問題導向學習法在環境分析技術實踐教學中的應用

宋小飛，劉惟飛，譚錦才，施召才，馬偉文，銀玉容，史 偉，關澤宇

問題導向學習法在環境分析技術實踐教學中的應用

宋小飛1，劉惟飛1，譚錦才2，施召才1，馬偉文1，銀玉容1，史 偉1，關澤宇1

（1. 華南理工大學 環境與能源學院，廣東 廣州 510006；2. 華南理工大學 實驗與設備管理處，廣東 廣州 510640）

在環境分析技術實踐教學中引入問題導向學習法，充分發揮學生的能動性，使學生參與到實驗課程的設置過程中，對實驗的可行性進行分析，自主選擇實驗項目、設置實驗內容、安排實驗流程。實踐證明，問題導向學習法引入環境分析技術實踐教學中有利于培養學生的綜合分析能力和實驗研究能力，提高學生的科研效率和質量。

問題導向學習法；環境分析技術；實踐教學

問題導向學習法（problem based learning，PBL），又稱為基于問題的學習方法，是一種以問題為中心，進行開放性、探索性的學習方法，由美國神經病學教授Barrows于1969年在加拿大麥克馬斯特大學首次創立[1]。問題導向學習法強調以主動學習為主，鼓勵對學習內容和學習過程進行反思。在環境分析技術實踐教學中采用問題導向學習法，能夠鼓勵學生積極參與教學過程，從被動地接受教師的講解逐漸轉變為主動地去尋找問題的答案，能夠更加深刻地領會和掌握所學知識，形成獨立思考和提出問題的習慣，有助于培養學生創新能力和獨立解決實際問題的能力。

1 傳統環境分析技術實踐課程的弊端

1.1 不利于鞏固已有理論知識

傳統的環境分析技術實踐課程，通過設定固定的實驗流程和簡單的模擬環境現象，讓學生對環境分析技術進行學習，傳統教學的課程設計過分傾向于重視理論，而忽視技術[2]。由于受實驗的局限，學生缺乏獨立思考的過程，理論聯系實踐能力較差。課程在鞏固理論知識和加深對理論認識方面的效果較差。

1.2 不利于發揮學生的主觀能動性

傳統的環境分析技術實踐課程，按照實驗手冊安排的實驗次序進行教學，由于課程設置比較固定，學生僅需在課前進行預習就可以大概了解本堂課程及實踐的內容，實驗本身并沒有使學生產生學習的興趣和學習的動力，不利于學生自主能動性的發揮。

1.3 不利于學生及時更新和掌握新技術新進展

傳統的環境分析技術實踐課程的大綱會經過一定周期才進行修改，由于科學技術日新月異，環境分析技術也發展迅猛，在短時間內會涌現出很多新技術和技術革新，傳統的環境分析技術實踐課程往往限制了學生了解新知識、新技術的機會。

2 環境分析技術實踐問題導向式教學法步驟

環境分析技術實踐問題導向式教學法操作步驟如圖1所示。

圖1 PBL實施步驟流程圖

2.1 教師對“環境分析技術實踐”課程的定位

環境分析技術實踐課程作為環境科學專業學生的必修課程，承載著學生掌握環境科學研究手段、鍛煉分析技術能力的任務。學生需要學習和掌握相關的污染物檢測儀器的原理和一般的分析方法，同時通過課程的實踐，掌握液相色譜、氣相色譜、離子色譜、紅外光譜、原子吸收光譜、氣相色譜質譜等儀器的使用，熟悉環境分析的整個流程“樣品采集→樣品處理→樣品分析測定→結果計算”。

2.2 問題的設定

環境分析技術實踐課程的目的為培養學生設計和實施環境監測項目的能力。環境監測主要分為水污染監測分析、大氣污染監測分析、土壤污染監測分析，按污染物的種類可分為有機污染物的監測分析和無機污染物的監測分析。本課程以學生居住的周邊環境為對象進行監測分析，由學生自行選擇監測的具體項目。使學生通過“樣品采集→樣品處理→樣品分析測定→結果計算”整個流程的鍛煉，最終對周邊環境安全做出評價，學以致用，例如監測學校湖泊水中的有機污染，或者分析學校空氣中污染物的成分等。

2.3 組織小組

根據學生的興趣將學生分為4~6個小組，每組4~6人，各小組的學生針對自己關心的環境污染項目實施研究計劃。分組確定后，在每組挑選一位學生作為小組的協調人，統籌、協調監測項目的具體實施。

2.4 小組討論探究

根據選定的研究項目，小組協調人組織成員進行初次討論，確定初步的研究計劃。如小組選擇的研究項目為校區內湖泊水中農藥殘留成分的分析，在討論之前，學生對題目的內容有一定的了解，但由于深度不夠，不能形成系統的、切合實質的看法，離教學目標有一定的距離，這個距離通過小組討論來解決。小組成員分頭查找文獻，實地調查河涌周邊的污染源，篩選主要潛在污染成分，然后針對如何制訂采樣方案、樣本前處理方法、分析樣品要采用的技術以及結果分析評價等問題進行小組討論、分工并實施方案。

2.5 各小組研究方案展示及研究思路匯報

各個小組選擇的研究項目會有不同，但是通過各個小組的實驗設計和思路匯報，不同組間的討論可以拓寬思路、激發靈感，同時也可以借助知識差異做到觸類旁通。各小組應按照一定的順序對本組的研究思路進行匯報，如選題的目的、前期的知識準備、項目實施的步驟、預想的實驗結果等。

2.6 師生討論

教師根據自己的經驗和課程定位情況與各小組的學生進行討論，選取合理的實驗方案及所需要的儀器設備并提示實驗潛在的危險。通過討論，有益于學生更深入理解和掌握相關的知識和技能。

2.7 方案的實施

通過以上步驟確定各小組的方案和小組成員的分工，明確實驗方案實施細節、最終結果及體現形式。學生可按照“樣品采集→樣品保存→樣品處理→樣品分析→結果分析”等幾步完成小組的實驗。

2.8 共同總結

學生通過整個方案實施的過程，針對結果進行分析，對環境污染風險進行評價，將結果進行匯總并統一匯報，通過共同討論總結經驗和教訓，分析方案進行過程中的不足。

3 問題導向學習法應用的實際效果

3.1 鞏固已有理論知識并將其靈活運用至實際中

“授之以魚，不如授之以漁”。PBL以學生為主體，以問題為中心，在教師整體把握和指導下，學生通過主動搜集、理解、分析、應用、評鑒知識來解決實際問題，從而培養學生自我導向學習以及解決實際問題的技能[3]。環境分析技術實踐教學是一門強調實踐與應用的學科，PBL模式很好地訓練學生的橫向思維和發散性思維，構建自己的知識框架，將各學科知識點貫穿于一個具體環境問題項目當中，使各學科知識相互滲透，融會貫通，大大提高了學生的專業素質。

3.2 加強團隊合作，增強協作和協調能力

PBL在環境分析實踐教學中，以小組的形式，加強了組員之間的交流與溝通。在問題情境中，學生會對問題提出自己的見解，同時其余組員也會對此進行深入討論。“三人行必有我師焉”，學生從中不斷取長補短，達到共同進步的效果。前面的討論環節，學生的溝通與交際能力會不知不覺地得到加強。后面的展示和演示環節，學生有自己的分工與任務，從而增強了自己的協調能力。通過知識的分享、溝通、協調，共同合作來解決問題并呈現問題的解決方案，這種教學方式促進了學生交流和團隊合作，有助于提高學生的人際交往能力[4]。在未來的工作中，決策效率和創新潛力的提升在很大程度上依賴團隊協作能力。PBL能夠更好鍛煉學生這方面的能力，使之在以后求職方面更具備競爭優勢。

3.3 營造積極學習氛圍，注重學生主觀能動性

PBL對學習環境產生積極影響，營造正向、積極的學習氛圍[5]。PBL改革既往課堂教學沉悶、被動氛圍，啟發學生的興趣、激發學生的內部學習動機，以此實現更高的學習質量和學習效果。每位成員在小組中擔任分工合作的學習者和解題者的角色，指導教師在教學過程中擔任引導者、促發者和協助者的角色[6]，不再采用傳統教學模式的大班全程灌輸式教學。PBL教學模式以問題為中心，引導學生自發學習，由未知到已知，由模糊的知識理念到清晰的知識框架，達到對知識的熟悉掌握。通過激發學生學習和引導學生解決問題過程中與學生相互溝通，深入了解學生個性特點、思維方法，重視學生的個體差異，因材施教，有助于更好地實施教學[7]。

3.4 學生能及時更新和把握新技術新進展

PBL與生活和未來職業緊密相關，PBL培養的自我導向學習技能可以保持10年以上。PBL教學模式不僅讓學習變得更具意義、更持久，同時，還能增強把所學知識和技能運用到工作中的能力[8]。來自企業對教育效果的反饋也表明，PBL院校的畢業生在工作崗位中能順利地把已學知識應用到工作中[9]，這對環境分析領域的學生尤為重要。環境問題復雜多變，分析儀器和分析技術日益更新變革，接受過PBL教學的學生能夠獨立思考分析問題，及時更新自己的知識庫存并自主靈活運用已學知識尋求最優的解決方案，掌握行業最新動態。

4 結語

PBL教學模式使學習者獲得更具廣度和深度的知識，發展人際溝通與團隊合作的能力，培養發散性和批判性等高級思維，成為自主學習的終身學習者。PBL教學充分發揮學生主觀能動性，實現教師與學生之間的雙贏，從長遠規劃的角度看，PBL是一種更為經濟的高等教育模式。國內對于PBL教學的研究大多集中在醫學領域[10]，而在其他學科教學中則很少采用。將PBL模式引入環境分析技術領域并進行推廣，能夠提高學生的科研效率和質量，培養具有綜合分析能力和實驗研究能力的高素質專業人才[11-14]。

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Application of problem-oriented learning method in practical teaching of environmental analysis technology

SONG Xiaofei1, LIU Weifei1, TAN Jincai2, SHI Zhaocai1, MA Weiwen1, YIN Yurong1, SHI Wei1, GUAN Zeyu1

(1. School of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China; 2. Laboratory and Equipment Management Division, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

The problem-oriented learning method is introduced into the practical teaching of environmental analysis technology, and full play is given to the students’ initiative to enable them to participate in the set-up process of experimental courses, analyze the feasibility of experiments, select experimental projects independently, set experimental contents and arrange experimental procedures. Practice has proved that the introduction of problem-oriented learning method into the practical teaching of environmental analysis technology is conducive to cultivating students’ comprehensive analysis ability and experimental research ability and improving their scientific research efficiency and quality.

problem-oriented learning method; environmental analysis technology; practical teaching

G642.0

A

1002-4956(2019)07-0222-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.07.054

2018-12-13

中國高等教育學會“高校大型儀器設備共享系統質量評估研究”項目（2017SYSZD01）

宋小飛（1980—），男，陜西西安，博士，高級實驗師，研究方向為環境監測技術.E-mail: songxf@scut.edu.cn