面向新工科的專業學位研究生案例教學法探索

梁淑軒 方艷艷 趙春霞

[摘 要] 新工科背景下，實踐能力培養不足是目前工科專業學位研究生普遍問題，在授課中注重提升實踐能力已經成為研究生教學需要突破的核心問題。通過以資源與環境領域的專業碩士專業學位研究生環境污染化學課程為例，分析了新工科背景下工學專業學位碩士研究生教學的現狀，從課程特點、案例選擇、案例編寫、課堂討論、教學效果等方面，探索了專業學位碩士研究生培養案例教學法的設計與實踐，力求使同學們在學習理論過程中，以新工科建設為引領，開拓創新、提高能力。

[關鍵詞] 案例教學法;高等環境化學;專業學位研究生;應用能力

[基金項目] 2019年度河北省專業學位教學案例（庫）立項建設項目“‘環境污染化學’課程案例（庫）建設”（KCJSZ2019004）;2020年度第二批河北省新工科研究與實踐項目“新工科范式下卓越環境工程師‘三方位四層次’協同育人模式的構建”（2020GJXGK003）;2020年度河北省專業學位教學案例（庫）立項建設項目“基于人工濕地的污水處理廠尾水提質案例”（KCJSZ2020008）

[作者簡介] 梁淑軒（1967—），女，河北定州人，理學博士，河北大學化學與環境科學學院教授，博士生導師（通信作者），主要從事環境分析化學研究;方艷艷（1993—），女，湖北孝感人，工學博士，河北大學化學與環境科學學院講師，主要從事環境中持久性有機污染物的遷移轉化研究;趙春霞（1978—），女，河北石家莊人，工學博士，河北大學化學與環境科學學院副教授，碩士生導師，主要從事水污染控制技術研究。

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2022）14-0153-04 [收稿日期] 2021-07-30

引言

建設世界一流大學與一流學科是中國建設世界高等教育強國與建成創新型國家的重要戰略決策。近年來，我國以高等教育創新為基礎，大力改革和發展高等教育，積極推動高等教育創新發展，培養一流人才，支撐國家創新發展和民族崛起。2017年，教育部啟動新工科建設，主動布局未來戰略必爭領域人才培養，具有深遠的戰略意義。新工科建設作為高校改革的“催化劑”，對高校辦學理念、學科專業結構、人才培養機制、組織模式等方面的綜合改革提出了迫切要求，也必將推動高等教育深層次變革，并在我國建設高等教育強國的征程中發揮重要作用。同時，新工科得到了產業界的積極響應和支持，也在國際上產生了影響[1，2]。新工科是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式，建立工科發展新范式成為當下教育所需[3]。

專業學位研究生教育作為國民教育的頂端，是高層次創新型人才的主要來源，專業學位研究生的培養更強調實踐性和應用性，注重解決實際問題能力的培養[4-6]。新工科背景下，在工學專業學位研究生培養過程中，如何結合新工科的內涵和專業學位研究生的特點，培養面向職業領域或實際部門的高素質專門人材，已成為研究生教育發展必須突破的重要問題[7，8]。我國專業學位發展歷史較短，研究生培養經驗不足，導致在研究生專業課程教學中存在很多問題，其中，實踐能力培養不足是目前專業課程教學的核心問題。針對目前的問題，很多高校進行了培養方式方法改革及和探索實踐，以提升工程實踐創新能力為重點，規劃培養過程的專業學位研究生培養體系，我校在培養理念、教學模式和實踐創新進行了多方面的探索[9，10]，其中引入工程實例進行案例式教學，對于工程實踐能力培養有著積極推動作用，近年來收到一定成效。

案例教學作為一種基于實踐經驗的探索性教學模式，是以培養學生的能力為核心的新型教學法，能夠營造接近真實的應用環境，適合于在系統講授的基礎上將理論應用于實際問題的分析，注重教育的主體性和互動性，突出教育的實踐性和應用性，對于培養和提高學生的創新意識與應用能力，因此，該教學方法成為增強專業學位研究生實踐能力的途徑之一，對高校培養應用型人才和提高高等教育質量具有極其重要的現實作用[11，12]。本文以資源與環境專業的環境化學課程中案例教學實踐為例，探討案例的組織實施及教學效果。

通過獨立研究和相互討論的方式，來提高學員的分析問題和解決問題的能力的一種方法。這種教學方法依照法律工作中立案辦法把教學內容編成案例形式來進行教學很受歡迎。在當今世界的教育和培訓中受到重視和廣泛的應用。

一、環境化學課程的特點

環境化學是研究有害化學物質在環境介質中的濃度水平、污染機制、遷移轉化、毒性效應和控制的化學原理和方法的科學，在認識和解決環境污染問題、保障生態環境安全中發揮著不可替代的作用。資源與環境專業學位研究生開設高等環境污染化學，是在本科環境化學課程基礎上的拓展，使研究生進一步掌握環境中化學污染物遷移轉化原理，了解環境化學的研究領域及發展趨勢，提高消除和控制污染、解決環境問題的能力，為從事環境科學與工程相關研究奠定理論基礎。

課程以化學物質在環境中出現而引起的環境問題為研究對象，以解決環境問題為目標，具有理論基礎強、學科間綜合性明顯、學科內多層面內容交融、前沿新技術發展迅速等特征。研究生在本科階段掌握了一定環境化學基本理論，在此基礎上，在專業碩士研究生教學過程中，重在進一步激發學生的學習興趣，培養運用所學知識解決環境問題的能力，這也是碩士生教學改革中亟待解決的問題。

按照傳統的講授法，環境污染化學基本原理講授課堂氣氛沉悶，效果較差。教學過程適當穿插案例教學，依據真實的案例、圍繞案情發展而展開的互動式教學，教學過程通過學生作為主體參與，體現出實踐性，打破了教師講、學生聽的傳統教學方法，尤其對于專業型碩士提高教學效果十分必要。

二、環境化學教學案例的選擇

案例是案例教學法的核心，其質量的好壞直接影響著課堂教學的效果。一個好的案例必須包含一個典型的問題或問題情境，有利于突破教學重點和教學難點。根據本課程教學目的，為突出課程特點和地域特色，在教學案例的選擇中主要基于以下兩點：（1）選擇具有時效性、典型性和突出代表性的環境污染案例;（2）緊密結合科研項目，使部分案例來源于實際科研，從研究生指導教師或課題組篩選可反映環境基本問題、且難以解決的事件加以典型化處理，讓學生對發生在身邊的真實環境事件加以思考分析，將科研項目融入課堂并不斷更新，激發學生的學習興趣。根據上述原則，選擇了以下四個主題，形成教學案例進行建設。

（一）白洋淀富營養化水體氮磷遷移循環

譽為“華北明珠”的白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊和濕地生態系統，雄安新區設立后白洋淀更是引起關注。近年來對白洋淀生態保護高度重視，氮磷污染引起的水體富營養化是國內外普遍存在的水環境問題，也是白洋淀突出環境問題之一。本課程以氮磷在白洋淀濕地生態系統的遷移轉化研究實例作為教學案例，針對該典型問題，從環境化學角度展開討論，分析營養鹽在濕地生態系統的循環、遷移轉化及其環境因素的相關性，加強認識氮磷營養鹽在濕地的循環過程及水-沉積物界面釋放，解釋水體富營養化問題的本質規律，激發學習興趣和認識深度。

（二）抗生素在水環境中的遷移轉化與毒性效應

抗生素濫用問題已是一個世界性難題，與世界其他國家比，我國已成為抗菌藥使用大國。世界健康組織的最新資料也顯示，國內住院患者的抗生素使用率高達80%，遠遠高于30%的國際水平。抗生素藥物導致的耐藥細菌在環境擴散，危及人體健康與環境安全。而河北省作為抗生素制藥大省，抗生素污染問題更應高度關注。本案例基于河北省抗生素生產和使用現狀，結合華北制藥集團廢水處理系統抗生素降解及毒性資料查閱，使學生清晰認識關鍵抗生素在環境中的遷移與轉化規律及控制原理。

（三）大氣中PM2.5的形成機理及遷移轉化

我國，尤其是京津冀地區，霧霾污染嚴重，結合京津冀自然狀況、經濟發展、工業布局、氣象條件等實際情況，通過讓學生親手查閱資料，具體分析空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子組成的影響，從霧霾的化學組成復雜、源頭多樣性，使學生認識霧霾形成本質，加深理解到應對污染、改善空氣質量的首要任務是控制PM2.5，為霧霾的污染防治奠定理論基礎。

（四）土壤重金屬形態及遷移轉化

土壤污染具有隱蔽性和長期性，國內土壤重金屬污染最為普遍，尤其重污染場地具有較大環境隱患，土壤重金屬污染治理刻不容緩。選擇重金屬冶煉廠周邊農田土壤重金屬污染作為案例，旨在引導學生在了解農田土壤污染特征的基礎上，運用所學土壤修復技術（物理、化學、生物修復技術），對不同污染類型及污染程度的農田土壤進行分區、分類、分級修復，實現從理論研究（田間試驗）到工程應用的過渡，通過案例教學，使學生掌握重金屬污染土壤技術體系的建立過程。

三、環境化學案例的教學實踐

案例教學實施過程中，課上提前將案例教學的目的要求、教學方法進行講解，使學生明確了解案例教學法，以便師生更好配合提高教學效果。然后通過QQ或者微信指導學生提前查閱搜集資料，編寫形成方案。最后讓學生以個人或團隊形式講解案例，組織學生開展討論、辯論。

（一）課前教學案例初稿編寫

課前分組搜集相關資料，整理、撰寫案例初稿，教學案例的內容主要包括案例背景、案例描述、案例評析。

1.案例背景：案例需要交代所選擇的典型污染事件發生的有關情況，如時間、地點、事情的起因等。背景介紹并不需要面面俱到，重要的是說明故事的發生是否有什么特別的原因或條件。

2.案情描述：案情的描述需要像講故事一樣具體生動地描繪污染事件的起因、發展和結果，基于環境污染的時空特性，要求案例描述的材料要求真實、完整、具體、典型、有效、適時。

3.案例評析：在學習知識的同時，讓同學們進一步拓寬思路，提出問題，并進一步找到了解決一些環境污染難題的辦法;對在校的同學，了解到實際工作中的現狀和存在問題，為將來參加工作奠定了一定的基礎。解決問題的答案是開放性的，有助于學生開放思路，具有獨到的思考。

學生在編寫教學案例中，對于學生學會觀察、深入了解關注事件、查找文獻資料、加深理論學習、獨立思考問題解決問題的能力，都有一定程度的提升。

（二）課堂集中討論

依據真實的案例、圍繞案情發展而展開的互動式教學，主要過程包括：小組制作出PPT→代表發言→其他小組詢問→解釋/回答→集中問題全班重點討論→問題的合理解決。討論過程中，教師根據課堂實際情況，可以靈活設計并提出問題，問題設計中，要考慮問題的數量、問題的認知層次、提問的方式、問題的指向、學生回答的方式、教師回應的方式等。引導學生作為主體參與教學過程，啟發學生發現問題和思考問題，通過針對同一問題的不同觀點的互相交鋒和彼此互動，激發學生的創造性思維[13]。通過互動討論，使學生更準確地掌握化學理論和方法在處理實際環境問題時的應用。

（三）課后總結階段

課后自己進行思考和經驗總結，并對案例初稿進行潤色，補充資料，完成案例的編寫。

四、教學效果分析

本課程經過兩輪授課后，對兩個年級的同學進行教學效果分析。主要收獲。

1.案例教學是教學資源組織的一種有效形式，以師生共建的方式提供學生更多學習的機會。課堂教學學時有限，使得很多互動無法實現。通過案例庫建設，為環境污染化學教學搭建一個互動教學平臺，將“點對面”的單向教學模式轉變為“點對點”“面對面”的多方位互動模式。

2.案例教學可以讓授課教師多留問題讓同學們課前、課后學習準備，在課堂上進行討論，通過案例來引發學生課前—課中—課后的參與思考，通過各環節各種信息、知識、經驗、觀點的碰撞，達到啟示理論和啟迪思維的目的，可提高學生的判斷能力、分析能力、決策能力、協調能力、表達能力和解決問題的能力。

3.鑒于案例教學的優勢在于密切聯系實際，具有較強的針對性、目的性和實效性，因此，將案例教學穿插在教學中是高效率利用課堂學時、改善教學效果、提高學生綜合素質的有效途徑之一。因此采用案例教學，便于建立理論和實踐的聯系，可以提高教學質量和效果。

結語

案例教學依據專業培養目標、教學內容需求，營造其具體教學情境，引導學生自主分析、討論。作為提供了理論與實踐相結合的平臺，已成為世界范圍內培養高層次應用型人才的重要方式，由案例引出相關知識點，促進理論與實踐相結合。期望經過幾輪不斷完善豐富之后，教師們會根據教學內容時時更新相關案例，以求案例的時效性，并增加課程興趣，使學生投身到討論辯論中，適應這種課堂形式，使教學效果在適用性和實踐性上滿足社會的需求。

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Exploration of Case Teaching Method for Professional Degree Postgraduates under the Background of “Emerging Engineering Education”： Taking the Course of Advanced Environmental Pollution Chemistry as an Example

LIANG Shu-xuan， FANG Yan-yan， ZHAO Chun-xia

（College of Chemistry and Environmental Science， Hebei University， Baoding， Hebei 071002， China）

Abstract： Under the background of “emerging engineering education”， the lack of practical ability training is a common problem for engineering professional degree postgraduates. During the classroom teaching， focusing on improving practical ability has become the core issue of graduate teaching. This paper takes the course of Advanced Environmental Pollution Chemistry in the field of resources and environment as an example and analyzes the current situation of graduate teaching of engineering professional degree under the background of “emerging engineering education”. From the course characteristics， case selection， case writing， classroom discussion， teaching effect and so on， this paper explores the design and practice of case teaching method for the cultivation of professional degree postgraduates. In the process of theory learning， the students should take the construction of “emerging engineering education” as the guide， continuously innovate and improve their ability.

Key words： case teaching method; Advanced Environmental Pollution Chemistry; professional degree graduate student; application ability