“水分析化學(xué)”課程教學(xué)改革的實(shí)踐探究與思考

文剛，李凱，黃廷林

[摘 要] 針對(duì)高校給排水科學(xué)與工程專業(yè)水分析化學(xué)課程傳統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀以及存在的主要問題，結(jié)合西安建筑科技大學(xué)課程發(fā)展實(shí)際，介紹了教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年教學(xué)改革獲得的成效，包括電子教學(xué)資源的建設(shè)和應(yīng)用情況，以及線下課堂教學(xué)模式創(chuàng)新化改革實(shí)踐的措施，并從教學(xué)考核體系、教學(xué)模式手段、理論實(shí)踐結(jié)合、科研教學(xué)融合等方面提出進(jìn)一步深化線下教學(xué)改革的思考和建議，以期促進(jìn)線上線下教學(xué)的融合發(fā)展、同質(zhì)等效，從而提高全國高校給排水科學(xué)與工程專業(yè)“水分析化學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 給排水科學(xué)與工程;水分析化學(xué);教學(xué)改革;線下教學(xué);融合發(fā)展

[基金項(xiàng)目] 2020年度教育部項(xiàng)目“給排水科學(xué)與工程國家級(jí)一流專業(yè)建設(shè)”（教高廳函〔2019〕46號(hào)）;2020年度西安建筑科技大學(xué)項(xiàng)目“‘水分析化學(xué)一流課程建設(shè)”（1609420055）

[作者簡介] 文 剛（1983—），男，四川南充人，工學(xué)博士，西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院教授（通信作者），博士生導(dǎo)師，主要從事飲用水生物污染與控制研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）44-0078-04? ? [收稿日期] 2021-03-19

一、引言

“水分析化學(xué)”是高校給排水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是給排水科學(xué)與工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)指定的十門骨干課程之一[1]。課程主要講授水質(zhì)分析的基本原理及應(yīng)用，重點(diǎn)學(xué)習(xí)水質(zhì)分析過程中的化學(xué)分析和儀器分析方法，具體分別包括酸堿滴定法、沉淀滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法以及色譜法、吸收光譜法、原子光譜法等內(nèi)容，旨在使學(xué)生系統(tǒng)掌握水中雜質(zhì)含量的常用分析測(cè)定方法的基本概念、原理及技能，進(jìn)而解決實(shí)際給水排水工程研究中的水質(zhì)分析問題[2]。

西安建筑科技大學(xué)是我國最早成立給排水科學(xué)與工程專業(yè)的八所院校之一，“水分析化學(xué)”作為我校培養(yǎng)給排水科學(xué)與工程專業(yè)技術(shù)人才重要的實(shí)踐性教學(xué)課程，自開設(shè)以來就作為學(xué)校學(xué)院重點(diǎn)發(fā)展改革的精品課程。本文結(jié)合筆者教學(xué)團(tuán)隊(duì)歷年的教學(xué)實(shí)踐和檢驗(yàn)成果，對(duì)現(xiàn)階段水分析化學(xué)教學(xué)的既存問題進(jìn)行剖析，介紹了團(tuán)隊(duì)在教學(xué)改革中采取的創(chuàng)新性措施及教學(xué)成效，對(duì)進(jìn)一步深化課程改革進(jìn)行反思并提出建議，以期為該課程開設(shè)高校教學(xué)質(zhì)量的提高提供思路，共同實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量人才培養(yǎng)的根本目標(biāo)。

二、傳統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀與既存問題

（一）教學(xué)模式手段單一

水分析化學(xué)是理論性很強(qiáng)的課程，教學(xué)內(nèi)容深?yuàn)W復(fù)雜，知識(shí)點(diǎn)抽象復(fù)雜[3]。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師多采用板書結(jié)合PPT的固有方式，課堂氛圍容易枯燥低沉，學(xué)生難以集中注意力，無法深入理解掌握重難點(diǎn)知識(shí)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也同樣主要由教師講解并示范步驟，隨后學(xué)生只是“按部就班”地被動(dòng)模仿，未必能真正掌握實(shí)驗(yàn)的根本原理[4]。單一的教學(xué)模式使課堂和實(shí)驗(yàn)無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的，教學(xué)改革需要進(jìn)一步豐富傳統(tǒng)教學(xué)的模式和形式，以提高線下教學(xué)效果。

（二）儀器分析課時(shí)占比較少

現(xiàn)階段，在全國約160所開設(shè)給排水科學(xué)與工程專業(yè)的高校中，水分析化學(xué)課程仍大多以傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法為教學(xué)重點(diǎn)。然而，由我國2006年第四次頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）[5]可看出，新標(biāo)準(zhǔn)中增加了大量儀器分析的方法。隨著樣品組分的日趨復(fù)雜，儀器分析必將廣泛應(yīng)用于水質(zhì)分析之中[2]。目前，高校的教學(xué)重點(diǎn)落后于實(shí)際的新發(fā)展、新變化，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)儀器分析技術(shù)掌握不足，無法將靈敏度高、選擇性高、智能化高的儀器應(yīng)用于工程實(shí)踐及科學(xué)研究中[6]。課程改革應(yīng)當(dāng)合理調(diào)整增加儀器分析方法的教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)占比權(quán)重，以適應(yīng)社會(huì)和時(shí)代的發(fā)展需求。

（三）課程考核形式欠妥

以我校為例，水分析化學(xué)課程的考核方式為“70%期末成績（閉卷）+30%平時(shí)成績（包括出勤、作業(yè)、提問、翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)、實(shí)踐課成績等）”，多數(shù)院校的考核權(quán)重比相差不大。期末考試的卷面成績?nèi)哉贾饕糠?，輕視了對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的考核，實(shí)驗(yàn)成績也以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，忽略了對(duì)實(shí)際操作是否規(guī)范的監(jiān)控。在這樣的考核方式下，學(xué)生重結(jié)果輕過程，并不利于扎實(shí)地掌握課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

水分析化學(xué)課程配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在許多問題：一是創(chuàng)新性、綜合性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和自主性、獨(dú)立性的學(xué)生角色未得到體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教案陳舊;二是現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)教師演示一遍即過，學(xué)生不懂的操作和原理不能課前思考、課后回顧[4];三是理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)不能有效銜接，實(shí)驗(yàn)課時(shí)的安排落后于課堂教學(xué)，達(dá)不到二者相輔相成的效果[1];四是有關(guān)儀器分析的大型儀器設(shè)備的購置和教學(xué)人員的培訓(xùn)不夠。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，是水分析化學(xué)教學(xué)改革的重點(diǎn)也是難點(diǎn)所在。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，筆者教學(xué)團(tuán)隊(duì)歷年來根據(jù)教學(xué)改革新要求，在線下教學(xué)模式的創(chuàng)新改革和電子教學(xué)資源的建設(shè)使用等方面做了一定探究，提出教學(xué)新方法，增添課堂新元素，多年的教學(xué)實(shí)踐取得初步成效。

三、線下教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐

（一）轉(zhuǎn)換角色的“翻轉(zhuǎn)課堂”

學(xué)生作為汲取知識(shí)的主體，應(yīng)引導(dǎo)其主動(dòng)學(xué)習(xí)。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以學(xué)生為主體，開展“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)，讓學(xué)生不是在“教中學(xué)”，而是在“做中學(xué)”。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)開展以四大滴定的專題知識(shí)總結(jié)為主，學(xué)生從滴定原理、基本反應(yīng)、滴定曲線、滴定條件、突躍影響因素、指示劑及應(yīng)用等多個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，并以PPT的形式呈現(xiàn)，每節(jié)課進(jìn)行10～15分鐘的上臺(tái)講解。在此過程中，教師可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行補(bǔ)充，從而更有效、更具有針對(duì)性地讓學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行深化鞏固、查漏補(bǔ)缺，在實(shí)際的課程教學(xué)應(yīng)用中起到良好的教學(xué)效果。

（二）形式豐富的“啟發(fā)教學(xué)”

高深且枯燥的理論是水分析化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)。課堂作為主戰(zhàn)場(chǎng)，良好的課堂氛圍成為教學(xué)環(huán)節(jié)的重中之重。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合多元的微課、習(xí)題庫、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)增加抽查提問、小組討論、案例分析、專題總結(jié)、隨堂測(cè)試、小論文、思維導(dǎo)圖繪制、知識(shí)競賽等形式豐富的啟發(fā)式互動(dòng)環(huán)節(jié)來同步開展教學(xué)。

課前復(fù)習(xí)提問，溫故知新的同時(shí)，使學(xué)生快速進(jìn)入課堂的學(xué)習(xí)狀態(tài);針對(duì)疑難知識(shí)組織小組討論，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力;根據(jù)實(shí)際水質(zhì)分析問題進(jìn)行案例分析，拋磚引玉，引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合，加深對(duì)課程和專業(yè)應(yīng)用的理解。此外，還引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)論文，梳理知識(shí)脈絡(luò)，舉辦知識(shí)趣味競賽，通過一系列的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生思考問題以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。

（三）反哺教學(xué)的“科教融合”

高等教育的目標(biāo)在于人才培養(yǎng)，而人才創(chuàng)新能力、綜合能力的培養(yǎng)都離不開科研支撐。目前，我校水分析化學(xué)課程使用的教材以理論知識(shí)為主，不會(huì)涉及相關(guān)領(lǐng)域的最新研究。然而，教學(xué)應(yīng)當(dāng)跟蹤學(xué)術(shù)前沿，保證教學(xué)適應(yīng)本領(lǐng)域科技發(fā)展的形勢(shì)。因此，筆者依托團(tuán)隊(duì)所主持承擔(dān)的科研項(xiàng)目，將最新的研究成果提煉融入教學(xué)。例如，將主要研究方向“絲狀真菌氧化消毒控制技術(shù)方法”等消毒及消毒副產(chǎn)物的內(nèi)容注入課堂，激發(fā)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于專業(yè)實(shí)踐中的興趣，為未來從事相關(guān)工作提供了重要的認(rèn)知載體。此外，還安排學(xué)生到西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)水質(zhì)檢測(cè)方法和水處理裝備，使學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握更加深刻。

四、電子教學(xué)資源的建設(shè)與應(yīng)用

（一）微課視頻的錄制

水分析化學(xué)作為一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容龐雜，公式推導(dǎo)晦澀難懂，即使有大學(xué)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)等作為先修課程，對(duì)于部分基礎(chǔ)較差的學(xué)生仍有學(xué)習(xí)困難。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將課程內(nèi)容的重難點(diǎn)進(jìn)行整合凝練，制作錄制微課，詳細(xì)講解重要知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生既可以在課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，同時(shí)又可以對(duì)課堂上存有疑惑的問題進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，理解并掌握課程難點(diǎn)。

（二）試題庫的構(gòu)建

在高等教育中，考試是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)。水分析化學(xué)課程作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也被確定為多所高校市政工程、環(huán)境科學(xué)與工程考研初試的專業(yè)課。為促進(jìn)學(xué)生對(duì)本課程理論知識(shí)的掌握，同時(shí)更好地把握考試命題形式，教學(xué)團(tuán)隊(duì)完成線上電子試題庫的構(gòu)建，其中包括課本習(xí)題解答、歷年期末試卷以及考研資料庫等，幫助學(xué)生掌握出題規(guī)律，達(dá)到“會(huì)做題、做對(duì)題”的水平。

（三）網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)的建設(shè)

在保障課堂教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，教學(xué)團(tuán)隊(duì)的水分析化學(xué)課程還建立了全方位、立體化的資源網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)手段，將過去晦澀難懂的理論知識(shí)用圖片、視頻或者動(dòng)畫等方式多樣化呈現(xiàn)，在各式各樣的教學(xué)過程中加深學(xué)生的印象，加深對(duì)知識(shí)的理解，從而提高課堂教學(xué)效果。網(wǎng)課平臺(tái)自建設(shè)完成至今，累計(jì)點(diǎn)擊量已達(dá)139640次，評(píng)分達(dá)4.8分，教學(xué)效果良好。尤其在2020年新冠肺炎疫情期間，平臺(tái)更是發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

五、教學(xué)改革成效

教學(xué)團(tuán)隊(duì)將教學(xué)與科研、職業(yè)技能需求緊密結(jié)合，對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行甄選整合，及時(shí)補(bǔ)充了水分析化學(xué)發(fā)展中的新儀器、新方法，既保證在有限學(xué)時(shí)內(nèi)完成本身的教學(xué)任務(wù)，又滿足不斷更新前沿知識(shí)的需求。教學(xué)中以線下課堂授課為主，電子資源共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為輔，采用研討、啟發(fā)、翻轉(zhuǎn)式和專題總結(jié)式的教學(xué)方法，向互動(dòng)、多邊性交流的模式轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中掌握基礎(chǔ)原理、操作與理論的能力，體現(xiàn)了知識(shí)、能力與素質(zhì)“三合一”的教學(xué)理念。

通過課程改革，教學(xué)團(tuán)隊(duì)的水分析化學(xué)課程自開課以來受到了不錯(cuò)的評(píng)價(jià)，近三年評(píng)教分別位列全院第5名、第1名和第5名，平均位列全院約5%，深受學(xué)生好評(píng)。

六、課程改革的思考與建議

（一）完善教學(xué)考核體系

根據(jù)對(duì)水分析化學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)模式現(xiàn)狀的分析，以及多年來團(tuán)隊(duì)改革實(shí)踐，筆者認(rèn)為改革的首要任務(wù)還是改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容以及成果考核機(jī)制。為保證課程內(nèi)容的時(shí)效性，教師及教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)認(rèn)真把握教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行改進(jìn)，編訂新的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)操作手冊(cè)，將課程和專業(yè)特點(diǎn)貫穿聯(lián)合起來，與社會(huì)發(fā)展結(jié)合起來。在將四大滴定基本原理、基本概念和應(yīng)用定為課程重點(diǎn)的同時(shí)，須增加儀器分析學(xué)習(xí)的課時(shí)，強(qiáng)化儀器分析的操作。同時(shí)，考核體系也應(yīng)當(dāng)改變權(quán)重，注重過程的考查，讓學(xué)生不只是優(yōu)秀的“做題家”。

（二）豐富教學(xué)模式手段

水分析化學(xué)課程應(yīng)該采取多樣化的教學(xué)方式。例如，通過開展翻轉(zhuǎn)課堂，樹立以學(xué)生為本的授課思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，設(shè)計(jì)如制作四大滴定分析的PPT總結(jié)、繪制思維導(dǎo)圖、知識(shí)競賽等學(xué)生自主性和趣味性的互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)，強(qiáng)化課堂面授的氛圍。此外，可利用多元的現(xiàn)代信息技術(shù)輔助課堂教學(xué)，通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、錄制課程視頻、構(gòu)建習(xí)題資源庫等方式，在保證課堂教學(xué)效果的同時(shí)，也有助于線下教學(xué)應(yīng)對(duì)如新冠肺炎疫情、寒潮酷暑或霧霾天氣導(dǎo)致的短期停課等類似突發(fā)情況。

（三）重視理論實(shí)踐并重

給排水科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型和技術(shù)型的人才，因此教學(xué)必須融教、學(xué)、做為一體。第一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，既要有代表傳統(tǒng)水分析化學(xué)四大滴定的實(shí)驗(yàn)，又要增加儀器分析的先進(jìn)技術(shù)，保證教學(xué)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。第二，可改進(jìn)新增創(chuàng)新性強(qiáng)的綜合性實(shí)驗(yàn)，將過去分割開的不同的滴定方法整合成一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)綜合運(yùn)用的能力。第三，課時(shí)安排應(yīng)保證實(shí)驗(yàn)及理論教學(xué)的同步進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)二者相輔相成、有效銜接的效果。第四，還可在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上錄制實(shí)驗(yàn)微課，開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)，開展開放性實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中的不足，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

（四）促進(jìn)科研教學(xué)結(jié)合

教師可依托承擔(dān)的科研課堂，將研究方向內(nèi)容融入日常教學(xué)，使學(xué)生了解國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步拓寬給排水科學(xué)與工程專業(yè)、市政工程專業(yè)的內(nèi)涵和外延，豐富學(xué)生的知識(shí)體系。例如，可在課堂教學(xué)中安排講解部分科研內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解;也可通過鼓勵(lì)讓學(xué)生參加教師課題的形式，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，將課堂的理論知識(shí)和分析方法運(yùn)用到實(shí)際的科研實(shí)驗(yàn)中去，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

七、結(jié)語

水分析化學(xué)作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)方式必須不斷創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)。通過教師隊(duì)伍建設(shè)、課程體系建設(shè)、教學(xué)模式和教學(xué)方式改進(jìn)、考核和課時(shí)分配、科教融合、科研反哺教學(xué)，水分析化學(xué)課程在我校目前的教學(xué)中初步取得了不錯(cuò)的成績，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可對(duì)兄弟院校本課程的教學(xué)起到啟發(fā)作用。但建設(shè)高水平水分析化學(xué)課程仍須持續(xù)加強(qiáng)線下教學(xué)模式的創(chuàng)新性改革與實(shí)踐，同時(shí)完善電子教學(xué)資源的建設(shè)，以進(jìn)一步探索、打造培養(yǎng)高水平人才的一流精品課程，為全國給排水科學(xué)與工程開設(shè)院校的教學(xué)改革與發(fā)展提供更多的理論依據(jù)。

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Exploration and Thinking on Teaching Reform of Water Analytical Chemistry Course： Taking Xian University of Architecture and Technology as an Example

WEN Gang， LI Kai， HUANG Ting-lin

（College of Environment and Municipal Engineering， Xian University of Architecture and Technology， Xian， Shaanxi 710055， China）

Abstract： Aiming at the current status and main problems of traditional teaching of the Water Analytical Chemistry course in water supply and drainage science and engineering， and combining with the actual curriculum development of Xian University of Architecture and Technology， this paper introduced the results of years of teaching reform of the teaching team， including the construction and application of electronic teaching resources， as well as measures for innovative reform and practice of offline classroom teaching model. It also put forward thoughts and suggestions on further deepening offline teaching reform after the epidemic from the teaching assessment system， teaching model， combinations of theory and practice， and integration of scientific research and teaching， in order to promote the integrated development of online and offline teaching， and thus improve the teaching quality of the Water Analytical Chemistry course for water supply and drainage science and engineering majors in universities around the nation.

Key words： water supply and drainage science and engineering; Water Analytical Chemistry; teaching reform; offline teaching; integrated development