以工程项目任务为驱动的环境仪器分析课程教学探讨

陈春丽 王毛兰 曾慧卿 曾艳 朱衷榜

摘要：在工程教育专业认证背景下，针對环境仪器分析课程学生反映学习难、学习积极性普遍不高的问题，加强环境仪器分析作为环境工程专业基础课与专业课的衔接性教育，构建“以学生为中心，以工程项目任务为驱动”的环境仪器分析课程混合式教学模式，通过结合环境工程项目焦点，采取多元化的教学模式，学生在教师的引导下，通过师生互动、生生互动，把环境仪器分析的知识应用到污水处理工程、大气污染治理工程及固体废物处理与处置工程项目的实际中，让学生从被动听教师授课转为主动性独立学习的同时，又能以培养出更能满足社会需求的环境工程专业人才。

关键词：以学生为中心;工程项目任务驱动;仪器分析;环境工程

中图分类号：G642   文献标识码：A    文章编号：

Discussion on the Teaching of Environmental Instrument Analysis Course by Engineering Project Driven Tasks

CHEN Chunli WANG Maolan ZENG Huiqing ZENG Yan ZHU Zhongbang

（School of Resources， Environment and Chemical Engineering， Nanchang University， Nanchang， Jiangxi Provence， 330047， China）

Abstract：Under the background of engineering education professional certification， in order to alleviate the problems of environmental instrument analysis courses that students have reported difficulty in learning and generally low enthusiasm for learning， and strengthen the education of environmental instrument analysis as a cohesive  between the basic and professional courses in the major of environmental engineering， a "student-centered and the engineering project task-driven" environmental instrument analysis course hybrid teaching mode was build. The knowledge of instrumental analysis of environment was applied to the reality of sewage treatment engineering， air pollution control engineering， and solid waste treatment and disposal engineering projects by combining the focus of environmental engineering projects， and adopting a diversified teaching mode. Under the guidance of the teacher， through the teacher-student interaction and student-student interaction， the learning method of the students was changed from passively listening to teachers’ lectures to active and independent learning. Meanwhile， more professional Environmental engineers were cultivated which were satisfying and required by the society.

Keywords：Student-centered; Project-driven task;Instrument analysis;Environmental engineering

《环境仪器分析》是环境工程专业的一门实践性和应用性较强的专业基础课[1-2]，涉及本专业相关的污水废水污染现状与排放、大气污染现状与废气排放、固体废物处理与处置过程中污染物排放、除尘与净化系统等工程过程都涉及环境仪器分析，是后续核心专业课程的基础课之一。该课程教学目标要求学生理解、掌握各类现代仪器分析方法的基本组成和工作原理;掌握各类仪器分析的定性、定量方法;能够运用现代分析检测仪器进行分析，并根据复杂工程项目的需要进行仪器和方法的选择，辅助解决复杂工程问题。

日前，众多学者分别基于成果导向理念（OBE）[3]、“线上+线下”混合式教学[4]等教学理念，以学生为中心[4-5]多方面多方法进行教学探讨。把SPOC（Small Private Online Course）这种新兴教学模式融入传统教学模式中变成了混合式教学模式的重要方式之一。结合两者的优势来提高课堂效果，开展“线上+线下”混合教学，在《环境仪器分析》授课中值得尝试和探索。

1传统模式下《环境仪器分析》课程教学现状及存在的问题

作为环境工程专业的一门专业基础课，在教学过程中，《环境仪器分析》在仪器的方法原理中涉及很多大学物理、有机化学和无机化学等知识，常被学生反映枯燥、难学难记，学习的积极性普遍不高。如何使得该课程的教学即能调动学生的学习积极性，又能达到培养学生既掌握现代仪器分析方法原理等知识，又有把仪器方法原理运用于水污染控制工程、大气污染控制工程、噪声污染控制工程、固体废物处理与处置等污染控制工程中，以解决工程项目中实际问题的应用能力的教学目标是值得教师深入探讨的问题。

作为授课教师，认为环境仪器分析的“难”主要体现在两个方面：一是环境仪器的方法原理涉及的知识较广，如大学物理、有机化学、无机化学等知识;二是环境仪器的结构分析比较抽象，理解起来有难度，加之传统的单一满堂灌的教学模式，使学生没有参与感和主体感，从而觉得课程枯燥难懂，从而厌学或放弃。

2 以“工程项目”任务为驱动的《环境仪器分析》课程教学改革实践探索

单一的教学模式无法适应繁杂的课程内容，须针对不同的教学内容模块精心构建相适应的教学模式，运用多样化的教学方法，将《环境仪器分析》中的知识点直接与工程项目的具体设计问题相结合，构建以学生为中心、以“工程项目”为任务驱动的“线上+线下”混合式课程教学模式。

2.1·教学模式构建背景

该课程是基于工程教育专业认证背景的，以学生为中心，基于成果导向的，且其所涉及的达成度分析有利于课程教师进一步明晰应承担的课程要求培养任务，有利于学生明晰自己的课程学习要求，有利于学院进一步明确专业的培养目标和毕业要求专业，持续地改进工作。

探索以“工程项目”为任务驱动的“线上+线下”混合式教学模式，以解决学生对环境仪器分析的枯燥乏味，提升学习积极性，增强融会贯通的实践能力，为培养学生应用仪器分析知识解决实际问题的应用能力提供实践贡献。

2.2 教学模式实施方案

针对环境仪器分析传统教学中存在的问题，从课程目标、课堂教学及教学评价等方面对环境仪器分析课程进行改革探索，并就教学改革的实践过程及学习能力和学习效果进行探讨。

2.2.1 环境仪器分析课程内容体系的优化

（1）课程内容模块与工程项目的有机结合。课程模块与工程项目形成结构有序、相互承接的知识链条和能力模块。《环境仪器分析》课程教学内容主要有《环境仪器分析》基础理论、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、分子发光分析法、紫外-可见分光光谱法、红外吸收光谱法，质谱分析法、电位分析及离子选择性电极分析法、气相色谱法、液相色谱法等重要的现代仪器分析方法，其中，原子吸收光谱法、紫外-可见分光光谱法、气相色谱法、液相色谱法是《环境仪器分析》的重要内容。

根据水污染及其控制工程、大气污染及其控制工程、水污染及其控制工程等涉及的工程项目，在环境仪器分析授课过程中把相关知识点与这些工程项目进行衔接，完善和补充环境仪器分析在环境工程项目的具体应用实例的相关内容，环境仪器分析的内容体系围绕工程项目来进行制定和展开。

（2）实践内容与框架的重构。以成果为导向[1]，在学生对理论知识有一定掌握的基础上，结合原子发射光谱法与原子吸收光谱法、气相色谱法、液相色谱法模块进行实践教学内容的重构与创新。以综合性专题教学为主，结合不同水体中重金属污染物与不同介质中有机污染物的检测分析等当下工程项目的实际应用为任务驱动，以成果为导向，设置不同类型的专题。从明确教学目标、优化教学内容、确定教学方法、开展课堂教学实践、教学考核与总结、意见反馈几个方面，建立基于成果导向的课程教学实施改革，使整个实施方案形成一个闭环，具体如图1所示。

2.2.2 《环境仪器分析》课程“线上+线下”混合式教学模式的构建

研究发现，学习动机才是引发和维持学生学习行为的最关键的原因[6]，学习动机又分为内部动机和外部动机[7]。课堂教学效果很大程度上取决于学生对教学内容的兴趣和学生对教学参与的深度。在教学过程中，激发学生内部学习动机的同时，引导学生学习、研究课程及相关领域的问题，注重将知识点对应于环境工程项目中的相应应用意识的培养，挖掘学生独立思考、解决实际问题的能力，采用研究性学习模式[8]，沿着“分析问题→提出方案→解决问题的”主线，通过“课前预习→课中教学讨论→课后反思”3个过程，将课堂上获取的知识体系，加以理解并应用于提出的方案和解决问题的过程中，并得以解决问题，帮助学生达成课程预设的学习目标。

课前，教师通过“网络教学平台”发布学习安排和学习資源，学生通过同步SPOC完成慕课上的授课视频观看和章节测验，然后课中通过线上线下相结合的课程研讨和项目实践来完成研究性学习的任务，并且课后以章节测验和项目实践的成果共同来评定成绩。这样就非常平顺地从单纯的线下教学转换为“线上+线下”教学。教师在教室中面对面授课或学生观看线上的教学视频，都只是学生获取知识的诸种方式之一。无论是在线上还是线下，学生都以能力培养的学习目标为导向，充分利用多种多样的资源去主动探索知识，并培养运用知识解决实际问题的实践能力。

课中，教学手段上，以学生为中心，以教师为引导，采取混合式教学模式，将班级学生分成若干学习小组，鼓励学生主动参与各教学环节，合理分工，积极展示，认真完成教学任务，通过积分、小组评比、适当奖励等手段，调动学生学习的积极性，使其真正成为学习的主人。并以启发式教学为主导，激发学生逆向思维，引导学生积极参与讨论。以情景式教学为原点，具象化学生对现代仪器相关原理和结构的认识，使学生能够直观地理解基础理论知识;以工程项目案例为知识载体，深化学生对仪器结构、适用范围、优缺点等的理解和记忆，深入对水污染工程项目、大气污染工程项目及固体废物处理与处置工程项目设计及运行案例背后的逻辑进行探讨和研究。

课后，将学生小组案例研讨充分度，逻辑和层次、学生作业、资料收集、课件制作和知识的应用能力、期末考试成绩等进行量化，按合适的比例评定学生成绩，并在整个教学闭环过程完成后，对整个教学实践进行回顾梳理总结，以改促教。

2.2.3课程效果评价

综合考试成绩分析、评分表分析、问卷调查多种方法对课程效果开展评价，包括采用直接和间接相结合、定性和定量相结合的评价方法。采用考核成绩分析法评价技术性指标，采用评分表分析法来评价非技术性指标，在确保数据可靠有效的前提下，辅以问卷调查等其他方法，对考核成绩分析法和评分表分析法的评价结果进行佐证，综合分析得出最终的评价结果。例如，学生访谈的方法：以面对面谈话的方式，获取学生对环境仪器分析课程的学习兴趣、对教师的授课方式、授课内容的接受和消化程度的达成情况进行评价。计算得出该课程的教学目标达成度评价结果，见图2。

班级总人数27人，从课程达成度分布图上看，课程3个目标达成度较好，且达成度都在0.834～0.886之间，说明学生整体上掌握得不错。但目标1和目标3有个别学生存在达成度<0.6的情况，其中涉及仪器原理和结构、原子吸收光谱相关的计算题是导致目标达成度低的主要原因，因此在今后的授课过程中，应针对个别学生多进行沟通交流或重点辅导。另外，在课堂教学过程中，对复杂的工程问题及新兴的污染物仪器检测重视度还不够，应适度加强原子吸收光谱法、气相色谱法、液相色谱法的教学。计划在今后的教学过程中增加案例教学，加强例题讲解，帮助学生提高对相应知识的理解和运用能力，使学生提高运用有关的环境仪器分析理论知识、必要的实验技能和一定的解决实际问题的能力，以培养学生综合利用专业知识解决复杂工程问题的能力。

3 结语

工程教育专业认证背景下，通过优化环境仪器分析课程目标和课程内容体系，将工程项目与主题特色相兼顾，理论与实践相结合，以现代信息技术变革课堂，构建“以学生为中心，以工程项目为任务驱动”的混合式教学模式，即能调动学生的学习积极性，又能把环境仪器分析的知识应用到环境工程污水处理工程、大气污染治理工程及固体废物处理与处置工程项目的实践过程中，培养适应社会对应用型环境工程人才的需求，助力于打好污染攻坚战，助力于生态文明建设战略的实施。

参考文献

[1]周庆华，陈金媛.基于成果导向教学模式的《仪器分析》课程教学改革探索[J].教育现代化，2020，6（51）：61-64.

[2]杨基峰，郑丽英，张松柏，等.环境工程专业《仪器分析》课程教学改革初探[J].广州化工，2021，49（13）：174-175，208.

[3]米鐵，刘延湘，黄芳.面向环境工程新兴产业人才培养的流体力学教学模式改革[J].科教导刊，2020（1）：164-165.

[4]李强，周昌静，许伟伟，等.以学生为中心的线上线下混合式教学模式设计[J].化工高等教育，2021，38（2）：34-39.

[5]张炬红，唐心龙，徐启宝，等.“以学生为中心”的农业昆虫学课程实践教学新模式探索[J].中国现代教育装备，2021（19）：95-97.

[6]黄培凤.学习动机理论对教师教学的启示[J].文学教育，2020（1）：104-105.

[7]郭衎，曹一鸣.学习动机对学习效果影响的深度解析——基于大规模学生调查的实证研究[J].教育科学研究，2019（3）：62-67.

[8]林健.运用研究性学习培养复杂工程问题解决能力[J].高等工程教育研究，2017（2）：79-89.