基于OBE理念的“環(huán)境分析化學實驗”課程教學改革研究

張金娜，石晗，王樹濤

摘? ? 要：“環(huán)境分析化學實驗”是與“環(huán)境分析化學”課程配套的一門獨立實驗課，其教學效果直接影響到環(huán)境類專業(yè)學生未來的職業(yè)技能。文章基于OBE的結(jié)果導向教育理念，對該課程進行教學改革，通過拓展實驗方法、建立智慧課堂等手段提高課程的先進性，豐富教學方法，激發(fā)學生的學習興趣和積極性；以實際水源模擬檢測分析完整過程提高學生實踐能力和綜合分析解決問題的能力。通過教學改革充分提升培養(yǎng)效果，達成培養(yǎng)目標，為環(huán)境行業(yè)的發(fā)展輸送合格人才。

關鍵詞：OBE；環(huán)境分析化學；實驗教學；改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2023）06-0062-03

隨著全國高校教育改革的推進，人才培養(yǎng)模式不斷變化，逐漸由基于知識教學轉(zhuǎn)向基于能力的教學[1]。各高校都十分重視實驗教學在學生能力培養(yǎng)中的作用，并逐步加大實驗教學的改革力度。與理論教學相比，實驗教學更具有實踐性、直觀性和創(chuàng)造性，是提高學生實踐能力的重要培養(yǎng)手段[2-3]?！碍h(huán)境分析化學實驗”既是與“環(huán)境分析化學”配套的一門獨立實驗課，也是環(huán)境類專業(yè)的必修實驗課，其教學質(zhì)量對提高環(huán)境類專業(yè)學生的基本素養(yǎng)和職業(yè)技能起到十分重要的支撐作用。以培養(yǎng)高水平工程型人才為己任的環(huán)境專業(yè)高等教育須順應社會發(fā)展需要，不斷加強人才培養(yǎng)體系建設，培養(yǎng)出具有較高職業(yè)素養(yǎng)和綜合實踐能力的創(chuàng)新型人才[4-5]。

OBE（Outcomes-based education）模式即成果導向教育，最早產(chǎn)生于歐美教育體系中由Spady提出[6]。該理念是一種基于結(jié)果的教育，以目標為教育基礎[7]，以學生為中心、成果為導向，認為教育的最終目標是學生的學習成果[8-9]。教育過程完成后，每個學生都應達到既定的學習目標[10]。將OBE理念引入環(huán)境分析化學實驗教學過程，運用OBE理念改革優(yōu)化教學內(nèi)容，以提高學生學習興趣和綜合實驗能力為學習目標[11]，切實提高學生學習綜合素養(yǎng)和職業(yè)技能，為其今后從事環(huán)境污染物分析、環(huán)境質(zhì)量評價等環(huán)境領域相關工作打下扎實基礎，為專業(yè)發(fā)展輸送合格人才。

一、“環(huán)境分析化學實驗”課程的現(xiàn)狀

環(huán)境分析檢測在研究環(huán)境污染過程中起著重要作用，而目前部分高校環(huán)境分析化學實驗教學在解決實際環(huán)境檢測問題方面涉及較少，實驗課程僅為教學而教學，忽略了學生的主動性，實驗教材大部分為學校教師自編的實驗講義，即使是正式出版的實驗教材也存在前沿性差的問題，實驗方法過于陳舊，無法與最新發(fā)展并廣泛應用于實際的分析手段接軌。作為環(huán)境類專業(yè)較為重要的專業(yè)基礎課，無法在教學中激發(fā)學生對專業(yè)的興趣和熱愛，亟待改進教學方法以調(diào)動學生的積極性。

同時，在近年的教學過程中發(fā)現(xiàn)，由于中學化學課程的不斷改革，部分基礎實驗和操作已納入教學大綱，全日制普通高級中學化學教學大綱“教學目的”中明確提出了對學生實驗能力的培養(yǎng)要求，并且實驗課時與理論課時占比達到1∶4左右，通過初級訓練，學生的動手能力已有較大提升，具備一定的實驗操作基礎，因此，傳統(tǒng)的教學方法對學生來說缺乏挑戰(zhàn)，未能進一步激發(fā)學生的潛能。另外，由于傳統(tǒng)的教學方式比較古板，學生的學習興趣不高，對課程不重視，沒有養(yǎng)成良好的實驗習慣，對實驗過程中遇到問題不善于主動思考，對實驗失敗的結(jié)果也不能主動分析原因，更多是尋求教師給予直接的解決方案，這些都導致學生的綜合實驗能力無法提高。本課程實驗項目的設置多為實驗室配水的指標檢測，水質(zhì)成分單一，不需要考慮干擾因素的排除方法，與實際情況差別較大，不利于學生對所學知識的整合與綜合運用，因此急需對現(xiàn)有教學模式進行改革，以尋求一套能激發(fā)學生學習主動性，并且使學生在完成實驗課程后各方面的能力都能得到明顯提升的教學方法，以便與環(huán)境領域的實際檢測工作接軌，培養(yǎng)合格的專業(yè)技術人才。

二、基于OBE理念的教學改革措施

（一）優(yōu)化教學理念，提高課程先進性

基于OBE理念“反向設計，正向?qū)嵤钡脑瓌t，從調(diào)整教學大綱入手，將目前實際檢測工作普遍推行的環(huán)境污染物檢測分析方法融入實驗，適當合理地擴展部分實驗方法。學生通過對實驗課程的學習，不僅掌握了經(jīng)典的分析方法，也了解了新興的檢測手段，課程緊跟行業(yè)發(fā)展的步伐，學生畢業(yè)后能夠與實際工作無縫接軌，迅速進入工作角色，更好地服務社會。

隨著分析檢測技術的不斷發(fā)展，多項常規(guī)水質(zhì)指標檢測方法都進行了更新并廣泛應用于實際水質(zhì)檢測過程中。新的方法檢測靈敏度普遍更高，操作也更便捷。而目前的課程使用的是舊版教材，部分實驗方法老舊，為保證課程的先進性，須不斷專注專業(yè)前沿知識，將先進的分析方法引入課堂。以“水中銅離子的測定”為例，原教學大綱采用火焰原子吸收分光光度法，實驗操作步驟以國標GB/T 14353-93為基礎，該方法已實行近三十年。而近年來廣泛使用的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）不但檢出限低，還可以同時檢測多種金屬離子，已廣泛被各大高校及科研院所采用。因此，在該實驗項目上補充ICP的使用教學，可以拓寬學生視野，對金屬元素的檢測方法有更全面的了解。在教學過程中對兩種方法進行比較，分析各自的優(yōu)缺點，學生在對檢測方法有了全面的認識后，可在實際工作中根據(jù)需要選擇適合的分析方法；傳統(tǒng)教學大綱中“水中余氯的測定”采用的是碘量法，該項目主要目的是讓學生了解水中余氯測定的意義，并掌握碘量法的測定原理和操作步驟。實際工作中由于氯的不穩(wěn)定性，多采用現(xiàn)場便攜式儀器直接測定的方式來檢測余氯含量，因此，可以在教學過程中引入便攜式余氯測定儀的使用教學，類似的便攜式檢測儀在實際環(huán)境事件及水質(zhì)分析中經(jīng)常會被使用，課上引入這部分內(nèi)容時可同時介紹到與實際工程相關的部分內(nèi)容，讓課程更貼近實際應用與行業(yè)發(fā)展動態(tài)，從而提高課程先進性。

（二）建立智慧課堂，激發(fā)學習興趣

傳統(tǒng)教學多數(shù)采用“填鴨式”的教學方法，學生被動接受，學習效果差，已經(jīng)不能適應未來時代的發(fā)展需要[12]。而OBE理念強調(diào)以學生為中心，在教學活動中充分尊重學生的主體性，每個教學環(huán)節(jié)的設置都以學生為主體，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)造力。隨著信息技術的飛速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時代的智慧型課堂逐步顯露頭角，充分利用現(xiàn)代多媒體及網(wǎng)絡資源，在校園管理平臺的支持下，結(jié)合實驗室的硬件設備，創(chuàng)建智慧型課堂，同時采用啟發(fā)式、研討式的教學方式，實現(xiàn)多渠道的學習功能[13]。智慧課堂包括預習平臺、實驗錄像，線上考核、評價反饋等模塊，支持課前、課中、課后不同階段的在線學習以及及時的數(shù)據(jù)反饋，以學生為主體，教師輔助教學指導，學生在互動交流的過程中學習知識，讓學生充分體驗課堂的互動性和趣味性。學生在學習過程中發(fā)現(xiàn)問題，可通過互相討論的方式解決，也利于養(yǎng)成勤于思考的習慣，促進其全方位發(fā)展。數(shù)據(jù)統(tǒng)計與反饋有利于教師及時掌握學生的學習情況，并根據(jù)學生學習情況及時調(diào)整學習方案，形成智能化管理，打造高效的學習環(huán)境。

教學模式上采用線上預習討論+線下實踐操作相結(jié)合的方式，對于線上預習部分，通過教學平臺以及知識拓展模塊完成相關內(nèi)容的預習，并針對具體的實驗項目設置實驗準入考核，主要考察學生對相關知識的掌握以及實驗室安全制度的理解。以“水中銅離子的測定”為例，采用火焰原子吸收分光光度法分析檢測時，需要用到乙炔氣體，該氣體屬于易燃易爆氣體，在實驗過程中要嚴格遵循使用流程，以防止發(fā)生安全事故。以往實驗過程中，對于這部分內(nèi)容只是由實驗教室口頭講述注意事項，并無考核環(huán)節(jié)，也無法了解學生對安全規(guī)則的掌握情況，改革后，采用智慧課堂線上考核合格后再作實驗，更利于實驗室安全管理，保證學生在準確、安全地完成實驗的同時，避免發(fā)生安全事故。學生進入教學平臺后，完成線上預習內(nèi)容，通過實驗準入考核后方可進行線下實驗。線上預習討論部分可先播放一些與課程檢測指標相關的環(huán)境污染問題。例如：在學習“水中硬度的測定”時，可播放一些由于水中硬度不達標造成環(huán)境問題的短視頻，通過視頻進行啟發(fā)式提問，討論學習目標中的重點、難點。這與傳統(tǒng)教學方式的最大區(qū)別是以提問為主，通過提出問題引發(fā)學生的思考，并帶著問題去查找資料，利用電子資源整合相關知識，從而解決問題，最后完成實驗準入考核。整個過程可以開闊學生的環(huán)境視野，提高學生對環(huán)境污染的認知能力，引發(fā)其對環(huán)境污染問題的思考，既讓學生了解檢測項目的意義，又能激起學生學習的興趣，更利于調(diào)動學生學習的積極性。

經(jīng)過線上引導討論以及帶著目標的預習搜集資料，學生對實踐操作部分已有一定的了解，在這個基礎上進行線下實踐操作，既可以將所學知識融會貫通，又能夠聚焦重點難點。在實驗進行過程中，也可以利用視頻圖片等多媒體播放手段，將重點操作步驟詳細展現(xiàn)給學生，讓學生視覺和聽覺同時接受信息，加深印象，強化記憶；在每次實驗結(jié)束后，可針對實驗過程中存在的問題，在各小組內(nèi)、小組間進行討論，分析出現(xiàn)問題的原因及解決辦法，特別是對于實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)果誤差較大的情況，可作深入討論，分析誤差出現(xiàn)的原因，培養(yǎng)學生勤于思考的習慣。在實驗過程中利用多媒體設備對實驗操作進行錄像，供學生復習回顧，對于課后作業(yè)可在線上進行答疑解析，最后通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)來評價反饋教學效果，整個智慧課堂管理體系如圖1所示。另外，對于有毒有害污染物的檢測，還可充分利用虛擬仿真教學資源，開展虛擬仿真實驗。例如，對于環(huán)境分析化學實驗最后一個項目“氣相色譜法測定水中苯系物”，可以采用虛擬仿真軟件完成整個實驗過程，因為該實驗涉及到的相關試劑配制等內(nèi)容，已在前面的項目中多次練習，而這個實驗的主要目的是掌握氣相色譜法的原理及應用，因此，可以通過虛擬仿真軟件完成該項目并達成教學目標?？傊浞掷矛F(xiàn)代化手段，融合各類教學資源，構建與時俱進的教學方式，能夠極大地激發(fā)學生的學習熱情。

（三）強化能力培養(yǎng)，提升學生綜合素質(zhì)

OBE理念強調(diào)對學生學習結(jié)果的關注，而環(huán)境分析化學實驗的培養(yǎng)目標在于培養(yǎng)學生專業(yè)技能，在對學生傳授知識和技能訓練的過程中，培養(yǎng)其科學的思維方式，提高他們綜合分析能力和解決實際問題的能力。因此，實驗項目應更貼近實際工程應用，具備較強的應用性和實踐性，使學生在獲取新知識的同時，實現(xiàn)知識與能力的轉(zhuǎn)化、理論與實踐的結(jié)合，提升專業(yè)素養(yǎng)，以便將來更好地服務社會。實際檢測工作中，采樣比較復雜，不僅需要排除干擾，而且采樣過程也有較多細節(jié)需要注意，否則會直接影響結(jié)果的準確性。目前，課程設置的未知水樣均為實驗室配水，成分相對單一，與實際情況差別較大，為更好地適應未來職業(yè)需求，須改變現(xiàn)有配水模式，全過程模擬實際采樣分析。例如，在學習“水中高錳酸鹽指數(shù)的測定”實驗時，水樣可選擇實際水源，讓學生參與采樣、預處理、分析以及出報告的全過程。在此過程中還可將環(huán)境質(zhì)量檢測時水樣采集的標準流程作為拓展內(nèi)容向?qū)W生介紹，使其充分了解檢測工作的嚴謹性，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。水樣取回后要求學生根據(jù)資料分析水質(zhì)可能存在的干擾，并根據(jù)所學過的給水工程及相關課程內(nèi)容進行綜合分析，制定消除干擾的方案。測定結(jié)束后，對結(jié)果進行分析，如水質(zhì)超標，可將超標處理方案作為課后作業(yè)。這樣在學習該項目的分析檢測方法同時，還拓展了采樣、水質(zhì)處理等內(nèi)容，要完成作業(yè)，學生就要通過查閱資料，綜合運用水污染控制工程、環(huán)境檢測等課程的內(nèi)容，相當于完成了一個小型的水污染治理方案，充分提高了學生綜合利用理論知識分析問題以及解決實際問題的能力，對提高課程教學效果，具有十分重要的作用。

三、結(jié)論

培養(yǎng)環(huán)境工程應用型和創(chuàng)新型人才，是高等院校的重要職責。環(huán)境分析化學實驗課程的教學改革，通過更新教學大綱、改進教學模式、激發(fā)學習興趣，更好地培養(yǎng)了學生的實踐技能和綜合能力，提升了專業(yè)素養(yǎng)，也為環(huán)境分析化學和環(huán)境類專業(yè)實驗教學體系的完善和發(fā)展提供參考，為環(huán)境專業(yè)應用型和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供一定的指導方法。

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