面向應用型本科高校環境工程專業的分析化學課程教學研究

田瑩瑩 師東陽 馮秀芳

摘要：分析化學課程是環境工程專業本科生重要的學科基礎必修課。通過對應用型本科高校環境工程專業分析化學的教學現狀進行分析，提出了集培養目標、教學過程、課程內容、實踐能力和考核方式改革五方面為一體的改革方案，以期更好地服務專業人才培養和社會需求。

關鍵詞：應用型本科院校；環境工程；分析化學；教學改革

中圖分類號：G64?????文獻標識碼：A

Research?on?Teaching?Reform?of?Analytical?Chemistry?for?Environmental?Engineering?in?Applied?Undergraduate?Universities

Tian?Yingying??Shi?Dongyang??Feng?Xiufang

College?of?Materials?Science?and?Engineering，?Henan?Institute?of?Technology??HenanXinxiang?453003

Abstract：?Analytical?chemistry?is?a?compulsory?course?for?undergraduate?students?in?environmental?engineering.?Based?on?the?current?teaching?analysis，?a?teaching?reform?plan?integrating?the?aspects?of?training?objectives，?teaching?process，?course?content，?practical?ability?and?examination?method?has?been?proposed?to?improve?the?students?ability?and?meet?social?requirement.

Keywords：?applied?undergraduate?university;?environmental?engineering;?analytical?chemistry;?teaching?reform

環境工程專業是在20世紀70年代末發展起來的一門新興的綜合性學科，它運用了環境科學、工程學和其他相關學科的理論和方法，研究保護和合理利用自然資源，預防環境問題，提升環境質量[1]。環境工程專業有著廣泛的發展前景，方興未艾。

人與自然和諧共生的現代化是中國式現代化的重要內涵之一，也是中國式現代化的基本特征和本質要求。隨著經濟社會的快速發展和環境污染問題的日益凸顯[2-3]，國家和地方對生態環境保護問題日漸重視[4]，環境工程專業人才的社會需求逐漸增加，社會對人才的培養質量要求越來越高。

分析化學是一門綜合研究物質組成、含量和結構信息的方法學及相關理論的科學[5]，是環境科學與工程專業重要的學科基礎課程[6]，也是支撐環境科學研究的基礎和關鍵。分析化學關于環境樣品處理、分析、定量的理論與技能是從事環境監測、生態學、環境污染化學、地球化學等領域研究的必備條件。此外，分析化學還為水土氣聲等污染的環境管理和污染物控制提供必要的數據支持。我國高校環境工程專業分析化學課程普遍在第二和第三學期開設，這個階段學生的專業認識度還比較淺薄，也沒有形成自己明確的職業規劃，對國家社會企業需求不了解或關心不夠。分析化學在環境工程專業課程群建設中的具有重要奠基作用，日常教學中立足學校發展定位，基于人才培養和需求改革現有教學中的不足具有重要意義。

一、環境工程專業分析化學教學現狀分析

（一）分析化學課程簡介

河南工學院分析化學課程是面向我校環境工程專業大二學生開設的一門專業基礎課，理論課時32學時，計2學分，課程性質為必修課。學生們的先修課程為無機化學，32理論學時，后修課程為環境化學、環境監測、環境工程微生物學、固體廢物處理處置工程等。河南工學院是一所突出服務地方發展又面向全國的應用型本科院校，其環境工程專業以培養高素質的應用型人才為主要目標。與其他研究型大學相比，分析化學課時在部分應用型院校有壓減趨勢。為保證人才培養質量，需要立足學校發展定位，著眼于人才培養目標和需求開展高質量的教學改革。

（二）存在的問題

1.培養目標不明確

現階段，我國高校培養的工科類學生普遍離企業實際需求相差甚遠。這與眾多高校不能很好區分理科工科人才培養目標，將工科生以理科生培養，導致工科學生工程意識和實踐經驗欠缺有緊密關系，教師自身工程實踐經驗的不足也是阻礙高質量教學實現的重要限制因素，其中培養目標不明確是理論教學中所有問題的根源。

2.教學過程缺乏設計

傳統的教學是從課程體系開始，逆反向到畢業要求、培養目標和需求的過程。基于傳統教學設計培養的學生一般只能滿足人才培養定位、教學主體需要等的內部需求，而一定程度上忽視了滿足國家、社會、行業等的外部需求[7]。最終，傳統工程教育模式對外部需求只能勉強“適應”，還不能很好做到“滿足。CDIO模式以項目學習為載體，通過將課程知識點融入“構思、運作、設計、實現”四階段的教學過程讓學生實現在“做中學”。CDIO是工程教育改革的新成果，可在分析化學教學中引入該理念。

3.課程內容銜接不緊密

分析化學是一門專業基礎課，其理論實踐能力和學習方法培養對后續課程教學具有重要的引領作用。作為應用型本科高校，分析化學在我校環境工程專業中的課時相對較少。教師雖有心進行課程改革，但囿于理論內容多，一時無法找到突破口，也導致了大多數教師的課堂還是以灌輸方式為主。這與現代工程教育學習理念不符，也無法實現素質能力培養的目標。基于我校的課程設置情況，找出分析化學、無機化學理論知識間的共性聯系，統籌分析化學教學中基本概念與重點難點，充分利用課堂教學時間達成教學目標，對教師和學生都能實現減負。鑒于分析化學本身的學科基礎屬性，授課教師還要對其他專業課程內容有充分的把握，做到能正確梳理課程與課程之間、課程內部章節與章節之間的聯系[8]。

4.實踐應用能力和創新能力欠缺

實踐能力是工程教育中的核心能力，缺乏實踐能力和創新能力是我國高等工程教育的一個巨大短板[9]。課堂教學是培養學生實踐應用能力和創新能力的第一渠道。高校的大多數課程設置以理論為主，在理論教學中有機融入實踐能力培養對學生個人能力和專業認同感提升非常關鍵。目前，教師對新的課程理念、課堂教學改革的必要性和緊迫性認識不到位，擔心課堂教學改革影響授課進度，拉低學科成績，在課堂教學中對學生實踐應用能力和創新能力培養不夠重視。另一方面，基于學校和學科的發展實際，服務實踐教學的場地、設備、人才等資源無法滿足，也致使工程教育能力培養的質量大打折扣。

5.課程考核機制不完善

分析化學現階段的課程考核主要由試卷成績和過程性考核成績兩部分組成。真正綜合型和應用型試題的比例不高于20%，難度系數普遍不高。雖有過程性考核但常簡單的以考勤、作業、測驗形式體現，對學生課前預習效果及課堂參與度指標的衡量則很少體現，一定程度上否定了部分自主學習學生的努力，對“佛系”型學生的推動作用也不明顯。在現有的作業考核過程中，以老師布置的客觀題為主，考察的是學生個人對知識的掌握程度，缺少了對學生團隊合作、個人表達能力的培養。

二、環境工程專業分析化學課程教學改革

（一）立足全省，培養服務地方和行業的應用型人才

河南省提出了在二〇三五年基本實現生態強省的遠景目標。十四五期間，河南省要全面提升水安全保障水平，持續改善水生態環境質量，緊抓黃河流域生態保護和高質量發展機遇，以更高標準打好碧水保衛戰，要確保南水北調中線的水質安全，堅決治理城市黑臭水體，推動水污染治理向鄉鎮、農村延伸，強化農業面源污染治理（豫政〔2021〕42號）。

有效滿足社會的人才需求是高等教育可持續發展的關鍵所在。河南工學院是一所地方應用型本科院校，主要的生源都來自于本省。我校環境工程專業定位在培養德智體美勞全面發展，適應區域經濟社會發展和產業轉型升級需要，具有堅定理想信念、良好職業道德和開拓創新意識，同時掌握環境工程領域污染防治研究、工程設計、環保裝備研發與應用知識，具備工程項目運行規劃管理基本能力，能解決智能化環保裝備升級過程中的工程實際問題，能從事監測分析、工程設計、咨詢管理、研究與開發等工作的高素質應用型人才。因此，環境工程專業的人才培養一貫力于滿足地方和行業需求，同時體現一定的高階性以適應時代的快速發展。

（二）基于CDIO模式設計教學過程，實現“做中學”

體現以“學生為主體，教師為主導”的教育理念，針對課程內容，按照CDIO“做中學”思想，將分析化學課程教學內容設計為與CDIO能力逐級培養相適應的“構思、運作、設計、實現”等教學單元，將課程知識點分解于案例項目的任務中。教學過程中，針對課程內容與教學設計，采用多種教學模式、教學手段組織課程內容，積極開展情景式、案例式、混合式、探究式等多種教學方法。

分光光度法是分析化學中應用最廣泛的的儀器分析方法。通過本章節的學習，學生能了解分光光度法的原理和分光光度計的結構，掌握分光光度計的基本操作，并能對分光光度法進行反應條件的優化，確定工作波長和準確處理實驗結果。基于CDIO模式的教學目標如下：圍繞高錳酸鉀溶液含量測定項目，要求學生掌握分光光度計的使用，熟悉如何尋找最大吸收波長以及吸收光譜曲線的繪制方法，掌握標準對照法測定未知溶液濃度，并完成分光光度法測定水質指標高錳酸鹽指數。

（三）構建教師團隊，做好課程內容銜接

分析化學在環境工程專業課程體系中具有承上啟下的作用。滴定分析法是基于四大化學平衡的經典化學分析法，其基本原理在大一先修課程無機化學中已有介紹，因此任課教師要熟稔兩門課程的聯系，通過弱化本部分基礎概念和一些共性的原理，把重點放在滴定分析的應用上，難點集中于滴定分析條件和方法的選擇上來更加有效的組織課堂教學。此外，四大滴定分析法的滴定原理部分有關滴定曲線、突躍范圍、指示劑等部分內容有相同或相通之處，可以酸堿滴定法原理介紹為重點，之后引導學生對比歸納其他滴定方法原理，確保授課效果的前提下，精簡該部分課時，為新技術引入課堂和培養學生創新能力提供一定的條件。

除了通過發現課程內部聯系做好課程銜接外，還要注重學科間的內在邏輯，做好學科間的銜接。構建一支以學術型教師為主，技術型工程師為顧問的教學團隊，通過了解企業生產實踐，將真正的行業問題帶入課堂，引導和激勵學生發現問題、解決問題，在教學實踐中實施多學科融合的教學模式，培養學生的跨學科思維。

（四）項目/問題探究，提升實踐應用能力和創新能力

應用型人才的培養要面向社會實踐，著眼于區域和行業發展的需要，強化創新實踐能力培養，提升新工科人才綜合素質。基于項目/問題的探究式授課方式對學生綜合能力的培養行之有效[10]。可在教學之初將關鍵的項目/問題布置給學生，讓學生對項目背景，問題來源有一定的了解，做到有的放矢，心中有數。對于只涉及某一章節知識點的項目可與理論教學進度保持一致，對于涉及多個知識點的綜合型項目則安排在結課后進行，重點考察學生發現問題，分析問題，解決問題和理論聯系實際的能力。如為知曉新鄉市定國湖水中有機質的濃度可采用什么方法，請為定國湖管委會選擇一種最為合適的分析方法，如果是新鄉市的衛河，則適宜的方法應該是哪種。

針對上述問題，學生需了解反映水體有機質濃度的方法，如以高錳酸鉀和重鉻酸鉀氧化劑為代表的氧化還原滴定法和分光光度法等，并能從方法的比選（監測頻率、操作人員水平、監測目的、需要的儀器設備等）上選擇合適的分析方法。

（五）制定明確可量化的全方位課程考核方式

現有考核方案對學生個人和團隊合作能力考查不突出。對于此，突出能力考核，提高命題質量。試卷整體考核以理解運用為主，突出知識的遷移應用能力；試題難度適中，有層次，合理區分不同層次的考生。過程性考核過程中科學規劃在線學習資源和教學資源，明確學習評價策略和學習激勵措施，并將課前預習考核以不低于20%的總過程性考核成績比例納入最終的過程性考核。將分組任務成績體現在課堂參與活動中，并設置為一定比例，激勵學生團結協作。此外，要求學生完成一定的專業相關的課外閱讀，豐富學生的學習體驗，幫助學生了解國家需求和具有一定的國際前沿視野。

結語

分析化學在環境工程專業學科群建設和國家社會發展過程中扮演著重要角色。現階段，分析化學課程在某些應用型本科高校中的學時相對較少，如何利用好有限的線下課堂時間，保證和提升學生培養質量，需要對分析化學課程進行系統的教學改革。通過總結教學過程中存在的問題，本文從培養目標、教學過程、課程銜接、實踐能力培養、考核方式五方面，提出了可借鑒的課程改革實施方案，以期提高學生的自主學習、理論聯系實際的能力和培養團結協作的精神，同時提高教學質量。本文提出的教學改革思路有望對類似課程的改革提供一定的參考。

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基金項目：2021年河南工學院教學改革項目（CLXY-2021007；CLXY-2021005）；2022年河南工學院“3+1”教學創新項目（cx2022-0187；cx2022-0165；cx2022-0143）；河南工學院創新教育課程項目（CX-2022-001）

作者簡介：田瑩瑩（1988—??），女，漢族，河南許昌人，博士，講師，研究方向：污染控制與生態修復。