“新工科”背景下基于項目驅動教學法的“分析化學”課程教學改革*

高慧穎，李艷青，周陽修，權宇珩，趙 鵬，馬宵穎，楊 華

(1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.河北軟件職業技術學院，河北 保定 071000)

自2017年2月發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發布了一系列新工科背景下人才培養的指導性文件，為培養和造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才提供戰略支撐和方向[1-2]。“分析化學”是化學化工類、環境工程類、生物醫藥類等專業的一門專業必修課。主要向學生傳授物質組成的分析原理和分析方法，是學生將來從事化學、化工、環境、電廠化學、安全工程和材料化學等學科工作的基礎[3-4]?！胺治龌瘜W”課程體系包括課堂教學及實驗教學兩個方面。通過“分析化學”及其實驗的訓練，使學生建立起嚴格的“量”的概念，培養學生從事理論研究和實際工作的能力、嚴謹細致的科學作風以及實事求是的科學態度[5-6]。結合新工科人才培養理念和目標，需要對“分析化學”課程教學進行改革，將學生培養成滿足新工科要求的高素質、復合型工程人才。

項目驅動教學法是一種以學生為主體、以教師為輔助和指導的新型教學方法，能有效改善傳統教學模式存在的諸多枯燥的學習方式。其起源于20世紀20年代的美國，以課程內容為主線，教師構建真實或接近真實的項目任務，學生分組進行學習，通過小組協作制定方案，最終進行項目評價的新型教學模式。這種教學方式使學生自主地進行項目管理和執行，鞏固和擴展課堂知識，提升團隊協作和溝通能力，增強創新和實踐能力。因其高效性、適用性和便于操作性，在美國、德國等一些發達國家被廣泛使用[7-9]。在我國應用型高校人才培養過程中，很多學校同樣采用了許多類似的教學方法，并取得了較好的教學效果[10-12]。本文以項目驅動式教學法為基礎，探討應用化學、環境工程專業的“分析化學”課程的教學改革，以有效改善教學效果。

1 “分析化學”課程現狀

“分析化學”在大學本科教學過程中秉承了傳統教育模式，其課堂教學也以傳統的講授式為主，即以教師的主動灌輸、學生的被動接受為主。這種教學模式以其目的明確、便于操作等優點得以廣泛使用。但是也暴露出來一些不容忽視的弊端，主要包括①側重知識傳授，能力培養方面則不夠突出；②師生之間、同學之間互動不足，課堂授課效果不理想；③學生課堂學習被動，不能充分激發學生的積極性、主動性等。因此常有教師花費極大精力講解，學生仍舊一知半解的情況存在，很難完全實現教學目標。

而“分析化學”實驗的教學通常也是老師先行進行實驗演示，同時進行實驗目的、原理、操作步驟以及注意事項的講解，然后由學生本人進行實際動手操作，記錄實驗數據，最后通過提交實驗報告中的數據處理以及思考題的解答反映學生對實驗內容的掌握情況。這種實驗教學模式同樣存在著學生學習缺乏主動性，容易產生厭學心理，導致學生實踐能力得不到很好的開發。

我校作為依托電力行業背景的工科院校，更加突出應用型、復合型、技能型人才培養。這就需要我們在“分析化學”課程教學活動中克服上述存在的教學問題，引入新的教學理念，轉變教學模式，從而提高教學質量，提高學生的綜合素質。

2 項目驅動教學法在“分析化學”課程中的應用

“分析化學”是一門基礎學科，是人們獲得物質的化學組成和結構信息的科學。在化工、食品、紡織、生物、醫藥、資源與環境等專業的課程體系中發揮著不可替代的作用。像環境檢測、三廢治理、生產工藝選擇和質量監控、農藥殘留、臨床診斷、病理研究、宇宙觀測等方面，大至宇宙的深入探索，小至微觀世界中物質的認識，幾乎人類活動涉及到的所有領域都離不開“分析化學”。由此推斷，“分析化學”課程在講授的過程中具有實施“項目驅動教學”的潛在優勢。

2.1 教學內容的改革與實踐

教學內容的改革是以課程教學大綱為基礎，以學生能夠應用“分析化學”的理論原理解決電力企業中的實際問題為目標，結合專業領域內的實際應用，對理論內容進行模塊化整合。圍繞每一章節的理論內容，制定由項目目標和若干啟發性問題構成的項目單元。項目單元目標的設計需嚴格圍繞教學重點和難點設計，難易程度適中，確保在有限的課時范圍內能夠高效地完成，同時注重鍛煉和提升學生對知識的綜合應用能力。啟發性問題設置則需突出引導性、提示性和多向性，以使學生把握正確的任務方向，同時培養靈活運用知識分析和解決問題的能力。

2.2 教學方法的改革與實踐

在課堂教學中將項目驅動式教學法與傳統的教學過程相融合，對于每一項目模塊，教師采取通講概述→布置項目→引導答疑→項目驗收→總結補充的形式授課，學生通過明確任務范圍→查閱文獻資料→結組討論分析→分工完成項目→總結查漏補缺的形式學習。這種教學方法將教學過程由傳統的灌輸式改為引導式，提高了學生在課堂內的主動參與程度；結組的形式有助于學生通過交流合作更有效的完成項目任務及更全面的掌握知識內容。通過設立引導性問題和大量討論交流，使學生在學習過程中變被動為主動，同時其靈活運用知識分析和解決問題的能力得以提高。

3 項目的設計和準備

本?！胺治龌瘜W”課程設置為32學時的理論授課和24學時的實驗課時，旨在培養企業所需的應用型人才和科研高校所需的科研型人才。在對生產生活上的實際檢測問題以及省級自然科學基金課題里有關各環境污染物降解過程中的濃度變化和相互轉化的問題進行綜合分析后，分別與“分析化學”教材各章節內容進行比對，為“分析化學”課程中各章有針對性地設計了對應的可行性項目。同時考慮到執行“分析化學”相關章節的項目的需要，首先在項目執行前先安排1～2課時的理論教學，對本章的基礎概念、基礎知識和基本理論進行介紹，使學生對本章基礎有一個初步的了解。然后，從接下來的課時開始，每個項目與實際實驗相結合在4～8課時(約1～2周)內完成。學生或學習小組通過課本理論知識對各章指定或可選的項目進行實施來完成。詳細的各章對應的實踐和優化的項目以及課時分配如表1所示。

表1 “分析化學”課程中各章對應項目

針對上述這些解決生產生活中實際問題的項目以及省級課題中相關的科研項目的實施，使學生們體會到課本上所學的理論知識橫向上不僅可以解決自己身邊的現實問題，縱向上還可以接觸科研項目中更為深入的科學研究，這樣對于不同需求的學生群體都能讓他們知道學有所用，也將在學習過程中更有興趣和驅動力。同時這些項目的實施將課堂教學和實驗教學兩個原本獨立的教學環節有機的結合在一起，使學生在學習過程中能進行理論知識和實踐操作的自由切換。

4 項目單元的具體實施

所有項目雖然在研究內容上會有所區別，但在實施過程中都可分為以下四個階段進行，具體如圖1所示。

圖1 項目單元的實施路線圖

4.1 第一階段：項目解釋和分解項目設計

在項目實施前，教師端應首先進行課前準備，包括：①進行項目主題設計：根據教學內容、目標和要求設計項目單元的內容及目標；②項目框架設計：采用給出引導性問題，提供提示或關鍵詞等形式幫助學生理解和明確實施項目內容。學生端根據老師要求分成若干小組，確定項目組成員和組長(負責人)。

4.2 第二階段：項目解釋和任務布置

教師端進行課堂串講和任務布置，包括：①理論知識串講：講解項目單元所涉及的理論和背景知識；②項目案例說明：選取與將布置項目類似的其它項目單元為例進行展示說明；③布置項目要求：跟學生詳細說明項目內容、完成時間、提交形式及項目驗收要求；④提供交流平臺：提供或指定參考資料和信息交流方式，方便項目實施過程中師生間的溝通交流。

學生端接收教師下發任務后，開始進行項目的實施，過程包括：①時間安排：根據項目內容的難易程度，制定項目每個階段的時間計劃，并發給老師進行修正；②成員分工：項目組組長根據自己團隊成員的特點進行分工，確定每個成員的角色和協作模式，確保每個人都參與其中，各司其職、各盡其責。

4.3 第三階段：項目實施

此階段是整個項目實施過程的核心環節。學生是主體，教師起輔助和指導的作用。學生端的所有團隊成員都應該為項目貢獻自己的想法，具體工作包括：①確定項目實施的具體方式和過程安排；②資料檢索：所有成員都參與資料檢索的過程，根據項目內容，挑選合適的信息支撐自己制定的實施方案；③信息交流溝通：每位成員在教師提供的線上交流平臺或教室現場對項目具體實施過程進行深入的交流討論。

教師端在此過程中進行必要的指導工作，包括：①協調項目實施條件：與實驗室負責老師溝通實驗場地、時間和實驗器材等問題，保證學生能按計劃開展自己的項目；②項目場所項目跟進：利用線上線下多種方式實時跟進項目的制定、實施等過程；③項目實時答疑：采取線上和線下同步的方式，對項目進展過程中出現的問題進行討論和解答，提高學生解決實際問題的能力；④信息收集反饋：全程記錄并匯總學生端執行項目的情況，發現問題及時與學生端進行交流和指導。

4.4 第四階段：項目驗收和評估

項目完成后，學生端完成項目收尾的提交工作，包括：①完成并提交項目報告：處理項目實施過程中的實驗數據，提交書面報告，并由各組選出的代表通過多媒體進行現場講解說明，分享和展示本小組的項目設計和實施過程中的成果和體會。所有成員參與老師和其他組同學提問解答環節；②評價和自我評價：小組在上述答辯環節過程完成小組的自我評價，同時觀摩其他小組項目執行情況，小組間相互學習、交流，對其他小組項目的工作提出建議或意見，并提供小組間同學們的評價。

教師端進行項目驗收工作，包括：①組織項目驗收：到達對應時間節點，教師組織并主持各項目小組的項目驗收、答辯、交流等環節；②項目評價：教師根據對章節知識的綜合利用、實際問題的解決和項目設計的創新性對各個項目進行教師評價；③回顧總結：根據各小組項目的完成情況，進行總結，并對書本對應章節的知識點內容查缺補漏。

最終學生成績將從以下四個方面進行評估：小組學生的自我評價、小組學生間的評價、各小組間的同學評價和教師評價。再綜合這四個方面的成績，給出該小組最后的總評成績。項目評估過程也是學生們相互學習和交流的過程，在此過程中學生們能夠取長補短，從中找出自己小組執行項目過程中的可取之處和存在的問題，為下一個項目的實施積累經驗。同時，學生會因項目的成功實施獲得學習的自信心，并有效提高了執行力，能夠靈活運用書本上的理論知識解決實際生產生活問題，深刻體會到“學以致用，用以促學”的道理。項目驅動教學法能有效避免傳統教學模式中的“填鴨式”枯燥的學習方式，充分調動學生學習的主動性和積極性，明顯提高課程的學習效果。

5 結語

項目驅動教學法的實施不僅縮短了大學校園與企業之間的距離，加快了課堂理論教學與實際工程生產的融合，也方便學生提前接觸和聯系社會。同時，項目驅動教學法能培養學生的團隊精神和協作意識，提高學生自主學習、獨立分析和解決問題的能力?？梢灶A見，項目驅動教學法在大學課堂上的大力推廣和應用，將成為新工科背景下學校培養具有實踐與創新能力的應用型人才最有效的教學手段之一。