面向新工科的专业学位研究生案例教学法探索

梁淑轩 方艳艳 赵春霞

[摘 要] 新工科背景下，实践能力培养不足是目前工科专业学位研究生普遍问题，在授课中注重提升实践能力已经成为研究生教学需要突破的核心问题。通过以资源与环境领域的专业硕士专业学位研究生环境污染化学课程为例，分析了新工科背景下工学专业学位硕士研究生教学的现状，从课程特点、案例选择、案例编写、课堂讨论、教学效果等方面，探索了专业学位硕士研究生培养案例教学法的设计与实践，力求使同学们在学习理论过程中，以新工科建设为引领，开拓创新、提高能力。

[关键词] 案例教学法;高等环境化学;专业学位研究生;应用能力

[基金项目] 2019年度河北省专业学位教学案例（库）立项建设项目“‘环境污染化学’课程案例（库）建设”（KCJSZ2019004）;2020年度第二批河北省新工科研究与实践项目“新工科范式下卓越环境工程师‘三方位四层次’协同育人模式的构建”（2020GJXGK003）;2020年度河北省专业学位教学案例（库）立项建设项目“基于人工湿地的污水处理厂尾水提质案例”（KCJSZ2020008）

[作者简介] 梁淑轩（1967—），女，河北定州人，理学博士，河北大学化学与环境科学学院教授，博士生导师（通信作者），主要从事环境分析化学研究;方艳艳（1993—），女，湖北孝感人，工学博士，河北大学化学与环境科学学院讲师，主要从事环境中持久性有机污染物的迁移转化研究;赵春霞（1978—），女，河北石家庄人，工学博士，河北大学化学与环境科学学院副教授，硕士生导师，主要从事水污染控制技术研究。

[中图分类号] G64 [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2022）14-0153-04 [收稿日期] 2021-07-30

引言

建设世界一流大学与一流学科是中国建设世界高等教育强国与建成创新型国家的重要战略决策。近年来，我国以高等教育创新为基础，大力改革和發展高等教育，积极推动高等教育创新发展，培养一流人才，支撑国家创新发展和民族崛起。2017年，教育部启动新工科建设，主动布局未来战略必争领域人才培养，具有深远的战略意义。新工科建设作为高校改革的“催化剂”，对高校办学理念、学科专业结构、人才培养机制、组织模式等方面的综合改革提出了迫切要求，也必将推动高等教育深层次变革，并在我国建设高等教育强国的征程中发挥重要作用。同时，新工科得到了产业界的积极响应和支持，也在国际上产生了影响[1，2]。新工科是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式，建立工科发展新范式成为当下教育所需[3]。

专业学位研究生教育作为国民教育的顶端，是高层次创新型人才的主要来源，专业学位研究生的培养更强调实践性和应用性，注重解决实际问题能力的培养[4-6]。新工科背景下，在工学专业学位研究生培养过程中，如何结合新工科的内涵和专业学位研究生的特点，培养面向职业领域或实际部门的高素质专门人材，已成为研究生教育发展必须突破的重要问题[7，8]。我国专业学位发展历史较短，研究生培养经验不足，导致在研究生专业课程教学中存在很多问题，其中，实践能力培养不足是目前专业课程教学的核心问题。针对目前的问题，很多高校进行了培养方式方法改革及和探索实践，以提升工程实践创新能力为重点，规划培养过程的专业学位研究生培养体系，我校在培养理念、教学模式和实践创新进行了多方面的探索[9，10]，其中引入工程实例进行案例式教学，对于工程实践能力培养有着积极推动作用，近年来收到一定成效。

案例教学作为一种基于实践经验的探索性教学模式，是以培养学生的能力为核心的新型教学法，能够营造接近真实的应用环境，适合于在系统讲授的基础上将理论应用于实际问题的分析，注重教育的主体性和互动性，突出教育的实践性和应用性，对于培养和提高学生的创新意识与应用能力，因此，该教学方法成为增强专业学位研究生实践能力的途径之一，对高校培养应用型人才和提高高等教育质量具有极其重要的现实作用[11，12]。本文以资源与环境专业的环境化学课程中案例教学实践为例，探讨案例的组织实施及教学效果。

通过独立研究和相互讨论的方式，来提高学员的分析问题和解决问题的能力的一种方法。这种教学方法依照法律工作中立案办法把教学内容编成案例形式来进行教学很受欢迎。在当今世界的教育和培训中受到重视和广泛的应用。

一、环境化学课程的特点

环境化学是研究有害化学物质在环境介质中的浓度水平、污染机制、迁移转化、毒性效应和控制的化学原理和方法的科学，在认识和解决环境污染问题、保障生态环境安全中发挥着不可替代的作用。资源与环境专业学位研究生开设高等环境污染化学，是在本科环境化学课程基础上的拓展，使研究生进一步掌握环境中化学污染物迁移转化原理，了解环境化学的研究领域及发展趋势，提高消除和控制污染、解决环境问题的能力，为从事环境科学与工程相关研究奠定理论基础。

课程以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标，具有理论基础强、学科间综合性明显、学科内多层面内容交融、前沿新技术发展迅速等特征。研究生在本科阶段掌握了一定环境化学基本理论，在此基础上，在专业硕士研究生教学过程中，重在进一步激发学生的学习兴趣，培养运用所学知识解决环境问题的能力，这也是硕士生教学改革中亟待解决的问题。

按照传统的讲授法，环境污染化学基本原理讲授课堂气氛沉闷，效果较差。教学过程适当穿插案例教学，依据真实的案例、围绕案情发展而展开的互动式教学，教学过程通过学生作为主体参与，体现出实践性，打破了教师讲、学生听的传统教学方法，尤其对于专业型硕士提高教学效果十分必要。

二、环境化学教学案例的选择

案例是案例教学法的核心，其质量的好坏直接影响着课堂教学的效果。一个好的案例必须包含一个典型的问题或问题情境，有利于突破教学重点和教学难点。根据本课程教学目的，为突出课程特点和地域特色，在教学案例的选择中主要基于以下两点：（1）选择具有时效性、典型性和突出代表性的环境污染案例;（2）紧密结合科研项目，使部分案例来源于实际科研，从研究生指导教师或课题组筛选可反映环境基本问题、且难以解决的事件加以典型化处理，让学生对发生在身边的真实环境事件加以思考分析，将科研项目融入课堂并不断更新，激发学生的学习兴趣。根据上述原则，选择了以下四个主题，形成教学案例进行建设。

（一）白洋淀富营养化水体氮磷迁移循环

誉为“华北明珠”的白洋淀是华北平原最大的淡水湖泊和湿地生态系统，雄安新区设立后白洋淀更是引起关注。近年来对白洋淀生态保护高度重视，氮磷污染引起的水体富营养化是国内外普遍存在的水环境问题，也是白洋淀突出环境问题之一。本课程以氮磷在白洋淀湿地生态系统的迁移转化研究实例作为教学案例，针对该典型问题，从环境化学角度展开讨论，分析营养盐在湿地生态系统的循环、迁移转化及其环境因素的相关性，加强认识氮磷营养盐在湿地的循环过程及水-沉积物界面释放，解释水体富营养化问题的本质规律，激发学习兴趣和认识深度。

（二）抗生素在水环境中的迁移转化与毒性效应

抗生素滥用问题已是一个世界性难题，与世界其他国家比，我国已成为抗菌药使用大国。世界健康组织的最新资料也显示，国内住院患者的抗生素使用率高达80%，远远高于30%的国际水平。抗生素药物导致的耐药细菌在环境扩散，危及人体健康与环境安全。而河北省作为抗生素制药大省，抗生素污染问题更应高度关注。本案例基于河北省抗生素生产和使用现状，结合华北制药集团废水处理系统抗生素降解及毒性资料查阅，使学生清晰认识关键抗生素在环境中的迁移与转化规律及控制原理。

（三）大气中PM2.5的形成机理及迁移转化

我国，尤其是京津冀地区，雾霾污染严重，结合京津冀自然状况、经济发展、工业布局、气象条件等实际情况，通过让学生亲手查阅资料，具体分析空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的影响，从雾霾的化学组成复杂、源头多样性，使学生认识雾霾形成本质，加深理解到应对污染、改善空气质量的首要任务是控制PM2.5，为雾霾的污染防治奠定理论基础。

（四）土壤重金属形态及迁移转化

土壤污染具有隐蔽性和长期性，国内土壤重金属污染最为普遍，尤其重污染场地具有较大环境隐患，土壤重金屬污染治理刻不容缓。选择重金属冶炼厂周边农田土壤重金属污染作为案例，旨在引导学生在了解农田土壤污染特征的基础上，运用所学土壤修复技术（物理、化学、生物修复技术），对不同污染类型及污染程度的农田土壤进行分区、分类、分级修复，实现从理论研究（田间试验）到工程应用的过渡，通过案例教学，使学生掌握重金属污染土壤技术体系的建立过程。

三、环境化学案例的教学实践

案例教学实施过程中，课上提前将案例教学的目的要求、教学方法进行讲解，使学生明确了解案例教学法，以便师生更好配合提高教学效果。然后通过QQ或者微信指导学生提前查阅搜集资料，编写形成方案。最后让学生以个人或团队形式讲解案例，组织学生开展讨论、辩论。

（一）课前教学案例初稿编写

课前分组搜集相关资料，整理、撰写案例初稿，教学案例的内容主要包括案例背景、案例描述、案例评析。

1.案例背景：案例需要交代所选择的典型污染事件发生的有关情况，如时间、地点、事情的起因等。背景介绍并不需要面面俱到，重要的是说明故事的发生是否有什么特别的原因或条件。

2.案情描述：案情的描述需要像讲故事一样具体生动地描绘污染事件的起因、发展和结果，基于环境污染的时空特性，要求案例描述的材料要求真实、完整、具体、典型、有效、适时。

3.案例评析：在学习知识的同时，让同学们进一步拓宽思路，提出问题，并进一步找到了解决一些环境污染难题的办法;对在校的同学，了解到实际工作中的现状和存在问题，为将来参加工作奠定了一定的基础。解决问题的答案是开放性的，有助于学生开放思路，具有独到的思考。

学生在编写教学案例中，对于学生学会观察、深入了解关注事件、查找文献资料、加深理论学习、独立思考问题解决问题的能力，都有一定程度的提升。

（二）课堂集中讨论

依据真实的案例、围绕案情发展而展开的互动式教学，主要过程包括：小组制作出PPT→代表发言→其他小组询问→解释/回答→集中问题全班重点讨论→问题的合理解决。讨论过程中，教师根据课堂实际情况，可以灵活设计并提出问题，问题设计中，要考虑问题的数量、问题的认知层次、提问的方式、问题的指向、学生回答的方式、教师回应的方式等。引导学生作为主体参与教学过程，启发学生发现问题和思考问题，通过针对同一问题的不同观点的互相交锋和彼此互动，激发学生的创造性思维[13]。通过互动讨论，使学生更准确地掌握化学理论和方法在处理实际环境问题时的应用。

（三）课后总结阶段

课后自己进行思考和经验总结，并对案例初稿进行润色，补充资料，完成案例的编写。

四、教学效果分析

本课程经过两轮授课后，对两个年级的同学进行教学效果分析。主要收获。

1.案例教学是教学资源组织的一种有效形式，以师生共建的方式提供学生更多学习的机会。课堂教学学时有限，使得很多互动无法实现。通过案例库建设，为环境污染化学教学搭建一个互动教学平台，将“点对面”的单向教学模式转变为“点对点”“面对面”的多方位互动模式。

2.案例教学可以让授课教师多留问题让同学们课前、课后学习准备，在课堂上进行讨论，通过案例来引发学生课前—课中—课后的参与思考，通过各环节各种信息、知识、经验、观点的碰撞，达到启示理论和启迪思维的目的，可提高学生的判断能力、分析能力、决策能力、协调能力、表达能力和解决问题的能力。

3.鉴于案例教学的优势在于密切联系实际，具有较强的针对性、目的性和实效性，因此，将案例教学穿插在教学中是高效率利用课堂学时、改善教学效果、提高学生综合素质的有效途径之一。因此采用案例教学，便于建立理论和实践的联系，可以提高教学质量和效果。

结语

案例教学依据专业培养目标、教学内容需求，营造其具体教学情境，引导学生自主分析、讨论。作为提供了理论与实践相结合的平台，已成为世界范围内培养高层次应用型人才的重要方式，由案例引出相关知识点，促进理论与实践相结合。期望经过几轮不断完善丰富之后，教师们会根据教学内容时时更新相关案例，以求案例的时效性，并增加课程兴趣，使学生投身到讨论辩论中，适应这种课堂形式，使教学效果在适用性和实践性上满足社会的需求。

參考文献

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Exploration of Case Teaching Method for Professional Degree Postgraduates under the Background of “Emerging Engineering Education”： Taking the Course of Advanced Environmental Pollution Chemistry as an Example

LIANG Shu-xuan， FANG Yan-yan， ZHAO Chun-xia

（College of Chemistry and Environmental Science， Hebei University， Baoding， Hebei 071002， China）

Abstract： Under the background of “emerging engineering education”， the lack of practical ability training is a common problem for engineering professional degree postgraduates. During the classroom teaching， focusing on improving practical ability has become the core issue of graduate teaching. This paper takes the course of Advanced Environmental Pollution Chemistry in the field of resources and environment as an example and analyzes the current situation of graduate teaching of engineering professional degree under the background of “emerging engineering education”. From the course characteristics， case selection， case writing， classroom discussion， teaching effect and so on， this paper explores the design and practice of case teaching method for the cultivation of professional degree postgraduates. In the process of theory learning， the students should take the construction of “emerging engineering education” as the guide， continuously innovate and improve their ability.

Key words： case teaching method; Advanced Environmental Pollution Chemistry; professional degree graduate student; application ability