岳一瑩，韓景泉，徐立杰，葉菊娣，潘紅陽

(南京林業(yè)大學生物與環(huán)境學院，江蘇 南京 210037)

隨著工業(yè)化進程的不斷加速，環(huán)境污染及其科學治理愈發(fā)引起人們重視，國家大力推進生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略也迫切需要技術(shù)攻關(guān)。現(xiàn)代環(huán)境分析儀器以其快速準確、高靈敏度和良好的選擇性在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境污染物檢測、環(huán)境污染源分析等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。準確高效的現(xiàn)代環(huán)境分析測試技術(shù)已成為環(huán)境工程及其他眾多領(lǐng)域重要的檢測分析工具[1]。

《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)選修課程，其主要教學任務(wù)是通過測量物質(zhì)的某些物理化學性質(zhì)的參數(shù)及其變化來獲取環(huán)境中物質(zhì)的化學組成、成分含量及化學結(jié)構(gòu)，使學生掌握分析儀器的基本原理和構(gòu)造，正確而熟練地操作分析儀器，初步具備制定監(jiān)測環(huán)境中復(fù)雜污染物的技術(shù)方案的能力[2]。但是，隨著時代的進步，滯后的教學模式，已不能適應(yīng)新時代的要求。所以，對《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》課程進行改革十分必要。

本文深入探討了《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》在實際教學中存在的諸多問題，如目標導(dǎo)向模糊、教學內(nèi)容陳舊、實驗環(huán)節(jié)缺失、教學模式單調(diào)和評價形式單一等。針對教學現(xiàn)狀，提出了明確目標導(dǎo)向、整合教學內(nèi)容、優(yōu)化課程設(shè)置、創(chuàng)新授課方式和完善評價體系等改革措施，切實提升教學效果，意在培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才。

1 《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》教學現(xiàn)狀

1.1 目標導(dǎo)向模糊

教育目的是把受教育者培養(yǎng)成為社會需要的人，《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》教學的目標則是通過教育的方式，讓學生了解現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)的基本理論、樣品預(yù)處理的技術(shù)與方法；各類分析儀器的基本原理、儀器構(gòu)造和定性定量分析方法，培養(yǎng)學生應(yīng)用各種現(xiàn)代化的儀器分析環(huán)境中的無機或有機污染物的能力。而在實際教學過程中，學生的考試成績往往成為唯一的標準，對連續(xù)三屆學生(137人)的期末成績進行統(tǒng)計分析(如表1所示)，不難發(fā)現(xiàn)學生對于基礎(chǔ)類(填空題、判斷題、選擇題)掌握較好，但是提升類(簡述題、計算題)的平均分和正確率卻小于60%，尤其是簡述的正確率只有52%，這一現(xiàn)象表明學生并未真正掌握所學知識，只是簡單的機械背誦，這與提高學生能力和培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的目標背道而馳。

表1 期末試卷題型及成績分布Table 1 Question types and score distributions of final examination papers

1.2 教學內(nèi)容陳舊

目前《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》(約32學時)，教學內(nèi)容主要分為三大部分——光譜分析、電化學分析、色譜分析，傳統(tǒng)教學內(nèi)容中沒有將三個模塊做恰當?shù)年P(guān)聯(lián)，使其成為彼此獨立的知識點，而不是知識鏈。課程覆蓋面廣且理解難度大，涉及無機化學、有機化學、物理化學、物理學以及高等數(shù)學等相關(guān)知識，但沒有根據(jù)本科生的知識層次做相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，而每個學生的基礎(chǔ)大不相同，有的學生高中未選修化學，那么基礎(chǔ)相對薄弱，晦澀難懂的知識點讓其無所適從，以質(zhì)譜為例，根據(jù)分子離子峰推導(dǎo)出分子式后，由于學生缺乏有機物不飽和度及化學鍵(羥基、羰基和苯環(huán)等)分子量的相關(guān)知識，無法畫出結(jié)構(gòu)式。課程涵蓋的理論知識點抽象且分析方法眾多，也成為大部分學生學習過程中的一大障礙。

1.3 實驗環(huán)節(jié)缺失

由于所涉及的儀器普遍都是貴重的大型儀器，如液相色譜儀、氣相色譜儀和質(zhì)譜儀等，很難滿足學生動手操作的需求，所以目前這門課程內(nèi)容中缺少實踐環(huán)節(jié)。學生常常抱怨沒有動手操作儀器，無法將學到的知識和參數(shù)選擇、樣品測定等實際操作流程聯(lián)系起來，更別說觸類旁通，用所學知識去解決復(fù)雜的實際問題了。表2展示了國內(nèi)不同高校《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》實驗課課時安排，通過對比發(fā)現(xiàn)，我校南京林業(yè)大學實驗課時為8學時，與北京師范大學和上海交通大學32學時存在一定差距，但是要讓學生真正掌握分析技術(shù)，32學時也是不夠的。

表2 國內(nèi)高?！冬F(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》實驗課課時Table 2 The experimental class hours of Modern Environmental Analysis Technology in domestic universities

1.4 教學模式單調(diào)

《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》的傳統(tǒng)教學模式為教師課前準備教案，課堂上則以講授ppt和書寫板書為主要授課途徑。教學形式單調(diào)、內(nèi)容枯燥乏味，且教師“填鴨式”教學模式忽視了學生的主體性和主動性，難以調(diào)動學生的學習熱情，不利于提高學生分析問題、解決問題的能力。關(guān)于現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)實驗課設(shè)置流程為學生課前預(yù)習講義，教師課上講解實驗原理、方法等，并有教師操作示范，學生則是按部就班完成實驗，并不利于打造學生獨立自主的創(chuàng)新性和挖掘其發(fā)散性思維，學生的動手能力也得不到提升。例如，如果沒有與時俱進的仿真軟件，學生就很難真正理解原子熒光法和原子吸收法在儀器上的異同。

1.5 評價形式單一

課程應(yīng)啟發(fā)學生的科研潛質(zhì)，除了掌握課程所涵蓋的知識點，還應(yīng)重點培養(yǎng)學生獲取信息的能力、總結(jié)分析能力及解決問題能力。但目前固化的考核評價主要通過課堂簽到、平時作業(yè)、實驗報告和期末成績，課堂上學生人到了但是心卻未必“簽到”了，平時作業(yè)和實驗報告也會存在相互“借鑒”的情況，這種評價體系僅限于考察理論知識的掌握情況，卻不能對學生的多種能力進行衡量，不利于提高學生自主學習和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力，同時也忽略了實際操作與實驗設(shè)計的重要性，讓學生成為了實驗的“流水工”[3]。例如，即使學生通過查閱資料了解到氣相色譜各種檢測器的特點，在實際動手操作時也很難根據(jù)具體情況選擇合適的檢測器。

2 《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》課程的探索

由于《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》在教學實踐中存在以上問題，轉(zhuǎn)變教育觀念，探索傳統(tǒng)教學模式的革新已迫在眉睫。針對《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》的教學現(xiàn)狀，擬通過整合教學內(nèi)容、優(yōu)化實驗設(shè)置以及完善評價體系為突破點，來滿足構(gòu)建課程標準的要求，最終實現(xiàn)現(xiàn)代環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標。主要以教學目標為導(dǎo)向，重點研究探索：理論課程與實踐類課程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，尤其是針對該課程實踐訓(xùn)練不足的問題，強化增加實踐體驗性的課程或?qū)嵺`性環(huán)節(jié)課程[4]。主要側(cè)重學生在實踐中現(xiàn)場親身參與的過程和相關(guān)體驗的獲得，來調(diào)動學生學習理論知識的積極性、減少在學習理論知識的盲目感。同時，根據(jù)分類培養(yǎng)思想，研究整合教學內(nèi)容、完善評價體系等教學改革措施對于教學效果的影響，從而指導(dǎo)推動多元化人才培養(yǎng)實踐需要。課程改革指導(dǎo)路線如圖1所示。

圖1 課程改革指導(dǎo)路線Fig.1 Guiding route of curriculum reform

2.1 明確目標導(dǎo)向

在教學過程中，我們嘗試以成果導(dǎo)向(OBE)為主導(dǎo)編寫教案，強調(diào)學習主體的主觀能動性。在實際教學過程中，從教學目標和畢業(yè)的三點要求出發(fā)——第一基礎(chǔ)知識目標，掌握現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)的基本概念和理論；第二技術(shù)應(yīng)用目標，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和方法用于推演和分析環(huán)境工程問題；第三綜合能力目標，培養(yǎng)學生自主學習能力，通過查閱文獻尋求解決方案，思考多種方案解決問題，適當放寬學生自主選擇的權(quán)限，培養(yǎng)出專項人才，而不是面面俱到的“模具”。以液相色譜為例，課堂中了解液相色譜的原理及液相色譜儀運作方式是基礎(chǔ)目標，接著將掌握的液相色譜知識用于分析物質(zhì)的成分(如甲基橙和亞甲基藍染料)為技術(shù)應(yīng)用目標，最后通過液相色譜-質(zhì)譜分析實際水樣中的污染物為綜合能力目標。

2.2 整合教學內(nèi)容

教學中我們首先將“光、電、色”三大部分(如圖2)內(nèi)容的進行區(qū)分，根據(jù)環(huán)境工程實際應(yīng)用，劃分重點；針對重點內(nèi)容，分別講述每種分析技術(shù)的概述、特點、基本原理、儀器構(gòu)造、參數(shù)的選擇以及定性和定量方法，把“知識點”變成“知識鏈”，為今后的實際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。其次，針對光譜分析、色譜分析和電化學分析三大部分，我們計劃結(jié)合學生的興趣點，篩選一些學生熟悉的實例，通過對大量實例進行分析，使其加深理解。再有，對選定的內(nèi)容計劃展開日常教學效果評價調(diào)查，主要從學生對知識點的理解度、課堂參與度、學習興趣情況來調(diào)整教學內(nèi)容的適用性。對于個別基礎(chǔ)薄弱，高中未選修化學的同學，我們創(chuàng)新教學內(nèi)容，補充了基礎(chǔ)化學的相關(guān)知識，以便其能更快更好地吸收所學內(nèi)容。如在分析甲基橙染料的降解產(chǎn)物時，可以采用紫外可見分光光度計、液相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用的方法，首先用紫外分光光度計測量待測甲基橙的吸光度，根據(jù)甲基橙的標準曲線計算其濃度，再用液相色譜儀，根據(jù)保留時間分離不同降解時間下的物質(zhì)，最后用質(zhì)譜儀，根據(jù)質(zhì)荷比分析其降解中間產(chǎn)物的化學式。

圖2 現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)知識板塊示意圖Fig.2 Schematic diagram of knowledge section of Modern Environmental Analysis Technology

2.3 優(yōu)化實驗設(shè)置

《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》的課程性質(zhì)決定了其課程設(shè)置中必須包括實驗部分，為解決學生獨立操作儀器機會較少的問題，適當提高實驗課課時，并采用小組教學的模式，將班級學生分為多個小組，小組內(nèi)自行協(xié)調(diào)分工，使每位學生都能得到充分的鍛煉。經(jīng)過實際操作后，學生對每一類儀器的原理、儀器構(gòu)造、和操作使用中需要注意的問題會有更加直觀的認識，便于學生理解理論教學的各個知識點。課上的教學內(nèi)容相對來說比較抽象，結(jié)合實驗操作后，讓學生在動手實踐中，更加深刻的理解所學知識。以色譜分析為例，在講述色譜的塔板理論和速率理論后，讓每一位同學參與到裝氣相色譜柱的實驗環(huán)節(jié)中來，并檢測自己裝的色譜柱的柱效。并在其后的小組討論中分析原因，為什么自己的色譜柱的柱效不夠好，是渦流擴散項、分子擴散項還是傳質(zhì)阻力項沒有做好，還可以在哪些方面進行改進。有利于學生對色譜柱柱效這個關(guān)鍵的知識點有全面而深入的了解和學習，形成深刻的印象。實現(xiàn)了理論教學為實驗教學打基礎(chǔ)，實驗教學促進理論教學的鞏固和深化[5]。

2.4 創(chuàng)新授課方式

2.4.1 增設(shè)小組討論

課程第一節(jié)課，計劃先將學生進行分組，并給每組布置不同的主題，設(shè)計前沿熱點案例分析的討論教學環(huán)節(jié)，鼓勵學生利用學到的知識進行分析，比如超純水的檢測原理、機場安檢人員爆炸物檢測儀器的機理等。以超純水的檢測為例，提問學生超純水機上的數(shù)字代表什么意思，學生將分析過程及結(jié)論形成完整的ppt進行小組分享。提升了學生查閱整理資料和制作ppt的能力，學生的表達能力及課堂表現(xiàn)綜合等得到大幅度提升[6]。在此過程中，學生可以良好的掌握超純水的檢測機理，即根據(jù)水中陰陽離子濃度進行水質(zhì)檢測，當水中離子濃度越低時，檢測出的電導(dǎo)值會越高，當電導(dǎo)值達到18.3 MΩ，我們即稱其為超純水。

2.4.2 運用高新技術(shù)

近幾年，慕課網(wǎng)、抖音app、Bilibili和微信公眾號等新型網(wǎng)絡(luò)學習手段掀起一陣陣熱潮。尤其是短視頻的形式，以活潑生動的內(nèi)容為主題，抓住人們的眼球，并且完美填充了空閑時間。我們應(yīng)該與時俱進，創(chuàng)新授課方式，利用3D全息投影、網(wǎng)絡(luò)短視頻和微信公眾號等，錄制生動、通俗易懂的視頻和音頻，對教學的主要內(nèi)容、實驗儀器的主要原理和流程進行介紹，讓學生在一種輕松愉悅的氛圍下，自主學習《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》的內(nèi)容，達到良好的教學效果。例如，通過網(wǎng)上現(xiàn)有的紅外測溫儀的視頻，可以更生動地向?qū)W生傳授相關(guān)知識——紅外線的波長在0.76～100 μm之間，溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，即可得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。

2.5 完善評價體系

教育的目的是為了培養(yǎng)學生的學習和科研能力，所以客觀、全面和公正的評價體系就變得尤為重要?，F(xiàn)代教育倡導(dǎo)的是鼓勵式評價，我們應(yīng)在傳統(tǒng)的評價體系以課后作業(yè)和考試成績?yōu)橹?，關(guān)注理論知識的考核基礎(chǔ)上，對課堂表現(xiàn)、課下討論部分及實驗操作進行考核(如圖3)。第一，課下考核部分共占20%，其中課后作業(yè)和小組討論各占10%，考察學生是否能靈活應(yīng)用相關(guān)知識點，舉一反三，對實際問題進行分析。以及評價學生的文獻檢索能力、針對具體問題的分析能力、邏輯性和語言表述能力。第二，實驗部分的考核共占20%，綜合評判學生是否能掌握儀器的基本操作及是否具有基本的實驗技能，和對于具體問題，能否獨立實施實驗方案，有效地獲取數(shù)據(jù)，實驗報告中能否對數(shù)據(jù)進行恰當?shù)奶幚砗头治觯垣@得有效結(jié)論。第三，考試成績考核共占60%，期中測試和期末測試分別占20%和40%，考察學生對基礎(chǔ)理論知識的掌握情況。通過不記名投票的形式，93%的學生感覺新的評價體系更能反映知識的掌握情況。

圖3 課程評價體系Fig.3 The curriculum evaluation system

3 結(jié) 語

《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》是一門操作性很強的課程，也是環(huán)境工程領(lǐng)域不可或缺的工具課程。它不僅需要學生掌握分析儀器的基本構(gòu)造和原理，還需要學生可以使用相關(guān)儀器對樣品進行分析和檢測，結(jié)合所學儀器的特點和應(yīng)用范圍來選擇適宜的分析方法。顯然傳統(tǒng)教學的教師單一的講、學生聽的授課形式很難實現(xiàn)這一教學目標。首先，要整合教學內(nèi)容將“知識點”變成“知識鏈”，并且編寫的教案要適當結(jié)合成果導(dǎo)向OBE模式，便于學生對所學內(nèi)容的理解吸收；其次，隨著科技的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)學習方式成為主流，如果學生只是死記硬背，并不會舉一反三，很難真正提高知識和技能。“課上教學+課下討論+實驗操作”的教學模式是一種多環(huán)節(jié)學生參與的教學模式，強調(diào)學生的主體作用，將一部分課程重點放在學生動手操作技能，以及觀察、分析和解決問題能力的培養(yǎng)上，并建立新的評價體系，對學生全部學習過程的綜合表現(xiàn)進行評價。我們有理由相信這種新的課程模式可以更好地實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，達到構(gòu)建課程標準的目的，為學生建立完備的知識體系打下堅實的基礎(chǔ)。