面向應(yīng)用型本科高校環(huán)境工程專業(yè)的分析化學(xué)課程教學(xué)研究

田瑩瑩 師東陽 馮秀芳

摘要：分析化學(xué)課程是環(huán)境工程專業(yè)本科生重要的學(xué)科基礎(chǔ)必修課。通過對應(yīng)用型本科高校環(huán)境工程專業(yè)分析化學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了集培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)過程、課程內(nèi)容、實踐能力和考核方式改革五方面為一體的改革方案，以期更好地服務(wù)專業(yè)人才培養(yǎng)和社會需求。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校；環(huán)境工程；分析化學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G64?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research?on?Teaching?Reform?of?Analytical?Chemistry?for?Environmental?Engineering?in?Applied?Undergraduate?Universities

Tian?Yingying??Shi?Dongyang??Feng?Xiufang

College?of?Materials?Science?and?Engineering，?Henan?Institute?of?Technology??HenanXinxiang?453003

Abstract：?Analytical?chemistry?is?a?compulsory?course?for?undergraduate?students?in?environmental?engineering.?Based?on?the?current?teaching?analysis，?a?teaching?reform?plan?integrating?the?aspects?of?training?objectives，?teaching?process，?course?content，?practical?ability?and?examination?method?has?been?proposed?to?improve?the?students?ability?and?meet?social?requirement.

Keywords：?applied?undergraduate?university;?environmental?engineering;?analytical?chemistry;?teaching?reform

環(huán)境工程專業(yè)是在20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一門新興的綜合性學(xué)科，它運(yùn)用了環(huán)境科學(xué)、工程學(xué)和其他相關(guān)學(xué)科的理論和方法，研究保護(hù)和合理利用自然資源，預(yù)防環(huán)境問題，提升環(huán)境質(zhì)量[1]。環(huán)境工程專業(yè)有著廣泛的發(fā)展前景，方興未艾。

人與自然和諧共生的現(xiàn)代化是中國式現(xiàn)代化的重要內(nèi)涵之一，也是中國式現(xiàn)代化的基本特征和本質(zhì)要求。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和環(huán)境污染問題的日益凸顯[2-3]，國家和地方對生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題日漸重視[4]，環(huán)境工程專業(yè)人才的社會需求逐漸增加，社會對人才的培養(yǎng)質(zhì)量要求越來越高。

分析化學(xué)是一門綜合研究物質(zhì)組成、含量和結(jié)構(gòu)信息的方法學(xué)及相關(guān)理論的科學(xué)[5]，是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程[6]，也是支撐環(huán)境科學(xué)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。分析化學(xué)關(guān)于環(huán)境樣品處理、分析、定量的理論與技能是從事環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)學(xué)、環(huán)境污染化學(xué)、地球化學(xué)等領(lǐng)域研究的必備條件。此外，分析化學(xué)還為水土氣聲等污染的環(huán)境管理和污染物控制提供必要的數(shù)據(jù)支持。我國高校環(huán)境工程專業(yè)分析化學(xué)課程普遍在第二和第三學(xué)期開設(shè)，這個階段學(xué)生的專業(yè)認(rèn)識度還比較淺薄，也沒有形成自己明確的職業(yè)規(guī)劃，對國家社會企業(yè)需求不了解或關(guān)心不夠。分析化學(xué)在環(huán)境工程專業(yè)課程群建設(shè)中的具有重要奠基作用，日常教學(xué)中立足學(xué)校發(fā)展定位，基于人才培養(yǎng)和需求改革現(xiàn)有教學(xué)中的不足具有重要意義。

一、環(huán)境工程專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）分析化學(xué)課程簡介

河南工學(xué)院分析化學(xué)課程是面向我校環(huán)境工程專業(yè)大二學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論課時32學(xué)時，計2學(xué)分，課程性質(zhì)為必修課。學(xué)生們的先修課程為無機(jī)化學(xué)，32理論學(xué)時，后修課程為環(huán)境化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境工程微生物學(xué)、固體廢物處理處置工程等。河南工學(xué)院是一所突出服務(wù)地方發(fā)展又面向全國的應(yīng)用型本科院校，其環(huán)境工程專業(yè)以培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)。與其他研究型大學(xué)相比，分析化學(xué)課時在部分應(yīng)用型院校有壓減趨勢。為保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，需要立足學(xué)校發(fā)展定位，著眼于人才培養(yǎng)目標(biāo)和需求開展高質(zhì)量的教學(xué)改革。

（二）存在的問題

1.培養(yǎng)目標(biāo)不明確

現(xiàn)階段，我國高校培養(yǎng)的工科類學(xué)生普遍離企業(yè)實際需求相差甚遠(yuǎn)。這與眾多高校不能很好區(qū)分理科工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，將工科生以理科生培養(yǎng)，導(dǎo)致工科學(xué)生工程意識和實踐經(jīng)驗欠缺有緊密關(guān)系，教師自身工程實踐經(jīng)驗的不足也是阻礙高質(zhì)量教學(xué)實現(xiàn)的重要限制因素，其中培養(yǎng)目標(biāo)不明確是理論教學(xué)中所有問題的根源。

2.教學(xué)過程缺乏設(shè)計

傳統(tǒng)的教學(xué)是從課程體系開始，逆反向到畢業(yè)要求、培養(yǎng)目標(biāo)和需求的過程?；趥鹘y(tǒng)教學(xué)設(shè)計培養(yǎng)的學(xué)生一般只能滿足人才培養(yǎng)定位、教學(xué)主體需要等的內(nèi)部需求，而一定程度上忽視了滿足國家、社會、行業(yè)等的外部需求[7]。最終，傳統(tǒng)工程教育模式對外部需求只能勉強(qiáng)“適應(yīng)”，還不能很好做到“滿足。CDIO模式以項目學(xué)習(xí)為載體，通過將課程知識點融入“構(gòu)思、運(yùn)作、設(shè)計、實現(xiàn)”四階段的教學(xué)過程讓學(xué)生實現(xiàn)在“做中學(xué)”。CDIO是工程教育改革的新成果，可在分析化學(xué)教學(xué)中引入該理念。

3.課程內(nèi)容銜接不緊密

分析化學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論實踐能力和學(xué)習(xí)方法培養(yǎng)對后續(xù)課程教學(xué)具有重要的引領(lǐng)作用。作為應(yīng)用型本科高校，分析化學(xué)在我校環(huán)境工程專業(yè)中的課時相對較少。教師雖有心進(jìn)行課程改革，但囿于理論內(nèi)容多，一時無法找到突破口，也導(dǎo)致了大多數(shù)教師的課堂還是以灌輸方式為主。這與現(xiàn)代工程教育學(xué)習(xí)理念不符，也無法實現(xiàn)素質(zhì)能力培養(yǎng)的目標(biāo)?；谖倚５恼n程設(shè)置情況，找出分析化學(xué)、無機(jī)化學(xué)理論知識間的共性聯(lián)系，統(tǒng)籌分析化學(xué)教學(xué)中基本概念與重點難點，充分利用課堂教學(xué)時間達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，對教師和學(xué)生都能實現(xiàn)減負(fù)。鑒于分析化學(xué)本身的學(xué)科基礎(chǔ)屬性，授課教師還要對其他專業(yè)課程內(nèi)容有充分的把握，做到能正確梳理課程與課程之間、課程內(nèi)部章節(jié)與章節(jié)之間的聯(lián)系[8]。

4.實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力欠缺

實踐能力是工程教育中的核心能力，缺乏實踐能力和創(chuàng)新能力是我國高等工程教育的一個巨大短板[9]。課堂教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的第一渠道。高校的大多數(shù)課程設(shè)置以理論為主，在理論教學(xué)中有機(jī)融入實踐能力培養(yǎng)對學(xué)生個人能力和專業(yè)認(rèn)同感提升非常關(guān)鍵。目前，教師對新的課程理念、課堂教學(xué)改革的必要性和緊迫性認(rèn)識不到位，擔(dān)心課堂教學(xué)改革影響授課進(jìn)度，拉低學(xué)科成績，在課堂教學(xué)中對學(xué)生實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠重視。另一方面，基于學(xué)校和學(xué)科的發(fā)展實際，服務(wù)實踐教學(xué)的場地、設(shè)備、人才等資源無法滿足，也致使工程教育能力培養(yǎng)的質(zhì)量大打折扣。

5.課程考核機(jī)制不完善

分析化學(xué)現(xiàn)階段的課程考核主要由試卷成績和過程性考核成績兩部分組成。真正綜合型和應(yīng)用型試題的比例不高于20%，難度系數(shù)普遍不高。雖有過程性考核但常簡單的以考勤、作業(yè)、測驗形式體現(xiàn)，對學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果及課堂參與度指標(biāo)的衡量則很少體現(xiàn)，一定程度上否定了部分自主學(xué)習(xí)學(xué)生的努力，對“佛系”型學(xué)生的推動作用也不明顯。在現(xiàn)有的作業(yè)考核過程中，以老師布置的客觀題為主，考察的是學(xué)生個人對知識的掌握程度，缺少了對學(xué)生團(tuán)隊合作、個人表達(dá)能力的培養(yǎng)。

二、環(huán)境工程專業(yè)分析化學(xué)課程教學(xué)改革

（一）立足全省，培養(yǎng)服務(wù)地方和行業(yè)的應(yīng)用型人才

河南省提出了在二〇三五年基本實現(xiàn)生態(tài)強(qiáng)省的遠(yuǎn)景目標(biāo)。十四五期間，河南省要全面提升水安全保障水平，持續(xù)改善水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，緊抓黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展機(jī)遇，以更高標(biāo)準(zhǔn)打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)，要確保南水北調(diào)中線的水質(zhì)安全，堅決治理城市黑臭水體，推動水污染治理向鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村延伸，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)面源污染治理（豫政〔2021〕42號）。

有效滿足社會的人才需求是高等教育可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。河南工學(xué)院是一所地方應(yīng)用型本科院校，主要的生源都來自于本省。我校環(huán)境工程專業(yè)定位在培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需要，具有堅定理想信念、良好職業(yè)道德和開拓創(chuàng)新意識，同時掌握環(huán)境工程領(lǐng)域污染防治研究、工程設(shè)計、環(huán)保裝備研發(fā)與應(yīng)用知識，具備工程項目運(yùn)行規(guī)劃管理基本能力，能解決智能化環(huán)保裝備升級過程中的工程實際問題，能從事監(jiān)測分析、工程設(shè)計、咨詢管理、研究與開發(fā)等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。因此，環(huán)境工程專業(yè)的人才培養(yǎng)一貫力于滿足地方和行業(yè)需求，同時體現(xiàn)一定的高階性以適應(yīng)時代的快速發(fā)展。

（二）基于CDIO模式設(shè)計教學(xué)過程，實現(xiàn)“做中學(xué)”

體現(xiàn)以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念，針對課程內(nèi)容，按照CDIO“做中學(xué)”思想，將分析化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為與CDIO能力逐級培養(yǎng)相適應(yīng)的“構(gòu)思、運(yùn)作、設(shè)計、實現(xiàn)”等教學(xué)單元，將課程知識點分解于案例項目的任務(wù)中。教學(xué)過程中，針對課程內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計，采用多種教學(xué)模式、教學(xué)手段組織課程內(nèi)容，積極開展情景式、案例式、混合式、探究式等多種教學(xué)方法。

分光光度法是分析化學(xué)中應(yīng)用最廣泛的的儀器分析方法。通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能了解分光光度法的原理和分光光度計的結(jié)構(gòu)，掌握分光光度計的基本操作，并能對分光光度法進(jìn)行反應(yīng)條件的優(yōu)化，確定工作波長和準(zhǔn)確處理實驗結(jié)果。基于CDIO模式的教學(xué)目標(biāo)如下：圍繞高錳酸鉀溶液含量測定項目，要求學(xué)生掌握分光光度計的使用，熟悉如何尋找最大吸收波長以及吸收光譜曲線的繪制方法，掌握標(biāo)準(zhǔn)對照法測定未知溶液濃度，并完成分光光度法測定水質(zhì)指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)。

（三）構(gòu)建教師團(tuán)隊，做好課程內(nèi)容銜接

分析化學(xué)在環(huán)境工程專業(yè)課程體系中具有承上啟下的作用。滴定分析法是基于四大化學(xué)平衡的經(jīng)典化學(xué)分析法，其基本原理在大一先修課程無機(jī)化學(xué)中已有介紹，因此任課教師要熟稔兩門課程的聯(lián)系，通過弱化本部分基礎(chǔ)概念和一些共性的原理，把重點放在滴定分析的應(yīng)用上，難點集中于滴定分析條件和方法的選擇上來更加有效的組織課堂教學(xué)。此外，四大滴定分析法的滴定原理部分有關(guān)滴定曲線、突躍范圍、指示劑等部分內(nèi)容有相同或相通之處，可以酸堿滴定法原理介紹為重點，之后引導(dǎo)學(xué)生對比歸納其他滴定方法原理，確保授課效果的前提下，精簡該部分課時，為新技術(shù)引入課堂和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提供一定的條件。

除了通過發(fā)現(xiàn)課程內(nèi)部聯(lián)系做好課程銜接外，還要注重學(xué)科間的內(nèi)在邏輯，做好學(xué)科間的銜接。構(gòu)建一支以學(xué)術(shù)型教師為主，技術(shù)型工程師為顧問的教學(xué)團(tuán)隊，通過了解企業(yè)生產(chǎn)實踐，將真正的行業(yè)問題帶入課堂，引導(dǎo)和激勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在教學(xué)實踐中實施多學(xué)科融合的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維。

（四）項目/問題探究，提升實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要面向社會實踐，著眼于區(qū)域和行業(yè)發(fā)展的需要，強(qiáng)化創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，提升新工科人才綜合素質(zhì)。基于項目/問題的探究式授課方式對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)行之有效[10]。可在教學(xué)之初將關(guān)鍵的項目/問題布置給學(xué)生，讓學(xué)生對項目背景，問題來源有一定的了解，做到有的放矢，心中有數(shù)。對于只涉及某一章節(jié)知識點的項目可與理論教學(xué)進(jìn)度保持一致，對于涉及多個知識點的綜合型項目則安排在結(jié)課后進(jìn)行，重點考察學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題和理論聯(lián)系實際的能力。如為知曉新鄉(xiāng)市定國湖水中有機(jī)質(zhì)的濃度可采用什么方法，請為定國湖管委會選擇一種最為合適的分析方法，如果是新鄉(xiāng)市的衛(wèi)河，則適宜的方法應(yīng)該是哪種。

針對上述問題，學(xué)生需了解反映水體有機(jī)質(zhì)濃度的方法，如以高錳酸鉀和重鉻酸鉀氧化劑為代表的氧化還原滴定法和分光光度法等，并能從方法的比選（監(jiān)測頻率、操作人員水平、監(jiān)測目的、需要的儀器設(shè)備等）上選擇合適的分析方法。

（五）制定明確可量化的全方位課程考核方式

現(xiàn)有考核方案對學(xué)生個人和團(tuán)隊合作能力考查不突出。對于此，突出能力考核，提高命題質(zhì)量。試卷整體考核以理解運(yùn)用為主，突出知識的遷移應(yīng)用能力；試題難度適中，有層次，合理區(qū)分不同層次的考生。過程性考核過程中科學(xué)規(guī)劃在線學(xué)習(xí)資源和教學(xué)資源，明確學(xué)習(xí)評價策略和學(xué)習(xí)激勵措施，并將課前預(yù)習(xí)考核以不低于20%的總過程性考核成績比例納入最終的過程性考核。將分組任務(wù)成績體現(xiàn)在課堂參與活動中，并設(shè)置為一定比例，激勵學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作。此外，要求學(xué)生完成一定的專業(yè)相關(guān)的課外閱讀，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，幫助學(xué)生了解國家需求和具有一定的國際前沿視野。

結(jié)語

分析化學(xué)在環(huán)境工程專業(yè)學(xué)科群建設(shè)和國家社會發(fā)展過程中扮演著重要角色?，F(xiàn)階段，分析化學(xué)課程在某些應(yīng)用型本科高校中的學(xué)時相對較少，如何利用好有限的線下課堂時間，保證和提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，需要對分析化學(xué)課程進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)改革。通過總結(jié)教學(xué)過程中存在的問題，本文從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)過程、課程銜接、實踐能力培養(yǎng)、考核方式五方面，提出了可借鑒的課程改革實施方案，以期提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、理論聯(lián)系實際的能力和培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，同時提高教學(xué)質(zhì)量。本文提出的教學(xué)改革思路有望對類似課程的改革提供一定的參考。

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基金項目：2021年河南工學(xué)院教學(xué)改革項目（CLXY-2021007；CLXY-2021005）；2022年河南工學(xué)院“3+1”教學(xué)創(chuàng)新項目（cx2022-0187；cx2022-0165；cx2022-0143）；河南工學(xué)院創(chuàng)新教育課程項目（CX-2022-001）

作者簡介：田瑩瑩（1988—??），女，漢族，河南許昌人，博士，講師，研究方向：污染控制與生態(tài)修復(fù)。