“現代環境分析實驗”教學改革探索

張勝花 吳來燕 呂康樂

[摘 要] “現代環境分析實驗”是中南民族大學環境工程專業的學位基礎實驗課，也是環境工程學科研究的重要手段，主要用于環境中的污染識別、質量評價和治理效果評價等方面。圍繞環境工程教育認證，針對“現代環境分析實驗”課程的目標和特點，進行實驗項目和內容優化、教學方法改進及教學效果評價改革，對于培養具備扎實專業知識和較高創新水平的新時代環保工程師具有重要意義。

[基金項目] 2020年度中南民族大學實驗室技改項目“現代環境分析綜合實驗的開發與實踐”（JG2020007）

[作者簡介] 張勝花（1979—），女，安徽蕪湖人，博士，中南民族大學資源與環境學院教授，碩士生導師，主要從事水體污染防治研究;吳來燕（1983—），女，浙江義烏人，博士，中南民族大學資源與環境學院講師，碩士生導師，主要從事水污染防治研究;呂康樂（1972—），男，湖北陽新人，博士，中南民族大學資源與環境學院教授，碩士生導師（通信作者），主要從事環境污染控制研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）50-0061-04? ? [收稿日期] 2021-05-26

工程教育專業認證為我國工程教育改革和我校環境工程的專業建設提供了重要的發展契機。在工程教育專業認證的大環境下，環境工程的人才培養目標主要是培養具備創新精神和實踐能力等全面發展的新時代環保工程師。“現代環境分析實驗”是我校環境工程專業的學位基礎實驗課，該課程所涉及的儀器分析方法是環境分析中最為重要的分析技術，不僅可用于污染物質的定性、定量和結構分析，而且還是環境工程學科研究的重要手段，有助于環境污染狀況的識別與診斷、環境質量優劣評價和環境污染治理技術的改進和效果評價。因此“現代環境分析實驗”課程對后續專業核心課程的學習和實踐應用具有十分重要的意義。本文圍繞我校正在進行的環境工程專業工程教育專業認證，以“現代環境分析實驗”課程為研究對象，對現有教學現狀的分析之上，基于工程教育專業認證的三大核心理念“學生中心，產出導向，持續改進”，從實驗項目和內容優化、教學方法改進及教學效果評價等方面進行探索。

一、“現代環境分析實驗”教學現狀

根據環境工程專業對本科生的人才培養要求，“現代環境分析實驗”被列為環境工程專業的學科基礎必修課。我校資環學院環境工程專業目前所開設的“現代環境分析實驗”課程其前身是“儀器分析實驗”，2019年在培養方案中更名為“現代環境分析實驗”。為適應培養新時代環保工程師的教學目標，“現代環境分析實驗”課程在教學實施過程中必須加深學生對理論知識的進一步理解，強化實驗操作能力，以及激發學生的綜合和創新能力。

“環境分析”的研究對象是環境樣品，其所含的污染物質種類多、組成復雜、穩定性低、變異性較大，且含量往往較低，這對分析測定提出了特殊的要求。目前，我校“現代環境分析實驗”主要還是延續傳統的“儀器分析實驗”的教學內容和教學方法，側重于訓練學生的基本操作技能，注重基礎理論、儀器基本操作、實驗過程記錄、數據處理和結果分析等環節的強化鞏固。在實際教學過程中，普遍對實際環境樣品的分析流程和環節認識不足，對處理方法的要求、意義和適用范圍缺乏基本概念，進而影響專業知識的實際應用水平。并且，實驗項目相對獨立，缺少在環境分析領域的應用實踐展示，導致學生積極性不高、上課效果差。針對這些問題，迫切需要對實驗項目和內容進行優化，對教學方法和教學效果評價實施改進和改革。

二、“現代環境分析實驗”教學改革思路和措施

（一）靈活教學方法和手段

1.線上線下混合教學模式。目前“現代環境分析實驗”所采用的教學方法為：教師提前發布實驗講義供學生預習，課上講解方法原理、實驗步驟，并操作儀器進行示范，后續學生分組進行練習，然而學時有限、學生數量眾多，導致課堂講授或占用較長時間，或講授不夠詳盡。此外，僅通過對紙質材料的簡單預習和課堂講授這種單一有限的教學手段，難以達到本課程的教學目標。針對這些問題，一方面采用線上教學模式，充分利用現有的網絡課程資源，選擇合適的電化教學片，或者課程教師自己制作相關視頻，在學習通等系統中發布學習任務，要求學生課前充分學習基本原理，熟悉儀器基本構造和關鍵核心部件，以及實驗步驟，并就實驗流程、方法原理、應用范圍和注意事項等相關問題布置思考題，讓學生結合所擬開展的實驗進行回答，提高預習效率。在此基礎之上，結合線下課堂任課教師的針對性提問和講解，使學生熟悉整個分析方法的原理及在儀器上的實現和相關注意事項，從而不僅能夠節約更多有效的教學時間供學生多練習操作，達到掌握儀器構造且操作熟練的目的，提高實驗技能，而且還有助于進一步加深理論知識的相互聯系，提升學生的綜合和創新思考能力。

2.開展環境分析仿真實驗。儀器分析的新方法已經越來越廣泛的應用于環境分析領域，然而目前我校“現代環境分析實驗”課程中的實驗項目有限，難以在教學學時范圍內較廣泛地覆蓋。為了更有效地提高環境工程專業本科生的儀器分析測試能力，可以結合仿真實驗項目拓寬“現代環境分析實驗”課程的實驗范圍，對環境分析過程、原理、步驟和應用范圍進行進一步認識深化[1]。對于實驗課程中掌握程度較差的學生，可以通過仿真實驗訓練，提升其認識水平和實驗水平;對于少數優秀的學生，可以采用課下的環境分析仿真實驗，對實驗內容中缺乏但又很重要的環境分析方法進行相關訓練。仿真實驗可以提升學生的學習興趣，是“現代環境分析實驗”課程的有效補充。

3.問題串聯式翻轉課堂教學模式。教師所采取的教學模式對學生的學習熱情和學習質量具有非常重要的作用，是培養高質量人才的關鍵因素之一。在“現代環境分析實驗”課程實施中，傳統“填鴨式”的課堂講授教學方法難以激發學生自主學習的熱情，因此必須對課堂教學模式進行改革。結合“現代環境分析實驗”課程的特點和核心任務，以及有效的線上教學資源，進行問題串聯式翻轉課堂教學模式改革。即將實驗項目的主要內容、原理、實驗步驟及注意事項設計成一系列的問題，通過一系列問題的提問解答和解釋實驗中涉及的方方面面。串聯這些問題既可以使學生對實驗有一個整體的認識，而且還能檢驗學生預習中的不足，提高學生的學習效果。對實驗中的重點和難點還能根據學生的回答情況，進行有針對性的一對一的個性化指導。當然，問題串聯式翻轉課堂教學方法雖然滿足人性化學習的需要，但是，對教師提出了新的要求[2]。在這一教學模式改革中，教師需要設計精心而嚴謹的問題構建“學習任務清單”，需要提前準備好能夠開發學生高級思維能力的學習資源，才能在課堂中進行問題串聯式提問和解答。在這種課堂中，教師是導演，而學生是演員。因此，教師對具體所負責的實驗項目，應具備較高的儀器分析素養和教學能力。

（二）完善實驗教學內容，適應新時代環保工程師的培養要求

1.增加樣品前處理的相關實驗內容。“現代環境分析實驗”是儀器分析方法在環境領域的實踐應用，學生應該建立從取樣、前處理、分析方法選擇、工作曲線建立、分析結果檢驗、干擾及消除，到分析報告呈現全過程的環境樣品分析基本認識。在這一教學過程中，還要強化學生對于影響環境樣品分析準確性的主要因素的認識，涉及分析過程的各個環節，尤其是了解分析方法選擇與實際樣品中分析對象的含量和形態及其他成分的影響等密切相關。因此，實驗項目中所需要分析測試的物質應該來源于實際的環境樣品。增加樣品前處理的相關實驗內容，如重金屬污染土壤的前處理方法和污廢水中有機污染物測定的樣品前處理方法，使環境工程專業學生從實際應用的角度出發，除了了解分析測試過程中的基本方法和技能規范以外，還要對環境樣品的特殊性、分析要求、分析目的、方法適用性、復雜樣品的前處理和數據結果的三性等有一定的了解和掌握，從而促進學生知識結構的完善和綜合專業技能的拓展。

2.開設綜合性實驗。隨著我校積極申報環境工程專業工程教育認證，“現代環境分析實驗”課程也緊跟教學改革發展的步伐，在遵循工程教育認證三大核心理念的方針之下，結合我校人才培養的實際目標和教學條件，探索并開設適合的綜合性實驗項目，有助于培養學生對基本理論知識的綜合運用能力，提升學生對現實環境問題的系統分析能力。綜合性實驗的項目和內容應從環境分析對象、目標及環境介質和分析流程出發，涵蓋環境分析的兩類主要污染物（即重金屬和有機污染物），覆蓋現實環境介質中污染物質的整個分析過程和分析方法的質量控制。現代環境分析綜合性實驗主要是促使學生運用環境學科和其他學科的相關知識識別、診斷環境污染問題，并分析復雜的環境工程問題，評價環境質量狀況和環境工程治理效果，重在各種知識的融合與實驗方案的設計和探索，落腳于資料的收集整理、現代環境分析的系統流程構建，以及實驗成功與失敗的探索思考，從而有助于提高學生對“現代環境分析”相關知識的綜合應用能力。相對于傳統驗證性實驗，現代環境分析綜合性實驗可以活躍學生思維，促進知識的靈活運用，激發學生的想象力，培養創新精神[3]。綜合性實驗實施過程包括課外環節和課堂環節，首先課前教師發布學習任務，提出綜合性實驗目標和整體方向，然后學生根據要求完成資料查找、線上學習，熟悉儀器方法和實驗操作技能，擬定實驗方案。在課堂教學中進行實驗，對儀器操作方面的細節性問題教師給予相關指導，實驗完畢學生進行實驗結果分析，并自我總結。通過這種綜合性實驗，既可以強化、鞏固學生已有的分析測試技能和對單一成分分析流程的理解與掌握，又可以使學生加深對環境樣品的特殊性、分析要求、分析目的、方法適用性、復雜樣品的前處理和數據結果的三性等的了解和掌握，從而提高學生對環境分析的整體認識，培養學生的綜合實踐能力，增強學生的創新意識。

（三）基于成果導向的考核評價體系

我校基于環境工程教育認證對本課程提出的教學目標有：（1）熟練使用常用分析儀器對復雜環境中的污染物質種類及污染物質含量進行準確定性定量分析;（2）能夠綜合運用現代環境分析儀器分析解決環境中或者環境治理過程中的具體問題和基本特征，評價環境質量或環境工程治理效果，識別其中最關鍵的制約環節。教學目標的達成與否對環境工程本科生分析和解決問題能力的培養具有十分重要的作用，且該課程對后續專業核心課程具有明顯的支撐作用。因此，合理、科學的課程考核體系是實現課程目標達成的重要保障。

1.可量化的過程考核模式。在工程教育認證背景下，定位于能力體系的成果產出導向（OBE）的課程目標主要聚焦在能力達成。因此，授課內容和方法對課程目標的實現要有明確的支撐作用，并且還需要具有可量化的執行過程和考核標準。另外，對目標達成度的評價和存在問題的剖析會進一步有助于課程的持續改進[4]。圍繞“現代環境分析實驗”課程的教學目標和對畢業指標點的支撐，在該課程考核中注重過程考核環節，設置過程考核中的能力指標和分值（見表1）。

2.教師評價與學生自評互評相結合。在“現代環境分析實驗”課程實施過程中，很多環節需要小組成員共同完成，小組成員共同完成目標，共同承擔責任的團隊意識，以及能力和優勢上的互補是實驗小組課程目標達成的重要方面。為了更有效地評估每個學生的課程目標達成和能力達成情況，采取教師對小組考核與小組內成員的自評互評相結合的方式優化成績評定。在僅教師監督和評價的考核方式中增加學生自評互評，使學生參與自己和他人的評價和成績評定中，從而提高學生對課程的興趣和參與度，促使學生形成清晰的自我認知，加強學生的團隊意識，提升溝通能力和終身學習能力[4]。

三、結語

抓住我校環境工程教育認證契機，結合實際情況和課程特色，探索“現代環境分析實驗”課程教學改革方案，采取靈活的教學方法和手段，完善實驗教學內容，以學生能力培養成果為導向優化課程考核評價體系，不僅可以鞏固課堂所學理論知識和熟練掌握儀器分析的實驗技能，培養學生發現、分析、處理、解決問題的能力，還能提高現代儀器在環境分析領域中的應用能力，提升學生對環境分析的整體認識，促進學生知識結構的完善和綜合專業技能的拓展，為后續專業課提供必要的診斷和分析手段，同時，有助于培養學生的綜合實踐能力，增強學生的創新意識。

參考文獻

[1]李菲，曹秋娥，凌劍，等.提升學生綜合能力為目標的儀器分析實驗教學改革[J].云南大學學報（自然科學版），2020，42（S1）：18-20.

[2]范叢斌，鄭春紅.“六位一體”教學改革研究實踐：以《現代儀器分析》為例[J].教育教學論壇，2017（44）：60-61.

[3]崔建蘭，王立敏，馬雪梅.構建基于成果導向的考核評價體系：以《現代儀器分析》課程為例[J].廣東化工，2019，46（2）：209-210.

[4]李勝英，馮建海，姚東梅，等.“五位一體”教學模式在化學綜合實驗的開展探討[J].廣東化工，2021，48（5）：248-249.