以學生為中心的課程教學體系創(chuàng)新與實踐探索
——以環(huán)境監(jiān)測課程為例

謝林花 丁紹蘭 王家宏

陜西科技大學環(huán)境科學與工程學院，陜西 西安 710021

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學和環(huán)境工程專業(yè)的主干課程，它不僅涵蓋了大量有關(guān)環(huán)境監(jiān)測方面的理論知識，而且具有很強的實踐性，在環(huán)境科學與工程學科的本科生教育課程體系中占有重要地位。但由于該課程涉及化學、物理、工程、管理等眾多學科，因而具有知識點多、內(nèi)容覆蓋面廣和技術(shù)更新快等特點。那么，如何在有限的學時內(nèi)既能完成課程所要求掌握的專業(yè)知識和技能的低階目標，又能達到教育的高階目標，即培養(yǎng)學生的主動學習意識和團隊合作能力以及批判性思維等，同時還能滿足教育部為提高高等教育本科畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量所要求的工程教育認證的標準，培養(yǎng)符合標準的本科工程專業(yè)人才呢？要解決這一問題，無疑要從提高本科教學質(zhì)量方面著手，無論從學生綜合素養(yǎng)的提升與培養(yǎng)，還是國家發(fā)展對人才需求的增多，都需要對課程進行不斷調(diào)整，以順應(yīng)社會的發(fā)展、滿足國家需求的變化。

筆者自所在學校環(huán)境專業(yè)成立開始就講授環(huán)境監(jiān)測課程，至今已有十幾年，見證了這門課程每一步的改革和發(fā)展。本文結(jié)合工程專業(yè)認證的教育理念和筆者多年的教學經(jīng)驗，對環(huán)境監(jiān)測課程整個教學體系的創(chuàng)新進行探討，以期為其他課程的教學改革提供新思路。

一、教學理念轉(zhuǎn)變

教學改革已進行多年，教學手段和方法等得到了極大的豐富。但無論采用何種新型的教學手段或方法，如果還停留在“教師教、學生學”的灌輸式或注入式教學框架中，就意味著教學理念并沒有發(fā)生真正的轉(zhuǎn)變，任何改革也只是對傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式的微調(diào)，而非真正意義上的教學改革。教學改革真正關(guān)注的應(yīng)是學生本身，即如何通過教學提升學生的特定能力和素質(zhì)。教育部工程認證于2016年推出的“學生為中心、成果導向和持續(xù)改進”教育理念，其實質(zhì)就是將傳統(tǒng)的以教師教授知識點為主的教學模式改為以學生為中心的教學新模式。與此相類似的就是西交利物浦大學所提出的“研究導向型教學理念”。這種新的教學理念具體來說，就是將教學區(qū)分為學和教兩方面。學，是指學生的學習，指學生在有趣的現(xiàn)實問題的驅(qū)動下，通過教師的引導自主地搜索相關(guān)的資料和文獻，通過團隊的合作和討論，整合廣泛的知識為特定的問題提供解決方案的一種學習。教，是指教師的教學，包括教師在課程設(shè)計和實施以及考試評價中采用不同于傳統(tǒng)灌輸式的教學模式和理念，充分考慮包括學生學習需求、專業(yè)知識的提升以及如何引導學生學習、如何促進學生團隊合作、如何幫助學生發(fā)展和評價問題的解決方案等。

無論是工程認證教育培養(yǎng)思路還是西交利物浦的研究導向型教學，其本質(zhì)都是突出教學體系應(yīng)以學生為中心，培養(yǎng)學生的獨立學習能力和發(fā)展批判思維教學方法，旨在通過探究項目課題推進學生自主學習，幫助學生實現(xiàn)知識、能力和創(chuàng)新思維的提高。

二、教學目標細化

筆者以專業(yè)人才培養(yǎng)目標為指導，以專業(yè)認證標準的畢業(yè)要求和指標點為準則，結(jié)合環(huán)境監(jiān)測課程的特點、社會實際需求，分析教學過程中存在的問題，厘清課程的低階目標和高階目標，并從知識、能力和素養(yǎng)三方面細化課程的教學目標，使其更具可達成性。環(huán)境監(jiān)測課程的總目標是：在了解環(huán)境監(jiān)測的歷史和發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)學習和掌握環(huán)境監(jiān)測各個環(huán)節(jié)的理論知識、方法、技術(shù)，并將其應(yīng)用于污染治理與控制實踐（低階目標），把握環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)特點和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和持續(xù)學習能力（高階目標）。在此基礎(chǔ)上進一步細化目標，提高目標的明確性和可達成性，如圖1所示。

以環(huán)境監(jiān)測課程教學目標的細化為例，筆者將教學總目標分為低階目標和高階目標，并進一步細化為知識與技能、能力和素養(yǎng)三個有著內(nèi)在遞進層次的子目標，使課程在教學內(nèi)容、教學方法與手段、教學模式以及評價體系等方面的創(chuàng)新有更加清晰和明確的準則。這樣，學生不僅能夠牢牢掌握基礎(chǔ)知識，還能將基礎(chǔ)知識應(yīng)用到專業(yè)監(jiān)測的實踐任務(wù)當中，提高學生解決復(fù)雜工程問題的能力，最終實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的根本任務(wù)。

三、教學內(nèi)容優(yōu)化

環(huán)境監(jiān)測的教材內(nèi)容涉及諸多環(huán)境要素，如水、氣、土、固廢和生物等，內(nèi)容繁雜。如果完全按照教材內(nèi)容進行授課，在規(guī)定的學時內(nèi)是無法完成的。因此，筆者根據(jù)確定的課程目標，為滿足社會對人才的需求，以學生為中心，以成果為導向，分解教材內(nèi)容，采用融合、刪減、增加和調(diào)順等措施對教材內(nèi)容進行優(yōu)化整合，使其重點突出、難點突破、主次清晰、前后兼顧、里外結(jié)合，保持課程教學內(nèi)容的科學性、整體性、先進性和實踐性。

融合是指依照教學大綱對課程教學內(nèi)容進行適度融入和整合，將各章節(jié)中類似或重復(fù)的部分提取出來進行重新整合。環(huán)境監(jiān)測教材中的教學內(nèi)容是按照不同的環(huán)境介質(zhì)分為水質(zhì)監(jiān)測、空氣監(jiān)測、土壤監(jiān)測和固體廢物監(jiān)測等，實際上各個環(huán)境要素內(nèi)在是密切聯(lián)系的。因此，在教學中可以以水質(zhì)監(jiān)測的學習為主，詳細講解，重點學習，同時融入大氣、土壤和固體廢物等環(huán)境要素中相似部分的知識內(nèi)容，如部分金屬元素以及部分有機污染物的檢測方法等。這樣不僅能簡化后續(xù)章節(jié)的學習，還能讓學生在學習水質(zhì)監(jiān)測的同時對比其他環(huán)境要素監(jiān)測方法的異同，加深了學生對環(huán)境監(jiān)測知識的理解，進而提高其解決復(fù)雜問題的能力。

刪減是在執(zhí)行教學目標的基礎(chǔ)上，刪除或簡化部分與前期課程已學的基礎(chǔ)知識或過時的監(jiān)測方法。如分析化學中學過的重量和容量分析方法以及部分儀器的測試原理等。同時根據(jù)不同專業(yè)方向，弱化或刪除部分內(nèi)容。

增加是指根據(jù)科研成果、技術(shù)發(fā)展等補充增添新的知識和內(nèi)容。如新環(huán)境標準的出臺和原有標準的修正、突發(fā)性污染事故的應(yīng)急監(jiān)測方法、環(huán)境分析監(jiān)測管理等相關(guān)知識的更新以及新型自動化、智能化在線監(jiān)測儀器的出現(xiàn)，極大地提高了實時連續(xù)監(jiān)測的精度和效率。還可以補充一些與日常生活息息相關(guān)的案例，如消毒副產(chǎn)物、環(huán)境激素等新型污染物的出現(xiàn)、霧霾及PM2.5 的危害、典型污染案例等相關(guān)知識，將課堂所學理論知識與實際環(huán)境問題緊密相聯(lián)，可極大激發(fā)學生的學習興趣。

調(diào)順是在全面把握教材的基礎(chǔ)上，將章節(jié)內(nèi)容的講授順序進行部分調(diào)整，突出環(huán)境監(jiān)測的全過程控制原則。如奚旦立主編的教材《環(huán)境監(jiān)測》中“環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證”內(nèi)容處于教材的第九章，即學生在學完各個環(huán)境要素的監(jiān)測方法之后才開始學習本章，其重要性往往易被忽視。而環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證和質(zhì)量控制是環(huán)境監(jiān)測中非常重要的技術(shù)性管理工作，是學生了解監(jiān)測全過程的可靠性和科學性的必備知識。因此，可將這一章內(nèi)容穿插于教學過程的前段或?qū)嶒灲虒W開始前，有助于學生規(guī)范地表達實驗結(jié)果和書寫報告，培養(yǎng)其科學理性地看待問題的思維習慣，提升學生的科學素養(yǎng)。

四、教學方法創(chuàng)新

在課程教學中，教師一方面要根據(jù)教學內(nèi)容，靈活選用適宜的教學方法，加強對學生的啟發(fā)引導，使學生不斷處于新奇的情感之中，激發(fā)學生的求知欲和參與熱情，另一方面還要加強師生之間的互動，這就需要有針對性地創(chuàng)新教學方法。結(jié)合環(huán)境監(jiān)測課程，具體的方法可以有以下四種，結(jié)合具體的教學內(nèi)容可分別采用不同的教學手段和教學方法。

（一）案例教學法

選擇有代表性、綜合性的實際案例融入環(huán)境監(jiān)測的教學課堂體系中，破除傳統(tǒng)教學模式中理論與實踐脫鉤的弊端，避免教材中理論知識的抽象枯燥，實現(xiàn)“理實融合”，層層剖析，由淺入深地對案例進行分析，讓學生真實感知理論知識對于認識理解進而解決實際問題的意義，增強學生學習的積極性和主動性，有利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，達到學以致用的目的。例如學習環(huán)境監(jiān)測的“空氣污染監(jiān)測”一節(jié)內(nèi)容時，可借助20世紀發(fā)生的兩大公害事件——倫敦煙霧事件和美國洛杉磯光化學煙霧事件，讓學生首先通過觀看視頻了解污染事件發(fā)生的原因及造成的嚴重危害，結(jié)合現(xiàn)下冬季的霧霾現(xiàn)象，引發(fā)學生思考并討論霧霾發(fā)生的原因及作用機制，進而引出案例討論的關(guān)鍵問題和要學習的知識點，即PM2.5 的監(jiān)測方法，用實際的案例和學生親身感受到的污染現(xiàn)象開展教學，有較強的互動性，讓學生積極參與教學活動，使學習從被動變?yōu)橹鲃印＿€可以以某一實際污染事故的應(yīng)急監(jiān)測案例分析為例，對整個監(jiān)測過程中的多個知識點，如涉及污染事故的背景調(diào)查和現(xiàn)場勘探、監(jiān)測方案的制訂及樣品采集、預(yù)處理、分析檢測和數(shù)據(jù)處理等進行詳細介紹，通過這一實際監(jiān)測任務(wù)，使學生了解環(huán)境監(jiān)測的全過程，培養(yǎng)其分析問題、解決問題的能力。

（二）問題引入法

思考并提出一些貼近學生生活的真實情境或能調(diào)動學生積極性、引導學生不斷深入學習的問題。例如學習“環(huán)境標準”一節(jié)時，可結(jié)合生態(tài)環(huán)境部在2020年1月30 日發(fā)布的應(yīng)對2019 年底于武漢出現(xiàn)的新型冠狀病毒感染肺炎疫情應(yīng)急監(jiān)測方案的第二條“關(guān)于加強飲用水水源地水質(zhì)的預(yù)警監(jiān)測”，提出疫情防控期間在飲用水水源地常規(guī)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，增加余氯和生物毒性等疫情防控特征指標的監(jiān)測，提出“飲用水水源地常規(guī)監(jiān)測有哪些？標準限制是多少以及余氯的監(jiān)測方法有哪些”等問題，進而引導學生自主學習查閱相關(guān)國家標準。又如在學習水質(zhì)監(jiān)測中化學需氧量（CODc）的測定方法時，先指出CODc的監(jiān)測方法由GB 11914-89 修訂為GB HJ828-2017，再提出標準的修訂引發(fā)傳統(tǒng)的重鉻酸鉀測定方法存在哪些弊端等問題，進而引導學生充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺廣泛搜索與問題相關(guān)的資料并查閱科技文獻，對近年來CODc檢測方法的改進、優(yōu)化以及在多種方法對比研究的調(diào)研基礎(chǔ)上加深對這個指標監(jiān)測方法的理解，進而對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展有更深的認識。

（三）項目驅(qū)動法

項目驅(qū)動法以項目為中心線，教師根據(jù)教學目的設(shè)置合適項目，學生根據(jù)自身的專業(yè)知識以及對項目的偏好選定項目。教師通過設(shè)置不同的教學任務(wù)（文獻調(diào)研、方案設(shè)計、方案實施、方案評價等）引導學生完成項目。如在學習“水質(zhì)監(jiān)測方案制訂”一節(jié)時，可設(shè)定一研究項目，如城市或校園“地表水監(jiān)測方案制訂”或“污水處理廠監(jiān)測方案”，由學生自主選擇所在城市的地表水或污水廠進行監(jiān)測方案制訂的學習，并根據(jù)教學目標和任務(wù)要求，完成現(xiàn)場調(diào)查、制訂方案、優(yōu)化布點、運輸保存、分析測試、數(shù)據(jù)處理和綜合評價的全過程。此過程突出了學生的主體作用，同時通過團隊合作，使學生遇到問題后自主探索尋求解決方法，激發(fā)學生破解問題的興趣，鍛煉了學生獨立分析、設(shè)計解決環(huán)境監(jiān)測問題的能力，為以后進行環(huán)境保護工作和研究打下基礎(chǔ)。

（四）同伴教學法

同伴教學法是美國哈佛大學物理系埃里克·馬祖爾(Eric Mazur)教授所倡導的方法，是指使用專門設(shè)計的用于揭示學生概念錯誤和引導學生深入探究的概念測試題，借助計算機應(yīng)答交互系統(tǒng)或選項卡片，引導學生參與教學過程，變傳統(tǒng)單一的講授為基于剖析概念的自主學習和合作探究，在大班課堂教學中構(gòu)建了一種學生自主學習、合作學習、生生互動、師生互動的創(chuàng)新教學模式。該方法關(guān)鍵之處在于老師先拋出一個問題，如在講授“環(huán)境標準”一節(jié)的知識點時，可以提問：環(huán)境標準的制定是否越嚴越好？為什么？由學生自己選擇答案，小組內(nèi)持不同答案的學生進行辯論和互相講解，然后再進行第二輪投票重新選擇答案，如還有不同意見，繼續(xù)辯論并彼此說服。最后讓學生帶著疑問聽教師通過分析制訂環(huán)境標準的原則給出正確答案及解釋。這樣經(jīng)過反復(fù)的辯論和教師的講解，學生加深了對該問題的理解和認識。

五、教學手段先進

互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，讓學習可以隨時隨地進行，因此，教學手段也要與時俱進，突出網(wǎng)絡(luò)的時代特征。可以使用黑板、多媒體與網(wǎng)絡(luò)三者有機結(jié)合的線上線下混合教學，同時輔以微課、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂、大學慕課堂、雨課堂以及超星學習通等能記錄教學過程和學習過程的形成性數(shù)據(jù)，為教學研究提供依據(jù)的現(xiàn)代化教學工具和技術(shù)，從而使教學手段緊跟時代發(fā)展。如對學生上課看手機的行為，很多學校采取強制關(guān)機或課前收手機或在教室設(shè)立手機儲存袋等措施，但收效甚微。如果換個思路，變堵為疏，讓學生借助手機使用一些在線學習平臺軟件，實現(xiàn)課堂教學中的點名、搶答、選人回答問題以及小測驗等環(huán)節(jié)的互動，既增加了課堂的互動性和學生學習的積極性，又使手機不再是學生上課分心的元兇，而是學習的工具。

線下教學注重對學生的啟發(fā)和引導，線上教學突出對學生自主學習的支持和擴充。線上教學平臺和傳統(tǒng)課堂教學相結(jié)合，一是可彌補傳統(tǒng)課堂教學模式的不足、解決學時數(shù)相對較少的問題；二是可利用網(wǎng)上教學平臺各個學習單元，緊扣教學重點和難點，彌補原先教材內(nèi)容相對比較分散的不足，提高了課程教學的效率和效果；三是豐富的教學手段擴展了學生自主學習渠道，增加了學生的學習興趣；最后要強調(diào)的是，學校要提供豐富多樣的教育資源和平臺，支持學生有效學習。

六、教學評價和持續(xù)改進體系完備

一套好的教學評價體系可以激發(fā)學生的潛力，培養(yǎng)其創(chuàng)造能力。完備考評體系，重視創(chuàng)新思維，具體體現(xiàn)在理論考核強調(diào)綜合評定，而實驗考核重在過程。筆者所教授的環(huán)境監(jiān)測理論課成績由平時課程學習的參與度，如主題討論的回復(fù)、預(yù)習視頻的觀看、測試題的完成情況等諸多有記錄的學情分析，以及考試綜合決定；實驗成績認定就是先將學生分成小組，根據(jù)項目完成情況和學生在小組中的貢獻以及表現(xiàn)由教師、各組間和組內(nèi)成員間三方面分項考核綜合評價，確保評價結(jié)果的公平公正，同時避免“搭便車”現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，對于教師來說，除了教授知識，還要將更多精力和智慧運用到教學的組織、課題的設(shè)計以及評價體系中。簡而言之，教育本質(zhì)的體現(xiàn)，不再是知識的教授，而是教學設(shè)計和評價的過程。

一套完備的評價體系必然包括持續(xù)改進的部分。每個任務(wù)結(jié)束之后，教師應(yīng)及時組織學生一起對本階段教學目標的達成度和教學效果進行評價，客觀分析任務(wù)實施中遇到的問題，總結(jié)經(jīng)驗，并提出改進措施，由此形成一個不斷迭代、不斷出新的良好機制。

七、教學團隊的學科融合

環(huán)境監(jiān)測是以監(jiān)測技術(shù)為主的課程，包括水和廢水、空氣和廢氣、固體廢物、土壤質(zhì)量、噪聲、生態(tài)學、放射性污染以及監(jiān)測質(zhì)量保證和評價等多方面的內(nèi)容，涉及的范圍非常廣泛。同時環(huán)境監(jiān)測的實驗技術(shù)又融合了化學、生物學、光譜學、信息傳輸、機電制造等諸多學科的前沿知識，在引導學生進行探究性項目研究必然涉及多學科的知識和信息，非一個教學團隊可以完成。因此，需要多個教學團隊的合作，甚至需要不同學科不同專業(yè)的跨界團隊的融合，這也是新時代大學教學創(chuàng)新的必然趨勢。

八、結(jié)束語

傳統(tǒng)教學已不能適應(yīng)新時代教學的需要，教學創(chuàng)新勢在必行。未來大學教學創(chuàng)新將呈現(xiàn)五大趨勢和四大融合：1.低階目標為根本，高階目標作引領(lǐng)；2.以實踐問題為導向，理論與實踐融合；3.自主學習，活動豐富，教與學融合；4.線上線下混合教學，虛擬課堂與真實課堂融合；5.跨學科教學團隊合作，學科融合。作為環(huán)境科學與工程專業(yè)主干課程之一的環(huán)境監(jiān)測，其教學改革必將不斷深入。環(huán)境監(jiān)測課程教學改革首先應(yīng)轉(zhuǎn)變教學理念，以培養(yǎng)學生獨立自主學習和思考的能力為中心，細化課程目標，堅持學習知識、培養(yǎng)能力和提升素養(yǎng)的有機融合；教學內(nèi)容要及時引入學術(shù)研究和科技發(fā)展前沿成果，體現(xiàn)前沿性與時代性；利用線下線上混合教學方法和手段多樣化促進學生學習的參與度和熱情；通過協(xié)助學生組成學習項目團隊合作來整合知識、尋找解決方案，關(guān)注學生的學習過程，為學生的問題解決方案提供及時有效且持續(xù)性的反饋，讓學生有機會看到自己的思考和方案的缺陷與改進空間，增加學生學習的興趣；建立有效的綜合評價機制促進學生學習積極性，最終實現(xiàn)學生的綜合能力和職業(yè)素養(yǎng)的全面提高。