智慧教育背景下的“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革與實(shí)踐

摘"要：通過分析我校“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程的特點(diǎn)與現(xiàn)狀，以現(xiàn)代教育技術(shù)為手段，針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出了從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)體系，靈活運(yùn)用混合式教學(xué)手段構(gòu)建智慧課堂等方面進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐；同時建立多主體、多方式、多內(nèi)容全過程評價體系及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制為智慧課堂教學(xué)模式的教學(xué)效果、課程目標(biāo)達(dá)成度、人才培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供價值判斷。通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、評價體系及改進(jìn)機(jī)制的改革與探索旨在解決傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)需求脫節(jié)、教學(xué)與科研脫節(jié)、教學(xué)手段與智慧教學(xué)手段脫節(jié)的問題，以期推動實(shí)踐能力強(qiáng)，專業(yè)素養(yǎng)高的應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：智慧教育；應(yīng)用型人才；環(huán)境監(jiān)測；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：X8304；G642""文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

信息技術(shù)的快速發(fā)展正在推動教育行業(yè)經(jīng)歷一場重大的變革，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)技術(shù)給教學(xué)工作帶來挑戰(zhàn)的同時也帶來了改革的契機(jī)［1］。高校作為高層次人才培養(yǎng)的主要機(jī)構(gòu)，在這場變革中需要充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，積極探索智慧教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)教育的個性化、精準(zhǔn)化和智能化，為培養(yǎng)適應(yīng)未來社會的高素質(zhì)應(yīng)用型人才提供新思路、新方法。

“新工科”建設(shè)旨在培養(yǎng)實(shí)際操作能力強(qiáng)、專業(yè)技能過硬，具備創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才，如何培養(yǎng)高素質(zhì)的環(huán)保專業(yè)人才是高等院校生態(tài)環(huán)境類專業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)［2］。實(shí)驗(yàn)課程發(fā)揮理論聯(lián)系實(shí)際的紐帶作用，是課程體系中不可分割的部分，“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程的開設(shè)為學(xué)生更好地掌握環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，提高實(shí)踐操作技能，提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)提供有效途徑［3］。在“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容偏重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性和開放性研究實(shí)驗(yàn)涉及較少；教學(xué)模式上以教師講述實(shí)驗(yàn)原理、演示實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書操作為主；實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)考核主要依賴實(shí)驗(yàn)報告。教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段能否跟得上技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)目標(biāo)是否滿足應(yīng)用型人才的需求，這些都是教學(xué)發(fā)展中需要思考和解決的問題［4］。

本文以應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以智慧課堂為教學(xué)手段，分析總結(jié)日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題與不足，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、評價方式等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，以數(shù)字教學(xué)平臺為契機(jī)，構(gòu)建智慧課堂，提高教學(xué)成效，滿足培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素養(yǎng)高、創(chuàng)新意識強(qiáng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測人才的需求。

1"“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1"實(shí)驗(yàn)項目類型單一

據(jù)網(wǎng)絡(luò)搜索數(shù)據(jù)顯示，目前我國有382所高校開設(shè)了環(huán)境工程專業(yè)，環(huán)境監(jiān)測作為環(huán)境工程領(lǐng)域必修的專業(yè)課程，大多數(shù)高校都開設(shè)了“環(huán)境監(jiān)測”與“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程。“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程在當(dāng)前教學(xué)中存在開設(shè)實(shí)驗(yàn)項目類型單一且分布不均的特點(diǎn)，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項目多為基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少綜合性科研訓(xùn)練［2］。以清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院的“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程為例，共開設(shè)了8個實(shí)驗(yàn)，其中實(shí)驗(yàn)項目分布上涉及水的實(shí)驗(yàn)項目6個、氣的實(shí)驗(yàn)項目1個、固廢的實(shí)驗(yàn)項目1個［5］。盡管不同高校在課程設(shè)置上可能有所差異，但普遍存在各環(huán)境介質(zhì)間實(shí)驗(yàn)項目分布不均的現(xiàn)象，且實(shí)驗(yàn)項目往往集中在傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)與方法上，缺乏對新興技術(shù)和方法的覆蓋，如遙感監(jiān)測、在線監(jiān)測等。同時，也較少涉及熱點(diǎn)問題，如碳排放監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測等。

1.2"教學(xué)方法、手段與現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)差距明顯

目前“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)方法和手段仍然采用以教師為中心的教學(xué)模式，缺乏以學(xué)生為中心、鼓勵探究和創(chuàng)新的教學(xué)方法，未能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究精神。實(shí)驗(yàn)前學(xué)生抄寫預(yù)習(xí)報告，實(shí)驗(yàn)課上由老師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⒃噭┰O(shè)備、步驟，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，學(xué)生缺少主動性［67］。由于實(shí)驗(yàn)課程受實(shí)驗(yàn)條件限制影響較大，一些高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已經(jīng)開始嘗試?yán)眯畔⒓夹g(shù)和模擬仿真等現(xiàn)代教學(xué)工具，如多媒體教學(xué)、虛擬仿真等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，但存在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育和在線學(xué)習(xí)平臺在“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用還不夠充分、技術(shù)普及不夠等問題，學(xué)生僅僅是為了完成任務(wù)，并不能激發(fā)學(xué)生探索實(shí)驗(yàn)和求知的內(nèi)驅(qū)力，教學(xué)效果有限［8］。

1.3"課程考核方式和教學(xué)評價機(jī)制不合理

實(shí)驗(yàn)課程的考核以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為導(dǎo)向，其成績一般由預(yù)習(xí)報告、課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報告三部分組成。由于報告部分在實(shí)驗(yàn)課程考核中占分比較大，即使實(shí)驗(yàn)操作能力差、課堂表現(xiàn)不好的學(xué)生該項也能獲得不錯的分?jǐn)?shù)，其結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程不重視，甚至有學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課程只抄寫好預(yù)習(xí)報告和實(shí)驗(yàn)報告就可以，忽略了知識的獲取和實(shí)驗(yàn)技能的練習(xí)。實(shí)驗(yàn)課中老師需要指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，同時要時刻關(guān)注實(shí)驗(yàn)室的安全，很難對每個學(xué)生的操作技能進(jìn)行準(zhǔn)確的評價，也忽略了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的探究能力、創(chuàng)新思維和實(shí)際操作技能的培養(yǎng)。因此需要引入多元化的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法，全方位關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和反饋，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

2"基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)改革實(shí)踐

2.1"優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系

傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)；且實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生幾乎完全依賴實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，缺乏主動思考和開放性思維，無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。面對傳統(tǒng)教學(xué)中的問題，在此次教學(xué)改革中，采取修訂“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)大綱，將課程思政融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建立驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)三層次的實(shí)驗(yàn)課程模式。利用課程思政將社會需求與學(xué)生培養(yǎng)緊密聯(lián)系，要求教師既要擁有扎實(shí)的專業(yè)知識，又要具有高層次的社會科學(xué)認(rèn)識，以此培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)精神、工匠精神和社會責(zé)任感。以綜合性實(shí)驗(yàn)為依托，以環(huán)境熱點(diǎn)事件為媒介，學(xué)生對校園及周邊水、大氣、土壤等環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生需分組完成方案的制訂和實(shí)施。

對于科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，主要同大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、生態(tài)競賽、教師科研課題相結(jié)合，以學(xué)生感興趣的環(huán)境問題為對象，廣泛地開展自主開放性實(shí)驗(yàn)；同時將現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，如遙感監(jiān)測、在線監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等納入教學(xué)內(nèi)容，通過案例分析網(wǎng)絡(luò)平臺的學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生了解并掌握這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。讓學(xué)生以“自我”的視角開展科研訓(xùn)練，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)科研的興趣和探究精神。

在綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)和科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立思考、團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新意識，學(xué)生不僅需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，還需要較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新意識，以便能夠適應(yīng)未來工業(yè)發(fā)展的新變化、新模式與新需求。

2.2"改革教學(xué)模式，構(gòu)建智慧課堂

智慧課堂通過整合信息技術(shù)，以學(xué)生個體需求為核心，開拓多樣化的學(xué)習(xí)途徑，并采用多樣化的評價體系，為學(xué)生量身打造一個開放、包容、高效的學(xué)科環(huán)境。“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程的智慧課堂教學(xué)模式主要從利用、開發(fā)線上教育平臺和資源，建立預(yù)習(xí)考核機(jī)制和虛實(shí)結(jié)合，以虛補(bǔ)實(shí)兩方面進(jìn)行。

隨著技術(shù)的發(fā)展，合理利用線上教育平臺，適度開發(fā)線上教育資源逐漸成為一種高效的教學(xué)手段［9］。在智慧樹上開設(shè)“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程，每個實(shí)驗(yàn)設(shè)置為一節(jié)，智慧樹上的資源包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、PPT、實(shí)驗(yàn)演示視頻、相關(guān)補(bǔ)充資源鏈接和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考核，線上靈活的學(xué)習(xí)方式為學(xué)生碎片化高效學(xué)習(xí)提供了有效的途徑。學(xué)生通過閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書初步了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼?shí)驗(yàn)所需儀器試劑、實(shí)驗(yàn)步驟等；通過PPT進(jìn)一步講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)安全和操作注意事項，之后通過實(shí)驗(yàn)演示視頻學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作。線上學(xué)習(xí)短而精，重點(diǎn)突出，短時間內(nèi)的學(xué)習(xí)學(xué)生注意力更加容易集中，學(xué)習(xí)更加高效。

線上學(xué)習(xí)時設(shè)置任務(wù)點(diǎn)，對預(yù)習(xí)情況進(jìn)行考核。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前必須完成本次實(shí)驗(yàn)線上的學(xué)習(xí)并通過預(yù)習(xí)考核，通過智慧樹教師端，教師可查看學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況，上課前教師可充分掌握每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。通過線上線下混合式教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課程的深度和廣度，提高預(yù)習(xí)效果；同時線上學(xué)習(xí)時設(shè)置預(yù)習(xí)考核機(jī)制，明確各任務(wù)點(diǎn)的權(quán)重，學(xué)生預(yù)習(xí)情況的考核不以通過考核測試為唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是對預(yù)習(xí)過程進(jìn)行全面的考核。

為提升教學(xué)效果，“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程還采取了引進(jìn)企業(yè)教師進(jìn)課堂的教學(xué)模式，企業(yè)教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)，且往往掌握最新監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用技巧，引進(jìn)企業(yè)教師可避免人才培養(yǎng)和市場對人才能力需求不對稱的現(xiàn)象。環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備更新?lián)Q代較快，導(dǎo)致學(xué)校教學(xué)儀器設(shè)備與市場需求存在差距，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可緩解實(shí)驗(yàn)課上儀器設(shè)備更新不及時或短缺的情形，通過互聯(lián)網(wǎng)的方式線上云參觀環(huán)境監(jiān)測站、污水處理廠和在線監(jiān)測等環(huán)境監(jiān)測工作。在綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)中以學(xué)生所關(guān)心的事件與情境為出發(fā)點(diǎn)，讓學(xué)生對“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”有更多直觀、真切的體驗(yàn)，進(jìn)而提高對該課程的熱愛；同時通過實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、線上云參觀等方式讓學(xué)生切身體會環(huán)境監(jiān)測工作在生態(tài)文明建設(shè)中的使命，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感。

2.3"建立多元化全過程教學(xué)考核體系及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

以往實(shí)驗(yàn)課主要根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上的表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報告來考核，由于實(shí)驗(yàn)課人數(shù)較多，教師無法關(guān)注到每個學(xué)生的具體表現(xiàn)，通常考核時以最終提交的實(shí)驗(yàn)報告為主，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程及實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力缺乏相應(yīng)的考核。

教師應(yīng)該關(guān)注學(xué)生學(xué)到了什么，學(xué)生知識技能需求是什么，以此形成良好的教學(xué)反饋機(jī)制，并持續(xù)改進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程學(xué)習(xí)時對學(xué)生的評價應(yīng)該是全過程多維度的考核［1011］。“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程采取線上線下混合式教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)考核的項目包括線上預(yù)習(xí)完成情況及預(yù)習(xí)考核測試、線下實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)操作技能競賽；科研訓(xùn)練環(huán)節(jié)考核的項目包括設(shè)計性實(shí)驗(yàn)方案的制訂能力、綜合分析測試能力、科研訓(xùn)練創(chuàng)新能力、數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用能力。

多元評價體系主要包括評價主體、評價方式、評價內(nèi)容及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制四個方面。“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程采取多主體的評價方式，評價主體包括校內(nèi)教師、企業(yè)教師、學(xué)生和學(xué)生組長，校內(nèi)教師主要對學(xué)生的線上預(yù)習(xí)完成情況、實(shí)驗(yàn)操作能力、創(chuàng)新能力、職業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行評價；企業(yè)教師重點(diǎn)評價學(xué)生的技能應(yīng)用能力和職業(yè)素養(yǎng)；學(xué)生作為評價主體對同組實(shí)驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)進(jìn)行互評；學(xué)生組長負(fù)責(zé)為本組內(nèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度進(jìn)行評級。評價方式包括過程性評價和總結(jié)性評價；評價內(nèi)容包括專業(yè)知識掌握、技術(shù)技能訓(xùn)練、創(chuàng)新素質(zhì)養(yǎng)成等教學(xué)要素和學(xué)科交叉能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力、實(shí)踐動手能力等能力要素。改革后的考核方式更為科學(xué)合理，符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的需求。

結(jié)語

本文就“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)”課程在智慧教育背景下基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核評價體系的改革進(jìn)行了探討和實(shí)踐。通過建立線上預(yù)習(xí)機(jī)制形成混合式教學(xué)改進(jìn)教學(xué)模式，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為教學(xué)輔助手段，采用引進(jìn)企業(yè)教師的方式來促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、提升職業(yè)素養(yǎng)，同時通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)三層次的實(shí)驗(yàn)課程模式提升學(xué)生的研究探索精神和創(chuàng)新意識。實(shí)踐結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得了良好的教學(xué)效果，提高了生態(tài)環(huán)境類學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。但實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革尚處于探索階段，需要持續(xù)發(fā)現(xiàn)問題，并做到以學(xué)生為中心持續(xù)改進(jìn)，為提高教學(xué)效率和成果找到適合之路。

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基金項目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（231002002"241941）；2023年度浙江省高校實(shí)驗(yàn)室工作研究（YB2023"57）；浙江省教育科學(xué)規(guī)劃研究課題（2023SCG377）；浙江師范大學(xué)2024年度實(shí)驗(yàn)技術(shù)開發(fā)項目（31）；浙江師范大學(xué)行知學(xué)院教學(xué)改革研究項目（基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧課堂教學(xué)模式建構(gòu)研究）

作者簡介：涂燕紅（1989—"），女，漢族，江西九江人，碩士研究生，講師，主要從事環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境污染與防治。