“新工科”背景下基于项目驱动教学法的“分析化学”课程教学改革*

高慧颖，李艳青，周阳修，权宇珩，赵 鹏，马宵颖，杨 华

(1.华北电力大学，河北 保定 071003；2.河北软件职业技术学院，河北 保定 071000)

自2017年2月发布《关于开展新工科研究与实践的通知》以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，并发布了一系列新工科背景下人才培养的指导性文件，为培养和造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才提供战略支撑和方向[1-2]。“分析化学”是化学化工类、环境工程类、生物医药类等专业的一门专业必修课。主要向学生传授物质组成的分析原理和分析方法，是学生将来从事化学、化工、环境、电厂化学、安全工程和材料化学等学科工作的基础[3-4]。“分析化学”课程体系包括课堂教学及实验教学两个方面。通过“分析化学”及其实验的训练，使学生建立起严格的“量”的概念，培养学生从事理论研究和实际工作的能力、严谨细致的科学作风以及实事求是的科学态度[5-6]。结合新工科人才培养理念和目标，需要对“分析化学”课程教学进行改革，将学生培养成满足新工科要求的高素质、复合型工程人才。

项目驱动教学法是一种以学生为主体、以教师为辅助和指导的新型教学方法，能有效改善传统教学模式存在的诸多枯燥的学习方式。其起源于20世纪20年代的美国，以课程内容为主线，教师构建真实或接近真实的项目任务，学生分组进行学习，通过小组协作制定方案，最终进行项目评价的新型教学模式。这种教学方式使学生自主地进行项目管理和执行，巩固和扩展课堂知识，提升团队协作和沟通能力，增强创新和实践能力。因其高效性、适用性和便于操作性，在美国、德国等一些发达国家被广泛使用[7-9]。在我国应用型高校人才培养过程中，很多学校同样采用了许多类似的教学方法，并取得了较好的教学效果[10-12]。本文以项目驱动式教学法为基础，探讨应用化学、环境工程专业的“分析化学”课程的教学改革，以有效改善教学效果。

1 “分析化学”课程现状

“分析化学”在大学本科教学过程中秉承了传统教育模式，其课堂教学也以传统的讲授式为主，即以教师的主动灌输、学生的被动接受为主。这种教学模式以其目的明确、便于操作等优点得以广泛使用。但是也暴露出来一些不容忽视的弊端，主要包括①侧重知识传授，能力培养方面则不够突出；②师生之间、同学之间互动不足，课堂授课效果不理想；③学生课堂学习被动，不能充分激发学生的积极性、主动性等。因此常有教师花费极大精力讲解，学生仍旧一知半解的情况存在，很难完全实现教学目标。

而“分析化学”实验的教学通常也是老师先行进行实验演示，同时进行实验目的、原理、操作步骤以及注意事项的讲解，然后由学生本人进行实际动手操作，记录实验数据，最后通过提交实验报告中的数据处理以及思考题的解答反映学生对实验内容的掌握情况。这种实验教学模式同样存在着学生学习缺乏主动性，容易产生厌学心理，导致学生实践能力得不到很好的开发。

我校作为依托电力行业背景的工科院校，更加突出应用型、复合型、技能型人才培养。这就需要我们在“分析化学”课程教学活动中克服上述存在的教学问题，引入新的教学理念，转变教学模式，从而提高教学质量，提高学生的综合素质。

2 项目驱动教学法在“分析化学”课程中的应用

“分析化学”是一门基础学科，是人们获得物质的化学组成和结构信息的科学。在化工、食品、纺织、生物、医药、资源与环境等专业的课程体系中发挥着不可替代的作用。像环境检测、三废治理、生产工艺选择和质量监控、农药残留、临床诊断、病理研究、宇宙观测等方面，大至宇宙的深入探索，小至微观世界中物质的认识，几乎人类活动涉及到的所有领域都离不开“分析化学”。由此推断，“分析化学”课程在讲授的过程中具有实施“项目驱动教学”的潜在优势。

2.1 教学内容的改革与实践

教学内容的改革是以课程教学大纲为基础，以学生能够应用“分析化学”的理论原理解决电力企业中的实际问题为目标，结合专业领域内的实际应用，对理论内容进行模块化整合。围绕每一章节的理论内容，制定由项目目标和若干启发性问题构成的项目单元。项目单元目标的设计需严格围绕教学重点和难点设计，难易程度适中，确保在有限的课时范围内能够高效地完成，同时注重锻炼和提升学生对知识的综合应用能力。启发性问题设置则需突出引导性、提示性和多向性，以使学生把握正确的任务方向，同时培养灵活运用知识分析和解决问题的能力。

2.2 教学方法的改革与实践

在课堂教学中将项目驱动式教学法与传统的教学过程相融合，对于每一项目模块，教师采取通讲概述→布置项目→引导答疑→项目验收→总结补充的形式授课，学生通过明确任务范围→查阅文献资料→结组讨论分析→分工完成项目→总结查漏补缺的形式学习。这种教学方法将教学过程由传统的灌输式改为引导式，提高了学生在课堂内的主动参与程度；结组的形式有助于学生通过交流合作更有效的完成项目任务及更全面的掌握知识内容。通过设立引导性问题和大量讨论交流，使学生在学习过程中变被动为主动，同时其灵活运用知识分析和解决问题的能力得以提高。

3 项目的设计和准备

本校“分析化学”课程设置为32学时的理论授课和24学时的实验课时，旨在培养企业所需的应用型人才和科研高校所需的科研型人才。在对生产生活上的实际检测问题以及省级自然科学基金课题里有关各环境污染物降解过程中的浓度变化和相互转化的问题进行综合分析后，分别与“分析化学”教材各章节内容进行比对，为“分析化学”课程中各章有针对性地设计了对应的可行性项目。同时考虑到执行“分析化学”相关章节的项目的需要，首先在项目执行前先安排1～2课时的理论教学，对本章的基础概念、基础知识和基本理论进行介绍，使学生对本章基础有一个初步的了解。然后，从接下来的课时开始，每个项目与实际实验相结合在4～8课时(约1～2周)内完成。学生或学习小组通过课本理论知识对各章指定或可选的项目进行实施来完成。详细的各章对应的实践和优化的项目以及课时分配如表1所示。

表1 “分析化学”课程中各章对应项目

针对上述这些解决生产生活中实际问题的项目以及省级课题中相关的科研项目的实施，使学生们体会到课本上所学的理论知识横向上不仅可以解决自己身边的现实问题，纵向上还可以接触科研项目中更为深入的科学研究，这样对于不同需求的学生群体都能让他们知道学有所用，也将在学习过程中更有兴趣和驱动力。同时这些项目的实施将课堂教学和实验教学两个原本独立的教学环节有机的结合在一起，使学生在学习过程中能进行理论知识和实践操作的自由切换。

4 项目单元的具体实施

所有项目虽然在研究内容上会有所区别，但在实施过程中都可分为以下四个阶段进行，具体如图1所示。

图1 项目单元的实施路线图

4.1 第一阶段：项目解释和分解项目设计

在项目实施前，教师端应首先进行课前准备，包括：①进行项目主题设计：根据教学内容、目标和要求设计项目单元的内容及目标；②项目框架设计：采用给出引导性问题，提供提示或关键词等形式帮助学生理解和明确实施项目内容。学生端根据老师要求分成若干小组，确定项目组成员和组长(负责人)。

4.2 第二阶段：项目解释和任务布置

教师端进行课堂串讲和任务布置，包括：①理论知识串讲：讲解项目单元所涉及的理论和背景知识；②项目案例说明：选取与将布置项目类似的其它项目单元为例进行展示说明；③布置项目要求：跟学生详细说明项目内容、完成时间、提交形式及项目验收要求；④提供交流平台：提供或指定参考资料和信息交流方式，方便项目实施过程中师生间的沟通交流。

学生端接收教师下发任务后，开始进行项目的实施，过程包括：①时间安排：根据项目内容的难易程度，制定项目每个阶段的时间计划，并发给老师进行修正；②成员分工：项目组组长根据自己团队成员的特点进行分工，确定每个成员的角色和协作模式，确保每个人都参与其中，各司其职、各尽其责。

4.3 第三阶段：项目实施

此阶段是整个项目实施过程的核心环节。学生是主体，教师起辅助和指导的作用。学生端的所有团队成员都应该为项目贡献自己的想法，具体工作包括：①确定项目实施的具体方式和过程安排；②资料检索：所有成员都参与资料检索的过程，根据项目内容，挑选合适的信息支撑自己制定的实施方案；③信息交流沟通：每位成员在教师提供的线上交流平台或教室现场对项目具体实施过程进行深入的交流讨论。

教师端在此过程中进行必要的指导工作，包括：①协调项目实施条件：与实验室负责老师沟通实验场地、时间和实验器材等问题，保证学生能按计划开展自己的项目；②项目场所项目跟进：利用线上线下多种方式实时跟进项目的制定、实施等过程；③项目实时答疑：采取线上和线下同步的方式，对项目进展过程中出现的问题进行讨论和解答，提高学生解决实际问题的能力；④信息收集反馈：全程记录并汇总学生端执行项目的情况，发现问题及时与学生端进行交流和指导。

4.4 第四阶段：项目验收和评估

项目完成后，学生端完成项目收尾的提交工作，包括：①完成并提交项目报告：处理项目实施过程中的实验数据，提交书面报告，并由各组选出的代表通过多媒体进行现场讲解说明，分享和展示本小组的项目设计和实施过程中的成果和体会。所有成员参与老师和其他组同学提问解答环节；②评价和自我评价：小组在上述答辩环节过程完成小组的自我评价，同时观摩其他小组项目执行情况，小组间相互学习、交流，对其他小组项目的工作提出建议或意见，并提供小组间同学们的评价。

教师端进行项目验收工作，包括：①组织项目验收：到达对应时间节点，教师组织并主持各项目小组的项目验收、答辩、交流等环节；②项目评价：教师根据对章节知识的综合利用、实际问题的解决和项目设计的创新性对各个项目进行教师评价；③回顾总结：根据各小组项目的完成情况，进行总结，并对书本对应章节的知识点内容查缺补漏。

最终学生成绩将从以下四个方面进行评估：小组学生的自我评价、小组学生间的评价、各小组间的同学评价和教师评价。再综合这四个方面的成绩，给出该小组最后的总评成绩。项目评估过程也是学生们相互学习和交流的过程，在此过程中学生们能够取长补短，从中找出自己小组执行项目过程中的可取之处和存在的问题，为下一个项目的实施积累经验。同时，学生会因项目的成功实施获得学习的自信心，并有效提高了执行力，能够灵活运用书本上的理论知识解决实际生产生活问题，深刻体会到“学以致用，用以促学”的道理。项目驱动教学法能有效避免传统教学模式中的“填鸭式”枯燥的学习方式，充分调动学生学习的主动性和积极性，明显提高课程的学习效果。

5 结语

项目驱动教学法的实施不仅缩短了大学校园与企业之间的距离，加快了课堂理论教学与实际工程生产的融合，也方便学生提前接触和联系社会。同时，项目驱动教学法能培养学生的团队精神和协作意识，提高学生自主学习、独立分析和解决问题的能力。可以预见，项目驱动教学法在大学课堂上的大力推广和应用，将成为新工科背景下学校培养具有实践与创新能力的应用型人才最有效的教学手段之一。