王鋒文 張思遠 宋福忠 劉 莉

（1. 重慶大學 環(huán)境與生態(tài)學院環(huán)境科學系，重慶 400044；2. 重慶大學 資源與安全學院采礦工程系，重慶 400044）

“環(huán)境就是民生，青山就是美麗，藍天也是幸福?！保?］黨的十八大以來，我國致力于走生態(tài)文明建設與綠色發(fā)展道路，推進生態(tài)環(huán)境治理體系和治理能力現代化。在我國社會主義現代化建設過程中，環(huán)境問題越來越受到人們的關注，環(huán)境治理與檢測工作的重要性日益凸顯［2］。然而，在實際分析工作中，環(huán)境中有毒有害化學物質復雜多樣，取樣、運輸和檢測過程中都有可能由于人為操作和環(huán)境條件的改變導致目標物的性質發(fā)生變化，對新型污染物的識別、痕量濃度水平的檢測以及污染物的遷移、富集和轉化等多介質地球化學行為的研究都提出了新的挑戰(zhàn)［3］。環(huán)境檢測和分析作為控制環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié)，在污染物的發(fā)現和環(huán)境行為的跟蹤研究中都發(fā)揮著關鍵作用［4］87。

現代環(huán)境分析測試技術是一門多學科交叉和實踐性較強的環(huán)境類研究生專業(yè)必修課［5－6］，是開展環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境管理、環(huán)境生態(tài)修復等的重要基礎和手段，主要包括樣品采集、樣品前處理和分析測試等內容［7］254。其在環(huán)境保護和科學研究方面具有極高的優(yōu)勢和應用價值，能夠有效提升環(huán)境污染物的檢測范圍、可靠性及準確性，為我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和治理工作提供依據［4］88。目前，課程相關教材內容更新較慢，且偏重于分析方法理論，應用實例少，新方法和技術不能在教材中得到及時體現［8］，一定程度上降低了學生的學習興趣。環(huán)境分析測試技術內容繁多，各章節(jié)之間普遍缺乏銜接性，學生往往跟不上教學進度，不利于學生對理論知識的理解和掌握［9］。此外，課程采用以教師為中心的傳統(tǒng)灌輸式教學［10］31－35，缺乏開放性和自主性，無法將理論和實踐有效結合，未能立足研究生教育需求，不利于培養(yǎng)研究生自主學習和實踐創(chuàng)新能力。

針對課程目前存在的問題，重慶大學環(huán)境科學系運用成果導向教育（Outcome－Based Educa?tion，以下簡稱OBE）理念對該課程進行改革，以著力促進研究生自主性與創(chuàng)新性，提高課程教學質量，服務于研究型和應用型人才培養(yǎng)目標，在現代教學方式和手段、課程考核制度、研究生課程教學體系等方面進行實踐與探索。

一、貫穿工科教育的OBE理念

OBE 是一種根據學生學習成果并以學生為中心反向設計課程的教學體系，持續(xù)改進教學活動的先進教學理念，包含多個閉環(huán)反饋和改進環(huán)節(jié)結構化和動態(tài)化體系，目的在于確保學生獲得預期能力結構，實現課堂教學從灌輸式向討論式、封閉式向開放式、 知識課堂向能力課堂轉變［11－12］。OBE 理念中教師的教學角色由主宰者轉變?yōu)橐龑д撸饕獜娬{想讓學生取得什么樣的學習成果、為什么要取得這樣的學習成果、如何有效幫助學生取得這些學習成果以及如何知道學生已經取得這些學習成果［13］。其教學目標先于教學內容產生并居于主導地位，課程資源開發(fā)、教學環(huán)節(jié)設置、教學組織實施以及課程考核評價等活動都需圍繞預期目標展開［14］62－68。

目前，OBE 理念在工程教育認證的三大理念中居于核心地位，受到國際教育學界的高度重視和廣泛認可。自我國加入《華盛頓協(xié)議》以來，OBE 已在高校工科教育中進行了探索與實踐，形成了較為完整的理論體系［14］62，在引導課程教學改革、提高人才培養(yǎng)質量方面發(fā)揮著極其重要的作用。因此，我們將OBE 貫穿于整個課堂教學，首先根據社會、學校和個人發(fā)展需求制定課程目標，然后通過教學內容、教學策略、師資隊伍建設以及具體教學方法實施來檢驗課程目標是否達到，最后考核各教學環(huán)節(jié)，及時反饋考核結果以持續(xù)改進教學活動，形成閉環(huán)教學。

二、基于研究生培養(yǎng)方案的教學目標制定

課程教學目標應綜合考慮人才培養(yǎng)目標和社會需求，體現專業(yè)領域和職業(yè)特征。現代環(huán)境分析測試技術作為一門基礎必修課，在體現重慶大學教學特色的基礎上，有必要建立綜合性、多維度的人才培養(yǎng)目標體系［15－16］。在研究生培養(yǎng)過程中，實行學術研討式、啟發(fā)式的教學模式，采用案例教學、多媒體教學、專題研討等多種教學手段，要求學生具備環(huán)境專業(yè)素養(yǎng)和進行科學研究、分析和解決問題、參與工程實踐的實際能力，培養(yǎng)能承擔專業(yè)技術或管理工作、具有良好職業(yè)素養(yǎng)的高層次應用型、復合型工程技術和工程管理人才。

重慶大學環(huán)境科學系本科開設分析化學、儀器分析和環(huán)境監(jiān)測課程，為現代環(huán)境分析測試技術課程提供理論基礎。然而，由于各高校本科階段培養(yǎng)側重點的不同與學生對本科課程知識掌握程度的差異導致研究生課程學習知識背景差異較大，尤其是部分非環(huán)境類專業(yè)學生，其基礎理論往往不如環(huán)境類專業(yè)學生，學習過程中可能對授課內容更難理解。因此，為更好地達到教學目標，我們針對教學對象的需求與特征進行因材施教，充分考慮不同學生背景差異，注重課程探索性，全面提高學生的知識應用能力，根據教學目標不斷調整教學內容和教學方式，從而滿足“雙一流”建設背景下研究生培養(yǎng)需求。

三、體現OBE的教學內容整合和提煉

現代環(huán)境分析測試技術課程最初主要以廢水中常規(guī)污染物的分析測試為主要內容，局限于對化學需氧量、生化需氧量、氮和磷等監(jiān)測分析。當前，電化學、光譜、色譜／質譜以及色譜—質譜聯用等技術快速發(fā)展，大氣、土壤、沉積物等多環(huán)境介質新型污染物分析測試［7］255以及不同污染物高靈敏度、高選擇性分析需求［17］，給現代環(huán)境分析測試技術課堂教學提出了新要求。

教學大綱是對課程的定位與認識，也是衡量教師課堂教學質量和考核學生學業(yè)成績的重要標準［10］31。課程采用奚旦立《環(huán)境監(jiān)測》和張寶貴《環(huán)境儀器分析》作為參考教材，教學大綱適當刪減適應性不強的內容，擴展新理論和新方法，根據學生研究方向對教學重點進行調整，使教學內容更有利于教學目標的達成。如圖1 所示，教學內容主要包括環(huán)境監(jiān)測（水體、空氣、土壤等）和儀器分析（光譜、電化學、色譜和質譜分析法），通過現場調查→監(jiān)測方案設計→優(yōu)化布點→樣品采集→運送保存→樣品前處理→分析測試→數據處理→綜合評價對各章節(jié)內容進行銜接。該課程總學時為32 學時，分為16 學時理論和16 學時研討，樣品采集和前處理通過環(huán)境監(jiān)測來實現，該部分內容作為分析測試技術基礎主要以回顧為主，選取水監(jiān)測、大氣監(jiān)測和土壤監(jiān)測3 個章節(jié)進行重點講授，其余章節(jié)采取課堂小組seminar 對掌握程度進行檢驗。儀器分析技術作為重點內容，采用“授課＋研討”模式開展，注重學生對分析測試基本原理的掌握和對儀器組成部分的理解，通過目標物質前處理和測試方法比較，總結優(yōu)缺點與應用范圍，加深學生對分析測試技術的理解。

圖1 現代環(huán)境分析測試技術主要教學內容框架圖

四、保障教學成效的師資團隊建設

團隊建設是優(yōu)化教學資源的重要途徑，教學內容和教學方法充分討論與交流，能夠提升師資隊伍整體教學水平［18］?，F代環(huán)境分析測試技術綜合性強，內容較為廣泛和復雜，且各種新型分析測試儀器不斷發(fā)展，整合不同學科教師資源有利于對各種前沿測試儀器進行深入講解。團隊式教學能夠更好地掌握課程重點和難點，修訂教學計劃，對教學改革推進至關重要。目前，重慶大學環(huán)境科學系已成功組建一支學歷層次高、學緣構成合理的現代環(huán)境分析測試技術中青年教學團隊，主要從事水污染控制、土壤污染控制、大氣環(huán)境等研究，能夠涵蓋當前主要的環(huán)境分析測試技術，有利于創(chuàng)新思維培養(yǎng)和團隊協(xié)作互進。教學團隊全程參與學院“環(huán)境科學與工程”一流學科建設大部分儀器設備論證采購，對不同研究方向主流分析測試技術具有比較深刻的認識，充分保障了聯合實踐教學的有效開展。同時，鼓勵教師積極和兄弟院校開展教學交流，注重分析測試技術的多學科交叉滲透性，廣泛吸取各高校課程建設寶貴經驗，使課程教學更好地滿足用人單位需求。

五、靈活多樣的啟發(fā)式、探究式、研討式教學方法和手段

課程采用教師講授、實驗室實踐、小組專題探討以及PPT 制作匯報等多種教學方式進行授課，教學中提出學習要求，兼顧基礎理論知識和實踐探索能力的培養(yǎng)，擴展學生的知識結構，并結合課程熱點和焦點內容提高學生對課程知識的應用能力和對科學前沿研究的探索能力。

（一）注重能力型教學目標的多媒體教學

運用啟發(fā)式、探究式、案例式和提問式多媒體教學，增加學生課堂參與度，使學生在掌握樣品采集、樣品前處理和分析測試技術等基礎理論知識的同時，能夠將知識形象化和系統(tǒng)化，引導學生針對自身的研究方向自主尋求解決問題的方法，將所學知識真正運用到科學研究當中。首先，在PPT 制作過程中，將教材內容進行合理的分析、比較和歸納，結合教學方向提取和展現教材中的重難點，引導學生掌握學習內容。其次，結合環(huán)境領域研究熱點和課程實用性，在現有課件的基礎上不斷豐富和完善分析測試技術，有效彌補教材內容的不足。再次，在課件中引入視頻動畫和實際案例，將抽象的內容直觀化和形象化，激發(fā)學生學習興趣。最后，在教學過程中避免將大量時間花費在課件上，及時溝通和交流，適當調整教學進度，解答學生提出的疑難問題，保障課堂教學有效進行。

圖2 為以啟發(fā)式教學為核心的教學手段。目前，現代環(huán)境分析測試技術課程需要用到的各種大型精密分析儀器存在使用頻率低、造價昂貴、操作難度大、更新換代速度快等問題，同時研究生對精密分析設備的認知不足，無法獨立使用儀器設備［19－20］。通過觀看相關教學視頻，對原子吸收光譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、氣相色譜儀等的原理、結構組成、應用范圍、操作步驟和注意事項等內容進行剖析式講解，使學生對測試儀器有了實質性了解。同時，展示“太湖沉積物物理化學性質時空變化特征研究”和“基于正定矩陣因子方法的上海PM2.5多環(huán)芳烴源解析”等研究成果，結合教師自身科研經驗使學生體會和認識采樣及分析測試方案的制訂、樣品的預處理、數據的處理和分析等過程，啟發(fā)引導學生綜合運用所學知識分析解決實際問題，有利于研究生實驗研究的有效開展。此外，教師還引導學生查閱國內外文獻，了解微塑料、全氟烷基化合物（PFASs）、頁巖氣反排廢水等環(huán)境領域的研究熱點，培養(yǎng)研究生文獻檢索和閱讀的能力，加強學生對分析測試儀器應用案例的學習。

圖2 以啟發(fā)式教學為核心的教學手段概況

（二）實現理論與實踐有機融合的實踐教學

實踐教學是將課程理論同實際操作相聯系的重要環(huán)節(jié)，是研究生培養(yǎng)工作的重要組成部分，通過實驗室實踐有助于培養(yǎng)研究生實踐能力，提高學生學習積極性和創(chuàng)新意識［21－22］。依托于“學院一流學科建設”和“煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室”平臺，環(huán)境科學系購置了一系列環(huán)境領域分析測試儀器，利于課程實踐順利開展。實踐教學中，邀請實驗室相關操作人員對樣品前處理和分析測試進行實際操作和現場講解，使學生能夠近距離接觸課程中涉及的各種前處理裝置和分析測試儀器，全面掌握儀器組成結構和測試流程，及時解決測試過程中存在的問題，并通過實物對學生提出的具體問題進行有效解答。同時，鼓勵學生進行綜合性實驗，利用實驗室現有儀器設備，選擇校園湖泊水質、大氣濕沉降等實用性較強的研究內容自主設計實驗方案，使學生通過實驗實現對目標物質分析測試的全程追蹤。

以PFASs 為例，采集雨水樣品，比對PFASs前處理技術。實踐教學中，以雨水PFASs 萃取純化進行演示，通過超聲萃取和水平振蕩，離心后超純水稀釋，固相萃取法富集和氮吹濃縮，最后使用液相色譜串聯質譜進行檢測，培養(yǎng)研究生的探索能力。

（三）體現團隊協(xié)作和個體差異的小組專題探討

引入課堂研討教學方式［10］31－35，以問題為先導，在課堂教學過程中合理設置疑點，將課程中部分重、難點內容以分配研討的方式供學生思考和討論，例如制定某一廢水樣品預處理實驗方案，設計一套凈水裝置等。教師將內容進行分解，隨機分配給各個小組。各小組在規(guī)定時間內進行探討，依次展示討論結果，學生需調動自身主觀能動性，及時回顧、梳理和探討教學內容，找尋最有效的解決方案。采取組間互評方式，體現個人表現差異。研討中，根據小組討論活躍度、板書美觀性、講解內容可接受度等方面進行綜合評價，考慮小組組織協(xié)調能力、口頭表達能力、參與積極性等各方面差異，教師進行補充點評和適當拓展，將講解過程中存在的問題及時反饋給小組成員，使教學內容得到有效的鞏固和吸收。以家用凈水裝置為例，要求學生能夠通過凈水裝置的設計去除水中有毒有害物質。討論結果為：PP 棉→前置活性炭→超濾／反滲透膜→后置活性炭。其中PP 棉常去除大顆粒雜質；前置活性炭吸附水中的雜質、異味、余氯等有害物質；超濾／反滲透膜可去除細菌、抗生素、有機雜質及其他溶于水中的固體或重金屬；后置活性炭設置在整個過濾的最后一道，用來提升口感并去除重金屬鉛等。

（四）結合自主式探究學習的PPT 制作匯報

隨著環(huán)境領域研究發(fā)展，環(huán)境樣品中待測物質含量極低且干擾物復雜［22］183，需要不斷研究和探索更加先進的前處理和分析技術，因此研究生需及時了解國內外研究動態(tài)，提高自身信息捕捉能力和自主學習能力，為今后科研工作和職業(yè)需求打下堅實基礎［23］。針對教師主導、學生主體的教學模式［24］，在教學后期設置PPT 制作匯報環(huán)節(jié)，根據研究生的個人興趣或研究方向就目前環(huán)境領域主流分析測試技術合理安排匯報內容，要求學生查閱相關資料整理某一分析測試技術發(fā)展歷程、測試原理、儀器組成和應用范圍，結合國內外高水平文獻進行實用舉例，并分享個人總結和見解，使教學真正做到“授人以漁”；學生需將復雜抽象的知識通過PPT 進行形象化展示，設置匯報重點，例如不同檢測技術優(yōu)缺點的對比分析、儀器日常維護及操作注意事項、樣品測試質量控制和質量保障等，這有利于提高學生的語言表達能力，為研究生學術匯報和畢業(yè)答辯等環(huán)節(jié)積累經驗（見圖3）。

圖3 分配研討型課堂討論和任務驅動型課堂展示概況

六、面向產出的多元化課程考核體系

課程考核源于課程設置的各個教學環(huán)節(jié)，是檢驗學生學習效果的必要環(huán)節(jié)。建立多元化課程考核評價體系，可以有效避免傳統(tǒng)考核方式造成的死記硬背［25］。課程考核及成績評定方式由平時考核、展示考核和期末考核構成，具體見表1。通過調查發(fā)現，大部分學生都高度認可課程教學方式，認為該門課程教學靈活、生動、有效，為今后的實驗研究打下了良好基礎。另外，文獻的拓展閱讀與開放性實驗探討也提供了切實可行的思路參考。這種多元考核方式不僅能綜合評價學生的學習效果達成度，還能幫助教師及時有效地對課程教學進行總結與反思，有利于課程的持續(xù)改進和深化建設。

表1 現代環(huán)境分析測試技術課程整體考核方案

基于重慶大學“環(huán)境科學與工程”一流學科建設以及當今時代發(fā)展對于研究型和應用型人才的需求，環(huán)境科學系在現代環(huán)境分析測試技術近幾年來的課程建設過程中不斷實踐總結，以學習成果為導向，通過教學活動的反向設計正向實施，優(yōu)化研究生人才培養(yǎng)方案，調整課程教學內容體系與結構，加強師資團隊建設，改善現代教學方法和教學手段，建立多元課程考核評價體系，探索出了具有自身專業(yè)特色與優(yōu)勢的OBE 教學模式，將該課程對學生的幫助發(fā)揮至最大化，并嘗試將該模式在其他課程中進行推廣。