以学生为中心的课程教学体系创新与实践探索

[摘 要]环境监测是环境科学的一个重要分支学科，是制订各项环境管理政策、法律、法规、标准和质量体系的基础。环境监测课程不仅要培养学生的理论分析能力和实验操作能力，而且要提高学生的自主创新和综合应用能力。文章基于工程专业认证的要求指出，教育理念转变为以学生为中心、以能力培养为核心的必要性，进一步从教学目标、内容、方法及评价改进体系等方面阐述了环境监测课程的教学改革创新和实践探索，并对未来大学教学创新进行了发展趋势的展望。

[关键词]环境监测;教学创新;以学生为中心

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）06-0052-04

环境监测是环境科学和环境工程专业的主干课程，它不仅涵盖了大量有关环境监测方面的理论知识，而且具有很强的实践性，在环境科学与工程学科的本科生教育课程体系中占有重要地位。但由于该课程涉及化学、物理、工程、管理等众多学科，因而具有知识点多、内容覆盖面广和技术更新快等特点。那么，如何在有限的学时内既能完成课程所要求掌握的专业知识和技能的低阶目标，又能达到教育的高阶目标，即培养学生的主动学习意识和团队合作能力以及批判性思维等，同时还能满足教育部为提高高等教育本科毕业生培养质量所要求的工程教育认证的标准，培养符合标准的本科工程专业人才呢？要解决这一问题，无疑要从提高本科教学质量方面着手，无论从学生综合素养的提升与培养，还是国家发展对人才需求的增多，都需要对课程进行不断调整，以顺应社会的发展、满足国家需求的变化。

笔者自所在学校环境专业成立开始就讲授环境监测课程，至今已有十几年，见证了这门课程每一步的改革和发展。本文结合工程专业认证的教育理念和笔者多年的教学经验，对环境监测课程整个教学体系的创新进行探讨，以期为其他课程的教学改革提供新思路。

一、教学理念转变

教学改革已进行多年，教学手段和方法等得到了极大的丰富[1-2]。但无论采用何种新型的教学手段或方法，如果还停留在“教师教、学生学”的灌输式或注入式教学框架中，就意味着教学理念并没有发生真正的转变，任何改革也只是对传统的以教师为中心的教学模式的微调，而非真正意义上的教学改革。教学改革真正关注的应是学生本身，即如何通过教学提升学生的特定能力和素质。教育部工程认证于2016年推出的“学生为中心、成果导向和持续改进”教育理念，其实质就是将传统的以教师教授知识点为主的教学模式改为以学生为中心的教学新模式。与此相类似的就是西交利物浦大学所提出的“研究导向型教学理念” [3]。这种新的教学理念具体来说，就是将教学区分为学和教两方面。学，是指学生的学习，指学生在有趣的现实问题的驱动下，通过教师的引导自主地搜索相关的资料和文献，通过团队的合作和讨论，整合广泛的知识为特定的问题提供解决方案的一种学习。教，是指教师的教学，包括教师在课程设计和实施以及考试评价中采用不同于传统灌输式的教学模式和理念，充分考虑包括学生学习需求、专业知识的提升以及如何引导学生学习、如何促进学生团队合作、如何帮助学生发展和评价问题的解决方案等。

无论是工程认证教育培养思路还是西交利物浦的研究导向型教学，其本质都是突出教学体系应以学生为中心，培养学生的独立学习能力和发展批判思维教学方法，旨在通过探究项目课题推进学生自主学习，帮助学生实现知识、能力和创新思维的提高。

二、教学目标细化

笔者以专业人才培养目标为指导，以专业认证标准的毕业要求和指标点为准则，结合环境监测课程的特点、社会实际需求，分析教学过程中存在的问题，厘清课程的低阶目标和高阶目标，并从知识、能力和素养三方面细化课程的教学目标，使其更具可达成性。环境监测课程的总目标是：在了解环境监测的历史和发展过程的基础上，系统学习和掌握环境监测各个环节的理论知识、方法、技术，并将其应用于污染治理与控制实践（低阶目标），把握环境监测的技术特点和发展趋势，培养创新思维和持续学习能力（高阶目标）。在此基础上进一步细化目标，提高目标的明确性和可达成性，如图1所示。

以环境监测课程教学目标的细化为例，笔者将教学总目标分为低阶目标和高阶目标，并进一步细化为知识与技能、能力和素养三个有着内在递进层次的子目标，使课程在教学内容、教学方法与手段、教学模式以及评价体系等方面的创新有更加清晰和明确的准则。这样，学生不仅能够牢牢掌握基础知识，还能将基础知识应用到专业监测的实践任务当中，提高学生解决复杂工程问题的能力，最终实现培养创新人才的根本任务。

三、教学内容优化

环境监测的教材内容涉及诸多环境要素，如水、气、土、固废和生物等，内容繁杂。如果完全按照教材内容进行授课，在规定的学时内是无法完成的。因此，笔者根据确定的课程目标，为满足社会对人才的需求，以学生为中心，以成果为导向，分解教材内容，采用融合、删减、增加和调顺等措施对教材内容进行优化整合，使其重点突出、难点突破、主次清晰、前后兼顾、里外结合，保持课程教学内容的科学性、整体性、先进性和实践性。

融合是指依照教学大纲对课程教学内容进行适度融入和整合，将各章节中类似或重复的部分提取出来进行重新整合。环境监测教材中的教学内容是按照不同的环境介质分为水质监测、空气监测、土壤监测和固体废物监测等，实际上各个环境要素内在是密切联系的。因此，在教学中可以以水质监测的学习为主，详细讲解，重点学习，同时融入大气、土壤和固体废物等环境要素中相似部分的知识内容，如部分金属元素以及部分有机污染物的检测方法等。这样不仅能简化后续章节的学习，还能让学生在学习水质监测的同时对比其他环境要素监测方法的异同，加深了学生对环境监测知识的理解，进而提高其解决复杂问题的能力。

删减是在执行教学目标的基础上，删除或简化部分与前期课程已学的基础知识或过时的监测方法。如分析化学中学过的重量和容量分析方法以及部分仪器的测试原理等。同时根据不同专业方向，弱化或删除部分内容[4]。

增加是指根据科研成果、技术发展等补充增添新的知识和内容。如新环境标准的出台和原有标准的修正、突发性污染事故的应急监测方法、环境分析监测管理等相关知识的更新以及新型自动化、智能化在线监测仪器的出现，极大地提高了实时连续监测的精度和效率[4]。还可以补充一些与日常生活息息相关的案例，如消毒副产物、环境激素等新型污染物的出现、雾霾及PM2.5的危害、典型污染案例等相关知识，将课堂所学理论知识与实际环境问题紧密相联，可极大激发学生的学习兴趣。

调顺是在全面把握教材的基础上，将章节内容的讲授顺序进行部分调整，突出环境监测的全过程控制原则。如奚旦立主编的教材《环境监测》中“环境监测质量保证”内容处于教材的第九章，即学生在学完各个环境要素的监测方法之后才开始学习本章，其重要性往往易被忽视。而环境监测质量保证和质量控制是环境监测中非常重要的技术性管理工作，是学生了解监测全过程的可靠性和科学性的必备知识。因此，可将这一章内容穿插于教学过程的前段或实验教学开始前，有助于学生规范地表达实验结果和书写报告，培养其科学理性地看待问题的思维习惯，提升学生的科学素养。

四、教学方法创新

在课程教学中，教师一方面要根据教学内容，灵活选用适宜的教学方法，加强对学生的启发引导，使学生不断处于新奇的情感之中，激发学生的求知欲和参与热情，另一方面还要加强师生之间的互动，这就需要有针对性地创新教学方法。结合环境监测课程，具体的方法可以有以下四种，结合具体的教学内容可分别采用不同的教学手段和教学方法。

（一）案例教学法

选择有代表性、综合性的实际案例融入环境监测的教学课堂体系中，破除传统教学模式中理论与实践脱钩的弊端，避免教材中理论知识的抽象枯燥，实现“理实融合”[5]，层层剖析，由浅入深地对案例进行分析，让学生真实感知理论知识对于认识理解进而解决实际问题的意义，增强学生学习的积极性和主动性，有利于培养学生的综合素质，达到学以致用的目的。例如学习环境监测的“空气污染监测”一节内容时，可借助20世纪发生的两大公害事件——伦敦烟雾事件和美国洛杉矶光化学烟雾事件，让学生首先通过观看视频了解污染事件发生的原因及造成的严重危害，结合现下冬季的雾霾现象，引发学生思考并讨论雾霾发生的原因及作用机制，进而引出案例讨论的关键问题和要学习的知识点，即PM2.5的监测方法，用实际的案例和学生亲身感受到的污染现象开展教学，有较强的互动性，让学生积极参与教学活动，使学习从被动变为主动。还可以以某一实际污染事故的应急监测案例分析为例，对整个监测过程中的多个知识点，如涉及污染事故的背景调查和现场勘探、监测方案的制订及样品采集、预处理、分析检测和数据处理等进行详细介绍，通过这一实际监测任务，使学生了解环境监测的全过程，培养其分析问题、解决问题的能力。

（二）问题引入法

思考并提出一些贴近学生生活的真实情境或能调动学生积极性、引导学生不断深入学习的问题。例如学习“环境标准”一节时，可结合生态环境部在2020年1月30日发布的应对2019年底于武汉出现的新型冠状病毒感染肺炎疫情应急监测方案的第二条“关于加强饮用水水源地水质的预警监测”，提出疫情防控期间在饮用水水源地常规监测的基础上，增加余氯和生物毒性等疫情防控特征指标的监测，提出“饮用水水源地常规监测有哪些？标准限制是多少以及余氯的监测方法有哪些”等问题，进而引导学生自主学习查阅相关国家标准。又如在学习水质监测中化学需氧量（CODcr）的测定方法时，先指出CODcr的监测方法由GB 11914-89修订为 GB HJ828-2017，再提出标准的修订引发传统的重铬酸钾测定方法存在哪些弊端等问题，进而引导学生充分利用网络平台广泛搜索与问题相关的资料并查阅科技文献，对近年来CODcr检测方法的改进、优化以及在多种方法对比研究的调研基础上加深对这个指标监测方法的理解，进而对环境监测技术的发展有更深的认识。

（三）项目驱动法

项目驱动法以项目为中心线，教师根据教学目的设置合适项目，学生根据自身的专业知识以及对项目的偏好选定项目。教师通过设置不同的教学任务（文献调研、方案设计、方案实施、方案评价等）引导学生完成项目[6]。如在学习“水质监测方案制订”一节时，可设定一研究项目，如城市或校园“地表水监测方案制订”或“污水处理厂监测方案”，由学生自主选择所在城市的地表水或污水厂进行监测方案制订的学习，并根据教学目标和任务要求，完成现场调查、制订方案、优化布点、运输保存、分析测试、数据处理和综合评价的全过程。此过程突出了学生的主体作用，同时通过团队合作，使学生遇到问题后自主探索寻求解决方法，激发学生破解问题的兴趣，锻炼了学生独立分析、设计解决环境监测问题的能力，为以后进行环境保护工作和研究打下基础。

（四）同伴教学法

同伴教学法是美国哈佛大学物理系埃里克·马祖尔（Eric Mazur）教授所倡导的方法，是指使用专门设计的用于揭示学生概念错误和引导学生深入探究的概念测试题，借助计算机应答交互系统或选项卡片，引导学生参与教学过程，变传统单一的讲授为基于剖析概念的自主学习和合作探究，在大班课堂教学中构建了一种学生自主学习、合作学习、生生互动、师生互动的创新教学模式[7]。该方法关键之处在于老师先抛出一个问题，如在讲授“环境标准”一节的知识点时，可以提问：环境标准的制定是否越严越好？为什么？由学生自己选择答案，小组内持不同答案的学生进行辩论和互相讲解，然后再进行第二轮投票重新选择答案，如还有不同意见，继续辩论并彼此说服。最后让学生带着疑问听教师通过分析制订环境标准的原则给出正确答案及解释。这样经过反复的辩论和教师的讲解，学生加深了对该问题的理解和认识。

五、教学手段先进

互联网的迅速发展，让学习可以随时随地进行，因此，教学手段也要与时俱进，突出网络的时代特征。可以使用黑板、多媒体与网络三者有机结合的线上线下混合教学，同时辅以微课、SPOC、翻转课堂、大学慕课堂、雨课堂以及超星学习通等能记录教学过程和学习过程的形成性数据，为教学研究提供依据的现代化教学工具和技术，从而使教学手段紧跟时代发展。如对学生上课看手机的行为，很多学校采取强制关机或课前收手机或在教室设立手机储存袋等措施，但收效甚微。如果换个思路，变堵为疏，让学生借助手机使用一些在线学习平台软件，实现课堂教学中的点名、抢答、选人回答问题以及小测验等环节的互动，既增加了课堂的互动性和学生学习的积极性，又使手机不再是学生上课分心的元凶，而是学习的工具。