環境分析化學教學探索

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環境分析化學教學研究生教育是我國高等教育的最高層次，研究生是我國科技創新的重要主體，研究生創新能力的培養已經成為高等教育的一項重要目標[1-3]。如何提高研究生的自主學習能力和創新能力，完成本科生到研究生的角色轉變，成為高校、研究生導師關心的重要內容。文獻[4]認為研究生教學的規律和特點是以研究為主、以自學為主，研究生主體地位的創造性自主學習和主動鉆研是實現研究生培養目標的有效途徑。而課程教學則是研究生培養的重要環節[5]，有必要積極探索研究生教學的新方法，以提高研究生的培養質量。自主學習是與傳統的接受式教育相對應的一種現代化學習方式，它以學生為學習的主體，在教師指導下，通過學生在學習目標、學習時間、學習環境、學習內容與學習方法上獨立地分析、探索、實踐、質疑、創造來實現學習目標的學習過程[6],是學生有目的、有要求、有信息反饋、有反思的主動學習。從本質上來說，自主學習是一種能力[7]。影響自主學習能力的因素主要有外部因素和內部因素兩大方面，其中外部因素主要是指學生自主學習的學習環境；內部因素主要包括學生的學習動機、學習意識、學習策略的掌握等方面。環境化學分析課程的特點是內容多、學時少，且具有較強的學科前沿性和超前性，該領域中的新問題、新方法、新儀器、新技術不斷涌現。因此，在教學過程中，應注重學科交叉滲透和應用發展，要培養與提升學生緊跟學科前沿的能力以及創新研究的能力，為今后的科研、工作奠定必要的理論基礎。我們應引導學生將所學內容與自身的實際研究工作緊密結合，逐步內化為自身的知識結構，從而增強學生的社會適應能力和競爭力。在近三年的環境分析化學課程教學實踐中，配合山東省研究生教育優質課程的建設項目，課程組的教師通過培養自學學習觀念、革新教學方法、提供教學資源等系列措施，有效地提高了研究生的自主學習能力。

一、培養自主學習的觀念與意識

教師首先應充分認識到學生在學習過程中的主導地位，教師身份由引導者代替講授者，成為幫助學生建立自主學習理念的引路者，引導學生明確研究生階段不但要學習理論知識，還要進行科學研究。自主學習是獲取知識和開闊視野的主要方式，教師應逐步使學生認識到較強的自主學習能力不僅可以幫助他們打下扎實的專業基礎，也是他們能夠獨立進行科學研究、提升科研創新能力的前提和基礎[8]。因此，研究生不僅要學習知識、學習如何學習，還要在學習中不斷實踐、鍛煉和提升自主學習能力。教師應堅持把這一理念貫穿于整個教學過程中，從課程內容設置、課堂教學方法、師生交流互動、評價方法等方面入手，著重培養學生的自主學習意識和能力。

二、改革教學方法和手段

學生自主學習能力的培養是一個長期的系統過程，需要教師在課堂上結合學科內容，逐步向學生滲透式地傳授科學有效的學習方法，引導學生循序漸進地提高學習能力。在環境分析及化學課程的教學過程中，我們根據不同的教學內容特點，分別采用了傳統的教師講授、翻轉課堂、學生分組學習、課堂討論等方法。各種方法所占比例見圖1。（一）教教師講授。環境分析化學是研究如何運用現代科學理論和先進實驗技術來鑒別和測定環境中化學物質的種類、成分、含量、化學形態和毒性的科學[9]。其前修課程為本科期間所學的分析化學、儀器分析、波譜分析等。因而該課程所涉及的基本理論學生已基本了解或掌握，只有痕量分析基礎、環境樣品的預處理等相關的基本概念、理論等內容學生比較陌生，而這兩部分內容是環境分析化學中極其重要的理論基礎，且難度系數較大。所以，在本課程的教學過程中，教師講授的內容主要集中在該兩個章節。另外，基于該課程的前沿性和前瞻性較強的特點，這兩個章節的講授內容也在不斷更新和調整，不但要介紹現代分析化學中的各項新成就（新理論、新方法、新技術），而且要使學生了解如何利用近代化學、物理、數學、電子學、生物學和其他技術科學的最新成就來解決環境污染分析問題。（二）翻轉課堂。在環境分析化學課程中翻轉課堂教學所占比例較大，約占40%，主要是針對相對簡單的、不難理解的理論知識，能夠和日常生活及學習有一定聯系的、通過查閱相關文獻資料后靠自主學習基本能夠掌握的內容（見表1）進行翻轉。學生按照教師布置的學習任務進行自主學習后，根據自己的思路進行備課并制作課件。課件可以通過網絡教學平臺或郵件等方式提交給教師，教師批閱后將意見及時反饋給學生。上課時，學生可根據課前的學習及備課，自主設計教學形式和方案，自主選擇授課方式。講課的學生可以是教師隨機抽取的，或者是學生自愿的，但要確保每位學生至少講授一堂課。進行翻轉課堂教學時，教師應隨時注意以下問題：（1）對于學生講課過程中存在的科學性的錯誤或其他問題，教師要及時進行糾正、講解、補充。（2）對于講課的學生或其他學生提出的疑問，教師要進行解答，也可組織學生進行分析、討論。（三）分組學習分組學習也稱合作學習。對于某些有一定難度的教學內容，可采用分組學習的教學方法，組織研究生學習、匯報、討論、交流所學內容,開展合作學習。因為每屆研究生的選課人數大多在10人以下，所以在分組學習時基本上讓學生自由組合，3人一組。在此基礎上，教師根據實際情況進行微調。由于每組成員不多，所以學生的參與度較高。教師要指導學生在獨立思考的基礎上，通過共同討論、相互啟發達到合作學習的目的。學生討論問題后，各組推選一人匯報學習內容，其他成員可做補充。在分組學習過程中，教師應盡量做到以下幾個方面：（1）合理分組，做到優勢互補。盡量讓學術背景和研究方向不一致的學生相互搭配，以便學生之間的知識結構相互補充，在學習過程中相互啟發，取長補短。（2）分工合作，明確學習目標。組內的成員每人都有相對側重的一項任務，同時組內學生針對要討論的每一個問題各自發表意見，充分調動學生參與合作學習的意識，并使每個學生都體驗到合作學習特有的魅力。（3）角色互換，培養合作能力。針對不同的學習內容和學生的不同學術背景，盡量使組內的各成員在合作學習中體驗不同角色，在充分發揮各自優勢的同時，有效培養學生們和諧相處、合作共事的意識和能力。（4）把控過程，培養評價能力。教師要把控好學生的合作學習過程，不能單一地用最終的學習結果來評價學習的效果。另外，合作學習活動中的評價不只是教師對學生做出的評價，也包括學生之間的相互評價、學生的自我評價和學生對教師的評價等。教師要引導學生對學習結果、學習過程進行評價。（四）課堂研討。討論作為主動學習的重要方法，是以學生為主體通過交流來深化對知識的理解，促進思考技能，增強師生之間融洽的關系，提高學生的人際合作意識，有效促進學生主動參與和積極投入課堂學習的教學方法。討論教學法作為重要的教學方法之一，可以引導學生共同追蹤本學科研究最新進展，探索新的知識領域或研究方向，具有探索、協作、互動和激勵的特點，能夠激發學生學習的興趣，培養學生獨立學習的能力，更重要的是有利于學生創新性思維的拓展。本課程中的某些章節的內容比較適合課堂討論。如：突發環境事件的快速應急分析技術、重大國際環境問題及相關分析技術、國家標準分析方法與快速分析方法的比較，等等。一堂好的討論課，首先要有一個好的問題，教師設計的研討問題要兼具廣度與深度[10]。進行課堂研討前，教師要根據教學目標設計不同的研討題目并提出具體要求，指導學生搜集有關資料，認真準備意見和寫出發言提綱。討論進行時，教師要充分啟發學生獨立思考，鼓勵他們各抒己見，引導他們逐步深入問題的實質并就分歧的意見進行討論。在討論課上可根據學生的參與程度采用下面幾種方式獲得學生的意見：（1）自愿回答，教師提問后征求自愿者回答；（2）輪流回答，以個人為單位，依序輪流發表意見或想法；（3）隨機抽點，隨機指定回答者。此外，在整個討論過程中，教師要以和善、尊重的姿態予以引導和評價，多使用激勵性詞語，使學生始終處于一種放松狀態，真正享受到討論的樂趣[11]。討論結束時，教師應對學生們的觀點做出歸納和總結，也可提出進一步思考和研究的問題。（五）其他。除了上述各種教學方法外，本課程在教學過程中還采取了因材施教、因人而異、個別輔導等教學方法，即根據不同學生的認知水平、學習能力、知識結構以及學術背景、專業特長、科研領域等，教師進行有針對性的教學，有的放矢地進行有差別的教學，發揮學生的長處，彌補學生的不足，以滿足不同學生的學習和科研需求。如對于研究方向為水處理劑的學生，可以適當增加工業廢水中污染物的分析方法等有關內容;對于從事生物傳感方向研究的學生，則應盡可能加強生物傳感器章節的學習，使其較好地掌握生物傳感器的工作原理、特點、分類以及新型的生物傳感器等相關知識。

三、提供學習資源

信息化環境下，學生自主學習所需的資源必須是豐富的、多方位的、多層次的。除了傳統的教材以及參考書目外，網絡學習資源也是學生獲取知識的重要渠道。本課程組教師充分利用信息化的教學環境以及本校的網絡教學平臺，建立了資源豐富的環境分析化學教學網站，其教學資源包括：課程介紹、教學大綱、教學課件、作業、習題庫、討論區、案例庫、國際標準、與環境化學分析有關的時事熱點問題等。在對前幾屆學生的教學過程中，我們較多地利用了信息化的教學手段，通過網絡布置自學任務和作業，學生可以利用以上教學資源隨時、隨地進行自主學習，學生之間、師生之間進行實時交流，便于教師及時指導學生的學習方法，解決學生在學習過程中遇到的問題，極大拓寬了教學的時間和空間。同時，根據不同的專業,在對專業需要和學生個性特征進行準確分析的基礎之上，把一些本專業經常用到的網站、資料根據其特點分類整理出來，供研究生自行選擇學習，以擴大其學習的知識面，開闊學生眼界，活躍其思路。

四、提高課堂效率

提倡學生自主學習對課堂教學提出了更高的要求。課堂教學既不能只局限于傳統教學的“圓滿完成規定的教學內容”，也不僅是解決學生自主學習時遇到的問題，而是在強化重點、細化難點的基礎上，對于學生提出的有價值的學習疑問，要及時將其轉化為新的學習主題，組織學生共同討論解決。同時，教師也要根據課堂教學的實際情況，設計并提出具有一定深度、廣度、綜合性強的問題，讓學生思考、分析、討論。在教學過程中，教師講授、反轉課堂以及合作學習的教學方法和手段并不是完全獨立的，而是相互聯系、相互融合的。例如，教師在講授痕量分析中的空白值對準確度的影響時，可以在課前先布置以下作業：讓學生自己復習環境分析化學課程中學過的空白實驗的定義、空白實驗的作用等。這樣，學生就能夠比較容易地將新的知識與已有的知識體系聯系起來。

五、檢驗學習效果以及更新評價方法

自主學習的學習效果可以通過學生提交的作業及課件、課堂討論等多種渠道進行檢驗。其評價方式也由以往的以期末考試為主轉變為以自主學習的形成性評價為主。在培養學生自主學習能力的教學過程中，要加強教師與學生之間的交流，掌握學生自主學習的過程、學習方法、學習效果，并對其進行監控、考核與評價。近兩年來，本課程的期末總結性的考試成績只占總成績的50%左右，40%~60%的成績來源于學習過程中的形成性評價，且期末考試的試題也各不相同，解決了以往期末考試成績區分度不夠明顯的問題。同時，形成性評價也可以激勵學生逐步養成自主學習的習慣，而學生在習慣形成的過程中又提高了自己的自主學習能力。

六、結語

在新的教學模式下，經過對2014~2016級三個年級研究生的教學探索與實踐，結果表明：研究生學習環境分析化學的動機是自發的，學習策略是自我調節的，學習的效果基本是可以自我監控和評估的，因而能將學生的被動學習變為主動學習，有效培養了學生的自主學習能力、團隊協作能力以及語言表達能力。課程組的體會是：（1）通過學習理念的培養及教學方法的改變，學生的自主學習意愿和能力在逐步提高。盡管開始時有個別同學對翻轉課堂感到茫然、無奈，甚至抵觸，但經過教師的耐心引導及指導，學生對其有了科學的把握，了解了自己的學習特點，并據此完善認知策略，將智力因素與非智力因素都以最佳的狀態呈現在學習活動中。（2）激發了教師從事教學研究的熱情，使之能夠做到合理設計教學內容和方法，科學指導學生的自主學習。因為學生的自主學習對教師的教學水平以及掌控課堂的能力都提出了更高的要求，教師需要不斷充實和提高自己，才能和學生一起探究、學習，因此老師的言傳身教，使學生的思維方法得到了充分的訓練。（3）自主學習的效果不僅取決于教育理念的轉變，還取決于教育者和學習者本身的素質。除了要求教師自身應具備較高的專業素養，能夠熟練運用各種方法組織自主學習外，還要求學生能夠積極主動地配合教師，實施教師的理念和方法。

作者:柳玉英 王平 劉青 藺紅桃 單位:山東理工大學化學化工學院