以工程項目任務為驅動的環境儀器分析課程教學探討

陳春麗 王毛蘭 曾慧卿 曾艷 朱衷榜

摘要：在工程教育專業認證背景下，針對環境儀器分析課程學生反映學習難、學習積極性普遍不高的問題，加強環境儀器分析作為環境工程專業基礎課與專業課的銜接性教育，構建“以學生為中心，以工程項目任務為驅動”的環境儀器分析課程混合式教學模式，通過結合環境工程項目焦點，采取多元化的教學模式，學生在教師的引導下，通過師生互動、生生互動，把環境儀器分析的知識應用到污水處理工程、大氣污染治理工程及固體廢物處理與處置工程項目的實際中，讓學生從被動聽教師授課轉為主動性獨立學習的同時，又能以培養出更能滿足社會需求的環境工程專業人才。

關鍵詞：以學生為中心;工程項目任務驅動;儀器分析;環境工程

中圖分類號：G642 ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：

Discussion on the Teaching of Environmental Instrument Analysis Course by Engineering Project Driven Tasks

CHEN Chunli WANG Maolan ZENG Huiqing ZENG Yan ZHU Zhongbang

（School of Resources， Environment and Chemical Engineering， Nanchang University， Nanchang， Jiangxi Provence， 330047， China）

Abstract：Under the background of engineering education professional certification， in order to alleviate the problems of environmental instrument analysis courses that students have reported difficulty in learning and generally low enthusiasm for learning， and strengthen the education of environmental instrument analysis as a cohesive? between the basic and professional courses in the major of environmental engineering， a "student-centered and the engineering project task-driven" environmental instrument analysis course hybrid teaching mode was build. The knowledge of instrumental analysis of environment was applied to the reality of sewage treatment engineering， air pollution control engineering， and solid waste treatment and disposal engineering projects by combining the focus of environmental engineering projects， and adopting a diversified teaching mode. Under the guidance of the teacher， through the teacher-student interaction and student-student interaction， the learning method of the students was changed from passively listening to teachers’ lectures to active and independent learning. Meanwhile， more professional Environmental engineers were cultivated which were satisfying and required by the society.

Keywords：Student-centered; Project-driven task;Instrument analysis;Environmental engineering

《環境儀器分析》是環境工程專業的一門實踐性和應用性較強的專業基礎課[1-2]，涉及本專業相關的污水廢水污染現狀與排放、大氣污染現狀與廢氣排放、固體廢物處理與處置過程中污染物排放、除塵與凈化系統等工程過程都涉及環境儀器分析，是后續核心專業課程的基礎課之一。該課程教學目標要求學生理解、掌握各類現代儀器分析方法的基本組成和工作原理;掌握各類儀器分析的定性、定量方法;能夠運用現代分析檢測儀器進行分析，并根據復雜工程項目的需要進行儀器和方法的選擇，輔助解決復雜工程問題。

日前，眾多學者分別基于成果導向理念（OBE）[3]、“線上+線下”混合式教學[4]等教學理念，以學生為中心[4-5]多方面多方法進行教學探討。把SPOC（Small Private Online Course）這種新興教學模式融入傳統教學模式中變成了混合式教學模式的重要方式之一。結合兩者的優勢來提高課堂效果，開展“線上+線下”混合教學，在《環境儀器分析》授課中值得嘗試和探索。

1傳統模式下《環境儀器分析》課程教學現狀及存在的問題

作為環境工程專業的一門專業基礎課，在教學過程中，《環境儀器分析》在儀器的方法原理中涉及很多大學物理、有機化學和無機化學等知識，常被學生反映枯燥、難學難記，學習的積極性普遍不高。如何使得該課程的教學即能調動學生的學習積極性，又能達到培養學生既掌握現代儀器分析方法原理等知識，又有把儀器方法原理運用于水污染控制工程、大氣污染控制工程、噪聲污染控制工程、固體廢物處理與處置等污染控制工程中，以解決工程項目中實際問題的應用能力的教學目標是值得教師深入探討的問題。

作為授課教師，認為環境儀器分析的“難”主要體現在兩個方面：一是環境儀器的方法原理涉及的知識較廣，如大學物理、有機化學、無機化學等知識;二是環境儀器的結構分析比較抽象，理解起來有難度，加之傳統的單一滿堂灌的教學模式，使學生沒有參與感和主體感，從而覺得課程枯燥難懂，從而厭學或放棄。

2 以“工程項目”任務為驅動的《環境儀器分析》課程教學改革實踐探索

單一的教學模式無法適應繁雜的課程內容，須針對不同的教學內容模塊精心構建相適應的教學模式，運用多樣化的教學方法，將《環境儀器分析》中的知識點直接與工程項目的具體設計問題相結合，構建以學生為中心、以“工程項目”為任務驅動的“線上+線下”混合式課程教學模式。

2.1·教學模式構建背景

該課程是基于工程教育專業認證背景的，以學生為中心，基于成果導向的，且其所涉及的達成度分析有利于課程教師進一步明晰應承擔的課程要求培養任務，有利于學生明晰自己的課程學習要求，有利于學院進一步明確專業的培養目標和畢業要求專業，持續地改進工作。

探索以“工程項目”為任務驅動的“線上+線下”混合式教學模式，以解決學生對環境儀器分析的枯燥乏味，提升學習積極性，增強融會貫通的實踐能力，為培養學生應用儀器分析知識解決實際問題的應用能力提供實踐貢獻。

2.2 教學模式實施方案

針對環境儀器分析傳統教學中存在的問題，從課程目標、課堂教學及教學評價等方面對環境儀器分析課程進行改革探索，并就教學改革的實踐過程及學習能力和學習效果進行探討。

2.2.1 環境儀器分析課程內容體系的優化

（1）課程內容模塊與工程項目的有機結合。課程模塊與工程項目形成結構有序、相互承接的知識鏈條和能力模塊。《環境儀器分析》課程教學內容主要有《環境儀器分析》基礎理論、原子發射光譜法、原子吸收光譜法、分子發光分析法、紫外-可見分光光譜法、紅外吸收光譜法，質譜分析法、電位分析及離子選擇性電極分析法、氣相色譜法、液相色譜法等重要的現代儀器分析方法，其中，原子吸收光譜法、紫外-可見分光光譜法、氣相色譜法、液相色譜法是《環境儀器分析》的重要內容。

根據水污染及其控制工程、大氣污染及其控制工程、水污染及其控制工程等涉及的工程項目，在環境儀器分析授課過程中把相關知識點與這些工程項目進行銜接，完善和補充環境儀器分析在環境工程項目的具體應用實例的相關內容，環境儀器分析的內容體系圍繞工程項目來進行制定和展開。

（2）實踐內容與框架的重構。以成果為導向[1]，在學生對理論知識有一定掌握的基礎上，結合原子發射光譜法與原子吸收光譜法、氣相色譜法、液相色譜法模塊進行實踐教學內容的重構與創新。以綜合性專題教學為主，結合不同水體中重金屬污染物與不同介質中有機污染物的檢測分析等當下工程項目的實際應用為任務驅動，以成果為導向，設置不同類型的專題。從明確教學目標、優化教學內容、確定教學方法、開展課堂教學實踐、教學考核與總結、意見反饋幾個方面，建立基于成果導向的課程教學實施改革，使整個實施方案形成一個閉環，具體如圖1所示。

2.2.2 《環境儀器分析》課程“線上+線下”混合式教學模式的構建

研究發現，學習動機才是引發和維持學生學習行為的最關鍵的原因[6]，學習動機又分為內部動機和外部動機[7]。課堂教學效果很大程度上取決于學生對教學內容的興趣和學生對教學參與的深度。在教學過程中，激發學生內部學習動機的同時，引導學生學習、研究課程及相關領域的問題，注重將知識點對應于環境工程項目中的相應應用意識的培養，挖掘學生獨立思考、解決實際問題的能力，采用研究性學習模式[8]，沿著“分析問題→提出方案→解決問題的”主線，通過“課前預習→課中教學討論→課后反思”3個過程，將課堂上獲取的知識體系，加以理解并應用于提出的方案和解決問題的過程中，并得以解決問題，幫助學生達成課程預設的學習目標。

課前，教師通過“網絡教學平臺”發布學習安排和學習資源，學生通過同步SPOC完成慕課上的授課視頻觀看和章節測驗，然后課中通過線上線下相結合的課程研討和項目實踐來完成研究性學習的任務，并且課后以章節測驗和項目實踐的成果共同來評定成績。這樣就非常平順地從單純的線下教學轉換為“線上+線下”教學。教師在教室中面對面授課或學生觀看線上的教學視頻，都只是學生獲取知識的諸種方式之一。無論是在線上還是線下，學生都以能力培養的學習目標為導向，充分利用多種多樣的資源去主動探索知識，并培養運用知識解決實際問題的實踐能力。

課中，教學手段上，以學生為中心，以教師為引導，采取混合式教學模式，將班級學生分成若干學習小組，鼓勵學生主動參與各教學環節，合理分工，積極展示，認真完成教學任務，通過積分、小組評比、適當獎勵等手段，調動學生學習的積極性，使其真正成為學習的主人。并以啟發式教學為主導，激發學生逆向思維，引導學生積極參與討論。以情景式教學為原點，具象化學生對現代儀器相關原理和結構的認識，使學生能夠直觀地理解基礎理論知識;以工程項目案例為知識載體，深化學生對儀器結構、適用范圍、優缺點等的理解和記憶，深入對水污染工程項目、大氣污染工程項目及固體廢物處理與處置工程項目設計及運行案例背后的邏輯進行探討和研究。

課后，將學生小組案例研討充分度，邏輯和層次、學生作業、資料收集、課件制作和知識的應用能力、期末考試成績等進行量化，按合適的比例評定學生成績，并在整個教學閉環過程完成后，對整個教學實踐進行回顧梳理總結，以改促教。

2.2.3課程效果評價

綜合考試成績分析、評分表分析、問卷調查多種方法對課程效果開展評價，包括采用直接和間接相結合、定性和定量相結合的評價方法。采用考核成績分析法評價技術性指標，采用評分表分析法來評價非技術性指標，在確保數據可靠有效的前提下，輔以問卷調查等其他方法，對考核成績分析法和評分表分析法的評價結果進行佐證，綜合分析得出最終的評價結果。例如，學生訪談的方法：以面對面談話的方式，獲取學生對環境儀器分析課程的學習興趣、對教師的授課方式、授課內容的接受和消化程度的達成情況進行評價。計算得出該課程的教學目標達成度評價結果，見圖2。

班級總人數27人，從課程達成度分布圖上看，課程3個目標達成度較好，且達成度都在0.834～0.886之間，說明學生整體上掌握得不錯。但目標1和目標3有個別學生存在達成度<0.6的情況，其中涉及儀器原理和結構、原子吸收光譜相關的計算題是導致目標達成度低的主要原因，因此在今后的授課過程中，應針對個別學生多進行溝通交流或重點輔導。另外，在課堂教學過程中，對復雜的工程問題及新興的污染物儀器檢測重視度還不夠，應適度加強原子吸收光譜法、氣相色譜法、液相色譜法的教學。計劃在今后的教學過程中增加案例教學，加強例題講解，幫助學生提高對相應知識的理解和運用能力，使學生提高運用有關的環境儀器分析理論知識、必要的實驗技能和一定的解決實際問題的能力，以培養學生綜合利用專業知識解決復雜工程問題的能力。

3 結語

工程教育專業認證背景下，通過優化環境儀器分析課程目標和課程內容體系，將工程項目與主題特色相兼顧，理論與實踐相結合，以現代信息技術變革課堂，構建“以學生為中心，以工程項目為任務驅動”的混合式教學模式，即能調動學生的學習積極性，又能把環境儀器分析的知識應用到環境工程污水處理工程、大氣污染治理工程及固體廢物處理與處置工程項目的實踐過程中，培養適應社會對應用型環境工程人才的需求，助力于打好污染攻堅戰，助力于生態文明建設戰略的實施。

參考文獻

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