環境分析化學課程研究性教學的實踐與思考

曹洪恩 王爽 袁樹忠 董颯

摘要為了培養學生的創新精神、研究能力和實踐能力，針對環境分析化學教學中存在的問題，構建了環境分析化學課程的研究性教學體系。從理論教學、實踐教學和教學評價3個方面進行了課程設計。采用問題解決模式、自主探究模式、課題參與模式、專題拓展、專題講座、實踐教學和自主學習等教學模式，改進教學方法，注重學生學業評價。引入學科的熱點與前沿問題，結合教師科研課題，引導學生主動學習、主動探索。研究性教學取得了良好的效果，同時使學生的專業素質得到了明顯提高。

關鍵詞環境分析化學;研究性教學;創新教育;課程設計

中圖分類號S-01文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0274-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.081

環境分析化學是多學科的綜合，應用了現代分析化學中的各項新理論、新方法、新技術，運用了現代分析化學的幾乎所有測試技術和手段，且引進了近代化學、物理學、生物學、地學、數學、計算機和其他技術科學的最新成就，定性、定量地研究環境問題[1]。環境分析化學課程具有理論性強、知識面寬、實踐性和應用性高、知識更新快等特點，學生普遍認為該課程枯燥難學。同時，該課程以普通化學、儀器分析、環境化學等課程為基礎，要求學生必須具有扎實的專業基礎，但因為有部分學生高考沒選考化學，導致其化學基礎知識比較薄弱，理解起來相當困難。此外，由于環境分析化學屬于新興交叉學科，教材少而陳舊，與該學科日新月異蓬勃發展的現狀嚴重不符;課程與教學設計也不盡相同，有些學校以儀器分析或者分析化學代替環境分析化學，也有些學校則在課程內容上著重突出環境樣品前處理方法，導致教學效果相差甚遠[2]。

傳統的傳遞-授受教學模式側重學生知識的掌握和認知結構的建立，教師始終控制和組織教學活動，保證講授的主動性、流暢性和連貫性，易于達到預期的教學目標[3]。但這種教學模式容易出現填鴨式教學和學生死記硬背的現象，教學過程不能充分發揮學生學習的主體性，經常忽視實踐應用環節，導致理論與實踐分離，降低了學生的學習積極性，抑制了學生的創新能力。為了解決這些問題，亟需對傳統的教學模式進行改革。針對環境分析化學課程教學各個環節中的諸多缺陷，探索研究性教學新模式，更新教學理念和教學內容、改革教學方法和手段，高度重視實踐性教學，形成新的教學評價體系，通過研究性教學充分調動和發揮學生學習的積極性、主動性和能動性，培養學生的研究性學習理念和創新性思維，達到提高學生綜合素質和自主創新能力這一根本目標。

1研究性教學的內涵與意義

現代教學的基本特征如下：學生認識的主體性、教學目標的多維發展性、教學內容的整合性、教學模式的多樣性、教學手段的先進性、教學評價的全息性[4]。目前，在堅持“教師主導、學生主體”的基本理念下，就如何發揮學生的主體作用做了大量探索，確立了主體性教學原則。現代教學需要滿足社會不同的教育價值追求，為社會培養多樣化的人才，并促進個人全面發展，要不斷整合最新科技成果，不斷更新、豐富教學內容，從而給予學生全面系統的教育;現代教學在目標追求上具有多維性，客觀上需要多樣化的教學模式，要將隨著科技進步而發明的各種新工具積極運用到教學活動中，豐富教學手段的種類，提升和開發教學手段的功能。全息是指局部要素包含著系統整體的全部信息，現代教學評價的功能具有全息性，從評價獲得的局部信息中可以對整體進行判斷，教學評價信息也可以產生多方面的影響。教學評價功能的全息性要求必須高度重視教學評價，使之成為教學活動的促進因素，充分發揮其積極功效。

研究性教學是指教師創設一種類似科學研究的情境和途徑，指導學生選擇與學科領域或課程內容相關的主題進行研究，使學生在主動探索、主動思考、主動實踐的研究學習過程中，吸收知識、應用知識、分析問題、解決問題，獲取新的經驗和展現個性，從而培養學生的創造能力和創新精神，提升學生整體素質的一種教與學互動的交往實踐過程。其教學模式靈活多樣，主要采用問題解決模式、自主探究模式、課題參與模式等[5]。研究性教學方法主要是引導式、啟發式和探究式，具體包括問題教學法、活動體驗法、實驗探究法和案例分析法。在研究性教學過程中，學生在教師的指導下主動學習，在維持教師主導地位的同時，也強調學生的主體地位。

研究性教學通過教學與科研、實踐結合，教師根據課程內容和學生的認知水平，引導學生主動參與教學過程，指導學生積極探索新知識，在探索過程中掌握知識、培養能力和鍛煉思維，具有綜合性、開放性和實踐性的特點。因此，實施研究性教學是大學教學自身發展的必然結果，是培養具有創新精神、研究能力和實踐能力人才的必然要求，是促進大學教學和科研結合、實現教學相長的重要途徑，是解決當前大學教學問題的主要手段[6]。

2研究性教學的課程設計

課程設計是根據教育目標和課程理論，對課程計劃、課程要素結構及組織形式的擬訂。主要任務包括以下3個方面：①課程設計的主體及其所持的理論或價值取向;②課程設計的模式和方法;③課程設計的評價，或者對課程設計的反思與改進。注重培養學生專業素養，為學習該專業的后續課程（如生態監測與評價等）奠定必要的理論基礎。通過將目標模式與過程模式的長處結合起來，以學生理解、體驗、參與及合作為核心，體現課程的完整性、綜合性、探究性和建構性。

2.1理論教學

目前以環境分析化學命名的教材或參考書已有幾個版本，它們各有側重。陳國樹主編和韋進寶主編的版本都較為陳舊，不符合環境分析化學快速發展的特點，且韋進寶主編的版本偏重于應用，對基本理論的介紹較少;吳蔓莉主編和孫福生主編的版本都側重于化學分析和儀器分析，教學內容容易與其他課程重疊。但德忠主編的《環境分析化學》教材內容比較完整，較好地體現了環境分析化學學科的科學內涵，各模塊之間的關聯性也較強，但某些章節的重難點內容不夠全面和深入。在但德忠主編的《環境分析化學》教材的基礎上，參考最近出版的學術著作（如江桂斌主編的《環境樣品前處理技術》、張蘭英主編的《環境樣品前處理技術》和錢傳范主編的《農藥殘留分析原理與方法》等）以及國內外環境分析化學領域最新的研究進展，結合教學團隊成員和課題組成員的研究工作，對部分內容進行了補充、更新、調整和拓展。例如，在緒論中補充了環境分析化學的作用、任務、研究對象及發展趨勢;在第三章痕量分析基礎中，對痕量分析方法的評價指標[檢出限、定量限、靈敏度、準確度（回收率）、精密度、選擇性、線性范圍等]進行了更新和深入細致的闡述;在第四章環境樣品預處理中常用的分離與富集方法中，結合教學團隊成員的研究背景，對濁點萃取知識點進行了拓展;結合教學團隊成員和課題組成員的研究工作，根據現代環境分析技術的特點和發展方向，在第五章環境樣品有機污染物分析的預處理新技術中，補充了基質固相分散技術和分子印跡技術，并對第七章生物傳感器進行了補充和拓展;在此基礎上，針對現代環境分析化學現行的主流技術和測試手段，增加了第八章現代環境分析技術，其主要內容包括色譜法分析、質譜分析、色譜-質譜聯用、電化學分析和原子光譜法分析。

2.2實踐教學

制訂新的環境分析化學教學大綱，增加實踐性教學內容所占比例。課程增加3學時的社會實踐調查教學，在部分全班討論與分組討論環節引入實踐教學，培養學生的動手能力和團結協作能力。在此基礎上，根據理論教學內容、學生知識結構、學科發展前沿、學校實驗室條件，對實驗實踐教學內容進行了更新，突出實踐教學的可行性、參與性、驗證性、綜合性、設計性、創新性和時代性，做到理論教學與實踐教學相結合、課內學習與課外學習相結合。例如，用水中化學需氧量的測定替換EDTA標準溶液的配制與水總硬度的測定;對照理論教學中的液液萃取——螯合物萃取體系和元素的化學形態分析，開設螯合萃取法測定工業廢水中的銅和水中鉻的價態分析等綜合性實驗;參照現代環境分析化學常用測試技術和手段，開設氣相色譜法測定蔬菜中毒死蜱的殘留和固相萃取-高效液相色譜法測定土壤中芐嘧磺隆的殘留等設計性實驗。

2.3教學評價

教學評價是依據教學目標和課程標準，運用特定的方法和手段對教學過程和結果進行價值判斷的活動。其范圍包括課程理念與課程目標、課程設計、課程實施及課程效果。在參考王秀華[7]和佘遠富等[8]方法的基礎上，確立了研究性教學評價指標體系。

①教學團隊。團隊每14 d進行1次集體備課，形式為示范課、觀摩課和專題研討。

②教學設計。由教學內容、教學組織和學習效果評價3個部分組成。其中教學組織與學習效果評價2個部分又分為提出問題環節、分析問題環節、解決問題環節與學業考核環節等，每個環節都有具體內涵及詳細標準。

③教學條件。利用學校圖書館的紙質圖書、中外文報刊、電子圖書、電子期刊和中外文數據庫，并對學生登錄該課程網絡教學綜合平臺的次數、在線學習的時長及在線作業的完成情況進行考核，課程團隊成員的科研實驗室、學院的公共實驗室和教學實驗室對學生開放。

④教學成效。分為教師的教學評價和學生的學業評價2個層面。教師的教學評價由他評和自評組成，重視學生、專家、同行、領導及用人單位的評價，同時教師及時進行總結與反思，對教學工作及時進行改進和調整。學生的學業評價由“一考定全局”的傳統終結性評價轉為形成性評價與終結性評價相結合、課內教學與課外自學相結合的全程評價。

3研究性教學的實踐

3.1教學模式

對課程教學目標和課程教學內容進行梳理與歸類，并根據學生的知識結構、需要、興趣等，采用合適的教學模式。

3.1.1

問題解決模式。對于課程教學內容中的重點與難點知識，大多采用這種教學形式。問題可以由教師也可以由學生提出，注重啟發性、邏輯性、針對性和實用性，緊跟國內外的熱點環境問題和研究前沿。教師提供一些學生必須完成的課外閱讀材料（包括教材有關內容），學生在此基礎上進行擴充閱讀。引導學生對問題進行探究，通過調研、小組討論、教師答疑與輔導，使問題得到圓滿解決甚至創新性解決，加深對知識的理解。成果表達形式有書面報告、各類作品、小組討論和全班討論等。例如，固相萃取的研究性教學：①問題1，固相萃取的基本原理與作用;②問題2，固相萃取分離模式的異同點;③問題3，固相萃取的操作步驟及其要點;④問題4，怎樣選擇固相萃取柱;⑤問題5，根據國家標準、行業標準和科技論文舉例說明固相萃取的應用;⑥問題6，怎樣提高固相萃取的重現性。

3.1.2自主探究模式。學生獨立開展和完成某個課題的全部研究過程，教師不參與指導，最后提交研究成果。注重可行性、體驗性和探究性，不強求結果，側重研究過程和研究結果分析，鼓勵原創和探索、質疑批判和發表獨立見解。例如，土壤、水、氣體、生物樣品的采集和制備的教學。

3.1.3

課題參與模式。學生參加教師的研究課題，進行科學實踐。結合大學生導師制、科創項目及創業創新項目，根據學生興趣與教師正開展的研究項目，教師設計或者指導學生創設研究題目，讓學生提前近距離接觸科學研究，培養他們的興趣、專業素養、探索精神和創新思維。例如，色譜-質譜聯用技術在環境分析中的應用、原子吸收光譜法在環境分析中的應用、微波萃取以及超聲波萃取和分散固相萃?。≦uEChERS技術）的教學。

3.1.4專題拓展。因為教師的研究方向不能覆蓋環境分析化學中所有的熱點與前沿問題，所以對課題參與模式外的熱點與前沿問題，可采用這種教學形式。指導學生根據自己的興趣，組建合作研究、學習小組，通過與指導教師交流探討，確定研究課題。最后，舉辦專題研討會、進行課堂交流或撰寫論文。例如，濁點萃取、分子印跡技術和生物傳感器的教學。

3.1.5專題講座。通過邀請相關研究領域的專家學者舉行專題講座來進一步拓展環境分析的熱點與前沿問題，使學生了解學科研究的最新進展和研究重點，拓寬學生的科學視野和知識面。例如，重大環境問題及其相關分析技術的教學。

3.1.6實踐教學。實踐包括實地調研、社會實踐調查和實驗實踐教學。聯系揚州市環境監測站，調研環境分析化學常用的樣品采集、保存、制備方法以及樣品前處理技術和測試儀器;通過社會實踐，調查江蘇省各地土壤的重金屬污染情況;增加研究性、探索性、綜合性和設計性實驗所占的比重。

3.1.7自主學習。教師講授和學生自主學習緊密結合起來。對于學生看得懂的內容、容易找到答案的內容，教師不需要講授。教師根據教學大綱要求，布置學生自主學習的綱要，學生通過閱讀教材、必讀書目和選讀書目，該課程網絡教學綜合平臺在線學習，其他網絡教學資源在線學習和擴充性資料學習，自主掌握基礎知識、基本理論及基本技能，提高學生學習的主動性。教師通過網絡教學綜合平臺、作業和小測驗，及時了解學生學習的動態。

3.2教學方法

將課堂講授與其他教學方法有機結合起來，主要的教學方法有活動體驗法、實驗探究法、問題教學法、案例分析法、練習法、比較法、歸納總結法、情境法、分組討論法、全班討論法、辯論法、讀書報告法、參觀法、調查實踐法、課后作業法等。依據教學目的和任務、教材內容、學生的實際情況、教師的特點、教學方法的功能和類型、教學時間和效率的要求、教學環境條件等合理選用教學方法，并對教學方法進行優化，揚長避短，全面發展學生的認知能力，調動學生學習的積極性、主動性和能動性。

3.3學業評價

注重學生創新思維和研究能力的評價，重視過程與方法，而不是結果與分數，體現教學評價的全息性、導向性和實效性。學業評價的方式除筆試外，采用多樣化的考核方式（如課程論文、研究報告、成果作品、問題討論、習題作業、隨堂測驗、期中考試等），將教師評定、學生自評、同學互評相結合。平時成績所占比例要合理，增加創新意識和綜合能力考核所占的權重。學生學業成績的構成要多元化，其中期末考試占30%，平時成績（包括問題解決15%、自主探究5%、課題參與5%、專題拓展5%、實踐環節5%、自主學習10%、實驗15%、平時表現10%）占70%。平時成績評分要做到公平、公正、規范，平時表現主要包括出勤率、課堂發言、討論等。

4結語

連續多年的環境分析化學課程研究性教學取得了良好的教學效果，得到了學生、專家、同事、領導及用人單位的一致好評。89%的學生表示認同研究性教學這種教學方式;71%學生認為通過研究性教學使自己專業素質得到了明顯提高。通過研究性教學，大大地激發了學生的學習興趣，同時使學生的創新精神、研究能力和實踐能力得到明顯提高。

在環境分析化學研究性教學的過程中，由于教師、學生和課程的局限，存在著以下問題。①研究性教學對教師素質的要求很高，教師應具備較強的組織管理能力、調控協調能力、統籌全局能力及科學研究能力。但由于工作時間、精力和自身素質的限制，教師很難做到面面俱到，制約著研究性教學開展的效果。②部分學生因為學業負擔重、習慣于被動接受、科學研究素養弱等，對研究性教學的積極性不高。例如，大班教學，小組討論分組多，教學時間難以保證;小組討論分組少，小組人數多，有些學生參與度小，少數學生甚至很少過問本小組的任務與問題。此外，由于研究性教學要查閱大量文獻資料、做實驗、進行調查調研，要與教師和同學反復討論，需要耗費大量的時間，一定程度上會影響學生其他科目的學習。③環境分析化學課程理論教學內容多，實踐環節和案例難于設計。④教學過程難于掌控，學生學業評價難以把握。在教學過程中，有時問題的發展可能超出教師的原有知識積累，學生存在講不清楚甚至講錯的情況。學生學業評價是研究性教學的難點之一。教師需要花費大量的時間和精力去跟蹤、記錄和評定;研究性教學的答案具有開放性和發展性，對教師的知識結構、研究能力和教學能力都提出了更高的要求。

自環境分析化學研究性教學啟動以來，取得了一系列的教學成果，針對教學中存在的問題，采取了以下措施：①組建研究性教學團隊。團隊成員分工明確，根據研究背景和專業特長選擇合適的教學模塊。②轉變學生的學習理念，培養學生自主學習、自主探究的能力，養成主動獲取知識的習慣，提高自身創新能力;開展社團活動，形成研究性教學氛圍。③根據課程內容，結合環境分析化學的現狀、發展特點和實驗條件，精心設計實踐題目和案例。④鼓勵青年教師進入教學團隊，擔任助教，參與教學過程的指導與管理;設立研究生“三助一輔”崗位，研究生參加實踐、實驗、報告、文獻查閱等的交流、記錄與指導。⑤教師經常參加教學方法與手段的學習和培訓，樹立現代教育理念，善于營造合作、民主、寬松、和諧的教學環境，及時調整教學內容、改進教學方法;教師努力開展科學研究，了解學科的發展動態，做到教學與科研相互促進。⑥充分了解學生，根據學生的性格特點、知識結構、能力素質，做到因材施教。

參考文獻

[1] 龐叔薇，徐曉白.環境分析化學發展趨向[J].大學化學，2002，17（1）：1-11.

[2] 李想，成天濤，鄭志堅，等.淺談環境類本科《環境分析化學》課程建設與教學[J].中國科技信息，2011（3）：180-1182.

[3] 王嘉毅.課程與教學設計[M].北京：高等教育出版社，2007：171.

[4] 裴娣娜，楊小微，熊川武.現代教學論[M].北京：人民教育出版社，2005：158-174.

[5] 陳小鴻，黃亞平.關于高校研究性教學若干問題的理性思考[J].長春工業大學學報（高教研究版），2007，28（1）：6-9.

[6] 姚利民，史曼莉.大學研究性教學的必要性與可行性[J].湖南師范大學教育科學學報，2008，7（6）：62-65.

[7] 王秀華.高校研究性教學課程評價體系構建研究[J].高等理科教育，2012（2）：91-95.

[8] 佘遠富，王慶仁.高校研究性教學評價體系的構建[J].高等工程教育研究，2011（6）：111-115.