环境分析化学教学探索

环境分析化学教学研究生教育是我国高等教育的最高层次，研究生是我国科技创新的重要主体，研究生创新能力的培养已经成为高等教育的一项重要目标[1-3]。如何提高研究生的自主学习能力和创新能力，完成本科生到研究生的角色转变，成为高校、研究生导师关心的重要内容。文献[4]认为研究生教学的规律和特点是以研究为主、以自学为主，研究生主体地位的创造性自主学习和主动钻研是实现研究生培养目标的有效途径。而课程教学则是研究生培养的重要环节[5]，有必要积极探索研究生教学的新方法，以提高研究生的培养质量。自主学习是与传统的接受式教育相对应的一种现代化学习方式，它以学生为学习的主体，在教师指导下，通过学生在学习目标、学习时间、学习环境、学习内容与学习方法上独立地分析、探索、实践、质疑、创造来实现学习目标的学习过程[6],是学生有目的、有要求、有信息反馈、有反思的主动学习。从本质上来说，自主学习是一种能力[7]。影响自主学习能力的因素主要有外部因素和内部因素两大方面，其中外部因素主要是指学生自主学习的学习环境；内部因素主要包括学生的学习动机、学习意识、学习策略的掌握等方面。环境化学分析课程的特点是内容多、学时少，且具有较强的学科前沿性和超前性，该领域中的新问题、新方法、新仪器、新技术不断涌现。因此，在教学过程中，应注重学科交叉渗透和应用发展，要培养与提升学生紧跟学科前沿的能力以及创新研究的能力，为今后的科研、工作奠定必要的理论基础。我们应引导学生将所学内容与自身的实际研究工作紧密结合，逐步内化为自身的知识结构，从而增强学生的社会适应能力和竞争力。在近三年的环境分析化学课程教学实践中，配合山东省研究生教育优质课程的建设项目，课程组的教师通过培养自学学习观念、革新教学方法、提供教学资源等系列措施，有效地提高了研究生的自主学习能力。

一、培养自主学习的观念与意识

教师首先应充分认识到学生在学习过程中的主导地位，教师身份由引导者代替讲授者，成为帮助学生建立自主学习理念的引路者，引导学生明确研究生阶段不但要学习理论知识，还要进行科学研究。自主学习是获取知识和开阔视野的主要方式，教师应逐步使学生认识到较强的自主学习能力不仅可以帮助他们打下扎实的专业基础，也是他们能够独立进行科学研究、提升科研创新能力的前提和基础[8]。因此，研究生不仅要学习知识、学习如何学习，还要在学习中不断实践、锻炼和提升自主学习能力。教师应坚持把这一理念贯穿于整个教学过程中，从课程内容设置、课堂教学方法、师生交流互动、评价方法等方面入手，着重培养学生的自主学习意识和能力。

二、改革教学方法和手段

学生自主学习能力的培养是一个长期的系统过程，需要教师在课堂上结合学科内容，逐步向学生渗透式地传授科学有效的学习方法，引导学生循序渐进地提高学习能力。在环境分析及化学课程的教学过程中，我们根据不同的教学内容特点，分别采用了传统的教师讲授、翻转课堂、学生分组学习、课堂讨论等方法。各种方法所占比例见图1。（一）教教师讲授。环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进实验技术来鉴别和测定环境中化学物质的种类、成分、含量、化学形态和毒性的科学[9]。其前修课程为本科期间所学的分析化学、仪器分析、波谱分析等。因而该课程所涉及的基本理论学生已基本了解或掌握，只有痕量分析基础、环境样品的预处理等相关的基本概念、理论等内容学生比较陌生，而这两部分内容是环境分析化学中极其重要的理论基础，且难度系数较大。所以，在本课程的教学过程中，教师讲授的内容主要集中在该两个章节。另外，基于该课程的前沿性和前瞻性较强的特点，这两个章节的讲授内容也在不断更新和调整，不但要介绍现代分析化学中的各项新成就（新理论、新方法、新技术），而且要使学生了解如何利用近代化学、物理、数学、电子学、生物学和其他技术科学的最新成就来解决环境污染分析问题。（二）翻转课堂。在环境分析化学课程中翻转课堂教学所占比例较大，约占40%，主要是针对相对简单的、不难理解的理论知识，能够和日常生活及学习有一定联系的、通过查阅相关文献资料后靠自主学习基本能够掌握的内容（见表1）进行翻转。学生按照教师布置的学习任务进行自主学习后，根据自己的思路进行备课并制作课件。课件可以通过网络教学平台或邮件等方式提交给教师，教师批阅后将意见及时反馈给学生。上课时，学生可根据课前的学习及备课，自主设计教学形式和方案，自主选择授课方式。讲课的学生可以是教师随机抽取的，或者是学生自愿的，但要确保每位学生至少讲授一堂课。进行翻转课堂教学时，教师应随时注意以下问题：（1）对于学生讲课过程中存在的科学性的错误或其他问题，教师要及时进行纠正、讲解、补充。（2）对于讲课的学生或其他学生提出的疑问，教师要进行解答，也可组织学生进行分析、讨论。（三）分组学习分组学习也称合作学习。对于某些有一定难度的教学内容，可采用分组学习的教学方法，组织研究生学习、汇报、讨论、交流所学内容,开展合作学习。因为每届研究生的选课人数大多在10人以下，所以在分组学习时基本上让学生自由组合，3人一组。在此基础上，教师根据实际情况进行微调。由于每组成员不多，所以学生的参与度较高。教师要指导学生在独立思考的基础上，通过共同讨论、相互启发达到合作学习的目的。学生讨论问题后，各组推选一人汇报学习内容，其他成员可做补充。在分组学习过程中，教师应尽量做到以下几个方面：（1）合理分组，做到优势互补。尽量让学术背景和研究方向不一致的学生相互搭配，以便学生之间的知识结构相互补充，在学习过程中相互启发，取长补短。（2）分工合作，明确学习目标。组内的成员每人都有相对侧重的一项任务，同时组内学生针对要讨论的每一个问题各自发表意见，充分调动学生参与合作学习的意识，并使每个学生都体验到合作学习特有的魅力。（3）角色互换，培养合作能力。针对不同的学习内容和学生的不同学术背景，尽量使组内的各成员在合作学习中体验不同角色，在充分发挥各自优势的同时，有效培养学生们和谐相处、合作共事的意识和能力。（4）把控过程，培养评价能力。教师要把控好学生的合作学习过程，不能单一地用最终的学习结果来评价学习的效果。另外，合作学习活动中的评价不只是教师对学生做出的评价，也包括学生之间的相互评价、学生的自我评价和学生对教师的评价等。教师要引导学生对学习结果、学习过程进行评价。（四）课堂研讨。讨论作为主动学习的重要方法，是以学生为主体通过交流来深化对知识的理解，促进思考技能，增强师生之间融洽的关系，提高学生的人际合作意识，有效促进学生主动参与和积极投入课堂学习的教学方法。讨论教学法作为重要的教学方法之一，可以引导学生共同追踪本学科研究最新进展，探索新的知识领域或研究方向，具有探索、协作、互动和激励的特点，能够激发学生学习的兴趣，培养学生独立学习的能力，更重要的是有利于学生创新性思维的拓展。本课程中的某些章节的内容比较适合课堂讨论。如：突发环境事件的快速应急分析技术、重大国际环境问题及相关分析技术、国家标准分析方法与快速分析方法的比较，等等。一堂好的讨论课，首先要有一个好的问题，教师设计的研讨问题要兼具广度与深度[10]。进行课堂研讨前，教师要根据教学目标设计不同的研讨题目并提出具体要求，指导学生搜集有关资料，认真准备意见和写出发言提纲。讨论进行时，教师要充分启发学生独立思考，鼓励他们各抒己见，引导他们逐步深入问题的实质并就分歧的意见进行讨论。在讨论课上可根据学生的参与程度采用下面几种方式获得学生的意见：（1）自愿回答，教师提问后征求自愿者回答；（2）轮流回答，以个人为单位，依序轮流发表意见或想法；（3）随机抽点，随机指定回答者。此外，在整个讨论过程中，教师要以和善、尊重的姿态予以引导和评价，多使用激励性词语，使学生始终处于一种放松状态，真正享受到讨论的乐趣[11]。讨论结束时，教师应对学生们的观点做出归纳和总结，也可提出进一步思考和研究的问题。（五）其他。除了上述各种教学方法外，本课程在教学过程中还采取了因材施教、因人而异、个别辅导等教学方法，即根据不同学生的认知水平、学习能力、知识结构以及学术背景、专业特长、科研领域等，教师进行有针对性的教学，有的放矢地进行有差别的教学，发挥学生的长处，弥补学生的不足，以满足不同学生的学习和科研需求。如对于研究方向为水处理剂的学生，可以适当增加工业废水中污染物的分析方法等有关内容;对于从事生物传感方向研究的学生，则应尽可能加强生物传感器章节的学习，使其较好地掌握生物传感器的工作原理、特点、分类以及新型的生物传感器等相关知识。

三、提供学习资源

信息化环境下，学生自主学习所需的资源必须是丰富的、多方位的、多层次的。除了传统的教材以及参考书目外，网络学习资源也是学生获取知识的重要渠道。本课程组教师充分利用信息化的教学环境以及本校的网络教学平台，建立了资源丰富的环境分析化学教学网站，其教学资源包括：课程介绍、教学大纲、教学课件、作业、习题库、讨论区、案例库、国际标准、与环境化学分析有关的时事热点问题等。在对前几届学生的教学过程中，我们较多地利用了信息化的教学手段，通过网络布置自学任务和作业，学生可以利用以上教学资源随时、随地进行自主学习，学生之间、师生之间进行实时交流，便于教师及时指导学生的学习方法，解决学生在学习过程中遇到的问题，极大拓宽了教学的时间和空间。同时，根据不同的专业,在对专业需要和学生个性特征进行准确分析的基础之上，把一些本专业经常用到的网站、资料根据其特点分类整理出来，供研究生自行选择学习，以扩大其学习的知识面，开阔学生眼界，活跃其思路。

四、提高课堂效率

提倡学生自主学习对课堂教学提出了更高的要求。课堂教学既不能只局限于传统教学的“圆满完成规定的教学内容”，也不仅是解决学生自主学习时遇到的问题，而是在强化重点、细化难点的基础上，对于学生提出的有价值的学习疑问，要及时将其转化为新的学习主题，组织学生共同讨论解决。同时，教师也要根据课堂教学的实际情况，设计并提出具有一定深度、广度、综合性强的问题，让学生思考、分析、讨论。在教学过程中，教师讲授、反转课堂以及合作学习的教学方法和手段并不是完全独立的，而是相互联系、相互融合的。例如，教师在讲授痕量分析中的空白值对准确度的影响时，可以在课前先布置以下作业：让学生自己复习环境分析化学课程中学过的空白实验的定义、空白实验的作用等。这样，学生就能够比较容易地将新的知识与已有的知识体系联系起来。

五、检验学习效果以及更新评价方法

自主学习的学习效果可以通过学生提交的作业及课件、课堂讨论等多种渠道进行检验。其评价方式也由以往的以期末考试为主转变为以自主学习的形成性评价为主。在培养学生自主学习能力的教学过程中，要加强教师与学生之间的交流，掌握学生自主学习的过程、学习方法、学习效果，并对其进行监控、考核与评价。近两年来，本课程的期末总结性的考试成绩只占总成绩的50%左右，40%~60%的成绩来源于学习过程中的形成性评价，且期末考试的试题也各不相同，解决了以往期末考试成绩区分度不够明显的问题。同时，形成性评价也可以激励学生逐步养成自主学习的习惯，而学生在习惯形成的过程中又提高了自己的自主学习能力。

六、结语

在新的教学模式下，经过对2014~2016级三个年级研究生的教学探索与实践，结果表明：研究生学习环境分析化学的动机是自发的，学习策略是自我调节的，学习的效果基本是可以自我监控和评估的，因而能将学生的被动学习变为主动学习，有效培养了学生的自主学习能力、团队协作能力以及语言表达能力。课程组的体会是：（1）通过学习理念的培养及教学方法的改变，学生的自主学习意愿和能力在逐步提高。尽管开始时有个别同学对翻转课堂感到茫然、无奈，甚至抵触，但经过教师的耐心引导及指导，学生对其有了科学的把握，了解了自己的学习特点，并据此完善认知策略，将智力因素与非智力因素都以最佳的状态呈现在学习活动中。（2）激发了教师从事教学研究的热情，使之能够做到合理设计教学内容和方法，科学指导学生的自主学习。因为学生的自主学习对教师的教学水平以及掌控课堂的能力都提出了更高的要求，教师需要不断充实和提高自己，才能和学生一起探究、学习，因此老师的言传身教，使学生的思维方法得到了充分的训练。（3）自主学习的效果不仅取决于教育理念的转变，还取决于教育者和学习者本身的素质。除了要求教师自身应具备较高的专业素养，能够熟练运用各种方法组织自主学习外，还要求学生能够积极主动地配合教师，实施教师的理念和方法。

作者:柳玉英 王平 刘青 蔺红桃 单位:山东理工大学化学化工学院