面向新工科的專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)法探索

梁淑軒 方艷艷 趙春霞

[摘 要] 新工科背景下，實踐能力培養(yǎng)不足是目前工科專業(yè)學(xué)位研究生普遍問題，在授課中注重提升實踐能力已經(jīng)成為研究生教學(xué)需要突破的核心問題。通過以資源與環(huán)境領(lǐng)域的專業(yè)碩士專業(yè)學(xué)位研究生環(huán)境污染化學(xué)課程為例，分析了新工科背景下工學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生教學(xué)的現(xiàn)狀，從課程特點、案例選擇、案例編寫、課堂討論、教學(xué)效果等方面，探索了專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)案例教學(xué)法的設(shè)計與實踐，力求使同學(xué)們在學(xué)習(xí)理論過程中，以新工科建設(shè)為引領(lǐng)，開拓創(chuàng)新、提高能力。

[關(guān)鍵詞] 案例教學(xué)法;高等環(huán)境化學(xué);專業(yè)學(xué)位研究生;應(yīng)用能力

[基金項目] 2019年度河北省專業(yè)學(xué)位教學(xué)案例（庫）立項建設(shè)項目“‘環(huán)境污染化學(xué)’課程案例（庫）建設(shè)”（KCJSZ2019004）;2020年度第二批河北省新工科研究與實踐項目“新工科范式下卓越環(huán)境工程師‘三方位四層次’協(xié)同育人模式的構(gòu)建”（2020GJXGK003）;2020年度河北省專業(yè)學(xué)位教學(xué)案例（庫）立項建設(shè)項目“基于人工濕地的污水處理廠尾水提質(zhì)案例”（KCJSZ2020008）

[作者簡介] 梁淑軒（1967—），女，河北定州人，理學(xué)博士，河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事環(huán)境分析化學(xué)研究;方艷艷（1993—），女，湖北孝感人，工學(xué)博士，河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院講師，主要從事環(huán)境中持久性有機污染物的遷移轉(zhuǎn)化研究;趙春霞（1978—），女，河北石家莊人，工學(xué)博士，河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事水污染控制技術(shù)研究。

[中圖分類號] G64 [文獻標(biāo)識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2022）14-0153-04 [收稿日期] 2021-07-30

引言

建設(shè)世界一流大學(xué)與一流學(xué)科是中國建設(shè)世界高等教育強國與建成創(chuàng)新型國家的重要戰(zhàn)略決策。近年來，我國以高等教育創(chuàng)新為基礎(chǔ)，大力改革和發(fā)展高等教育，積極推動高等教育創(chuàng)新發(fā)展，培養(yǎng)一流人才，支撐國家創(chuàng)新發(fā)展和民族崛起。2017年，教育部啟動新工科建設(shè)，主動布局未來戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域人才培養(yǎng)，具有深遠的戰(zhàn)略意義。新工科建設(shè)作為高校改革的“催化劑”，對高校辦學(xué)理念、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)機制、組織模式等方面的綜合改革提出了迫切要求，也必將推動高等教育深層次變革，并在我國建設(shè)高等教育強國的征程中發(fā)揮重要作用。同時，新工科得到了產(chǎn)業(yè)界的積極響應(yīng)和支持，也在國際上產(chǎn)生了影響[1，2]。新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式，建立工科發(fā)展新范式成為當(dāng)下教育所需[3]。

專業(yè)學(xué)位研究生教育作為國民教育的頂端，是高層次創(chuàng)新型人才的主要來源，專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)更強調(diào)實踐性和應(yīng)用性，注重解決實際問題能力的培養(yǎng)[4-6]。新工科背景下，在工學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)過程中，如何結(jié)合新工科的內(nèi)涵和專業(yè)學(xué)位研究生的特點，培養(yǎng)面向職業(yè)領(lǐng)域或?qū)嶋H部門的高素質(zhì)專門人材，已成為研究生教育發(fā)展必須突破的重要問題[7，8]。我國專業(yè)學(xué)位發(fā)展歷史較短，研究生培養(yǎng)經(jīng)驗不足，導(dǎo)致在研究生專業(yè)課程教學(xué)中存在很多問題，其中，實踐能力培養(yǎng)不足是目前專業(yè)課程教學(xué)的核心問題。針對目前的問題，很多高校進行了培養(yǎng)方式方法改革及和探索實踐，以提升工程實踐創(chuàng)新能力為重點，規(guī)劃培養(yǎng)過程的專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)體系，我校在培養(yǎng)理念、教學(xué)模式和實踐創(chuàng)新進行了多方面的探索[9，10]，其中引入工程實例進行案例式教學(xué)，對于工程實踐能力培養(yǎng)有著積極推動作用，近年來收到一定成效。

案例教學(xué)作為一種基于實踐經(jīng)驗的探索性教學(xué)模式，是以培養(yǎng)學(xué)生的能力為核心的新型教學(xué)法，能夠營造接近真實的應(yīng)用環(huán)境，適合于在系統(tǒng)講授的基礎(chǔ)上將理論應(yīng)用于實際問題的分析，注重教育的主體性和互動性，突出教育的實踐性和應(yīng)用性，對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識與應(yīng)用能力，因此，該教學(xué)方法成為增強專業(yè)學(xué)位研究生實踐能力的途徑之一，對高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才和提高高等教育質(zhì)量具有極其重要的現(xiàn)實作用[11，12]。本文以資源與環(huán)境專業(yè)的環(huán)境化學(xué)課程中案例教學(xué)實踐為例，探討案例的組織實施及教學(xué)效果。

通過獨立研究和相互討論的方式，來提高學(xué)員的分析問題和解決問題的能力的一種方法。這種教學(xué)方法依照法律工作中立案辦法把教學(xué)內(nèi)容編成案例形式來進行教學(xué)很受歡迎。在當(dāng)今世界的教育和培訓(xùn)中受到重視和廣泛的應(yīng)用。

一、環(huán)境化學(xué)課程的特點

環(huán)境化學(xué)是研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的濃度水平、污染機制、遷移轉(zhuǎn)化、毒性效應(yīng)和控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)，在認識和解決環(huán)境污染問題、保障生態(tài)環(huán)境安全中發(fā)揮著不可替代的作用。資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位研究生開設(shè)高等環(huán)境污染化學(xué)，是在本科環(huán)境化學(xué)課程基礎(chǔ)上的拓展，使研究生進一步掌握環(huán)境中化學(xué)污染物遷移轉(zhuǎn)化原理，了解環(huán)境化學(xué)的研究領(lǐng)域及發(fā)展趨勢，提高消除和控制污染、解決環(huán)境問題的能力，為從事環(huán)境科學(xué)與工程相關(guān)研究奠定理論基礎(chǔ)。

課程以化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問題為研究對象，以解決環(huán)境問題為目標(biāo)，具有理論基礎(chǔ)強、學(xué)科間綜合性明顯、學(xué)科內(nèi)多層面內(nèi)容交融、前沿新技術(shù)發(fā)展迅速等特征。研究生在本科階段掌握了一定環(huán)境化學(xué)基本理論，在此基礎(chǔ)上，在專業(yè)碩士研究生教學(xué)過程中，重在進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)運用所學(xué)知識解決環(huán)境問題的能力，這也是碩士生教學(xué)改革中亟待解決的問題。

按照傳統(tǒng)的講授法，環(huán)境污染化學(xué)基本原理講授課堂氣氛沉悶，效果較差。教學(xué)過程適當(dāng)穿插案例教學(xué)，依據(jù)真實的案例、圍繞案情發(fā)展而展開的互動式教學(xué)，教學(xué)過程通過學(xué)生作為主體參與，體現(xiàn)出實踐性，打破了教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)教學(xué)方法，尤其對于專業(yè)型碩士提高教學(xué)效果十分必要。

二、環(huán)境化學(xué)教學(xué)案例的選擇

案例是案例教學(xué)法的核心，其質(zhì)量的好壞直接影響著課堂教學(xué)的效果。一個好的案例必須包含一個典型的問題或問題情境，有利于突破教學(xué)重點和教學(xué)難點。根據(jù)本課程教學(xué)目的，為突出課程特點和地域特色，在教學(xué)案例的選擇中主要基于以下兩點：（1）選擇具有時效性、典型性和突出代表性的環(huán)境污染案例;（2）緊密結(jié)合科研項目，使部分案例來源于實際科研，從研究生指導(dǎo)教師或課題組篩選可反映環(huán)境基本問題、且難以解決的事件加以典型化處理，讓學(xué)生對發(fā)生在身邊的真實環(huán)境事件加以思考分析，將科研項目融入課堂并不斷更新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)上述原則，選擇了以下四個主題，形成教學(xué)案例進行建設(shè)。

（一）白洋淀富營養(yǎng)化水體氮磷遷移循環(huán)

譽為“華北明珠”的白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊和濕地生態(tài)系統(tǒng)，雄安新區(qū)設(shè)立后白洋淀更是引起關(guān)注。近年來對白洋淀生態(tài)保護高度重視，氮磷污染引起的水體富營養(yǎng)化是國內(nèi)外普遍存在的水環(huán)境問題，也是白洋淀突出環(huán)境問題之一。本課程以氮磷在白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的遷移轉(zhuǎn)化研究實例作為教學(xué)案例，針對該典型問題，從環(huán)境化學(xué)角度展開討論，分析營養(yǎng)鹽在濕地生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)、遷移轉(zhuǎn)化及其環(huán)境因素的相關(guān)性，加強認識氮磷營養(yǎng)鹽在濕地的循環(huán)過程及水-沉積物界面釋放，解釋水體富營養(yǎng)化問題的本質(zhì)規(guī)律，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和認識深度。

（二）抗生素在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化與毒性效應(yīng)

抗生素濫用問題已是一個世界性難題，與世界其他國家比，我國已成為抗菌藥使用大國。世界健康組織的最新資料也顯示，國內(nèi)住院患者的抗生素使用率高達80%，遠遠高于30%的國際水平。抗生素藥物導(dǎo)致的耐藥細菌在環(huán)境擴散，危及人體健康與環(huán)境安全。而河北省作為抗生素制藥大省，抗生素污染問題更應(yīng)高度關(guān)注。本案例基于河北省抗生素生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀，結(jié)合華北制藥集團廢水處理系統(tǒng)抗生素降解及毒性資料查閱，使學(xué)生清晰認識關(guān)鍵抗生素在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化規(guī)律及控制原理。

（三）大氣中PM2.5的形成機理及遷移轉(zhuǎn)化

我國，尤其是京津冀地區(qū)，霧霾污染嚴(yán)重，結(jié)合京津冀自然狀況、經(jīng)濟發(fā)展、工業(yè)布局、氣象條件等實際情況，通過讓學(xué)生親手查閱資料，具體分析空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子組成的影響，從霧霾的化學(xué)組成復(fù)雜、源頭多樣性，使學(xué)生認識霧霾形成本質(zhì)，加深理解到應(yīng)對污染、改善空氣質(zhì)量的首要任務(wù)是控制PM2.5，為霧霾的污染防治奠定理論基礎(chǔ)。

（四）土壤重金屬形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化

土壤污染具有隱蔽性和長期性，國內(nèi)土壤重金屬污染最為普遍，尤其重污染場地具有較大環(huán)境隱患，土壤重金屬污染治理刻不容緩。選擇重金屬冶煉廠周邊農(nóng)田土壤重金屬污染作為案例，旨在引導(dǎo)學(xué)生在了解農(nóng)田土壤污染特征的基礎(chǔ)上，運用所學(xué)土壤修復(fù)技術(shù)（物理、化學(xué)、生物修復(fù)技術(shù)），對不同污染類型及污染程度的農(nóng)田土壤進行分區(qū)、分類、分級修復(fù)，實現(xiàn)從理論研究（田間試驗）到工程應(yīng)用的過渡，通過案例教學(xué)，使學(xué)生掌握重金屬污染土壤技術(shù)體系的建立過程。

三、環(huán)境化學(xué)案例的教學(xué)實踐

案例教學(xué)實施過程中，課上提前將案例教學(xué)的目的要求、教學(xué)方法進行講解，使學(xué)生明確了解案例教學(xué)法，以便師生更好配合提高教學(xué)效果。然后通過QQ或者微信指導(dǎo)學(xué)生提前查閱搜集資料，編寫形成方案。最后讓學(xué)生以個人或團隊形式講解案例，組織學(xué)生開展討論、辯論。

（一）課前教學(xué)案例初稿編寫

課前分組搜集相關(guān)資料，整理、撰寫案例初稿，教學(xué)案例的內(nèi)容主要包括案例背景、案例描述、案例評析。

1.案例背景：案例需要交代所選擇的典型污染事件發(fā)生的有關(guān)情況，如時間、地點、事情的起因等。背景介紹并不需要面面俱到，重要的是說明故事的發(fā)生是否有什么特別的原因或條件。

2.案情描述：案情的描述需要像講故事一樣具體生動地描繪污染事件的起因、發(fā)展和結(jié)果，基于環(huán)境污染的時空特性，要求案例描述的材料要求真實、完整、具體、典型、有效、適時。

3.案例評析：在學(xué)習(xí)知識的同時，讓同學(xué)們進一步拓寬思路，提出問題，并進一步找到了解決一些環(huán)境污染難題的辦法;對在校的同學(xué)，了解到實際工作中的現(xiàn)狀和存在問題，為將來參加工作奠定了一定的基礎(chǔ)。解決問題的答案是開放性的，有助于學(xué)生開放思路，具有獨到的思考。

學(xué)生在編寫教學(xué)案例中，對于學(xué)生學(xué)會觀察、深入了解關(guān)注事件、查找文獻資料、加深理論學(xué)習(xí)、獨立思考問題解決問題的能力，都有一定程度的提升。

（二）課堂集中討論

依據(jù)真實的案例、圍繞案情發(fā)展而展開的互動式教學(xué)，主要過程包括：小組制作出PPT→代表發(fā)言→其他小組詢問→解釋/回答→集中問題全班重點討論→問題的合理解決。討論過程中，教師根據(jù)課堂實際情況，可以靈活設(shè)計并提出問題，問題設(shè)計中，要考慮問題的數(shù)量、問題的認知層次、提問的方式、問題的指向、學(xué)生回答的方式、教師回應(yīng)的方式等。引導(dǎo)學(xué)生作為主體參與教學(xué)過程，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和思考問題，通過針對同一問題的不同觀點的互相交鋒和彼此互動，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維[13]。通過互動討論，使學(xué)生更準(zhǔn)確地掌握化學(xué)理論和方法在處理實際環(huán)境問題時的應(yīng)用。

（三）課后總結(jié)階段

課后自己進行思考和經(jīng)驗總結(jié)，并對案例初稿進行潤色，補充資料，完成案例的編寫。

四、教學(xué)效果分析

本課程經(jīng)過兩輪授課后，對兩個年級的同學(xué)進行教學(xué)效果分析。主要收獲。

1.案例教學(xué)是教學(xué)資源組織的一種有效形式，以師生共建的方式提供學(xué)生更多學(xué)習(xí)的機會。課堂教學(xué)學(xué)時有限，使得很多互動無法實現(xiàn)。通過案例庫建設(shè)，為環(huán)境污染化學(xué)教學(xué)搭建一個互動教學(xué)平臺，將“點對面”的單向教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c對點”“面對面”的多方位互動模式。

2.案例教學(xué)可以讓授課教師多留問題讓同學(xué)們課前、課后學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，在課堂上進行討論，通過案例來引發(fā)學(xué)生課前—課中—課后的參與思考，通過各環(huán)節(jié)各種信息、知識、經(jīng)驗、觀點的碰撞，達到啟示理論和啟迪思維的目的，可提高學(xué)生的判斷能力、分析能力、決策能力、協(xié)調(diào)能力、表達能力和解決問題的能力。

3.鑒于案例教學(xué)的優(yōu)勢在于密切聯(lián)系實際，具有較強的針對性、目的性和實效性，因此，將案例教學(xué)穿插在教學(xué)中是高效率利用課堂學(xué)時、改善教學(xué)效果、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑之一。因此采用案例教學(xué)，便于建立理論和實踐的聯(lián)系，可以提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

結(jié)語

案例教學(xué)依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容需求，營造其具體教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生自主分析、討論。作為提供了理論與實踐相結(jié)合的平臺，已成為世界范圍內(nèi)培養(yǎng)高層次應(yīng)用型人才的重要方式，由案例引出相關(guān)知識點，促進理論與實踐相結(jié)合。期望經(jīng)過幾輪不斷完善豐富之后，教師們會根據(jù)教學(xué)內(nèi)容時時更新相關(guān)案例，以求案例的時效性，并增加課程興趣，使學(xué)生投身到討論辯論中，適應(yīng)這種課堂形式，使教學(xué)效果在適用性和實踐性上滿足社會的需求。

參考文獻

[1]吳巖. 新工科：高等工程教育的未來——對高等教育未來的戰(zhàn)略思考[J].高等工程教育研究，2018（6）：1-3.

[2]吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設(shè)引領(lǐng)高等教育創(chuàng)新變革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[3]譚敏生，陳虹，李華新，等. 新工科背景下地方高校工學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生柔性培養(yǎng)模式探索[J]. 高教學(xué)刊，2019（12）：4-6.

[4]胡莉芳.美國專業(yè)學(xué)位研究生教育規(guī)模變遷研究（1971—2012年）[J]. 中國高教研究，2016（2）：80-86.

[5]姚遠.全日制專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)現(xiàn)狀及對策研究[J].高教學(xué)刊，2018 （23）：65-67.

[6]劉清河，李時偉，趙立軍，等.全日制工程專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)難題與對策[J].高教學(xué)刊，2016（16）：5-6.

[7]姜松，劉晗，黃慶華.全日制碩士專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)問題及質(zhì)量提升研究[J].高教學(xué)刊，2015（22）：70-71.

[8]張東海.專業(yè)學(xué)位研究生實踐能力培養(yǎng)體系及及其成效研究：基于傳統(tǒng)研究生院高校的調(diào)查[J].中國高教研究，2017（6）：82-89.

[9]朱玉平，張學(xué)軍.基于新工科的工程訓(xùn)練培養(yǎng)體系構(gòu)建與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2021，38（1）：8-11.

[10]陳熙維，陳偉，田雨波.新工科背景下專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)體系研究[J].科教導(dǎo)刊， 2019（14）：20-30.

[11]崔洪斌，趙月靜，李紅彥，等.學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)案例教學(xué)法實踐[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2018，16（1）：44-47.

[12]金智林.新工科背景下專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)方法探索[J].教育教學(xué)論壇，2020（28）：208-209.

[13]吳爽，譚成玉，孔亮，等.碩士專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)的研究與實踐：以“資源利用與植物保護案例分析與研討”課程為例[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報，2020（7）：207-209.

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