市政、環(huán)境類研究生專業(yè)課程《水分析化學(xué)與應(yīng)用》教學(xué)改革與探索*

李 香，楊寶軍，耿富云，龔銀春，溫 馨，王佳樂，高 沛

(1 重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 401331；2 重慶華數(shù)機(jī)器人有限公司，重慶 400714；3 重慶科技學(xué)院馬克思主義學(xué)院，重慶 401331；4 重慶科技學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 401331)

水分析化學(xué)課程是本科院校給排水科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課程。該課程以基礎(chǔ)化學(xué)為基礎(chǔ)，主要探討水中的化學(xué)過程，并教授以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的水中污染物質(zhì)的分析和測(cè)試方法，包括四大滴定法、電化學(xué)分析以及一些儀器分析法。通過這門課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠?qū)⒒瘜W(xué)分析中的理論知識(shí)運(yùn)用到水的分析中來，最終能夠運(yùn)用水質(zhì)分析原理和技術(shù)去解決實(shí)際工程中的復(fù)雜水體的分析研究。這門課程對(duì)于本科生教學(xué)側(cè)重于分析方法尤其是化學(xué)分析法的原理和操作步驟的教授。給排水科學(xué)與工程專業(yè)本科畢業(yè)生繼續(xù)深造進(jìn)入研究生(一般是市政工程或環(huán)境專業(yè))階段的學(xué)習(xí)后，更多的是以導(dǎo)師課題或畢業(yè)課題為主的研究式學(xué)習(xí)，是以實(shí)驗(yàn)室為主體學(xué)習(xí)場(chǎng)所的探究式學(xué)習(xí)。因此，研究生的專業(yè)課程應(yīng)是以研究方向?yàn)閷?dǎo)向的，側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)際運(yùn)用的教學(xué)。區(qū)別于本科生水分析化學(xué)課程，重慶科技學(xué)院市政環(huán)境方向研究生的“水分析化學(xué)與應(yīng)用”課程更加側(cè)重于分析方法的運(yùn)用，并加重了儀器分析知識(shí)的教授。加強(qiáng)“水分析化學(xué)與應(yīng)用”課程的建設(shè)，優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容并引入先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，將本科所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，真正地讓學(xué)生能夠利用水分析化學(xué)這一工具服務(wù)于其研究課題以及今后的工作。

1 課堂教學(xué)模塊設(shè)計(jì)

“水分析化學(xué)與應(yīng)用”研究生課程為2個(gè)學(xué)分共計(jì)32學(xué)時(shí)。理論課堂設(shè)計(jì)10學(xué)時(shí)，實(shí)踐課堂設(shè)計(jì)22學(xué)時(shí)。

理論課堂教學(xué)模塊設(shè)計(jì)：“水分析化學(xué)與應(yīng)用”研究生課程為本科生課程“水分析化學(xué)”的延續(xù)，是在水分析化學(xué)課程基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，側(cè)重于應(yīng)用的一門課程。由于重慶科技學(xué)院的一部分市政環(huán)境專業(yè)方向的研究生本科專業(yè)不為給排水科學(xué)與工程專業(yè)，本科階段未涉及水分析化學(xué)乃至化學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)課程。因此，在本門課程的教學(xué)過程中需要考慮這部分化學(xué)基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的知識(shí)接受能力，適當(dāng)?shù)闹v授一部分水分析化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并要求這部分學(xué)生在研一上期補(bǔ)修水分析化學(xué)課程。理論課堂教學(xué)內(nèi)容安排為：四大滴定和電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)講解8學(xué)時(shí)、儀器分析講解2學(xué)時(shí)。四大滴定法主要講授包括滴定原理、指示劑、涉及的水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定原理；電化學(xué)法主要講授電位滴定的原理和應(yīng)用；儀器分析主要講授光譜分析、色譜分析法的原理和應(yīng)用。

實(shí)踐課堂教學(xué)模塊設(shè)計(jì)：“水分析化學(xué)與應(yīng)用”研究生課程是以運(yùn)用為目的的一門課程，因此實(shí)踐課堂是教學(xué)的重點(diǎn)。本門課程實(shí)踐課堂主要分為三個(gè)模塊。模塊一為課帶實(shí)驗(yàn)；模塊二為大型儀器參觀與實(shí)操；模塊三為綜合實(shí)操。

模塊一課帶實(shí)驗(yàn)。根據(jù)理論課堂知識(shí)按排，主要為化學(xué)分析涉及的水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，包括：堿度的測(cè)定(酸堿滴定)、硬度的測(cè)定(絡(luò)合滴定)、化學(xué)需氧量的測(cè)定(氧化還原滴定)、溶解氧的測(cè)定(氧化還原滴定)。

模塊二大型儀器參觀與實(shí)操。由于本科生人數(shù)較多，在水分析化學(xué)教學(xué)中涉及到儀器分析的教學(xué)受實(shí)驗(yàn)條件和課程學(xué)時(shí)的制約(如：大型緊密儀器價(jià)格昂貴、臺(tái)套數(shù)少、操作復(fù)雜和周期長(zhǎng))，多以演示實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生在教學(xué)過程中很難熟練掌握大型儀器的使用。目前重慶科技學(xué)院市政環(huán)境專業(yè)研究生數(shù)量不多，在實(shí)踐課程中可以在演示教學(xué)的基礎(chǔ)上增加學(xué)生實(shí)操的過程，主要包括參觀演示和實(shí)操兩個(gè)階段。第一階段主要是研一新生在教師的帶領(lǐng)下到專業(yè)實(shí)驗(yàn)室儀器分析中心進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)。教師在現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)每臺(tái)大型儀器進(jìn)行包括構(gòu)造、特性、應(yīng)用等的介紹使學(xué)生了解儀器在自己研究中所能實(shí)現(xiàn)的功能。同時(shí)對(duì)往屆學(xué)生或者老師利用該儀器取得的科研成果進(jìn)行展示以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為其進(jìn)入課題研究提供方法學(xué)的引導(dǎo)。第二階段，學(xué)生在第一階段的基礎(chǔ)上，增加實(shí)踐操作環(huán)節(jié)。主要開展紫外可見分光光度計(jì)、氣相/液相色譜、紅外光譜分析共計(jì)約3～4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行引導(dǎo)式實(shí)操教學(xué)。具體在于，課前提出相對(duì)應(yīng)的思考題，讓學(xué)生先自行查閱資料進(jìn)行預(yù)習(xí)；實(shí)踐課堂上由老師進(jìn)行儀器原理、操作過程及注意事項(xiàng)等講解并做演示；最后由學(xué)生進(jìn)行實(shí)操，包括樣品的制備、儀器的操作及數(shù)據(jù)采集和分析。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生如遇到問題可先小組進(jìn)行討論，然后由老師針對(duì)性的進(jìn)行指導(dǎo)，再由學(xué)生去解決問題。實(shí)操環(huán)節(jié)教學(xué)由理論轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)、老師轉(zhuǎn)向?qū)W生，通過這個(gè)過程的學(xué)習(xí)開闊了學(xué)生的科研思路和視野，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2 教學(xué)手段設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們豐衣足食，當(dāng)代大學(xué)生已然沒有或少有危機(jī)意識(shí)感，大學(xué)課堂逐漸從主動(dòng)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍?dòng)式教學(xué)。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣已經(jīng)成為當(dāng)前大學(xué)教育課程設(shè)計(jì)的重中之重。尤其是對(duì)于研究生，興趣更是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的主要手段。顯然，“填鴨式”的課堂教學(xué)是不適用于研究生教學(xué)的。本門課程所采用的教學(xué)手段主要是微課結(jié)合案例式(項(xiàng)目式)教學(xué)。在講授各種分析法原理的時(shí)候采用錄制微課，讓學(xué)生提前從在線課程資源中觀看微課進(jìn)行預(yù)習(xí)，記下不懂的問題，課堂上主要是以解答學(xué)生問題的方式進(jìn)行授課。此外，在課堂上穿插案例式(項(xiàng)目式)教學(xué)。在理論知識(shí)講完后，由教師給出實(shí)際工程案例，先由學(xué)生分小組進(jìn)行案例分析，查閱資料，解決問題；再由教師對(duì)學(xué)生的解決方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在微課與案例式(項(xiàng)目式)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的過程中，需充分發(fā)揮這兩種教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)。以內(nèi)容精煉、主題突出、具有精彩表現(xiàn)形式的微課來加深學(xué)生對(duì)課本重要知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握，然后再用能夠充分發(fā)揮學(xué)生主體地位和綜合評(píng)價(jià)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的項(xiàng)目式教學(xué)法來提高學(xué)生綜合運(yùn)用課本知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

3 考核模式設(shè)計(jì)

鑒于“水分析化學(xué)與應(yīng)用”這門課程實(shí)踐能力較強(qiáng)，因此應(yīng)采用多元化的考核方式進(jìn)行課程結(jié)業(yè)考核。本門課程的考核方式由以下幾部分組成：(1)非標(biāo)理論考核，占總成績(jī)的40%, 非標(biāo)考核題目來源于實(shí)際工程項(xiàng)目中遇到的相關(guān)水質(zhì)分析的問題，主要考察學(xué)生理論知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，此部分為開卷考試；(2)實(shí)驗(yàn)考核，占總成績(jī)的40%，考核內(nèi)容為課帶實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生從課帶實(shí)驗(yàn)中抽取考核實(shí)驗(yàn)題目，然后由學(xué)生進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程，主要考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中是否熟練掌握了常用儀器的基本操作、日常維護(hù)、注意事項(xiàng)等知識(shí)；(3)課程論文，占總成績(jī)的15%。每一位同學(xué)根據(jù)自己的研究方向選擇本門課程涉及的水質(zhì)分析方法中的一種撰寫一篇綜述論文，規(guī)定引用近5年高水平論文和論文字?jǐn)?shù)，鼓勵(lì)學(xué)生采用英文撰寫，如果論文質(zhì)量高，可建議學(xué)生認(rèn)真修改進(jìn)行投稿；(4)平時(shí)成績(jī)，占5%。平時(shí)成績(jī)主要從出勤、課堂表現(xiàn)、課程貢獻(xiàn)度等進(jìn)行綜合評(píng)分。這種多元化的考核方式能夠更加科學(xué)的對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)也能使教師在教學(xué)中不斷的發(fā)現(xiàn)存在的問題，并及時(shí)的改進(jìn)以提高自身教學(xué)水平。

4 教學(xué)實(shí)踐效果

對(duì)本校資源與環(huán)境專業(yè)研究生“水分析化學(xué)與應(yīng)用”這門課程實(shí)施一定的改革措施后，基本達(dá)到了預(yù)期的效果。通過對(duì)該專業(yè)研究生進(jìn)行課后調(diào)查和課程評(píng)教后，發(fā)現(xiàn)大部分研究生對(duì)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，能夠?qū)⒄n程所學(xué)內(nèi)容與所研究課題結(jié)合起來，達(dá)到了學(xué)以致用的目的。通過這種學(xué)與用的有效結(jié)合，充分激發(fā)了這部分學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)積極性及科研興趣，對(duì)其科研中涉及該課程的理論和儀器使用及各種實(shí)操能力有了實(shí)質(zhì)性的提高。學(xué)生對(duì)其研究課題的相關(guān)研究進(jìn)展能夠進(jìn)行主動(dòng)追蹤和思考，并能夠?qū)Υ罅肯嚓P(guān)的文獻(xiàn)資源進(jìn)行分析總結(jié)，從中提取有效信息，并將其應(yīng)用于課題研究當(dāng)中。大多數(shù)研究生可以根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況進(jìn)行分析并大膽合理的設(shè)計(jì)水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)，并應(yīng)用于實(shí)際操作和應(yīng)用中。因此，學(xué)生的分析和解決實(shí)際問題的能力得到了顯著的提高。此外，研究生和導(dǎo)師之間的互動(dòng)性得到增強(qiáng)，研究生導(dǎo)師的引導(dǎo)作用和人格魅力得到很好的發(fā)揮。通過教學(xué)模式的改革實(shí)施，研究生能夠主動(dòng)和導(dǎo)師進(jìn)行學(xué)習(xí)和探討交流其在科研中的思想和認(rèn)識(shí)。研究生在科研中遇到的難題均能夠及時(shí)在與導(dǎo)師的共同探討過程中得到圓滿的解決。在導(dǎo)師的啟發(fā)下，研究生克服困難，堅(jiān)持研究的信息也得到了增強(qiáng)。在課堂開放討論中，多數(shù)學(xué)生能夠積極發(fā)言，大膽提出對(duì)課程內(nèi)容的疑問，并能夠給其他同學(xué)和老師提供合理的意見和建議。

5 結(jié) 語

“水分析化學(xué)與應(yīng)用”是市政/環(huán)境方向研究生需要學(xué)習(xí)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程?；瘜W(xué)/儀器分析是科研者門的“眼睛”，學(xué)生學(xué)好這門課程能夠更好地服務(wù)于其后續(xù)的課題研究和工作。要上好這門課程，不僅需要教師根據(jù)學(xué)情進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，還需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的有效配合。

這門課程的教學(xué)目的不僅在于讓學(xué)生掌握化學(xué)和儀器分析的基本原理、基本操作和注意事項(xiàng)，還要求培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際科研和工程問題的能力。因此，教師必須不斷的進(jìn)行教學(xué)總結(jié)和更新，緊跟化學(xué)/儀器分析前沿，將大量的應(yīng)用實(shí)例融入到課堂教學(xué)中，這樣才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這門課程的教學(xué)質(zhì)量才能得到有效的提高。