基于工程教育专业认证的《水环境化学》实验教学改革研究

2020年第16期广东化工
第47卷总第426期 · 205 ·
基于工程教育专业认证的
《水环境化学》实验教学改革研究
王小兵，李明，汪晓丽，顾斌贤
(扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州225127)
[摘要]水环境化学是水文与水资源工程专业的主干课程之一，本论文介绍了本课程实验教学的背景和现状，认清当前实验教学现状，并以工程教育专业认证为契机对其进行了实验教学改革。

提出了从改革实验教学内容、将科研项目融入实验教学、运用模拟仿真技术等方面进行改革，实验教学改革后有利于提高学生学习积极性和主动性，为将来从事水文水资源工程专业打下良好基础。

[关键词]工程教育专业认证；水环境化学；实验教学改革
[中图分类号]G642.41 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)16-0205-02
Experiment Teaching Reform of Water Environmental Chemistry Based on
Engineering Education Certification
Wang Xiaobing, Li Ming, Wang Xiaoli, Gu Binxian
(College of Environmental Science and Engineering, Yangzhou Unviersity, Yanghzou 225127, China) Abstract: Water environment chemistry is one of the main courses of hydrology and water resources engineering. Taking the engineering education professional certification as an opportunity, the experiment teaching reform was carried out. The background and current situation of experimental teaching of this course were introduced. It was proposed to reform experimental teaching contents and integrate scientific research projects into experimental teaching by using simulation technology and other innovative teaching means. The reform of experimental teaching was conducive to the improvement of students' learning enthusiasm and initiative，and it was lay a good foundation in the future engaged in hydrology and water resources engineering professional work.
Keywords: engineering education certification；water environmental chemistry；experiment teaching reform
1 前言
近年来，工程技术职业迅速发展，以实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认为前提的工程教育认证受到各国教育工作者的重视。

1989年美国、英国等国签署了以国际本科工程学历资格互任的《华盛顿协议》[1]。

2013年中国获得该协议预备会员资格，2016年成为该正式会员。

“水环境化学”作为扬州大学水文与水资源工程专业基础课程，是构建学生专业结构重要的板块[2]。

传统的实验教学方式很难达到工程教育专业认证的要求和目的，因此迫切需要从以“教”为中心到以“学”为中心的教育理念的转变，建立实践常态意识，深入开展水环境化学实验教学改革的探索。

从而能够满足工程教育专业认证标准的新要求。

2 水环境化学实验教学背景与现状分析
2.1 实验教学背景
“水环境化学”是水文与水资源工程专业一门专业基础课，目的是通过本课程的学习使学生掌握和了解从事给水排水工作所应了解和掌握的各种污染物在水体多相介质中的迁移转化规律等方面的水环境化学的基本理论、基础知识，为学习后续专业课程打下一定理论基础，也为今后从事与给水排水相关的设计、科研等工作拓宽学生知识面。

水环境化学课程包括32课时理论教学和16课时实验教学。

而实验教学主要包括水体碱度的测定，天然水中溶解氧的测定，对二甲苯的辛醇-水分配系数Kow的测定以及天然水中镉的测定。

通过该课程实验的学习掌握试剂的配置、案子吸收分光光度计的运用，了解酸碱平衡指示剂的指示原理和滴定操作的基本技能、掌握碘量法测定溶解氧的原理、有机化合物的辛醇—水分配系数Kow 的意义和方法以及水中重金属的测定方法。

该课程专业性较强，传统教学很难提高学生的动力能力和工程意识[3]。

2.2 实验教学现状
目前水环境化学实验教学存在一些问题，比如，第一，水环境化学实验课时较少，一般只有4~6个实验内容，而且实验内容都是固定一成不变，和实际脱节较多，比如实验内容无法覆盖课程全部内容，如水体富营养化的评价、吸附平衡实验、酸碱缓冲实验以及水体氮氧化物的测定等内容无法开展；第二，实验课都是实验老师准备好所有实验材料和试剂，在实验课之前详细讲解实验步骤和要求，学生只要按照步骤来做，学生无法对试验设计和试验过程进行思考的过程，比如天然水中的碱度的测定试验中，由于课时不足，盐酸的标定以及碳酸钠的配置本应由学生亲自动手的，均由老师提前完成，而学生只是滴定一下。

第三，考核方法单一，多以实验报告为准，而且实验老师将实验目的、实验原理和实验步骤全写好，学生抄写一下，无法达到该门课程实验教学目的。

只有对现有课程实验教学从多方面改革，才能达到工程教育专业认证的培养目标。

3 基于工程教育认证的实验教学改革措施
3.1 实验教学内容改革
目前水环境化学实验内容基本是验证型实验，这些实验无法提高学生动手能力和思维能力，因此在实验课程中应补充综合型、设计型和研究型等实验内容。

比如在“天然水中溶解氧的测定试验”中，原来的实验都是老师提前准备好水样，所有学生都用相同的水样。

通过实验改革，将学生分为若干组，让学生根据自己的兴趣，自己查找相关资料，每组实验水样采集地点和采集时间均由学生自己决定，设计水样采集点和采集时间，可以采集自来水，也可以采集池塘水或者河流水，或者臭水沟的水，采集时间也由学生自己决定。

以此把采样方式由被动改为主动，提高实验课程效果。

实验结束后，不同小组将实验结果进行分析和讨论，这样不仅培养了学生的科研素质和思维能力, 而且提高了实验课的趣味性。

3.2 将科研项目融入实验教学
目前的实验都是陈旧一成不变的，与实际应用有较大的脱节。

课程老师可以将自己承担的有关水环境的科研项目部分内容融入实验教学，比如我们老师将自己承担的江苏省科技支撑项目“太湖水重金属污染特征及源解析”带入实验教学中，从采取水样和底泥样品、水样和底泥样品保存、样品前处理到样品分析全过程均由学生参与，从而使学生对重金属的迁移转化有深刻的了解。

课程老师将相关科研项目融入实验教学，可以提高学生实验积极性、培养创新能力，使学生了解了学科和专业的发展动态和前沿领域，接触到本学科实际应用，可以提高学生学习的兴趣。

同时，不同小组分工合作培养了学生的团队精神、严谨科研态度和开拓创新精神[4]。

[收稿日期] 2020-07-08
[基金项目] 扬州大学博士专项课题(YZUJX2019-21B)
[作者简介] 王小兵(1976-)，男，江苏东台人，博士研究生，副教授，主要从事水环境化学教学及相关研究。

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3.3 将虚拟仿真技术应用于实验教学
虚拟仿真技术是以计算机为控制中心，借助于图形图像、仿真软件、数据库和虚拟现实等技术，营造高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中进行实验。

虚拟仿真实验教学可以让学生对整个实验过程有一种身临其境的感觉，可以看到实验过程的每一个细节，增强学生的沉浸感和临场感，降低教学难度，提高学生对仪器原理和结构的感性认识和学习兴趣。

可以将虚拟仿真技术应用到水环境化学实验教学中，比如在“对二甲苯正辛醇-水分配系数的测定”实验中，可以通过虚拟仿真技术模拟整个实验过程，特别对某些细节方面反复观察，加深学生对实验整个过程的了解，特别对高效液相色谱(HPLC)等仪器操作的感性认识和使用熟练程度，为后续实体实验的操作正确性提供保障，同时提高了实验操作效率。

3.4 设立校外实习基地，开展校外实验教学环节
以前的教学实验均是在学校实验室内完成，而且由于空间和设备的限制，学生无法进行水环境化学全部的实验内容。

而学校和学院建立的实习基地可为学生提供较好的实验条件，教师根据学生的不同兴趣爱好，分配到不同课程实习基地。

比如，我们学校建立了多个实现基地，如环境检测公司以及自来水厂和污水处理厂等。

这些企业针对不同水环境都有一套成熟的技术处理方法。

对于同一小组的学生根据生产类型的不同细分设计实习内容。

通过多元化实验实习，既培养了学生的学习主动性和积极性，又能和生产实际相结合，让学生深刻体会到学习目的及课程的培养目标[5]。

3.5 改变实验成绩考核方式
以往学生实验成绩的总评主要根据包括预习情况、实验操作和实验报告成绩等，这种实验成绩考核方法适合传统验证型实验，而对于开放型和创新型实验不太适合。

如何把学生科研思维的能力和解决问题的能力在实验成绩中体现出来，就需要形成新的考核方法，在掌握实验原理基础上，要将如何做好实验方法、设计、操作等方面的实际能力，以及实验过程中的注意事项、现象结果分析等要考虑进去。

比如在“天然水中溶解氧的测定试验”中，学生对取样准备过程、水样采集过程的细节、水样保存的细节和水样前处理以及水分分析过程均要考虑，是否合理和科学，另外实验结束后，学生不是只写一个实验报告，而是要写出实验全过程，并对所获得的实验结果进行分析，写一篇总结报告。

4 结语
实验教学是使学生在有限的时间内能运用所学到的知识与实验技能，提高分析问题和解决问题的能力的重要教学过程。

正视水环境化学实验教学存在的问题，积极深化实验教学改革，提高实验教学效果，满足工程教育专业认证标准。

除提供教学计划规定的实验项目外，根据实际情况，开展开放实验、模拟仿真技术以及部分科研项目内容。

同时，学校必须制定相应的激励措施，只有调动学生的学习积极性，让学生主动走进实验室, 实验教学才有主体对象，才能进一步提高教学质量，达到工程教育专业认证的要求。

参考文献
[1]王志勇，刘畅荣，寇广孝．基于工程教育专业认证的建环专业实践教学体系改革[J]．高等建筑教育，2015，24(6)：44-47．
[2]赵华荣，代俊峰，郭纯青．“水环境化学”课程发展及其面临的机遇和挑战[J]．当代教育理论与实践，2012，11(4)：66-67．
[3]赵胜男，史小红，冯素珍，等．以水环境化学为例的情景模式下基于能力培养的课堂教学模式构建[J]．教育教学论坛，2019，53(16)：192-193．[4]尹虹．浅谈高校有机化学实验课程的教学改革[J]．教育现代化，2019，11(6)：56-58．
[5]武卫莉，陈丰雨，李莉，等．高分子专业毕业实习现状分析及措施研究[J]．高分子通报，2020，5(1)：78-82．
(本文文献格式：王小兵，李明，汪晓丽，等．基于工程教育专业认证的《水环境化学》实验教学改革研究[J]．广东化工，2020，47(16)：205-206)
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阿司匹林发现过程的辛酸历史和它对人类健康的重大贡献，使学生逐步养成励志发展祖国医药事业，为人类健康事业做贡献的高尚情怀和使命感。

同时还要对学生加强法制教育，因为药物化学实验中使用的试剂大多有毒有害，甚至有些试剂是易制毒试剂，如果违法使用将会付出惨痛的代价。

通过对同学们讲述化学试剂违法使用的案例，如1997年北京大学铂投毒事件等，警示我们学生法制意识教育丝毫不可松懈。

2.4 科学态度与团队协作精神教育
在药物化学实验课中，学生同样可以体会吃苦耐劳、连续奋斗的科学精神。

药物化学实验中一个药物的合成常常包含多个反应过程，每一个反应都需要不同是原料、试剂、仪器和操作处理过程，如苯佐卡因的合成需要两步反应，包含了加热回流、终止反应、反应液处理、纯化、调整反应液pH值、过滤、洗涤、干燥等多个实验操作步骤。

考验了学生实验中统筹安排能力，与同组同学团结协作的组织协调能力，遇到困难发现问题、解决问题的严谨态度，以及实验失败后重新开始、坚持不懈的不服输精神。

3 药物化学实验教学中融入课程思政的措施
首先在教师队伍中要深化课程思政教育的重要性和必要性，通过集体备课、自主学习、广泛阅读、开展思政交流活动的方法，丰富教师课程思政教学资源，通过多学科自然科学知识和人文科学知识的融合，增强实验课程思政的吸引力和深刻度。

其次，是将案例式教学法与线上线下混合式教学法融入到药物化学实验课程思政中。

在药物化学实验的安全教育中，通过讨论互动的方法，引导学生讨论典型的发生在国内外高校实验室的安全事故案例和案例分析，增强学生的安全意识；通过“虚拟仿真实验”的应用，使学生在预习、复习中可以仿真模拟实验过程，并通过互联网+等开放网络资源扩宽专业知识面，提升求知探索精神。

同时，教师可以利用微信、QQ、微博、电子邮件、校内线上教学空间等网络平台，结合药物化学领域的社会热点和难点，通过专业的角度与学生讨论感兴趣的话题，通过“传道受业解惑”的方式对学生的价值观进行科学的引领。

除此之外，还可以开展丰富多彩的药物化学课外科研活动，使学生自主自愿的参与到教师的科研课题或大学生创新创业项目中，培养学生的自主探索精神、团结协作能力和集体荣誉感。

合理利用校内外实习基地，组织学生到校外实习基地如附属医院药学部、药事管理机构、药物生产研发机构等地进行实地参观学习，让学生将实验课学习到的知识与实际生产想联系，了解药品从研发到生产的全过程，树立正确积极的职业发展观[4]。

4 结语
高等学校实验课教学和理论课一样在学术育人方面发挥着独特的作用，当然也肩负着学生思想政治教育的使命。

在药物化学实验教学过程中融入课程思政教育，不仅能够延续实践教学对学生专业度的培养，还能弥补传统实验课程重技术轻品德的弊端，使教学内容更加丰富多彩、具有人文精神和思想情怀，是学生树立药学专业素养、职业道德、正确人生观和创新思辨理念的重要途径。

参考文献
[1]刘鹤，石瑛，金祥雷．课程思政建设的理性内涵与实施路径[J]．中国大学教学，2019(3)：59-62．
[2]尤启冬．药物化学[M]．北京：人民卫生出版社，2019．
[3]郝艳萍，闰明涛．化学实验教学中实施课程思政的探索和实践[J]．教育现代化，2020，7(17)：183-186．
[4]吕东灿，胡晓娟，李鑫，等．《化工原理》课程思政建设的探索与实践[J]．广东化工，2020(6)：216-217．
(本文文献格式：王玉青，张建业，季红，等．药物化学实验课程中融入课程思政的探索与实践[J]．广东化工，2020，47(16)：204)。