以工程項目任務(wù)為驅(qū)動的環(huán)境儀器分析課程教學探討

陳春麗 王毛蘭 曾慧卿 曾艷 朱衷榜

摘要：在工程教育專業(yè)認證背景下，針對環(huán)境儀器分析課程學生反映學習難、學習積極性普遍不高的問題，加強環(huán)境儀器分析作為環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的銜接性教育，構(gòu)建“以學生為中心，以工程項目任務(wù)為驅(qū)動”的環(huán)境儀器分析課程混合式教學模式，通過結(jié)合環(huán)境工程項目焦點，采取多元化的教學模式，學生在教師的引導(dǎo)下，通過師生互動、生生互動，把環(huán)境儀器分析的知識應(yīng)用到污水處理工程、大氣污染治理工程及固體廢物處理與處置工程項目的實際中，讓學生從被動聽教師授課轉(zhuǎn)為主動性獨立學習的同時，又能以培養(yǎng)出更能滿足社會需求的環(huán)境工程專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：以學生為中心;工程項目任務(wù)驅(qū)動;儀器分析;環(huán)境工程

中圖分類號：G642 ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：

Discussion on the Teaching of Environmental Instrument Analysis Course by Engineering Project Driven Tasks

CHEN Chunli WANG Maolan ZENG Huiqing ZENG Yan ZHU Zhongbang

（School of Resources， Environment and Chemical Engineering， Nanchang University， Nanchang， Jiangxi Provence， 330047， China）

Abstract：Under the background of engineering education professional certification， in order to alleviate the problems of environmental instrument analysis courses that students have reported difficulty in learning and generally low enthusiasm for learning， and strengthen the education of environmental instrument analysis as a cohesive? between the basic and professional courses in the major of environmental engineering， a "student-centered and the engineering project task-driven" environmental instrument analysis course hybrid teaching mode was build. The knowledge of instrumental analysis of environment was applied to the reality of sewage treatment engineering， air pollution control engineering， and solid waste treatment and disposal engineering projects by combining the focus of environmental engineering projects， and adopting a diversified teaching mode. Under the guidance of the teacher， through the teacher-student interaction and student-student interaction， the learning method of the students was changed from passively listening to teachers’ lectures to active and independent learning. Meanwhile， more professional Environmental engineers were cultivated which were satisfying and required by the society.

Keywords：Student-centered; Project-driven task;Instrument analysis;Environmental engineering

《環(huán)境儀器分析》是環(huán)境工程專業(yè)的一門實踐性和應(yīng)用性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-2]，涉及本專業(yè)相關(guān)的污水廢水污染現(xiàn)狀與排放、大氣污染現(xiàn)狀與廢氣排放、固體廢物處理與處置過程中污染物排放、除塵與凈化系統(tǒng)等工程過程都涉及環(huán)境儀器分析，是后續(xù)核心專業(yè)課程的基礎(chǔ)課之一。該課程教學目標要求學生理解、掌握各類現(xiàn)代儀器分析方法的基本組成和工作原理;掌握各類儀器分析的定性、定量方法;能夠運用現(xiàn)代分析檢測儀器進行分析，并根據(jù)復(fù)雜工程項目的需要進行儀器和方法的選擇，輔助解決復(fù)雜工程問題。

日前，眾多學者分別基于成果導(dǎo)向理念（OBE）[3]、“線上+線下”混合式教學[4]等教學理念，以學生為中心[4-5]多方面多方法進行教學探討。把SPOC（Small Private Online Course）這種新興教學模式融入傳統(tǒng)教學模式中變成了混合式教學模式的重要方式之一。結(jié)合兩者的優(yōu)勢來提高課堂效果，開展“線上+線下”混合教學，在《環(huán)境儀器分析》授課中值得嘗試和探索。

1傳統(tǒng)模式下《環(huán)境儀器分析》課程教學現(xiàn)狀及存在的問題

作為環(huán)境工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學過程中，《環(huán)境儀器分析》在儀器的方法原理中涉及很多大學物理、有機化學和無機化學等知識，常被學生反映枯燥、難學難記，學習的積極性普遍不高。如何使得該課程的教學即能調(diào)動學生的學習積極性，又能達到培養(yǎng)學生既掌握現(xiàn)代儀器分析方法原理等知識，又有把儀器方法原理運用于水污染控制工程、大氣污染控制工程、噪聲污染控制工程、固體廢物處理與處置等污染控制工程中，以解決工程項目中實際問題的應(yīng)用能力的教學目標是值得教師深入探討的問題。

作為授課教師，認為環(huán)境儀器分析的“難”主要體現(xiàn)在兩個方面：一是環(huán)境儀器的方法原理涉及的知識較廣，如大學物理、有機化學、無機化學等知識;二是環(huán)境儀器的結(jié)構(gòu)分析比較抽象，理解起來有難度，加之傳統(tǒng)的單一滿堂灌的教學模式，使學生沒有參與感和主體感，從而覺得課程枯燥難懂，從而厭學或放棄。

2 以“工程項目”任務(wù)為驅(qū)動的《環(huán)境儀器分析》課程教學改革實踐探索

單一的教學模式無法適應(yīng)繁雜的課程內(nèi)容，須針對不同的教學內(nèi)容模塊精心構(gòu)建相適應(yīng)的教學模式，運用多樣化的教學方法，將《環(huán)境儀器分析》中的知識點直接與工程項目的具體設(shè)計問題相結(jié)合，構(gòu)建以學生為中心、以“工程項目”為任務(wù)驅(qū)動的“線上+線下”混合式課程教學模式。

2.1·教學模式構(gòu)建背景

該課程是基于工程教育專業(yè)認證背景的，以學生為中心，基于成果導(dǎo)向的，且其所涉及的達成度分析有利于課程教師進一步明晰應(yīng)承擔的課程要求培養(yǎng)任務(wù)，有利于學生明晰自己的課程學習要求，有利于學院進一步明確專業(yè)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求專業(yè)，持續(xù)地改進工作。

探索以“工程項目”為任務(wù)驅(qū)動的“線上+線下”混合式教學模式，以解決學生對環(huán)境儀器分析的枯燥乏味，提升學習積極性，增強融會貫通的實踐能力，為培養(yǎng)學生應(yīng)用儀器分析知識解決實際問題的應(yīng)用能力提供實踐貢獻。

2.2 教學模式實施方案

針對環(huán)境儀器分析傳統(tǒng)教學中存在的問題，從課程目標、課堂教學及教學評價等方面對環(huán)境儀器分析課程進行改革探索，并就教學改革的實踐過程及學習能力和學習效果進行探討。

2.2.1 環(huán)境儀器分析課程內(nèi)容體系的優(yōu)化

（1）課程內(nèi)容模塊與工程項目的有機結(jié)合。課程模塊與工程項目形成結(jié)構(gòu)有序、相互承接的知識鏈條和能力模塊。《環(huán)境儀器分析》課程教學內(nèi)容主要有《環(huán)境儀器分析》基礎(chǔ)理論、原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、分子發(fā)光分析法、紫外-可見分光光譜法、紅外吸收光譜法，質(zhì)譜分析法、電位分析及離子選擇性電極分析法、氣相色譜法、液相色譜法等重要的現(xiàn)代儀器分析方法，其中，原子吸收光譜法、紫外-可見分光光譜法、氣相色譜法、液相色譜法是《環(huán)境儀器分析》的重要內(nèi)容。

根據(jù)水污染及其控制工程、大氣污染及其控制工程、水污染及其控制工程等涉及的工程項目，在環(huán)境儀器分析授課過程中把相關(guān)知識點與這些工程項目進行銜接，完善和補充環(huán)境儀器分析在環(huán)境工程項目的具體應(yīng)用實例的相關(guān)內(nèi)容，環(huán)境儀器分析的內(nèi)容體系圍繞工程項目來進行制定和展開。

（2）實踐內(nèi)容與框架的重構(gòu)。以成果為導(dǎo)向[1]，在學生對理論知識有一定掌握的基礎(chǔ)上，結(jié)合原子發(fā)射光譜法與原子吸收光譜法、氣相色譜法、液相色譜法模塊進行實踐教學內(nèi)容的重構(gòu)與創(chuàng)新。以綜合性專題教學為主，結(jié)合不同水體中重金屬污染物與不同介質(zhì)中有機污染物的檢測分析等當下工程項目的實際應(yīng)用為任務(wù)驅(qū)動，以成果為導(dǎo)向，設(shè)置不同類型的專題。從明確教學目標、優(yōu)化教學內(nèi)容、確定教學方法、開展課堂教學實踐、教學考核與總結(jié)、意見反饋幾個方面，建立基于成果導(dǎo)向的課程教學實施改革，使整個實施方案形成一個閉環(huán)，具體如圖1所示。

2.2.2 《環(huán)境儀器分析》課程“線上+線下”混合式教學模式的構(gòu)建

研究發(fā)現(xiàn)，學習動機才是引發(fā)和維持學生學習行為的最關(guān)鍵的原因[6]，學習動機又分為內(nèi)部動機和外部動機[7]。課堂教學效果很大程度上取決于學生對教學內(nèi)容的興趣和學生對教學參與的深度。在教學過程中，激發(fā)學生內(nèi)部學習動機的同時，引導(dǎo)學生學習、研究課程及相關(guān)領(lǐng)域的問題，注重將知識點對應(yīng)于環(huán)境工程項目中的相應(yīng)應(yīng)用意識的培養(yǎng)，挖掘?qū)W生獨立思考、解決實際問題的能力，采用研究性學習模式[8]，沿著“分析問題→提出方案→解決問題的”主線，通過“課前預(yù)習→課中教學討論→課后反思”3個過程，將課堂上獲取的知識體系，加以理解并應(yīng)用于提出的方案和解決問題的過程中，并得以解決問題，幫助學生達成課程預(yù)設(shè)的學習目標。

課前，教師通過“網(wǎng)絡(luò)教學平臺”發(fā)布學習安排和學習資源，學生通過同步SPOC完成慕課上的授課視頻觀看和章節(jié)測驗，然后課中通過線上線下相結(jié)合的課程研討和項目實踐來完成研究性學習的任務(wù)，并且課后以章節(jié)測驗和項目實踐的成果共同來評定成績。這樣就非常平順地從單純的線下教學轉(zhuǎn)換為“線上+線下”教學。教師在教室中面對面授課或?qū)W生觀看線上的教學視頻，都只是學生獲取知識的諸種方式之一。無論是在線上還是線下，學生都以能力培養(yǎng)的學習目標為導(dǎo)向，充分利用多種多樣的資源去主動探索知識，并培養(yǎng)運用知識解決實際問題的實踐能力。

課中，教學手段上，以學生為中心，以教師為引導(dǎo)，采取混合式教學模式，將班級學生分成若干學習小組，鼓勵學生主動參與各教學環(huán)節(jié)，合理分工，積極展示，認真完成教學任務(wù)，通過積分、小組評比、適當獎勵等手段，調(diào)動學生學習的積極性，使其真正成為學習的主人。并以啟發(fā)式教學為主導(dǎo)，激發(fā)學生逆向思維，引導(dǎo)學生積極參與討論。以情景式教學為原點，具象化學生對現(xiàn)代儀器相關(guān)原理和結(jié)構(gòu)的認識，使學生能夠直觀地理解基礎(chǔ)理論知識;以工程項目案例為知識載體，深化學生對儀器結(jié)構(gòu)、適用范圍、優(yōu)缺點等的理解和記憶，深入對水污染工程項目、大氣污染工程項目及固體廢物處理與處置工程項目設(shè)計及運行案例背后的邏輯進行探討和研究。

課后，將學生小組案例研討充分度，邏輯和層次、學生作業(yè)、資料收集、課件制作和知識的應(yīng)用能力、期末考試成績等進行量化，按合適的比例評定學生成績，并在整個教學閉環(huán)過程完成后，對整個教學實踐進行回顧梳理總結(jié)，以改促教。

2.2.3課程效果評價

綜合考試成績分析、評分表分析、問卷調(diào)查多種方法對課程效果開展評價，包括采用直接和間接相結(jié)合、定性和定量相結(jié)合的評價方法。采用考核成績分析法評價技術(shù)性指標，采用評分表分析法來評價非技術(shù)性指標，在確保數(shù)據(jù)可靠有效的前提下，輔以問卷調(diào)查等其他方法，對考核成績分析法和評分表分析法的評價結(jié)果進行佐證，綜合分析得出最終的評價結(jié)果。例如，學生訪談的方法：以面對面談話的方式，獲取學生對環(huán)境儀器分析課程的學習興趣、對教師的授課方式、授課內(nèi)容的接受和消化程度的達成情況進行評價。計算得出該課程的教學目標達成度評價結(jié)果，見圖2。

班級總?cè)藬?shù)27人，從課程達成度分布圖上看，課程3個目標達成度較好，且達成度都在0.834～0.886之間，說明學生整體上掌握得不錯。但目標1和目標3有個別學生存在達成度<0.6的情況，其中涉及儀器原理和結(jié)構(gòu)、原子吸收光譜相關(guān)的計算題是導(dǎo)致目標達成度低的主要原因，因此在今后的授課過程中，應(yīng)針對個別學生多進行溝通交流或重點輔導(dǎo)。另外，在課堂教學過程中，對復(fù)雜的工程問題及新興的污染物儀器檢測重視度還不夠，應(yīng)適度加強原子吸收光譜法、氣相色譜法、液相色譜法的教學。計劃在今后的教學過程中增加案例教學，加強例題講解，幫助學生提高對相應(yīng)知識的理解和運用能力，使學生提高運用有關(guān)的環(huán)境儀器分析理論知識、必要的實驗技能和一定的解決實際問題的能力，以培養(yǎng)學生綜合利用專業(yè)知識解決復(fù)雜工程問題的能力。

3 結(jié)語

工程教育專業(yè)認證背景下，通過優(yōu)化環(huán)境儀器分析課程目標和課程內(nèi)容體系，將工程項目與主題特色相兼顧，理論與實踐相結(jié)合，以現(xiàn)代信息技術(shù)變革課堂，構(gòu)建“以學生為中心，以工程項目為任務(wù)驅(qū)動”的混合式教學模式，即能調(diào)動學生的學習積極性，又能把環(huán)境儀器分析的知識應(yīng)用到環(huán)境工程污水處理工程、大氣污染治理工程及固體廢物處理與處置工程項目的實踐過程中，培養(yǎng)適應(yīng)社會對應(yīng)用型環(huán)境工程人才的需求，助力于打好污染攻堅戰(zhàn)，助力于生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的實施。

參考文獻

[1]周慶華，陳金媛.基于成果導(dǎo)向教學模式的《儀器分析》課程教學改革探索[J].教育現(xiàn)代化，2020，6（51）：61-64.

[2]楊基峰，鄭麗英，張松柏，等.環(huán)境工程專業(yè)《儀器分析》課程教學改革初探[J].廣州化工，2021，49（13）：174-175，208.

[3]米鐵，劉延湘，黃芳.面向環(huán)境工程新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的流體力學教學模式改革[J].科教導(dǎo)刊，2020（1）：164-165.

[4]李強，周昌靜，許偉偉，等.以學生為中心的線上線下混合式教學模式設(shè)計[J].化工高等教育，2021，38（2）：34-39.

[5]張炬紅，唐心龍，徐啟寶，等.“以學生為中心”的農(nóng)業(yè)昆蟲學課程實踐教學新模式探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（19）：95-97.

[6]黃培鳳.學習動機理論對教師教學的啟示[J].文學教育，2020（1）：104-105.

[7]郭衎，曹一鳴.學習動機對學習效果影響的深度解析——基于大規(guī)模學生調(diào)查的實證研究[J].教育科學研究，2019（3）：62-67.

[8]林健.運用研究性學習培養(yǎng)復(fù)雜工程問題解決能力[J].高等工程教育研究，2017（2）：79-89.