“现代环境分析实验”教学改革探索

张胜花 吴来燕 吕康乐

[摘 要] “现代环境分析实验”是中南民族大学环境工程专业的学位基础实验课，也是环境工程学科研究的重要手段，主要用于环境中的污染识别、质量评价和治理效果评价等方面。围绕环境工程教育认证，针对“现代环境分析实验”课程的目标和特点，进行实验项目和内容优化、教学方法改进及教学效果评价改革，对于培养具备扎实专业知识和较高创新水平的新时代环保工程师具有重要意义。

[关键词] 工程教育认证;现代环境分析;实验教学改革

[基金项目] 2020年度中南民族大学实验室技改项目“现代环境分析综合实验的开发与实践”（JG2020007）

[作者简介] 张胜花（1979—），女，安徽芜湖人，博士，中南民族大学资源与环境学院教授，硕士生导师，主要从事水体污染防治研究;吴来燕（1983—），女，浙江义乌人，博士，中南民族大学资源与环境学院讲师，硕士生导师，主要从事水污染防治研究;吕康乐（1972—），男，湖北阳新人，博士，中南民族大学资源与环境学院教授，硕士生导师（通信作者），主要从事环境污染控制研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）50-0061-04    [收稿日期] 2021-05-26

工程教育专业认证为我国工程教育改革和我校环境工程的专业建设提供了重要的发展契机。在工程教育专业认证的大环境下，环境工程的人才培养目标主要是培养具备创新精神和实践能力等全面发展的新时代环保工程师。“现代环境分析实验”是我校环境工程专业的学位基础实验课，该课程所涉及的仪器分析方法是环境分析中最为重要的分析技术，不仅可用于污染物质的定性、定量和结构分析，而且还是环境工程学科研究的重要手段，有助于环境污染状况的识别与诊断、环境质量优劣评价和环境污染治理技术的改进和效果评价。因此“现代环境分析实验”课程对后续专业核心课程的学习和实践应用具有十分重要的意义。本文围绕我校正在进行的环境工程专业工程教育专业认证，以“现代环境分析实验”课程为研究对象，对现有教学现状的分析之上，基于工程教育专业认证的三大核心理念“学生中心，产出导向，持续改进”，从实验项目和内容优化、教学方法改进及教学效果评价等方面进行探索。

一、“现代环境分析实验”教学现状

根据环境工程专业对本科生的人才培养要求，“现代环境分析实验”被列为环境工程专业的学科基础必修课。我校资环学院环境工程专业目前所开设的“现代环境分析实验”课程其前身是“仪器分析实验”，2019年在培养方案中更名为“现代环境分析实验”。为适应培养新时代环保工程师的教学目标，“现代环境分析实验”课程在教学实施过程中必须加深学生对理论知识的进一步理解，强化实验操作能力，以及激发学生的综合和创新能力。

“环境分析”的研究对象是环境样品，其所含的污染物质种类多、组成复杂、稳定性低、变异性较大，且含量往往较低，这对分析测定提出了特殊的要求。目前，我校“现代环境分析实验”主要还是延续传统的“仪器分析实验”的教学内容和教学方法，侧重于训练学生的基本操作技能，注重基础理论、仪器基本操作、实验过程记录、数据处理和结果分析等环节的强化巩固。在实际教学过程中，普遍對实际环境样品的分析流程和环节认识不足，对处理方法的要求、意义和适用范围缺乏基本概念，进而影响专业知识的实际应用水平。并且，实验项目相对独立，缺少在环境分析领域的应用实践展示，导致学生积极性不高、上课效果差。针对这些问题，迫切需要对实验项目和内容进行优化，对教学方法和教学效果评价实施改进和改革。

二、“现代环境分析实验”教学改革思路和措施

（一）灵活教学方法和手段

1.线上线下混合教学模式。目前“现代环境分析实验”所采用的教学方法为：教师提前发布实验讲义供学生预习，课上讲解方法原理、实验步骤，并操作仪器进行示范，后续学生分组进行练习，然而学时有限、学生数量众多，导致课堂讲授或占用较长时间，或讲授不够详尽。此外，仅通过对纸质材料的简单预习和课堂讲授这种单一有限的教学手段，难以达到本课程的教学目标。针对这些问题，一方面采用线上教学模式，充分利用现有的网络课程资源，选择合适的电化教学片，或者课程教师自己制作相关视频，在学习通等系统中发布学习任务，要求学生课前充分学习基本原理，熟悉仪器基本构造和关键核心部件，以及实验步骤，并就实验流程、方法原理、应用范围和注意事项等相关问题布置思考题，让学生结合所拟开展的实验进行回答，提高预习效率。在此基础之上，结合线下课堂任课教师的针对性提问和讲解，使学生熟悉整个分析方法的原理及在仪器上的实现和相关注意事项，从而不仅能够节约更多有效的教学时间供学生多练习操作，达到掌握仪器构造且操作熟练的目的，提高实验技能，而且还有助于进一步加深理论知识的相互联系，提升学生的综合和创新思考能力。

2.开展环境分析仿真实验。仪器分析的新方法已经越来越广泛的应用于环境分析领域，然而目前我校“现代环境分析实验”课程中的实验项目有限，难以在教学学时范围内较广泛地覆盖。为了更有效地提高环境工程专业本科生的仪器分析测试能力，可以结合仿真实验项目拓宽“现代环境分析实验”课程的实验范围，对环境分析过程、原理、步骤和应用范围进行进一步认识深化[1]。对于实验课程中掌握程度较差的学生，可以通过仿真实验训练，提升其认识水平和实验水平;对于少数优秀的学生，可以采用课下的环境分析仿真实验，对实验内容中缺乏但又很重要的环境分析方法进行相关训练。仿真实验可以提升学生的学习兴趣，是“现代环境分析实验”课程的有效补充。

3.问题串联式翻转课堂教学模式。教师所采取的教学模式对学生的学习热情和学习质量具有非常重要的作用，是培养高质量人才的关键因素之一。在“现代环境分析实验”课程实施中，传统“填鸭式”的课堂讲授教学方法难以激发学生自主学习的热情，因此必须对课堂教学模式进行改革。结合“现代环境分析实验”课程的特点和核心任务，以及有效的线上教学资源，进行问题串联式翻转课堂教学模式改革。即将实验项目的主要内容、原理、实验步骤及注意事项设计成一系列的问题，通过一系列问题的提问解答和解释实验中涉及的方方面面。串联这些问题既可以使学生对实验有一个整体的认识，而且还能检验学生预习中的不足，提高学生的学习效果。对实验中的重点和难点还能根据学生的回答情况，进行有针对性的一对一的个性化指导。当然，问题串联式翻转课堂教学方法虽然满足人性化学习的需要，但是，对教师提出了新的要求[2]。在这一教学模式改革中，教师需要设计精心而严谨的问题构建“学习任务清单”，需要提前准备好能够开发学生高级思维能力的学习资源，才能在课堂中进行问题串联式提问和解答。在这种课堂中，教师是导演，而学生是演员。因此，教师对具体所负责的实验项目，应具备较高的仪器分析素养和教学能力。

（二）完善实验教学内容，适应新时代环保工程师的培养要求

1.增加样品前处理的相关实验内容。“现代环境分析实验”是仪器分析方法在环境领域的实践应用，学生应该建立从取样、前处理、分析方法选择、工作曲线建立、分析结果检验、干扰及消除，到分析报告呈现全过程的环境样品分析基本认识。在这一教学过程中，还要强化学生对于影响环境样品分析准确性的主要因素的认识，涉及分析过程的各个环节，尤其是了解分析方法选择与实际样品中分析对象的含量和形态及其他成分的影响等密切相关。因此，实验项目中所需要分析测试的物质应该来源于实际的环境样品。增加样品前处理的相关实验内容，如重金属污染土壤的前处理方法和污废水中有机污染物测定的样品前处理方法，使环境工程专业学生从实际应用的角度出发，除了了解分析测试过程中的基本方法和技能规范以外，还要对环境样品的特殊性、分析要求、分析目的、方法适用性、复杂样品的前处理和数据结果的三性等有一定的了解和掌握，从而促进学生知识结构的完善和综合专业技能的拓展。

2.开设综合性实验。随着我校积极申报环境工程专业工程教育认证，“现代环境分析实验”课程也紧跟教学改革发展的步伐，在遵循工程教育认证三大核心理念的方针之下，结合我校人才培养的实际目标和教学条件，探索并开设适合的综合性实验项目，有助于培养学生对基本理论知识的综合运用能力，提升学生对现实环境问题的系统分析能力。综合性实验的项目和内容应从环境分析对象、目标及环境介质和分析流程出发，涵盖环境分析的两类主要污染物（即重金属和有机污染物），覆盖现实环境介质中污染物质的整个分析过程和分析方法的质量控制。现代环境分析综合性实验主要是促使学生运用环境学科和其他学科的相关知识识别、诊断环境污染问题，并分析复杂的环境工程问题，评价环境质量状况和环境工程治理效果，重在各种知识的融合与实验方案的设计和探索，落脚于资料的收集整理、现代环境分析的系统流程构建，以及实验成功与失败的探索思考，从而有助于提高学生对“现代环境分析”相关知识的综合应用能力。相对于传统验证性实验，现代环境分析综合性实验可以活跃学生思维，促进知识的灵活运用，激发学生的想象力，培养创新精神[3]。综合性实验实施过程包括课外环节和课堂环节，首先课前教师发布学习任务，提出综合性实验目标和整体方向，然后学生根据要求完成资料查找、线上学习，熟悉仪器方法和实验操作技能，拟定实验方案。在课堂教学中进行实验，对仪器操作方面的细节性问题教师给予相关指导，实验完毕学生进行实验结果分析，并自我总结。通过这种综合性实验，既可以强化、巩固学生已有的分析测试技能和对单一成分分析流程的理解与掌握，又可以使学生加深对环境样品的特殊性、分析要求、分析目的、方法适用性、复杂样品的前处理和数据结果的三性等的了解和掌握，从而提高学生对环境分析的整体认识，培养学生的综合实践能力，增强学生的创新意识。

（三）基于成果导向的考核评价体系

我校基于環境工程教育认证对本课程提出的教学目标有：（1）熟练使用常用分析仪器对复杂环境中的污染物质种类及污染物质含量进行准确定性定量分析;（2）能够综合运用现代环境分析仪器分析解决环境中或者环境治理过程中的具体问题和基本特征，评价环境质量或环境工程治理效果，识别其中最关键的制约环节。教学目标的达成与否对环境工程本科生分析和解决问题能力的培养具有十分重要的作用，且该课程对后续专业核心课程具有明显的支撑作用。因此，合理、科学的课程考核体系是实现课程目标达成的重要保障。

1.可量化的过程考核模式。在工程教育认证背景下，定位于能力体系的成果产出导向（OBE）的课程目标主要聚焦在能力达成。因此，授课内容和方法对课程目标的实现要有明确的支撑作用，并且还需要具有可量化的执行过程和考核标准。另外，对目标达成度的评价和存在问题的剖析会进一步有助于课程的持续改进[4]。围绕“现代环境分析实验”课程的教学目标和对毕业指标点的支撑，在该课程考核中注重过程考核环节，设置过程考核中的能力指标和分值（见表1）。

2.教师评价与学生自评互评相结合。在“现代环境分析实验”课程实施过程中，很多环节需要小组成员共同完成，小组成员共同完成目标，共同承担责任的团队意识，以及能力和优势上的互补是实验小组课程目标达成的重要方面。为了更有效地评估每个学生的课程目标达成和能力达成情况，采取教师对小组考核与小组内成员的自评互评相结合的方式优化成绩评定。在仅教师监督和评价的考核方式中增加学生自评互评，使学生参与自己和他人的评价和成绩评定中，从而提高学生对课程的兴趣和参与度，促使学生形成清晰的自我认知，加强学生的团队意识，提升沟通能力和终身学习能力[4]。

三、结语

抓住我校环境工程教育认证契机，结合实际情况和课程特色，探索“现代环境分析实验”课程教学改革方案，采取灵活的教学方法和手段，完善实验教学内容，以学生能力培养成果为导向优化课程考核评价体系，不仅可以巩固课堂所学理论知识和熟练掌握仪器分析的实验技能，培养学生发现、分析、处理、解决问题的能力，还能提高现代仪器在环境分析领域中的应用能力，提升学生对环境分析的整体认识，促进学生知识结构的完善和综合专业技能的拓展，为后续专业课提供必要的诊断和分析手段，同时，有助于培养学生的综合实践能力，增强学生的创新意识。

参考文献

[1]李菲，曹秋娥，凌剑，等.提升学生综合能力为目标的仪器分析实验教学改革[J].云南大学学报（自然科学版），2020，42（S1）：18-20.

[2]范丛斌，郑春红.“六位一体”教学改革研究实践：以《现代仪器分析》为例[J].教育教学论坛，2017（44）：60-61.

[3]崔建兰，王立敏，马雪梅.构建基于成果导向的考核评价体系：以《现代仪器分析》课程为例[J].广东化工，2019，46（2）：209-210.

[4]李胜英，冯建海，姚东梅，等.“五位一体”教学模式在化学综合实验的开展探讨[J].广东化工，2021，48（5）：248-249.