基于OBE理念的“环境分析化学实验”课程教学改革研究

张金娜，石晗，王树涛

摘    要：“环境分析化学实验”是与“环境分析化学”课程配套的一门独立实验课，其教学效果直接影响到环境类专业学生未来的职业技能。文章基于OBE的结果导向教育理念，对该课程进行教学改革，通过拓展实验方法、建立智慧课堂等手段提高课程的先进性，丰富教学方法，激发学生的学习兴趣和积极性；以实际水源模拟检测分析完整过程提高学生实践能力和综合分析解决问题的能力。通过教学改革充分提升培养效果，达成培养目标，为环境行业的发展输送合格人才。

关键词：OBE；环境分析化学；实验教学；改革

中图分类号：G642          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2023）06-0062-03

随着全国高校教育改革的推进，人才培养模式不断变化，逐渐由基于知识教学转向基于能力的教学[1]。各高校都十分重视实验教学在学生能力培养中的作用，并逐步加大实验教学的改革力度。与理论教学相比，实验教学更具有实践性、直观性和创造性，是提高学生实践能力的重要培养手段[2-3]。“环境分析化学实验”既是与“环境分析化学”配套的一门独立实验课，也是环境类专业的必修实验课，其教学质量对提高环境类专业学生的基本素养和职业技能起到十分重要的支撑作用。以培养高水平工程型人才为己任的环境专业高等教育须顺应社会发展需要，不断加强人才培养体系建设，培养出具有较高职业素养和综合实践能力的创新型人才[4-5]。

OBE（Outcomes-based education）模式即成果导向教育，最早产生于欧美教育体系中由Spady提出[6]。该理念是一种基于结果的教育，以目标为教育基础[7]，以学生为中心、成果为导向，认为教育的最终目标是学生的学习成果[8-9]。教育过程完成后，每个学生都应达到既定的学习目标[10]。将OBE理念引入环境分析化学实验教学过程，运用OBE理念改革优化教学内容，以提高学生学习兴趣和综合实验能力为学习目标[11]，切实提高学生学习综合素养和职业技能，为其今后从事環境污染物分析、环境质量评价等环境领域相关工作打下扎实基础，为专业发展输送合格人才。

一、“环境分析化学实验”课程的现状

环境分析检测在研究环境污染过程中起着重要作用，而目前部分高校环境分析化学实验教学在解决实际环境检测问题方面涉及较少，实验课程仅为教学而教学，忽略了学生的主动性，实验教材大部分为学校教师自编的实验讲义，即使是正式出版的实验教材也存在前沿性差的问题，实验方法过于陈旧，无法与最新发展并广泛应用于实际的分析手段接轨。作为环境类专业较为重要的专业基础课，无法在教学中激发学生对专业的兴趣和热爱，亟待改进教学方法以调动学生的积极性。

同时，在近年的教学过程中发现，由于中学化学课程的不断改革，部分基础实验和操作已纳入教学大纲，全日制普通高级中学化学教学大纲“教学目的”中明确提出了对学生实验能力的培养要求，并且实验课时与理论课时占比达到1∶4左右，通过初级训练，学生的动手能力已有较大提升，具备一定的实验操作基础，因此，传统的教学方法对学生来说缺乏挑战，未能进一步激发学生的潜能。另外，由于传统的教学方式比较古板，学生的学习兴趣不高，对课程不重视，没有养成良好的实验习惯，对实验过程中遇到问题不善于主动思考，对实验失败的结果也不能主动分析原因，更多是寻求教师给予直接的解决方案，这些都导致学生的综合实验能力无法提高。本课程实验项目的设置多为实验室配水的指标检测，水质成分单一，不需要考虑干扰因素的排除方法，与实际情况差别较大，不利于学生对所学知识的整合与综合运用，因此急需对现有教学模式进行改革，以寻求一套能激发学生学习主动性，并且使学生在完成实验课程后各方面的能力都能得到明显提升的教学方法，以便与环境领域的实际检测工作接轨，培养合格的专业技术人才。

二、基于OBE理念的教学改革措施

（一）优化教学理念，提高课程先进性

基于OBE理念“反向设计，正向实施”的原则，从调整教学大纲入手，将目前实际检测工作普遍推行的环境污染物检测分析方法融入实验，适当合理地扩展部分实验方法。学生通过对实验课程的学习，不仅掌握了经典的分析方法，也了解了新兴的检测手段，课程紧跟行业发展的步伐，学生毕业后能够与实际工作无缝接轨，迅速进入工作角色，更好地服务社会。

随着分析检测技术的不断发展，多项常规水质指标检测方法都进行了更新并广泛应用于实际水质检测过程中。新的方法检测灵敏度普遍更高，操作也更便捷。而目前的课程使用的是旧版教材，部分实验方法老旧，为保证课程的先进性，须不断专注专业前沿知识，将先进的分析方法引入课堂。以“水中铜离子的测定”为例，原教学大纲采用火焰原子吸收分光光度法，实验操作步骤以国标GB/T 14353-93为基础，该方法已实行近三十年。而近年来广泛使用的电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）不但检出限低，还可以同时检测多种金属离子，已广泛被各大高校及科研院所采用。因此，在该实验项目上补充ICP的使用教学，可以拓宽学生视野，对金属元素的检测方法有更全面的了解。在教学过程中对两种方法进行比较，分析各自的优缺点，学生在对检测方法有了全面的认识后，可在实际工作中根据需要选择适合的分析方法；传统教学大纲中“水中余氯的测定”采用的是碘量法，该项目主要目的是让学生了解水中余氯测定的意义，并掌握碘量法的测定原理和操作步骤。实际工作中由于氯的不稳定性，多采用现场便携式仪器直接测定的方式来检测余氯含量，因此，可以在教学过程中引入便携式余氯测定仪的使用教学，类似的便携式检测仪在实际环境事件及水质分析中经常会被使用，课上引入这部分内容时可同时介绍到与实际工程相关的部分内容，让课程更贴近实际应用与行业发展动态，从而提高课程先进性。

（二）建立智慧课堂，激发学习兴趣

传统教学多数采用“填鸭式”的教学方法，学生被动接受，学习效果差，已经不能适应未来时代的发展需要[12]。而OBE理念强调以学生为中心，在教学活动中充分尊重学生的主体性，每个教学环节的设置都以学生为主体，充分挖掘学生的创造力。随着信息技术的飞速发展，基于互联网和大数据时代的智慧型课堂逐步显露头角，充分利用现代多媒体及网络资源，在校园管理平台的支持下，结合实验室的硬件设备，创建智慧型课堂，同时采用启发式、研讨式的教学方式，实现多渠道的学习功能[13]。智慧课堂包括预习平台、实验录像，线上考核、评价反馈等模块，支持课前、课中、课后不同阶段的在线学习以及及时的数据反馈，以学生为主体，教师辅助教学指导，学生在互动交流的过程中学习知识，让学生充分体验课堂的互动性和趣味性。学生在学习过程中发现问题，可通过互相讨论的方式解决，也利于养成勤于思考的习惯，促进其全方位发展。数据统计与反馈有利于教师及时掌握学生的学习情况，并根据学生学习情况及时调整学习方案，形成智能化管理，打造高效的学习环境。

教学模式上采用线上预习讨论+线下实践操作相结合的方式，对于线上预习部分，通过教学平台以及知识拓展模块完成相关内容的预习，并针对具体的实验项目设置实验准入考核，主要考察学生对相关知识的掌握以及实验室安全制度的理解。以“水中铜离子的测定”为例，采用火焰原子吸收分光光度法分析检测时，需要用到乙炔气体，该气体属于易燃易爆气体，在实验过程中要严格遵循使用流程，以防止发生安全事故。以往实验过程中，对于这部分内容只是由实验教室口头讲述注意事项，并无考核环节，也無法了解学生对安全规则的掌握情况，改革后，采用智慧课堂线上考核合格后再作实验，更利于实验室安全管理，保证学生在准确、安全地完成实验的同时，避免发生安全事故。学生进入教学平台后，完成线上预习内容，通过实验准入考核后方可进行线下实验。线上预习讨论部分可先播放一些与课程检测指标相关的环境污染问题。例如：在学习“水中硬度的测定”时，可播放一些由于水中硬度不达标造成环境问题的短视频，通过视频进行启发式提问，讨论学习目标中的重点、难点。这与传统教学方式的最大区别是以提问为主，通过提出问题引发学生的思考，并带着问题去查找资料，利用电子资源整合相关知识，从而解决问题，最后完成实验准入考核。整个过程可以开阔学生的环境视野，提高学生对环境污染的认知能力，引发其对环境污染问题的思考，既让学生了解检测项目的意义，又能激起学生学习的兴趣，更利于调动学生学习的积极性。

经过线上引导讨论以及带着目标的预习搜集资料，学生对实践操作部分已有一定的了解，在这个基础上进行线下实践操作，既可以将所学知识融会贯通，又能够聚焦重点难点。在实验进行过程中，也可以利用视频图片等多媒体播放手段，将重点操作步骤详细展现给学生，让学生视觉和听觉同时接受信息，加深印象，强化记忆；在每次实验结束后，可针对实验过程中存在的问题，在各小组内、小组间进行讨论，分析出现问题的原因及解决办法，特别是对于实验中经常出现的结果误差较大的情况，可作深入讨论，分析误差出现的原因，培养学生勤于思考的习惯。在实验过程中利用多媒体设备对实验操作进行录像，供学生复习回顾，对于课后作业可在线上进行答疑解析，最后通过统计数据来评价反馈教学效果，整个智慧课堂管理体系如图1所示。另外，对于有毒有害污染物的检测，还可充分利用虚拟仿真教学资源，开展虚拟仿真实验。例如，对于环境分析化学实验最后一个项目“气相色谱法测定水中苯系物”，可以采用虚拟仿真软件完成整个实验过程，因为该实验涉及到的相关试剂配制等内容，已在前面的项目中多次练习，而这个实验的主要目的是掌握气相色谱法的原理及应用，因此，可以通过虚拟仿真软件完成该项目并达成教学目标。总之，充分利用现代化手段，融合各类教学资源，构建与时俱进的教学方式，能够极大地激发学生的学习热情。

（三）强化能力培养，提升学生综合素质

OBE理念强调对学生学习结果的关注，而环境分析化学实验的培养目标在于培养学生专业技能，在对学生传授知识和技能训练的过程中，培养其科学的思维方式，提高他们综合分析能力和解决实际问题的能力。因此，实验项目应更贴近实际工程应用，具备较强的应用性和实践性，使学生在获取新知识的同时，实现知识与能力的转化、理论与实践的结合，提升专业素养，以便将来更好地服务社会。实际检测工作中，采样比较复杂，不仅需要排除干扰，而且采样过程也有较多细节需要注意，否则会直接影响结果的准确性。目前，课程设置的未知水样均为实验室配水，成分相对单一，与实际情况差别较大，为更好地适应未来职业需求，须改变现有配水模式，全过程模拟实际采样分析。例如，在学习“水中高锰酸盐指数的测定”实验时，水样可选择实际水源，让学生参与采样、预处理、分析以及出报告的全过程。在此过程中还可将环境质量检测时水样采集的标准流程作为拓展内容向学生介绍，使其充分了解检测工作的严谨性，养成良好的职业素养。水样取回后要求学生根据资料分析水质可能存在的干扰，并根据所学过的给水工程及相关课程内容进行综合分析，制定消除干扰的方案。测定结束后，对结果进行分析，如水质超标，可将超标处理方案作为课后作业。这样在学习该项目的分析检测方法同时，还拓展了采样、水质处理等内容，要完成作业，学生就要通过查阅资料，综合运用水污染控制工程、环境检测等课程的内容，相当于完成了一个小型的水污染治理方案，充分提高了学生综合利用理论知识分析问题以及解决实际问题的能力，对提高课程教学效果，具有十分重要的作用。

三、结论

培养环境工程应用型和创新型人才，是高等院校的重要职责。环境分析化学实验课程的教学改革，通过更新教学大纲、改进教学模式、激发学习兴趣，更好地培养了学生的实践技能和综合能力，提升了专业素养，也为环境分析化学和环境类专业实验教学体系的完善和发展提供参考，为环境专业应用型和创新型人才的培养提供一定的指导方法。

参考文献：

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[4]耿萍，张帆.基于微信的翻转课堂教学模式在分析化学实验教学中的探索[J].大学化学，2020（1）.

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[7]冯诚，夏添，景维鹏.基于OBE理念的“操作系统”课程线上线下混合教学模式改革[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（7）.

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[13]颜婉茹，杜青林，魏金枝.以OBE为教学理念，打造智慧实验课堂——以环境监测实验课程改革为例[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020（3）.