创新教育视角下水分析化学课程教学的改革与探索

马红芳 邹 景 曾庆玲 刘淑坡 陈秀峰

华侨大学土木工程学院市政工程系，福建 厦门 361021

近年来，国家出台的与创新创业教育有关的文件明确提出，加强素质教育、培养创新创业型潜质人才是高等教育重要的培养目标。课程教学是高校教育工作的基本环节，也是人才培养的重要渠道。在创新创业教育理念下，任课教师如何体现其所任教课程对专业教育中创新创业教育的支持和贡献作用，如何有效开展课程教学中的创新创业教育，现有的教学内容和教学模式能否满足创新创业人才培养的要求等，都是课程教学中迫切需要思考和解决的问题。

水分析化学课程是给排水科学与工程专业一门重要的专业基础课，其理论性、实践性和应用性均很强。通过对本课程的学习，学生可以熟悉和掌握与水质分析相关的概念、理论和方法，并具备解决工程应用中水质分析问题的能力，为后续水质工程学、给排水管道系统、环境监测评价等课程的学习奠定扎实的水质分析基础。此外，水质分析结果也是水处理工艺设计、水环境评价以及污废水综合利用效果评价的主要依据。由此可见，水分析化学课程的学习可以强化学生的专业知识应用能力和操作技能，对于培养具有创新思维潜能的给排水专业人才起到重要的支撑作用。

近年来，水环境污染日趋严重，污染物种类繁多、组分复杂，且稳定性差变异性强，新形势下的水科学研究对给排水科学与工程专业提出了新的要求。此外，随着分析技术及设备的快速发展，与水质分析相关的新内容、新技术也不断出现。为适应专业的形势发展和市场需求，迫切需要对水分析化学课程的教学进行改革和创新。本文以开展创新创业教育为切入点，以培养具有创新能力的给排水专业人才为目标，调整水分析化学课程的教学目标，优化课程教学内容，创新课程教学模式，改革课程评价方式，深入研究和挖掘该门课程对创新教育的支持和贡献作用，使专业课程教学与创新教育有机融合起来。该课程的改革和探索对于在其他课程教学中融入创新教育具有一定的借鉴意义。

一、课程教学目标现状与改革探索

教学目标在课程教学过程中起决定作用，是一切教学活动的出发点和立足点。水分析化学课程的现有教学目标是通过学习，学生可掌握水质分析中的相关概念、理论和方法，学会用理论知识阐释水质分析中的现象与问题，为后续课程学习提供分析基础，并具备较强的分析实验技能，能够应对工作中遇到的水质分析需要和指导水厂实际生产。在该目标的引领下，水分析化学的教学实践活动取得了较好的效果，完成了相应的教学要求。

目前素质和创新教育已成为高校教育的新常态，将“具有创新意识和创新能力的给排水科学与工程专业人才”的培养目标落实到水分析化学课程的具体课堂上，首先需要调整课程的教学目标。因此，课程组在教学实践中探索性地调整了以“知识传授”为主的教学目标，逐步确立了“知识传授—实践检验—创新扩展”的新型梯度目标。其次是在目标规划中适当融入创新训练模块，使学生在掌握理论知识的同时，通过实践活动拓展其创新思维，并通过创新扩展模块培养其科技创新实践能力，如鼓励学生参加各种形式的大学生课外科技训练项目、挑战杯竞赛、专业教师的科研小组等。

二、课程教学内容现状与优化探索

水分析化学的教学主要包括水质分析的质量保证、化学分析法、仪器分析法等内容。其中，化学分析法操作简单且检测费用低，在常量组分的检测分析中发挥着重要作用，因而在水质分析的发展前期成为本课程教学的重点内容。随着居民生活水平的不断提高，水环境中的污染物越来越复杂，不仅种类繁多、组分繁杂，而且稳定性差、变异性强也成为其显著特征。分析对象的性质变化使得常规的化学分析法难以满足要求，而仪器分析法则凭借着先进的技术手段和设备，在实验室以及工程实践中越来越成为水质分析的主力军。为适应学科的不断发展和现实需求，水分析化学的课程教学应调整两种分析方法的权重，着重讲授化学分析法的原理和仪器分析法的应用。此外，伴随着水环境中化学组分的日趋复杂和水环境标准的严格，迫切需要研发一些新的监测分析方法用于实践。因此，课程组在授课过程中紧密结合当下热点研究中与水分析化学有关的新理论、新方法，加强科研支撑，突出课程的创新性和实用性。

在水分析化学教材中，水分析测量的质量保证包含了概率论与数理统计的相关知识，而在化学分析法、仪器分析法内容方面也出现了与无机化学、有时机化学课程的重复，如溶液平衡理论、滴定分析等有关内容。针对这种情况，课程组在教学中合理分配与已修相关课程的比例，处理好基础理论和专业基础课中知识的衔接，尽量减少学科间对相同知识点的重复，缓解课时压缩与课程内容拓展之间的冲突。

实验课教学是水分析化学课程教学的重要环节，是培养学生实际操作能力和实施创新教育模式的关键途径。但从传统的实验内容和教学效果来看，主要存在以下不足：实验课内容设置过于简单化；主次和先后顺序不明了；实验中学生的自主和协作能力薄弱，创新意识欠缺。因此，实验教学过程中，课程组根据实验难易程度、要求的高低以及当下热点研究中涉及的测试指标，针对性地选择了实验教学内容。将实验课程更新为基础型实验（如分析天平的原理和使用、滴定分析的基本操作、pH 的测定等）、综合型实验（如水的硬度测定、水中氨氮的测定、水中总磷的测定等）、提高型实验（如水中铁的测定、水中氯离子的测定等）这三个循序渐进的阶段，使学生的操作能力、思考和分析问题的综合能力不断得到提高。在此基础上，积极进行实验课程的课外拓展，开设创新性实验，如DPD 作为指示剂的分光光度法测定水中Cr（VI），以激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。

三、教学模式现状及创新探索

目前，水分析化学无论是课堂教学还是实验教学，教学模式都显得比较单一。课堂教学通常是教师在讲台上根据教材内容填鸭式地授课,加上课时少、内容多的特点，这样的授课方式很难让学生真正有时间去思考领会听到的大量内容，更谈不上对创新性思维的训练，还容易使学生因被动学习而产生厌学情绪。而实验课教学一般则是教师在讲解完实验目的与要求、实验步骤和注意事项后，再把学生分成若干组进行实验。实验过程中，虽然指导老师也会随时检查和指导，但学生还是缺乏对过程的整体把握，存在很强的依赖性和盲目性等问题比较突出，极大地限制了学生主动思考和深入探究的学习兴趣，也限制了创新思维和创新能力的培养。

针对上述问题，课程组在教学过程中根据所授内容的特点，积极探索多种教学方法，将讲授、讨论、案例教学、讲座、竞赛、组会、实验等多种形式相结合，创新教学模式以激发学生的学习兴趣，增强课程的互动性。如对于水体污染及水质指标内容，从生活中的热点现象入手，选择一些工厂排放废水为案例，在介绍其排放情况及危害的基础上引出需要讲解的重要概念，以案例引导学生思考问题；对于四大滴定分析法，抓住其共性特点，主要利用比较思维原理讲解平衡反应和影响因素，以缩短课堂讲授时间和加强学生对枯燥理论的理解；而对于其应用的学习，则是将学生分成不同的小组，分别去查阅资料文献，最终形成专题报告，在教师的引导下进行课堂讨论；对于仪器分析法教学，则逐步引进虚拟实验、仿真技术等现代教育技术将教学内容直观化和情景化；除了在课堂中引入与教学内容契合度较高的最新分析方法，还通过讲座等形式让学生了解到科研热点中的水分析化学问题，培养学生学习课程的积极性、主动性。另外，实验课教学是培养学生实际操作能力和实施创新教育模式的关键途径。在实验教学过程中，课题组根据优化的实验内容抓好三个阶段，如针对第一阶段的基础型实验，要求学生反复操作以便动作熟练、结果准确；第二阶段学生在教师的指导下设计综合型实验，以提高学生的学习主动性和积极性；而第三阶段是在做好前面两个阶段的基础上，要求学生对一些实践性或应用性强的实验进行提高训练，这样不仅培养了学生采用专业软件处理分析实验结果的能力，还提高了学生的计算机应用水平。此外，为了更好地激发学生的兴趣，培养其创新能力，教师可针对一些创新性实验实行开放式教授，并鼓励学生积极参与到各类与专业有关的科技创新活动中。创新性实验结合大学生的挑战杯竞赛、暑期社会实践、本科生导师制等多种形式，引导学生相对独立地去思考问题、提出问题，并提出方案进行可行性论证与实验，以及论文或报告的撰写等。实践证明，通过在实验室里进行有计划、有目的的科学实验，不仅增强了学生的实验设计能力，还提高了其分析、解决问题的科研能力，使学生的创新能力和综合素质得到极大的培养与锻炼。

四、课程评价方式的现状及改进探索

水分析化学课程的考核长期以来一直采用平时作业+出勤率+期末考试的评价模式，这种评价体系虽然保证了出勤率，但对仅出勤不学习、课程作业抄袭、考试临时抱佛脚等现象的约束作用不尽如人意。因此，课程组积极采取措施，如在各章节教学任务结束后，进行有关内容的课堂测试，把课下的一部分作业练习转到课堂进行，有效防止了学生抄袭；通过布置与后续教学内容有关的思考题，要求学生借助网络资料学习，并在下一次上课时提问，促进学生对新教学内容的预习；对课堂上的专题讨论部分，根据讨论过程中的学生表现进行评价；而对于某些单元知识，则鼓励学生积极查阅有关资料，思考所遇问题并撰写小论文，这样不仅培养了学生的科研能力，还激发了他们学习基本理论知识的积极性。综上，结合水分析化学的课程特点，课题组在传统闭卷考试的基础上，适当融入科技小论文等形式的考核，通过构建“课堂问答—讨论—作业—小论文—实验—闭卷考试”的多元化评价方式，将课程总成绩划分为平时考核、实验操作和期末考试等，并赋予一定的权重。实践证明，这种多元化的评价方式能全面反映学生的学习态度、理论知识的掌握情况、学习能力与综合素质。

综上所述，课题组以在水分析化学课程教学过程中出现的实际问题为出发点，深入研究和挖掘该门课程对创新教育的支持和贡献作用，进一步整合课程内容，使专业课程教学与创新教育有机融合起来。在课程教学目标、课程内容、教学模式、考核评价等方面进行了水分析化学课程的创新性探索，并在本校给排水科学与工程专业2014 级至2018 级学生中进行了教改实施，且已经取得了一定的效果和突破。如2014 级至2016 级的多名本科生以第一作者发表了与水质测试方法相关的SCI高水平学术论文；2017 级本科生主持申报的与水分析化学有关的“分光光度法测定水中过氧乙酸和共存过氧化氢浓度”和“羟胺/二价铜/过硫酸盐体系灭活水中致病菌的效能与机理研究”分别获得省级和国家级挑战杯立项；以2016 级本科生为主的团队完成的“测定水中过硫酸盐便携式光度法的建立及其配套药剂的研制”被评为第三届“深水杯”全国大学生给排水科技创新大赛团体三等奖和最佳风采奖；2018级目前已有多名学生确定了与水分析化学有关的研究方向，并已经开始了相关的科学研究探索。

五、结语

在创新创业全新的教育理念下，水分析化学课程的教学现状难以满足给排水科学与工程专业的人才培养要求。针对教学过程中呈现的不足，课程组调整了课程的教学目标，并在新型梯度教学目标的引导下，优化了符合新形势下水质分析要求的课程内容体系，创新了可激励学生积极思考和创新训练的教学模式，改进了能突出学生探索能力和应用能力的综合评价方法，三者之间有机联系、相互影响。上述“三位一体”的教学改革和实践，全面提高了水分析化学课程的教学实效性，并在教学实践中有效激发了学生的创新意识，提升了学生探索发现和解决问题的实践应用能力,使其逐步成为适应时代发展的创新型专业人才。