基于OBE 理念的研究生课程教学改革与探索——以现代环境分析测试技术为例∗

王锋文 张思远 宋福忠 刘 莉

（1. 重庆大学 环境与生态学院环境科学系，重庆 400044；2. 重庆大学 资源与安全学院采矿工程系，重庆 400044）

“环境就是民生，青山就是美丽，蓝天也是幸福。”［1］党的十八大以来，我国致力于走生态文明建设与绿色发展道路，推进生态环境治理体系和治理能力现代化。在我国社会主义现代化建设过程中，环境问题越来越受到人们的关注，环境治理与检测工作的重要性日益凸显［2］。然而，在实际分析工作中，环境中有毒有害化学物质复杂多样，取样、运输和检测过程中都有可能由于人为操作和环境条件的改变导致目标物的性质发生变化，对新型污染物的识别、痕量浓度水平的检测以及污染物的迁移、富集和转化等多介质地球化学行为的研究都提出了新的挑战［3］。环境检测和分析作为控制环境污染的重要环节，在污染物的发现和环境行为的跟踪研究中都发挥着关键作用［4］87。

现代环境分析测试技术是一门多学科交叉和实践性较强的环境类研究生专业必修课［5－6］，是开展环境监测、环境管理、环境生态修复等的重要基础和手段，主要包括样品采集、样品前处理和分析测试等内容［7］254。其在环境保护和科学研究方面具有极高的优势和应用价值，能够有效提升环境污染物的检测范围、可靠性及准确性，为我国生态环境监测和治理工作提供依据［4］88。目前，课程相关教材内容更新较慢，且偏重于分析方法理论，应用实例少，新方法和技术不能在教材中得到及时体现［8］，一定程度上降低了学生的学习兴趣。环境分析测试技术内容繁多，各章节之间普遍缺乏衔接性，学生往往跟不上教学进度，不利于学生对理论知识的理解和掌握［9］。此外，课程采用以教师为中心的传统灌输式教学［10］31－35，缺乏开放性和自主性，无法将理论和实践有效结合，未能立足研究生教育需求，不利于培养研究生自主学习和实践创新能力。

针对课程目前存在的问题，重庆大学环境科学系运用成果导向教育（Outcome－Based Educa⁃tion，以下简称OBE）理念对该课程进行改革，以着力促进研究生自主性与创新性，提高课程教学质量，服务于研究型和应用型人才培养目标，在现代教学方式和手段、课程考核制度、研究生课程教学体系等方面进行实践与探索。

一、贯穿工科教育的OBE理念

OBE 是一种根据学生学习成果并以学生为中心反向设计课程的教学体系，持续改进教学活动的先进教学理念，包含多个闭环反馈和改进环节结构化和动态化体系，目的在于确保学生获得预期能力结构，实现课堂教学从灌输式向讨论式、封闭式向开放式、 知识课堂向能力课堂转变［11－12］。OBE 理念中教师的教学角色由主宰者转变为引导者，主要强调想让学生取得什么样的学习成果、为什么要取得这样的学习成果、如何有效帮助学生取得这些学习成果以及如何知道学生已经取得这些学习成果［13］。其教学目标先于教学内容产生并居于主导地位，课程资源开发、教学环节设置、教学组织实施以及课程考核评价等活动都需围绕预期目标展开［14］62－68。

目前，OBE 理念在工程教育认证的三大理念中居于核心地位，受到国际教育学界的高度重视和广泛认可。自我国加入《华盛顿协议》以来，OBE 已在高校工科教育中进行了探索与实践，形成了较为完整的理论体系［14］62，在引导课程教学改革、提高人才培养质量方面发挥着极其重要的作用。因此，我们将OBE 贯穿于整个课堂教学，首先根据社会、学校和个人发展需求制定课程目标，然后通过教学内容、教学策略、师资队伍建设以及具体教学方法实施来检验课程目标是否达到，最后考核各教学环节，及时反馈考核结果以持续改进教学活动，形成闭环教学。

二、基于研究生培养方案的教学目标制定

课程教学目标应综合考虑人才培养目标和社会需求，体现专业领域和职业特征。现代环境分析测试技术作为一门基础必修课，在体现重庆大学教学特色的基础上，有必要建立综合性、多维度的人才培养目标体系［15－16］。在研究生培养过程中，实行学术研讨式、启发式的教学模式，采用案例教学、多媒体教学、专题研讨等多种教学手段，要求学生具备环境专业素养和进行科学研究、分析和解决问题、参与工程实践的实际能力，培养能承担专业技术或管理工作、具有良好职业素养的高层次应用型、复合型工程技术和工程管理人才。

重庆大学环境科学系本科开设分析化学、仪器分析和环境监测课程，为现代环境分析测试技术课程提供理论基础。然而，由于各高校本科阶段培养侧重点的不同与学生对本科课程知识掌握程度的差异导致研究生课程学习知识背景差异较大，尤其是部分非环境类专业学生，其基础理论往往不如环境类专业学生，学习过程中可能对授课内容更难理解。因此，为更好地达到教学目标，我们针对教学对象的需求与特征进行因材施教，充分考虑不同学生背景差异，注重课程探索性，全面提高学生的知识应用能力，根据教学目标不断调整教学内容和教学方式，从而满足“双一流”建设背景下研究生培养需求。

三、体现OBE的教学内容整合和提炼

现代环境分析测试技术课程最初主要以废水中常规污染物的分析测试为主要内容，局限于对化学需氧量、生化需氧量、氮和磷等监测分析。当前，电化学、光谱、色谱／质谱以及色谱—质谱联用等技术快速发展，大气、土壤、沉积物等多环境介质新型污染物分析测试［7］255以及不同污染物高灵敏度、高选择性分析需求［17］，给现代环境分析测试技术课堂教学提出了新要求。

教学大纲是对课程的定位与认识，也是衡量教师课堂教学质量和考核学生学业成绩的重要标准［10］31。课程采用奚旦立《环境监测》和张宝贵《环境仪器分析》作为参考教材，教学大纲适当删减适应性不强的内容，扩展新理论和新方法，根据学生研究方向对教学重点进行调整，使教学内容更有利于教学目标的达成。如图1 所示，教学内容主要包括环境监测（水体、空气、土壤等）和仪器分析（光谱、电化学、色谱和质谱分析法），通过现场调查→监测方案设计→优化布点→样品采集→运送保存→样品前处理→分析测试→数据处理→综合评价对各章节内容进行衔接。该课程总学时为32 学时，分为16 学时理论和16 学时研讨，样品采集和前处理通过环境监测来实现，该部分内容作为分析测试技术基础主要以回顾为主，选取水监测、大气监测和土壤监测3 个章节进行重点讲授，其余章节采取课堂小组seminar 对掌握程度进行检验。仪器分析技术作为重点内容，采用“授课＋研讨”模式开展，注重学生对分析测试基本原理的掌握和对仪器组成部分的理解，通过目标物质前处理和测试方法比较，总结优缺点与应用范围，加深学生对分析测试技术的理解。

图1 现代环境分析测试技术主要教学内容框架图

四、保障教学成效的师资团队建设

团队建设是优化教学资源的重要途径，教学内容和教学方法充分讨论与交流，能够提升师资队伍整体教学水平［18］。现代环境分析测试技术综合性强，内容较为广泛和复杂，且各种新型分析测试仪器不断发展，整合不同学科教师资源有利于对各种前沿测试仪器进行深入讲解。团队式教学能够更好地掌握课程重点和难点，修订教学计划，对教学改革推进至关重要。目前，重庆大学环境科学系已成功组建一支学历层次高、学缘构成合理的现代环境分析测试技术中青年教学团队，主要从事水污染控制、土壤污染控制、大气环境等研究，能够涵盖当前主要的环境分析测试技术，有利于创新思维培养和团队协作互进。教学团队全程参与学院“环境科学与工程”一流学科建设大部分仪器设备论证采购，对不同研究方向主流分析测试技术具有比较深刻的认识，充分保障了联合实践教学的有效开展。同时，鼓励教师积极和兄弟院校开展教学交流，注重分析测试技术的多学科交叉渗透性，广泛吸取各高校课程建设宝贵经验，使课程教学更好地满足用人单位需求。

五、灵活多样的启发式、探究式、研讨式教学方法和手段

课程采用教师讲授、实验室实践、小组专题探讨以及PPT 制作汇报等多种教学方式进行授课，教学中提出学习要求，兼顾基础理论知识和实践探索能力的培养，扩展学生的知识结构，并结合课程热点和焦点内容提高学生对课程知识的应用能力和对科学前沿研究的探索能力。

（一）注重能力型教学目标的多媒体教学

运用启发式、探究式、案例式和提问式多媒体教学，增加学生课堂参与度，使学生在掌握样品采集、样品前处理和分析测试技术等基础理论知识的同时，能够将知识形象化和系统化，引导学生针对自身的研究方向自主寻求解决问题的方法，将所学知识真正运用到科学研究当中。首先，在PPT 制作过程中，将教材内容进行合理的分析、比较和归纳，结合教学方向提取和展现教材中的重难点，引导学生掌握学习内容。其次，结合环境领域研究热点和课程实用性，在现有课件的基础上不断丰富和完善分析测试技术，有效弥补教材内容的不足。再次，在课件中引入视频动画和实际案例，将抽象的内容直观化和形象化，激发学生学习兴趣。最后，在教学过程中避免将大量时间花费在课件上，及时沟通和交流，适当调整教学进度，解答学生提出的疑难问题，保障课堂教学有效进行。

图2 为以启发式教学为核心的教学手段。目前，现代环境分析测试技术课程需要用到的各种大型精密分析仪器存在使用频率低、造价昂贵、操作难度大、更新换代速度快等问题，同时研究生对精密分析设备的认知不足，无法独立使用仪器设备［19－20］。通过观看相关教学视频，对原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、气相色谱仪等的原理、结构组成、应用范围、操作步骤和注意事项等内容进行剖析式讲解，使学生对测试仪器有了实质性了解。同时，展示“太湖沉积物物理化学性质时空变化特征研究”和“基于正定矩阵因子方法的上海PM2.5多环芳烃源解析”等研究成果，结合教师自身科研经验使学生体会和认识采样及分析测试方案的制订、样品的预处理、数据的处理和分析等过程，启发引导学生综合运用所学知识分析解决实际问题，有利于研究生实验研究的有效开展。此外，教师还引导学生查阅国内外文献，了解微塑料、全氟烷基化合物（PFASs）、页岩气反排废水等环境领域的研究热点，培养研究生文献检索和阅读的能力，加强学生对分析测试仪器应用案例的学习。

图2 以启发式教学为核心的教学手段概况

（二）实现理论与实践有机融合的实践教学

实践教学是将课程理论同实际操作相联系的重要环节，是研究生培养工作的重要组成部分，通过实验室实践有助于培养研究生实践能力，提高学生学习积极性和创新意识［21－22］。依托于“学院一流学科建设”和“煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室”平台，环境科学系购置了一系列环境领域分析测试仪器，利于课程实践顺利开展。实践教学中，邀请实验室相关操作人员对样品前处理和分析测试进行实际操作和现场讲解，使学生能够近距离接触课程中涉及的各种前处理装置和分析测试仪器，全面掌握仪器组成结构和测试流程，及时解决测试过程中存在的问题，并通过实物对学生提出的具体问题进行有效解答。同时，鼓励学生进行综合性实验，利用实验室现有仪器设备，选择校园湖泊水质、大气湿沉降等实用性较强的研究内容自主设计实验方案，使学生通过实验实现对目标物质分析测试的全程追踪。

以PFASs 为例，采集雨水样品，比对PFASs前处理技术。实践教学中，以雨水PFASs 萃取纯化进行演示，通过超声萃取和水平振荡，离心后超纯水稀释，固相萃取法富集和氮吹浓缩，最后使用液相色谱串联质谱进行检测，培养研究生的探索能力。

（三）体现团队协作和个体差异的小组专题探讨

引入课堂研讨教学方式［10］31－35，以问题为先导，在课堂教学过程中合理设置疑点，将课程中部分重、难点内容以分配研讨的方式供学生思考和讨论，例如制定某一废水样品预处理实验方案，设计一套净水装置等。教师将内容进行分解，随机分配给各个小组。各小组在规定时间内进行探讨，依次展示讨论结果，学生需调动自身主观能动性，及时回顾、梳理和探讨教学内容，找寻最有效的解决方案。采取组间互评方式，体现个人表现差异。研讨中，根据小组讨论活跃度、板书美观性、讲解内容可接受度等方面进行综合评价，考虑小组组织协调能力、口头表达能力、参与积极性等各方面差异，教师进行补充点评和适当拓展，将讲解过程中存在的问题及时反馈给小组成员，使教学内容得到有效的巩固和吸收。以家用净水装置为例，要求学生能够通过净水装置的设计去除水中有毒有害物质。讨论结果为：PP 棉→前置活性炭→超滤／反渗透膜→后置活性炭。其中PP 棉常去除大颗粒杂质；前置活性炭吸附水中的杂质、异味、余氯等有害物质；超滤／反渗透膜可去除细菌、抗生素、有机杂质及其他溶于水中的固体或重金属；后置活性炭设置在整个过滤的最后一道，用来提升口感并去除重金属铅等。

（四）结合自主式探究学习的PPT 制作汇报

随着环境领域研究发展，环境样品中待测物质含量极低且干扰物复杂［22］183，需要不断研究和探索更加先进的前处理和分析技术，因此研究生需及时了解国内外研究动态，提高自身信息捕捉能力和自主学习能力，为今后科研工作和职业需求打下坚实基础［23］。针对教师主导、学生主体的教学模式［24］，在教学后期设置PPT 制作汇报环节，根据研究生的个人兴趣或研究方向就目前环境领域主流分析测试技术合理安排汇报内容，要求学生查阅相关资料整理某一分析测试技术发展历程、测试原理、仪器组成和应用范围，结合国内外高水平文献进行实用举例，并分享个人总结和见解，使教学真正做到“授人以渔”；学生需将复杂抽象的知识通过PPT 进行形象化展示，设置汇报重点，例如不同检测技术优缺点的对比分析、仪器日常维护及操作注意事项、样品测试质量控制和质量保障等，这有利于提高学生的语言表达能力，为研究生学术汇报和毕业答辩等环节积累经验（见图3）。

图3 分配研讨型课堂讨论和任务驱动型课堂展示概况

六、面向产出的多元化课程考核体系

课程考核源于课程设置的各个教学环节，是检验学生学习效果的必要环节。建立多元化课程考核评价体系，可以有效避免传统考核方式造成的死记硬背［25］。课程考核及成绩评定方式由平时考核、展示考核和期末考核构成，具体见表1。通过调查发现，大部分学生都高度认可课程教学方式，认为该门课程教学灵活、生动、有效，为今后的实验研究打下了良好基础。另外，文献的拓展阅读与开放性实验探讨也提供了切实可行的思路参考。这种多元考核方式不仅能综合评价学生的学习效果达成度，还能帮助教师及时有效地对课程教学进行总结与反思，有利于课程的持续改进和深化建设。

表1 现代环境分析测试技术课程整体考核方案

基于重庆大学“环境科学与工程”一流学科建设以及当今时代发展对于研究型和应用型人才的需求，环境科学系在现代环境分析测试技术近几年来的课程建设过程中不断实践总结，以学习成果为导向，通过教学活动的反向设计正向实施，优化研究生人才培养方案，调整课程教学内容体系与结构，加强师资团队建设，改善现代教学方法和教学手段，建立多元课程考核评价体系，探索出了具有自身专业特色与优势的OBE 教学模式，将该课程对学生的帮助发挥至最大化，并尝试将该模式在其他课程中进行推广。