的中学生物学实验教学评价
建构主义理论强调以学习者为中心，强调能力的培养，因此评价重点放在学生是否形成了思维能力、合作能力等，以及学生能够运用新的认知结构去解决多少实际的问题。
综合以上观点，笔者认为，在中学生物学实验的教学评价中，教师可制作实验操作检核表，规范学生的实验操作。利用概念图，将实验课前、后学生的概念图进行对比，以此发现学生在概念框架的改变。在纸笔测验中，创造相似的实验情境，以此评价学生是否能将所学知识灵活应用于实际处理问题之中。
三、启示
通过对建构主义理论的概述，将建构主义理论应用于中学生物学实验教学设计，得到以下启示：
（1）在进行实验教学前，通过学生绘制概念图的方式呈现学生现有知识结构。帮助学生建构实验课所需的知识结构基础。（2）在进行实验教学时，创造实验情境，鼓励学生以教材为依据，分析教材实验设计意图，以小组合作方式进行实验设计。实验中允许学生得到不同角度的实验结论，鼓励学生阐述和交流实验结果与结论。（3）实验教学结束后，让学生再次绘制概念图，并与原有概念图对比，以此判断学生通过实验在知识结构上的变化。通过相似情境的纸笔测验，检测学生是否形成实验设计、提出问题、作出假设等能力。
参考文献：
【论文摘 要】本文针对高校在以培养创新型人才为目标的改革中，提出将创新能力培养和创新成果考核机制引入当前物理实验课程体系。达到将创新性教育与社会需求、科技发展相结合，培养高素质创新型人才的目标的新思维。
0 引言
随着当前教育的快速发展，以培养高素质创新型人才为导向，把知识、能力和素质的培养结合起来，是当前高校培养目标改革的目标。而大学物理实验是高校理工类专业学生必修的基础性课程，其目的是通过学生对实验现象的观察、相关物理量的科学测量和测量数据的合理分析，增强学生对物理课程学习的兴趣，加深其对相关理论的理解，提高他们的实验能力和科学素养，使培养的学生具有理论联系实际、实事求是的科学作风、严肃认真的工作态度和主动探索的进取精神。
正因如此，物理实验教学受到了人们更多的关注，它在高素质人才培养过程中，越来越显示出它的重要作用。在物理实验课程建设中摆脱传统实验的教学模式，建立创新能力培养和考核机制，可以发挥他们的个人才能和特长，突出创新能力，也是学校以人为本，因材施教，培养面向社会需求、面向科技发展、具有创新意识和创新能力的教育教学方式和教学改革目标。
1 科学的设立前期实验
对于刚进校的大学生来说，由于生源参差不齐，动手能力不同，再加上大学物理刚上，学生还不能适应。如果直接安排大学物理实验的验证部分，不仅起不到与大学物理课程互补的作用，也会打击学生学习的主动性和积极性。因此合理安排前期的物理实验尤为重要。只有要让他们对物理实验有浓厚的兴趣才谈得上提高与创新。因此前期实验的设立要注重科学性和趣味性。通过合理的安排设计性内容（建议对实验要求的物理原理尽量以中学物理水平为主），让学生自己选题确定实验的内容和难度，设计实验装置，准备实验器材，拟定实验步骤，动手动脑去进行研究并完成实验。通过分组竞赛，集体评比等手段凸显不同层次学生的水平和特色。加深他们对物理规律的切身感受，激发学生学习物理知识研究与探索物理规律的热情。从而达到激励创新精神，调动学习积极性的目的。
2 合理的安排基础实验
在现代物理教学中，个别教师片面狭隘地理解探索就是让学生从不知经过探求摸索得到知识。这样做法置前人和他人已取得的成果于不顾，埋头在“黑暗中探索”。在知识爆炸的新时代，什么都要经自己探索，经自己体验才能获得，势必使自己落后。设计性实验就出白于这种思想。以至于有些实验室将“综合性设计性实验率”作为实验室建设的重要成果，导致盲目开设综合性设计性实验，削弱了基础性验证实验。实验的目的不在于选择什么样的实验，而在于如何培养学生的探索精神和创新能力。接受前人和他人的成果是我们最快获得知识的一条途径。但继承不等于盲目追随，不加发展。应在继承的同时发展新知识。敢于提出异议，做到青出于蓝而胜于蓝。对于已有的结论，我们完全可以用验证性实验加以检验，用判决性实验加以判决。在实验中肯定正确的，否定错误的，提出新的见解。如若我们置已有的结论于一旁，让学生通过探索性实验去发现并提出所有的物理规律，势必要费大量的时间和精力，事倍而功半，取不到较好韵教学效果。这实际上也是不可能实现的。
3 量衣体裁设立综合性设计性实验
在物理实验教学中引入设计性或探究性实验。在该层次的实验教学中，运用已用过的仪器和已学过的实验方法完成设计性实验，以培养学生的创新思维和创造能力。设计性实验教学层次的教学指导思想是它更注重实验的设计过程，强调过程和对结论的解释，过程比结论更重要。设计性实验教学目的是加强与实际接轨，使学生了解科学实验的全过程、逐步学习科学思想和科学方法、培养学生独立实验的能力，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。设计性实验题目一般是由实验老师根据学生已用过的实验仪器综合已掌握的实验测量方法来出题，也可以学生自已立题。教学方法采用开放式教学，老师对实验项目做出要求，然后学生自己查阅资料，确定实验方案，自选实验仪器，自拟实验步骤，独立测量和处理实验数据并分析实验结果，写出实验总结报告。整个实验过程中，教师只作必要的咨询和检查指导。从设计性实验的开放式教学方法来看，设计性实验教学对于实现培养学生的创新意识和创新思维，培养学生综合运用知识和综合解决问题能力等方面，都有很重要的意义。
4 因材施教设立研究性实验
在前几个阶段学习的基础上，对部分优秀学生明确提出“创新”的要求，研究性实验应以获得“创新成果”为目的。这些实验应要求学生在1～2个学期的学习中 完成1个小型研究课题。这些课题应具有一定的创新性，课题涉及的实验内容与方法应具有综合性。课题可由指导教师从本人的科研项目演化而来，也可由学生自己在实验中发现和提出。研究型实验要求学生自己调研和查阅资料，设计、装配、调试实验装置，直至完成实验。选定课题后，教师一般只对课题的意义、背景等情况作些介绍。完全由学生提出实验方案，教师只对其初步方案进行审核，并对其中关键性内容进行恰如其分的指导。在整个实验教学的全过程中，要求学生把在普通物理实验和理论课中学到的知识和技能，创造性地运用在所研究的实验课题中。他们可以随时与指导教师交流想法、讨论问题，得到启发和帮助但不能依赖教师。全部实验工作必须由学生自己独立完成。在实验结束后，每个课题都要写出研究论文并进行交流，部分论文或成果应具有创新性。通过答辩或考核，优秀的论文或成果应能在正式学术刊物或学术会议论文集上发表。
5 结束语
建立创新能力培养机制，让学生进行自主研究和探索，培养动手能力、创新能力，是大学物理实验教学的根本宗旨。遵循以学生为本的教学理念，实施开放式实验课题，引导学生进行设计性实验，合理评定创新能力考核成绩，是调动学生学习主动性、积极性，提高教学质量的有效途径。扩大物理实验教学的覆盖面，是拓展学生知识结构，提高物理实验教学之影响，培养综合型、创新型人才的积极措施。通过不断地探索和创新，更好更快地适应信息时代物理实验的发展和教学要求。
参考文献
关键词：生物工程 设计性实验 综合素质 创新教育
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）09（a）-0038-02
针对生物工程专业知识具有涉及领域广、综合性强和应用性广的特点，各高校都开设了多门相关专业的实验课程，包括基础生物学实验、微生物实验、基础生物技术实验、生物化学实验、酶工程实验和生物制药实验等课程实验。这些实验为培养学生的基础操作，提高学生的实践动手能力奠定了良好基础，但这些实验课程都是以验证、单一、经典为主的单个小实验，各项实验所涉及知识点较零碎、独立，逻辑联系不紧密，学生完成实验后没有一个整体的概念。因此，为了让学生系统地掌握生物工程专业知识，以提高学生的综合素质，发挥学生的自主性和创新性，生物工程综合设计型实验教学改革势在必行。
1 开设生物工程综合设计型实验的目的
1.1 系统地掌握生物工程专业知识
综合设计型实验能够补充和丰富学生的专业知识，学生通过自己设计实验，既可以培养学生查阅文献、独力思考能力，又可以巩固以前所学专业知识、实验技术。在实验设计的实施过程中，学生通过将理论教学中的重要知识点搜集整理出来，再建立他们之间的网络联系，根据知识点的相关性和整和性进行实验的设计，使学生理解所涉及知识点的逻辑联系。在实验过程中，通过理论知识与实验实践相结合，可以促使学生系统地掌握生物工程专业知识，尤其提供了所学知识的纵向和横向扩展与融会贯通。
1.2 实验设计能力的培养
实验对于生物学的重要性不容置疑，实验教学是培养学生观察能力和实验动手能力的重要环节。在传统的教学活动中，有的学生虽然有较强的基本实验技能，但综合、系统性思维能力比较薄弱，对实验的设计和实施一无所知、无从下手。这就要求在实验教学中，培养学生的科研思维能力，提出问题，解决问题，分析问题。指导学生进行实验设计，让学生深刻认识和体会实验的一般程序，理解、归纳和应用实验设计的主要方法，教师的作用应在于“授之于渔而非鱼”。
1.3 发挥学生的自主性和创新性
强调以学生自身活动为主体的实验教学形式。在老师给定研究目的和基本实验材料的情况下，学生通过查阅文献资料，设计实验方案，与老师对设计思路、实验技术方案等进行讨论和修改，最终形成具有自我特色的实验设计。整个教学过程中更注重让学生自己去思考、去调查分析、去发现并解决问题；注重让学生发展自主性、创新性的思维，使其具有开拓式的发展。
2 综合设计型实验课程的基本内容
学生设计实验具体方案并在老师的引导下完成实验。在实验内容设计上，综合设计型实验以产淀粉酶基因工程菌的构建、目的产物淀粉酶的生产、产物（淀粉酶）分离纯化及其淀粉酶酶学特性分析为主线，综合利用多种实验技术，力争使学生得到多方面的综合训练。实验内容涵盖了基因工程、发酵工程、生物分离工程、酶工程及生物信息学等专业知识及实验技术。由于综合实验是一个连续的过程，前一个实验项目的结果与产物是后一个实验项目的材料，前后内容紧密衔接，环环相扣，每项实验都可能直接影响到最终的结果，从而增加了实验的系统连续性与完整性，使学生对每项实验的结果及各项实验间的逻辑联系性更加关注，具有更深的印象。综合设计型实验课程突出生物工程实验的综合性与现代性，使学生能更加系统全面地掌握原理，实验操作，实验仪器。实验主要内容涉及相关原理技术如表1所示。
3 综合设计型实验教学方式的改革
3.1 转变“学生为辅，老师为主”的教学方式
首先，根据老师提出的实验目的，学生自行查阅文献，设计实验技术路线。其次，学生与老师对实验设计思路、实验技术方案进行讨论和修改。然后，以开题报告的形式，对实验方案的可行进行论证，学生在老师指导下再次修改和完善实验设计方案。最后，明确实验方案和各项实验所涉及的技术手段，学生进入实验阶段。实验过程中，每天详细记录实验内容、步骤和原始数据，整理和分析数据，绘制图表及图表的规范化。实验结束，以PPT演讲形式汇报实验结果并按照科技论文的形式撰写实验小论文。整个实验过程中，学生成为教学主体，经过这种系统的实验训练，学生对实验的设计和实施过程有了系统连贯的认识，科研思维能力得到锻炼，查阅文献、分析数据、撰写论文等科研基本技能和协调配合能力都得到了训练。
3.2 转变“看为主做为辅”的教学方式
实验前的准备工作，溶液的配制、培养基的制备灭菌、电泳试剂的配制、缓冲液的配制、PCR引物的设计、基因序列的分析、微生物的培养和实验所需仪器的调试等均由学生自主完成。例如，让学生自己计算溶剂和溶质的量，称量溶解并装瓶标记；利用软件设计PCR扩增引物，应用生物信息学对DNA序列进行比对、分析；实验前对仪器进行外观检测、性能调试和试用；正确使用一些复杂的精密仪器设备（如发酵罐），准确地采集实验数据。学生亲自完成这些之前均由老师准备的工作，一方面培养了学生扎实的基本功；另一方面有利于培养学生良好的实验习惯和严谨的工作作风，使学生对实验的具体实施过程有一系统完整的认识。
4 完善综合设计型实验结果的考核方式
改革实验结果的考察方式，变传统的以记忆为主的考核为实际知识运用能力的考核。
首先，考察学生查阅文献和阅读文献的能力。考察学生在设计实验方案过程中，是否能通过查阅文献，提出新颖的实验方案或更好的实验技术，并能正确理解文献内容；在实验实施过程中遇到问题时，是否能利用文献分析和解决问题；在撰写实验小论文时，能否恰当引用文献分析或支持实验结果。将这些作为学生是否真正掌握综合设计型实验的原理指标之一，也考察了学生获取和学习新知识的能力。
其次，考察学生对专业知识和实验技能的掌握程度，主要是对学生专业理论知识理解、应用能力和实验技能进行考察。学生只有具备扎实的理论知识，全面地掌握各咱实验技能、正确使用仪器设备（特别是复杂精密的仪器）、准确地采集实验数据，才能顺利的完成整个实验。这些反映了学生所学专业知识的掌握程度和融会贯通能力。
然后，考察学生对实验结果的分析、归纳、整理能力。实验数据的准确、可靠、完整，对于实验结论有着重大影响。在数据采集、整理、分析、归纳，以及图表绘制过程中，可以增强学生对实验数据和结果的逻辑分析能力及做出正确合理结论的能力。
最后，考察学生学术交流能力。在实验方案设计、实验实施、实验结果讨论中，学生之间、师生之间互相交流，一起讨论实验的现象、结果及实验过程出现的问题，使大家对其他同学的实验结果和进展有一个了解。一方面在讨论中学生可以获取一些成功经验或避免出现错识；另一方面这也是一种竞争，可以督促学生更加积极、努力地进行实验。
参考文献
[1] 袁丽红.提高微生物学实验课教学效果的探索与尝试[J].微生物学通报，2008，35（4）：614-618.
关键词：水产动物疾病学；实验教学；设计型实验；教学改革
中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）06-0086-03
水产动物疾病学作为一门高等院校水产养殖专业的主干课程、专业课程，是以水产动物疾病的发生原因、病理变化、流行规律、诊断技术、预防措施和治疗方法等为主要内容，目的是使学生理解疾病的发生和发展过程，识别常见水产动物病原体，理解疾病综合预防的重要性，掌握快速诊断和有效防控常见病害；推广健康养殖，为养殖生产服务，使养殖产量达到稳产、高效，促进水产养殖业健康、可持续性发展。水产动物疾病学是一门实践性和应用性都很强的科学，实验教学在整个教学环节中占有较大比重，使学生在加深对理论知识理解的基础上，熟练掌握实验操作基本技术、基本技能和规范，实验学时数占课程总学时的1/3以上。设计型实验教学模式在培养学生的创新意识与创新能力、提高学生综合素质方面，有着传统实验教学无法比拟的作用和效果。近年来，为激发学生学习的积极性和主动性，提高实验教学效果，培养学生的动手操作能力和实践能力，我校水产动物疾病学课程组，启动了以培养“宽口径、重基础、强能力、求创新”的高端实用型人才为目标，以引入设计型实验为手段，全面围绕实验教学内容、教学方式和考核体系等方面进行了教学改革的探索与实践，取得了较好的效果。
一、开展设计型实验教学的必要性
水产动物疾病学实验教学是帮助学生巩固理论知识、掌握规范的操作方法，培养有创新意识与实践能力的水产病害应用型人才的重要途径。传统的实验教学模式是以实验指导教师为主体、以教材规定的实验目的、仪器设备、操作步骤等内容为基础，学生按照教师的要求和实验指导教材逐步进行实验，在规定时间内完成实验任务，学生被动接受知识和技能，实验过程中学生较少讨论和交流。这种传统的实验教学模式，基本上是以教材、教师为中心，忽视学生在教学过程中的主体作用，缺乏对学生学习主动性、自学能力和个性的培养，更缺乏对学生创新意识和创造能力的培养，使学生不能很好地掌握科学的学习方法和分析问题、解决问题的能力，不能独立分析和处理实验中出现的问题和现象，结果是学生虽然掌握了一定的理论知识和实验技术，但没有达到通过水产动物疾病学的学习所应达到的理想的素质，遇到实际问题，不知如何去解决。从教学目标来看，这种教学模式过分强调向学生传授知识与实验技能，过分注重知识结论的验证，忽视了创新意识和分析解决实践问题能力的培养；从教学过程来看，这种教学模式只关注实验结果，忽视操作过程，忽视对实验过程中出现问题和实验结果的分析，只要实验过程中不出现较大失误，实验结果一般都会成功，整个实验过程一帆风顺，学生没有探究的困惑、挫折、失败，也没有成功的喜悦；从师生互动的角度看，传统教学模式是教师预先设计好实验内容与实验方案，学生逐条照着做，所有学生实验内容、方案、仪器设备雷同，实验结果统一，忽视了师生之间的互动，学生的个性得不到发展，忽视了实验内容的趣味性，使学生感到实验单调乏味。总之，水产动物疾病学传统的实验教学模式难以培养学生的创新精神和综合素质能力，不能充分发挥实验教学特有的教育功能。随着目前我国水产养殖品种的增加和集约化程度的不断提高，水域养殖环境日趋恶化，水产动物疾病种类逐渐多样化和复杂化，水产动物疾病的发生越来越频繁，越来越严重，由此造成的损失逐年增加。在这种情况下，水产动物疾病学实验教学环节中应该重视培养学生分析和解决问题的能力、创新能力、实践能力，提高学生的综合素质，使学生在以后的实际工作中能真正掌握水产动物疾病控制的基本技术和技能。在水产动物疾病学实验教学中，具体的实验仅仅是手段，而根本目的在于培养创新意识和创新能力强、动手操作能力强、综合素质高的高端实用型人才。设计型实验教学模式是以研究性问题为起点，以素质、能力培养为主线，以实验过程与方法为轴心开展，使学生主动构建知识与技能，帮助他们体验科学活动的过程和方法，培养学生成为初级研究者，或者说让学生在学习过程中像研究者一样地去工作、思考。设计型实验教学是学生在教师的指导下，通过查找和阅读参考材料，选择研究课题，自行设计实验方案，观察、记录实验现象和数据，实验结果以规范的实验报告或科技论文的形式进行表述，整个实验过程体现了“三个转变”：转变简单验证为自主设计，转变实验辅导为实验引导，转变重视结果为重视过程，培养学生的动手、创新能力和科研素质。
二、设计型实验教学模式的具体操作程序
设计型实验教学模式的操作程序可分为三个阶段：即确立研究任务阶段、实验操作阶段和成果分析与交流阶段。这三个阶段并不截然分开，而是相互交叉推进的。
1.确立研究任务阶段。学生2-3人为一个实验小组。根据教学大纲要求，在教师的指导下，实验小组通过查找和阅读参考资料，确定研究题目，自行设计实验内容、器材设备、实验步骤和实验计划。如果部分学生自已确定研究题目有难度，也可从教师提供的推荐题目中选择。为了适应设计型实验教学模式，我们设计了一些有别于传统实验教学的实验题目，以供学生选择。我们的设计原则是：密切联系教学大纲，难度适中，符合学生的科研能力和现有的实验教学条件，并具有一定的创新性，如：水产病害发生与环境因子的关系、水产药物的剂型与使用方法、细菌性疾病病原的分离鉴定与致病性、水产动物疾病的免疫学与分子学诊断、常用抗菌药物对水产动物病原菌的药敏实验、渔用免疫菌苗的制备与免疫途径、微生态制剂的作用效果等。
2.实验操作阶段。学生实验小组按照自己的实验方案去做实验，验证预设实验目标，记录和分析实验过程、实验结果。教师要加强对学生实验过程的巡视和指导，及时纠正错误操作，引导和帮助学生顺利完成实验。学生要对实验过程中出现的现象和疑问，自己动脑思考，或与小组同学讨论，最终得出最佳实验结果。
3.成果分析与交流阶段。学生要对取得的结果进行归纳分析、总结提炼，撰写出条理清楚、简要而全面的实验报告，或按照的格式要求写成科技小论文。成果交流主要以集中答辩的方式进行，答辩时要求每组派一名同学代表本实验小组，简要概括实验目的、实验内容、主要步骤、观察现象或指标、实验结果，并总结实验过程的得失成败，对本小组同学的表现和能力发展进行评价及个人体会等，回答老师和同学的提问等。在整个设计型实验教学模式的实施过程中，鼓励学生质疑、讨论、相互合作，鼓励学生提出科学问题。学生提出的问题，有可能转化成为以后学生科研或毕业论文的课题，应鼓励他们继续钻研。
三、建立设计型实验教学模式的考核评价体系
对学生参与整个设计型实验教学模式的实施过程情况，包括实验方案、实验操作过程、数据记录及实验结果的分析与讨论、答辩情况和实验态度与表现等，进行综合评价。这种考核方式既能反映出学生自行设计实验的能力，又能反映出学生实验操作能力、处理问题和综合分析问题的能力、团队协作精神等，因此这种考核比以往实验技能考核更有意义，有利于提高学生的学习兴趣和重视程度，充分发挥学生的积极性和创造力，通过团队成员之间的密切协作，实现个体和整体水平的全面提高，有效提高了实验教学的教学质量和教学效果。
1.实验设计方案的考核。实验设计方案成绩占实验总成绩的30%。学生确立题目后，查阅参考资料，自行设计实验方案初稿，交给指导教师审阅，指导教师提出修改意见，学生最后修改后定稿。指导教师根据初稿和定稿两方面进行评分。实验设计方案主要从以下几个方面进行评分：①设计方案是否符合教学大纲要求，是否合理可行，是否有一定的科学性、创新性；②实验目的、实验内容、步骤和方法、观察现象或测定指标、注意事项等是否详细具体、表述清楚；③实验基本项目是否齐全、规范。
2.实验结果的考核。实验结果考核成绩占实验总成绩的30%。学生对本组实验结果进行科学分析、总结归纳、逻辑推理，按照的格式撰写出条理清楚、简要而全面的实验报告，并进行答辩，答辩时要突出实验的特色和关键性问题，同组其他同学给予补充，随后回答指导教师和其他组同学的提问。教师根据报告格式是否规范，结果的真实性和合理性，是否针对实验结果进行分析讨论、答辩表现情况、实验态度和表现等给予评分。
四、设计型实验教学模式的实施效果
1.增加了学生的学习兴趣，发挥了学生学习的主观能动性。设计型实验教学模式有利于学生学习兴趣的培养，充分发挥了学生学习的主观能动性。调查发现，自水产动物疾病学实验教学中引入设计型实验后，我校学生学习兴趣和主动性普遍增强，对实验课感兴趣的学生比例也由66.2％增至91.8％，增加了38.6个百分点。
2.学生科研能力有所加强。设计型实验是是学生在老师的指导下，通过查阅文献资料，总结前人的实验条件和结果，最终确定实验方案。调查发现，教学改革实施后，学生基本了解了解决和研究水产动物疾病学相关问题的思路，掌握了解决和研究水产动物疾病的操作技术和技能。
3.学生综合分析问题的能力有所加强。学生要对实验结果数据进行处理和分析，并以科技论文的格式写出规范的实验报告，这就要求学生必须阅读大量的文献资料、学习常用的数据处理和分析方法、熟悉科技论文的写作格式要求。学生经过一周到二周时间基本写出初稿，经教师的审阅、返回修改，最后基本写出条理清楚、简要而全面的实验报告，学生综合分析问题和解决问题的能力得到有效的提高。
4.学生的团队协作精神得到加强。相对验证性实验，设计型实验内容多、步骤繁琐、时间长、结果数据复杂，所用仪器也较多，单靠个人的力量难以完成，而是需要依靠集体的力量及团队协作。对团队协作精神的考核，可使学生意识到个人利益要服从团队的利益，学会怎样与他人合作，学会顾全大局，树立了团队协作的意识。
5.学生的写作能力和表达能力有所增强。设计型实验要求学生自行设计实验方案，详细阐述实验目的、实验内容、实验步骤及注意事项等，实验后还要完成条理清晰的实验报告或科技小论文，这对锻炼学生的语言表达能力和写作能力很有好处。调查发现，教学改革后，学生由不会设计实验方案和撰写科技论文转变为基本会自主设计实验方案和写科技论文，个人写作能力和表达能力均得到提升。
五、设计型实验教学模式应注意的事项
1.注意实验内容的层次性。认识的规律是由表及里，由浅人深，由简到繁，因此，设计型实验教学应根据学生的不同层次、不同的教学时间段，采取循序渐进的方式，安排不同内容的实验，使学生在“验证型实验、综合型实验、设计型实验”等实验内容层次上得到创新教育和培养。
2.注意实施开放式的实验教学模式。一般来说，在设计型实验中，教师只提出目的和要求，没有规定具体的实验内容和步骤，没有限制完成任务的方式、时间，这样，学生可以广开思路，充分发掘潜能，充分利用课余时间，调动学生的学习热情和主观能动性。因此，设计型实验要求实验室面向学生开放，在时间上尽可能满足学生的需求。
3.注意教师素质的提高和乐于奉献的精神。设计型实验对实验指导教师提出了更高的要求。一方面，实验教师要具有爱岗敬业和无私奉献的精神，要有极强的耐心和责任心，在保证实验安全的前提下，鼓励学生大胆尝试和探索；另一方面，指导教师要具备扎实的业务水平，包括娴熟的专业知识和实验技能、良好协调和组织管理能力等，才能够在实验题目的确立、实验方案的审查、修订、答疑辅导、报告批改（或论文修改）等整个实验流程中顺利完成教学任务。
4.鼓励学生进行后续研究。在设计性实验的操作过程中，学生肯定会发现许多感兴趣的新的问题，鼓励学生就有关内容向学校申报“大学生科研训练计划（SRTP）”或“挑战杯”，或作为毕业论文的研究内容，鼓励学生进一步就这些感兴趣的问题继续进行研究。
水产动物疾病学设计型实验教学模式在培养学生的学习主动性、动手操作和实践能力、创新意识等方面有着传统实验教学模式无法比拟的作用和效果。通过设计型实验的训练，学生的组织协调能力、分析和解决问题能力、动手操作能力等均得到全面培养和提升，从而能够主动观察、积极思考。而且，学生还可以深入了解科学研究的思路、方法和过程，使之具有严肃的科学态度、良好的科学素质和严谨的工作作风，为将来从事水产动物疾病防治工作或相关科学研究打下良好的基础。多年实践证明，水产动物疾病学设计型实验教学模式效果良好，值得在同类院校相关实验教学课程中推广应用。
参考文献：
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关键词：高中物理；电学实验；教学方法；尝试
物理实验能力是指能顺利地完成物理实验活动，并实现实验目的的基本素质。高中物理电学实验主要强调学生设计实验能力的培养，目的是让学生学会灵活地运用理论知识来设计物理实验。很多高中生都觉得物理实验枯燥乏味，特别是电学实验，更是抽象难懂。怎样提高电学实验的教学效率是每位高中物理教师不断探索的课题。笔者认为，教师在教学中应重视学生学习兴趣的激发，强化学生对物理概念和现象的理解，并按照学生的实际认知水平和学习能力设计实验教学方案，以提高学生的实验能力。
一、明确教学重点
在讲课前，物理教师首先要认真研读和分析考试大纲，明确物理电学实验的考点，而考查的重点就是教学的重点。教师在设计教学方案时，应紧密联系教学重点进行备课，在具体教学中要时刻突出这部分的物理知识，以提高学生对重点知识的认识，使学生在学习时做到主次分明、条理清晰，以更好地学习物理电学实验。
二、创设教学情境
在电学实验教学的课堂上，为使学生良好地掌握教学重点和难点内容，教师应该善于利用多媒体、文字、影像、网络等教学资料，为学生创设出合理的教学情境，使学生在轻松、愉悦的学习氛围中掌握电学实验的精髓。我们物理教师也要及时更新教学理念，重视学生的实验过程，强调学生创造能力的发展，而对学生的实验结果可放低要求。在课堂上，教师可与学生一起分析实验的原理，然后让学生按照可行性、准确性、操作性的原则尝试设计实验方案，并适当地引导学生学会知识的迁移，这样不仅使学生的实验能力得到发展，还能帮助学生形成电学实验的发散性思维。
三、掌握仪器的使用
准确使用电学实验仪器是学好电学实验和设计电学实验的基础。高中物理实验中常用的电学仪器有电压表、电流表、电阻箱、滑动变阻器等。教师要带领学生去了解和掌握这些仪器的基本构造、使用原理、实验用途以及仪器的量程等，进而达到熟练使用仪器和准确读取数值的目的。另外，还要使学生明确每个电学实验采用的电路图，以便根据电路图来选择合适的仪器，顺利完成实验操作。
四、自主设计电学实验
实验设计是指实验者按照实验的目的和原理，结合知识积累和技能经验进行思维的创造，通过分析和思考，确定实验的装置和仪器以及具体的实验步骤。主要包括：设计实验方案、设计实验步骤、设计实验方法等。在设计实验的过程中，提高学生理论知识运用能力的同时还培养了学生的实验探究能力。学生设计实验的前提必然是熟练地掌握电学的理论知识，然后再运用自身的观察能力、分析能力、想象能力和创新能力进行实验设计。因此，在该阶段的教学中，教师在为学生进行示范实验后，应该给学生足够的时间和空间，让学生独立地安装实验装置，教师根据学生的实际情况给予适当的指导和点拨，然后让学生完成实验步骤的操作和实验报告的填写。
五、关注生活中的学问
当学生的头脑中萌生好的想法和设计时，教师要及时鼓励他们通过实验来求证，这不仅能激发学生的创造热情，同时能提高学生实际动手的能力。在电学知识的学习过程中，教师要培养学生灵活地学习的能力，尽量将课堂上学习的理论知识运用到解决生活中的实际问题上。20世纪中期，中学物理教学实验器材比较稀缺，著名物理教育家朱正元教授当时利用一些日常生活中的材料制作了大量的实验器材，同时设计了上百种具有重要意义的物理实验，他曾提出的“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”，至今仍被广大物理学者所传诵。因此，教师应让学生明白“生活处处皆学问”的道理，引导学生在日常生活中巩固学习的电学实验知识。
广大高中物理教师应该提高对电学实验教学的重视力度，让学生明白电学实验在高中物理学习中的重要性。教师不仅要培养学生掌握电学仪器的能力，培养学生设计实验和动手实验的能力；还要充分利用一切有利的教学资源，使学生的学习热情得到激发。学生应该主动地投身于电学实验的教学活动中，不仅要扎实地掌握电学公式，还要能根据实验要求正确设计实验电路，学会将所学的知识运用到其他类型的电学实验中，达到举一反三、触类旁通。
参考文献：
摘要:介绍了物理实验教学过程中设计性实验的实施，指出在培养创新能力的同时，也应重视对学生的科学道德教育。
物理实验是高等理工科院校对大学生进行科学实验基本训练的第一门必修基础课，是对学生进行科学训练的开端。为了适应培养面向21世纪高素质人才的需要，培养学生学习的主动性、创造性、信息获取的能力、实验动手能力、以及综合运用所学知识的科学素养，近几年我们对物理实验课程的教学进行了一系列的改革，其中之一就是在物理实验教学中开设了设计性实验。教学实践证明，设计性实验是培养学生创新意识和创新能力的有效模式。不过在培养创新能力的同时，也应重视对学生进行科学道德教育。
一、设计性实验的实施
对设计性实验，我们采用的教学方式有两种:
(1)由教师提供实验题目，提出实验内容和要求，提供可选择的仪器，给出实验提示和参考书，给出问题讨论。学生则根据实验题目的任务和要求，利用课余时间，查找和阅读有关参考资料，研究和推论有关物理过程和实验原理，设计实验方案，拟定实验步骤，然后在规定的时间内，独立进行实验，测量并获取实验数据，得出实验结果，写出实验报力匕
(2)由教师提供较多的实验选题，学生可任选一个或学生自选题目，利用课余时间以小论文形式完成设计性报告交给任课教师，由教师进行评判，不要求实验过程。
教学实践证明，设计性实验是培养学生创新意识和创新能力的有效模式。设计性实验给学生提供了发挥自己创造能力的机会，大部分同学热情很高，兴趣浓厚。通过查找资料，设计实验参数，选定实验仪器，调试实验装置，测量实验数据，进行数据处理，分析实验结果等一系列的工作，使他们学到了良好的工作方法及严谨的工作态度，为今后进行毕业设计和将来从事实际工作打下良好的基础。设计性实验也培养了学生信息获取的能力，学生为了完成设计论文，纷纷利用电脑上网，查阅与课题有关的科技发展动态和信息，论文的完成也使他们感受到成功的喜悦和自我价值的实现，树立了科技创新的信心。
二、设计性实验教学过程中要重视科学道德的教育
在设计性实验教学过程中，我们发现有部分学生交来的设计论文是直接在网上下载，原封不动，冠于自己的姓名变为自己的论文。或者找一本实验参考书，从上面抄一个实验作为自己任选的实验课题交差。这反映出学生的科技道德意识淡薄，没有认识到“科学事业如同其它的人类活动以信誉为基础”。从事科学研究的人，要以实事求是的态度、严格的要求、严谨的方法对待科研工作。开展一个研究课题，有必要对课题有关的情况作一个全面了解，各种信息都应掌握，可以吸取别人的精华，但是一定要有自己的创新，形成自己独特的见解、独到的设计方案。而捏造、篡改、拼凑实验数据，或者抄袭他人的论文，是不道德行为。大学生在学习阶段就弄虚作假，必然会走向一个伪科学、伪造、剿窃的道路。
1 人才培养规格要求
1.1 素质结构要求
(1)思想道德素质。
具有社会主义国家公民觉悟和道德品质,热爱祖国和人民,拥护党的领导；树立科学的世界观、人生观和价值观；具有责任心和社会责任感；懂法守法,法制意识强；具有个人诚信和团体意识；热爱环境保护事业,注重职业道德修养。
(2)文化素质。
了解中华文明和外国历史文化,具有较好的语言表达和人际交往能力,具有较高的文化素养,文学艺术欣赏能力,具有现代意识和传统美德。
(3)专业素质。
掌握科学的认识论和方法论(思维方法和科学研究方法),具有多学科综合分析的能力,具备求实的专业精神、创新意识、严谨的科学素养和精益求精的专业态度。
(4)身心素质。
具有自我锻炼的意识,不畏艰难的气魄,强健的体魄和健康的心理素质。
1.2 能力结构要求
(1)获取知识的能力。
具有很强的自学能力,较好的表达能力和社交能力,较强的计算机及信息技术应用能力。
(2)应用知识能力。
具有较强的综合应用专业知识识别问题和解决问题能力、专业领域内综合实验能力。
(3)创新能力。
在本领域内具有一定的创造性思维能力、创新实验能力、科技开发能力和科技研究能力。
1.3 知识结构要求
(1)工具性知识。
熟练掌握外语、计算机及信息技术应用、文献检索、方法论、科技方法、科技写作等方面的知识。
(2)人文社会科学知识。
具有基本的文学、历史学、哲学、思想道德、职业道德、政治学、艺术、法学、社会学、心理学等方面的知识。
(3)自然科学知识。
具有较扎实的数学、物理学、化学、生命科学、地球科学等方面的基础知识。
(4)经济管理知识。
具有基础的管理学、经济学知识。论文联盟
(5)工程技术科学。
了解工程测量、投影理论及制图基础、电工与电子学相关的工程技术科学知识。
(6)专业知识。
具有全面扎实的专业基础知识和专业方向知识,包括环境学、环境自然科学、环境技术科学、环境工程、环境工程设备基础、环境工程原理、环境微生物功能和应用、环境监测原理和方法、环境影响评价、环境规划与管理等领域的专业知识。
2 教学内容和知识体系
环境科学是研究人与环境相互作用规律的科学,包括如何度量、保护和提升人类与环境的和谐度,实现科学发展。根据高等院校理工科本科专业人才培养模式,环境科学专业人才的培养要体现知识、能力、素质协调发展的原则。通过设计适当的知识体系为载体来进行能力培养和素质教育,强化知识结构的设计与建设,使每一个知识模块构成一个适当的训练系统,合理区分专业共性知识要求和特色培养要求,满足“厚基础、宽口径、重能力、有特色”的专业人才培养要求。
环境工程专业知识体系由以下6个知识领域组成,见表1。
其中第1～5为通识课程和基本理论知识,第6为专业知识,专业知识包括专业基础知识和专业核心知识。专业知识包括专业基础知识和专业核心知识,专业基础知识由环境学、环境生态学、环境化学、环境工程设备基础、环境工程原理、环境微生物功能和应用、计算机应用技术等知识领域组成。
专业核心知识主要针对环境监测、水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置工程、物理性污染控制工程、环境影响评价、环境规划与管理、环境工程施工与经济等8个方向,以8个课群为中心组成不同专业方向的核心专业知识。
3 实践教学内容及体系
环境科学与工程实践教学内容包括课程实验、社会实践、毕业设计等,是促进学生理论联系实际、学以致用和培养创新能力、实际能力的重要保证。环境科学专业实验/实习教学体系构建依据以下几项原则:科学性,即体现科学严谨的作风；先进性,即紧跟学科前沿,要有超前的意识；实用性,即实验/实习教学必须满足社会对环保人才的需求；完整性,实验/实习教学应包括基本技能、素质训练和创新培养等内容,基本技能训练必须过程完整、内容完整,即包括单个实验、集成实验和社会实践等；开放性,允许学生根据自己的兴趣参与不同的课程实验或相关科研实践活动,进一步培养学生主动学习、自主思考以及理论联系实际的创新能力。
(1)课程实验。
课程实验和课堂理论教学相辅相成。课程实验可以弥补课堂理论教学的不足,加深学生对理论知识的理解,使学生与教师面对面直接交流,有助于启发学生深入思考,培养创新能力,达到理论联系实际的教学效果。在实验教学中,一方面向学生传授实验基础理论知识,包括仪器仪表的原理、测量方法、操作规范、数据分析等;另一方面训练学生的基本实验技能,包括仪器设备的使用和维护、实验设计、故障排除等。
根据性质将实验分为观察性实验、验证性实验、设计性实验、研究性实验。
公共基础系列实验:物理实验、化学实验、生物实验、计算机基本操作等。
专业实验:环境化学实验、环境监测实验、环境微生物实验、环境生物实验、环境工程实验/环境污染控制原理实验、环境分析化学实验等。
(2)实践性教学环节。
环境科学专业实践性教学环节的基本内容包括环境监测实习、环境影响评价课程设计、环境规划课程设计、环境工程课程设计等。
(3)毕业论文或毕业设计。
毕业论文或毕业设计是一个科研、教学与实践结合最为密切的环节。毕业论文或毕业设计可以从科研任务或者社会实践中选择规模适当、相对独立的题目,与特定的科研小组、社会部门、企业单位等密切结合。优秀的本科生可以在大学三年级或更早阶段参与教师的科研工作中,以获得更多的实践机会。此外,也鼓励有能力、有精力、有余力的学生积极参与专业相关的各类科技竞赛活动
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和创业竞赛活动。
毕业实习采用分散与集中相结合的方法,进入工矿企事业单位环保岗位,时间为8周；毕业论文(毕业设计)在18周内完成。
4 建立校企联合培养人才模式
实验课是学习生命科学的学生学习阶段的必修环节之一，是学生通过参加第一线的实验活动锻炼个人综合能力、寻找发现自身不足，验证理论课内容和完善知识体系，提高个人综合素质的重要途径。此外，实验课还有助于培养学生的责任心、树立使命感，进而为学生日后踏上工作岗位打下良好的基础。在为期半学年的实验过程中，取得了知识体系的完善和工作经验全面的提高等丰硕成果，主要包括微生物学实验技术及研究方法知识体系的完善、实验设计与准备经验的积累和实验总结与论文写作态度的端正等三个方面。
第一，微生物学实验技术与研究方法知识体系的完善。微生物学为生命科学的基础学科，微生物学实验课不仅包括最基本的无菌操作技术，常见微生物的形态及常规染色的观察，基本生理生化分析（V.P.反应、甲基红试验、吲哚试验、糖发酵试验）并将微生物的基本试验方法与日常生活结合（土壤微生物分离纯化、酸奶中乳酸菌分离和水中大肠杆菌的检测）激起学生对微生物学学习的兴趣，最后还为学生创造了将课堂与书本上所学到的知识融会贯通的机会（自主实验）。在整个课程教学期间，教师不仅要耐心地讲解知识，还要将自己多年微生物学研究的经验传授给学生。其次，基础实验部分巩固了实验技术，实验课教学使学生们有机会从另一个角度去发现漏洞、学习知识。再次，专题实验加深了对微生物学实验技术实际应用的认识。微生物与人们日常生活密切相关，在农业、能源、食品、医药和石油工业等领域发挥了重要作用，但微生物也危害人类身体健康，对食品，饮用水等中的微生物检验检疫非常重要。“乳酸发酵实验”与“水中大肠菌群检测实验”正是针对功能微生物的利用与致病微生物的监控并结合日常生活而设计的实验。在实验操作过程中，对工业标准化与检测标准化有了初步的了解。最后，实验报告丰富了知识体系。实验报告涉及知识面广，尤其是课后问题，学生们“仁者见仁，智者见智”提出了很多建设性的想法。引导学生深入思考，并激发学生的探知兴趣，必须认真查找相关文献和相关技术手册，并对提出的问题即时沟通交流，这都拓展了知识面并提高了表达能力。
第二，实验设计与准备经验的积累。在实验操作过程中，经历了实验设计与准备的工作后，使学生们认识到实验关键的不仅是实验操作而是实验前期的论证准备以及繁琐的实验药品的订购和实验材料的准备工作。这是因为，首先，实验目的要明确并且实验方案要切实可行不能仅凭想象。实验目的是实验的主线应至始至终贯穿整个实验。无论是在实验的设计过程中，还是实验操作过程中，还是实验结果的总结和分析过程中，都要时刻牢记实验的目的是什么，是要验证什么理论，还是揭示什么现象。如果在实验的过程中忘记了实验的目的，那么就会丢掉实验的灵魂。另外，实验进行之前应认真设计实验方案并对其中重要部分进行论证并进行预实验。实验操作部分是对实验方案的执行部分，是按照预先设计好的实验方案进行的实际操作以期达到预期目标或论证某一理论的工作。因此，实验方案一旦确定就不能轻易修改，如果实验过程中发现实验方案行不通或不能达到预期目标则应通过暂停实验分析已得到的实验数据并进行论证分析才可以修正实验方案。其次，实验设备、实验药品和实验材料等应在实验进行之前准备好。这一部分往往也是最容易被忽略的部分，实验准备不充分也是导致实验效率低、实验周期长的主要原因。在实验方案中包括所需实验设备、实验药品和实验材料等的分析，根据实验方案中的要求应首先确定所需仪器设备的来源，如添置新仪器设备等需要在专业分析中心做的分析需提前联系。实验材料是实验的对象，质量的好坏直接影响实验的成败或实验结果的科学性。因此，实验样品采集、运输、保存方法一定要规范，以增强实验的可对比性。如果实验材料需要预处理，处理方法一定要有章可循不可随意。总之，对实验设计及准备工作认识的深入有助于完成从学习到研究性学习到研究的过渡，有助于科学思维体系的建立，有助于实际工作能力的提高。
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