創新教育視角下水分析化學課程教學的改革與探索

馬紅芳 鄒 景 曾慶玲 劉淑坡 陳秀峰

華僑大學土木工程學院市政工程系，福建 廈門 361021

近年來，國家出臺的與創新創業教育有關的文件明確提出，加強素質教育、培養創新創業型潛質人才是高等教育重要的培養目標。課程教學是高校教育工作的基本環節，也是人才培養的重要渠道。在創新創業教育理念下，任課教師如何體現其所任教課程對專業教育中創新創業教育的支持和貢獻作用，如何有效開展課程教學中的創新創業教育，現有的教學內容和教學模式能否滿足創新創業人才培養的要求等，都是課程教學中迫切需要思考和解決的問題。

水分析化學課程是給排水科學與工程專業一門重要的專業基礎課，其理論性、實踐性和應用性均很強。通過對本課程的學習，學生可以熟悉和掌握與水質分析相關的概念、理論和方法，并具備解決工程應用中水質分析問題的能力，為后續水質工程學、給排水管道系統、環境監測評價等課程的學習奠定扎實的水質分析基礎。此外，水質分析結果也是水處理工藝設計、水環境評價以及污廢水綜合利用效果評價的主要依據。由此可見，水分析化學課程的學習可以強化學生的專業知識應用能力和操作技能，對于培養具有創新思維潛能的給排水專業人才起到重要的支撐作用。

近年來，水環境污染日趨嚴重，污染物種類繁多、組分復雜，且穩定性差變異性強，新形勢下的水科學研究對給排水科學與工程專業提出了新的要求。此外，隨著分析技術及設備的快速發展，與水質分析相關的新內容、新技術也不斷出現。為適應專業的形勢發展和市場需求，迫切需要對水分析化學課程的教學進行改革和創新。本文以開展創新創業教育為切入點，以培養具有創新能力的給排水專業人才為目標，調整水分析化學課程的教學目標，優化課程教學內容，創新課程教學模式，改革課程評價方式，深入研究和挖掘該門課程對創新教育的支持和貢獻作用，使專業課程教學與創新教育有機融合起來。該課程的改革和探索對于在其他課程教學中融入創新教育具有一定的借鑒意義。

一、課程教學目標現狀與改革探索

教學目標在課程教學過程中起決定作用，是一切教學活動的出發點和立足點。水分析化學課程的現有教學目標是通過學習，學生可掌握水質分析中的相關概念、理論和方法，學會用理論知識闡釋水質分析中的現象與問題，為后續課程學習提供分析基礎，并具備較強的分析實驗技能，能夠應對工作中遇到的水質分析需要和指導水廠實際生產。在該目標的引領下，水分析化學的教學實踐活動取得了較好的效果，完成了相應的教學要求。

目前素質和創新教育已成為高校教育的新常態，將“具有創新意識和創新能力的給排水科學與工程專業人才”的培養目標落實到水分析化學課程的具體課堂上，首先需要調整課程的教學目標。因此，課程組在教學實踐中探索性地調整了以“知識傳授”為主的教學目標，逐步確立了“知識傳授—實踐檢驗—創新擴展”的新型梯度目標。其次是在目標規劃中適當融入創新訓練模塊，使學生在掌握理論知識的同時，通過實踐活動拓展其創新思維，并通過創新擴展模塊培養其科技創新實踐能力，如鼓勵學生參加各種形式的大學生課外科技訓練項目、挑戰杯競賽、專業教師的科研小組等。

二、課程教學內容現狀與優化探索

水分析化學的教學主要包括水質分析的質量保證、化學分析法、儀器分析法等內容。其中，化學分析法操作簡單且檢測費用低，在常量組分的檢測分析中發揮著重要作用，因而在水質分析的發展前期成為本課程教學的重點內容。隨著居民生活水平的不斷提高，水環境中的污染物越來越復雜，不僅種類繁多、組分繁雜，而且穩定性差、變異性強也成為其顯著特征。分析對象的性質變化使得常規的化學分析法難以滿足要求，而儀器分析法則憑借著先進的技術手段和設備，在實驗室以及工程實踐中越來越成為水質分析的主力軍。為適應學科的不斷發展和現實需求，水分析化學的課程教學應調整兩種分析方法的權重，著重講授化學分析法的原理和儀器分析法的應用。此外，伴隨著水環境中化學組分的日趨復雜和水環境標準的嚴格，迫切需要研發一些新的監測分析方法用于實踐。因此，課程組在授課過程中緊密結合當下熱點研究中與水分析化學有關的新理論、新方法，加強科研支撐，突出課程的創新性和實用性。

在水分析化學教材中，水分析測量的質量保證包含了概率論與數理統計的相關知識，而在化學分析法、儀器分析法內容方面也出現了與無機化學、有時機化學課程的重復，如溶液平衡理論、滴定分析等有關內容。針對這種情況，課程組在教學中合理分配與已修相關課程的比例，處理好基礎理論和專業基礎課中知識的銜接，盡量減少學科間對相同知識點的重復，緩解課時壓縮與課程內容拓展之間的沖突。

實驗課教學是水分析化學課程教學的重要環節，是培養學生實際操作能力和實施創新教育模式的關鍵途徑。但從傳統的實驗內容和教學效果來看，主要存在以下不足：實驗課內容設置過于簡單化；主次和先后順序不明了；實驗中學生的自主和協作能力薄弱，創新意識欠缺。因此，實驗教學過程中，課程組根據實驗難易程度、要求的高低以及當下熱點研究中涉及的測試指標，針對性地選擇了實驗教學內容。將實驗課程更新為基礎型實驗（如分析天平的原理和使用、滴定分析的基本操作、pH 的測定等）、綜合型實驗（如水的硬度測定、水中氨氮的測定、水中總磷的測定等）、提高型實驗（如水中鐵的測定、水中氯離子的測定等）這三個循序漸進的階段，使學生的操作能力、思考和分析問題的綜合能力不斷得到提高。在此基礎上，積極進行實驗課程的課外拓展，開設創新性實驗，如DPD 作為指示劑的分光光度法測定水中Cr（VI），以激發學生的創造性思維，培養學生的創新能力。

三、教學模式現狀及創新探索

目前，水分析化學無論是課堂教學還是實驗教學，教學模式都顯得比較單一。課堂教學通常是教師在講臺上根據教材內容填鴨式地授課,加上課時少、內容多的特點，這樣的授課方式很難讓學生真正有時間去思考領會聽到的大量內容，更談不上對創新性思維的訓練，還容易使學生因被動學習而產生厭學情緒。而實驗課教學一般則是教師在講解完實驗目的與要求、實驗步驟和注意事項后，再把學生分成若干組進行實驗。實驗過程中，雖然指導老師也會隨時檢查和指導，但學生還是缺乏對過程的整體把握，存在很強的依賴性和盲目性等問題比較突出，極大地限制了學生主動思考和深入探究的學習興趣，也限制了創新思維和創新能力的培養。

針對上述問題，課程組在教學過程中根據所授內容的特點，積極探索多種教學方法，將講授、討論、案例教學、講座、競賽、組會、實驗等多種形式相結合，創新教學模式以激發學生的學習興趣，增強課程的互動性。如對于水體污染及水質指標內容，從生活中的熱點現象入手，選擇一些工廠排放廢水為案例，在介紹其排放情況及危害的基礎上引出需要講解的重要概念，以案例引導學生思考問題；對于四大滴定分析法，抓住其共性特點，主要利用比較思維原理講解平衡反應和影響因素，以縮短課堂講授時間和加強學生對枯燥理論的理解；而對于其應用的學習，則是將學生分成不同的小組，分別去查閱資料文獻，最終形成專題報告，在教師的引導下進行課堂討論；對于儀器分析法教學，則逐步引進虛擬實驗、仿真技術等現代教育技術將教學內容直觀化和情景化；除了在課堂中引入與教學內容契合度較高的最新分析方法，還通過講座等形式讓學生了解到科研熱點中的水分析化學問題，培養學生學習課程的積極性、主動性。另外，實驗課教學是培養學生實際操作能力和實施創新教育模式的關鍵途徑。在實驗教學過程中，課題組根據優化的實驗內容抓好三個階段，如針對第一階段的基礎型實驗，要求學生反復操作以便動作熟練、結果準確；第二階段學生在教師的指導下設計綜合型實驗，以提高學生的學習主動性和積極性；而第三階段是在做好前面兩個階段的基礎上，要求學生對一些實踐性或應用性強的實驗進行提高訓練，這樣不僅培養了學生采用專業軟件處理分析實驗結果的能力，還提高了學生的計算機應用水平。此外，為了更好地激發學生的興趣，培養其創新能力，教師可針對一些創新性實驗實行開放式教授，并鼓勵學生積極參與到各類與專業有關的科技創新活動中。創新性實驗結合大學生的挑戰杯競賽、暑期社會實踐、本科生導師制等多種形式，引導學生相對獨立地去思考問題、提出問題，并提出方案進行可行性論證與實驗，以及論文或報告的撰寫等。實踐證明，通過在實驗室里進行有計劃、有目的的科學實驗，不僅增強了學生的實驗設計能力，還提高了其分析、解決問題的科研能力，使學生的創新能力和綜合素質得到極大的培養與鍛煉。

四、課程評價方式的現狀及改進探索

水分析化學課程的考核長期以來一直采用平時作業+出勤率+期末考試的評價模式，這種評價體系雖然保證了出勤率，但對僅出勤不學習、課程作業抄襲、考試臨時抱佛腳等現象的約束作用不盡如人意。因此，課程組積極采取措施，如在各章節教學任務結束后，進行有關內容的課堂測試，把課下的一部分作業練習轉到課堂進行，有效防止了學生抄襲；通過布置與后續教學內容有關的思考題，要求學生借助網絡資料學習，并在下一次上課時提問，促進學生對新教學內容的預習；對課堂上的專題討論部分，根據討論過程中的學生表現進行評價；而對于某些單元知識，則鼓勵學生積極查閱有關資料，思考所遇問題并撰寫小論文，這樣不僅培養了學生的科研能力，還激發了他們學習基本理論知識的積極性。綜上，結合水分析化學的課程特點，課題組在傳統閉卷考試的基礎上，適當融入科技小論文等形式的考核，通過構建“課堂問答—討論—作業—小論文—實驗—閉卷考試”的多元化評價方式，將課程總成績劃分為平時考核、實驗操作和期末考試等，并賦予一定的權重。實踐證明，這種多元化的評價方式能全面反映學生的學習態度、理論知識的掌握情況、學習能力與綜合素質。

綜上所述，課題組以在水分析化學課程教學過程中出現的實際問題為出發點，深入研究和挖掘該門課程對創新教育的支持和貢獻作用，進一步整合課程內容，使專業課程教學與創新教育有機融合起來。在課程教學目標、課程內容、教學模式、考核評價等方面進行了水分析化學課程的創新性探索，并在本校給排水科學與工程專業2014 級至2018 級學生中進行了教改實施，且已經取得了一定的效果和突破。如2014 級至2016 級的多名本科生以第一作者發表了與水質測試方法相關的SCI高水平學術論文；2017 級本科生主持申報的與水分析化學有關的“分光光度法測定水中過氧乙酸和共存過氧化氫濃度”和“羥胺/二價銅/過硫酸鹽體系滅活水中致病菌的效能與機理研究”分別獲得省級和國家級挑戰杯立項；以2016 級本科生為主的團隊完成的“測定水中過硫酸鹽便攜式光度法的建立及其配套藥劑的研制”被評為第三屆“深水杯”全國大學生給排水科技創新大賽團體三等獎和最佳風采獎；2018級目前已有多名學生確定了與水分析化學有關的研究方向，并已經開始了相關的科學研究探索。

五、結語

在創新創業全新的教育理念下，水分析化學課程的教學現狀難以滿足給排水科學與工程專業的人才培養要求。針對教學過程中呈現的不足，課程組調整了課程的教學目標，并在新型梯度教學目標的引導下，優化了符合新形勢下水質分析要求的課程內容體系，創新了可激勵學生積極思考和創新訓練的教學模式，改進了能突出學生探索能力和應用能力的綜合評價方法，三者之間有機聯系、相互影響。上述“三位一體”的教學改革和實踐，全面提高了水分析化學課程的教學實效性，并在教學實踐中有效激發了學生的創新意識，提升了學生探索發現和解決問題的實踐應用能力,使其逐步成為適應時代發展的創新型專業人才。