1. 引言
为适应新时代的需要，建设支撑经济社会高质量发展的高等工程教育，教育部2016年正式提出“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1] [2]。与传统工科比较，新工科更加注重培养学生的解决问题的能力、实践能力及创新能力[3] [4]。工程教育认证是对高校专业教育质量的一种保障和考核制度，旨在实现国际上的工程教育互认和工程师资格标准的统一[5] [6]。工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。工程教育专业认证的核心理念囊括了三大方面：学生中心、产出导向、持续改进[7] [8]。教育部明确要求应用型本科院校应当实施工程教育改革，不断促进产教融合，推进应用型人才培养方式的革新，提高学生的工程实践技能和创新能力[9]。
宿州学院是安徽省示范应用型地方本科高校。环境工程专业的基础化学实验课程是工程教育专业认证中重要的实验课程之一，内容涉及无机化学、分析化学、有机化学等，知识面广、综合性强，在专业人才培养中发挥着基础性、关键性的作用。在“新工科”和工程教育专业认证背景下，针对传统实验教学存在的问题，对基础化学实验课程从教学理念、教学方法、教学内容、实验考核与评价等方面进行改革，通过一系列的探索旨在提高学生的创新能力，分析、解决问题能力、工程实践能力，培养创新型、应用型环保技术人才。使学校培养的人才能够为地方企业服务，能够更好地适应新技术、新产业，实现工程教育专业认证目标。
2. 传统实验教学存在的问题
随着社会发展和对人才综合素质要求的提高，传统的教学模式已难以满足新时代工科人才的培养需求[10]。传统实验教学主要存在以下几个问题：(1) 教学理念较为传统，实验教学落后于理论教学；(2) 教学方法单一，教师讲解实验内容及步骤，学生只需要重复教师的操作，制约了学生自主能力和创新能力的发展；(3) 教学内容多为基础性、验证性实验，缺乏创新性、探索性，不能充分调动学生学习的积极性，无法激发学生独立思考和解决问题的能力，难以满足工程教育专业认证对学生能力全面培养的需求；(4) 实验教学的成绩评定比较单一，通常由平时成绩与实验报告成绩相加即为实验成绩，考核方式缺乏过程性、科学性评价。针对以上问题，结合工程教育专业认证的要求，从教学理念、教学方法、实验教学内容、实验考核与评价等方面对基础化学实验进行改革创新。
3. 实验教学改革与探索
本研究以环境工程专业基础化学实验为研究对象，在“新工科”和工程教育专业认证背景下，对基础化学实验的教学理念、教学方法、教学内容、实验考核与评价等方面进行改革与探索，建立以学习产出为导向的实验教学及考核评价体系，提高学生的创新思维能力和解决问题的能力，培养能服务产业的创新型、应用型环保技术人才，设计方案如图1：
Figure 1. Basic chemistry experiment teaching reform plan
图1. 基础化学实验教学改革方案
3.1. 革新教学理念
基础化学实验(Ⅰ、Ⅱ)是由环境工程教研室面向一、二年级环境工程本科生开设的化学实验课程，设在大一下学期和大二上学期，共48课时，实验内容见表1。该课程要求学生正确掌握化学实验的基本操作方法和技能技巧，进一步加深对基础化学理论的理解，培养学生独立准备和进行实验的能力，正确处理数据的能力以及一定的组织实验、研究实验的能力，是对学生基本的化学实验技能的培养和系统训练。通过培养学生实事求是、细致严谨的科学态度，使学生形成良好的科学习惯及科学的思维方法，从而逐步掌握科学研究的方法。
传统的实验教学模式下，教师按照实验讲义讲解实验内容，演示实验操作，并将注意的事项告诉学生，而学生只需要按部就班的重复教师的操作，实验一旦遇到问题立即问教师，而不是想怎么解决问题。长此以往，这种教学模式不利于学生创新思维和逻辑思维的养成，更不利于培养学生自主思考、解决问题的能力。在工程教育认证理念指导下，应以学生为主体，将学生的学习产出目标放在核心位置。教师引导学生自主学习，自行解决问题，提高学生创新能力和解决问题的能力，培养创新型人才。
3.2. 优化教学方法，激发学生积极性
以问题为导向、线上线下相结合的方式。开课前，教师将预习要求和思考题线上提前告知学生，学生以小组为单位查阅资料完成实验方案设计，这样学生进入实验室做实验就能做到“心中有数”，同时
Table 1. Experimental items and hour distribution in basic chemistry laboratory course
表1. 基础化学实验课程开设的实验项目及学时分配
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基础化学实验I |
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基础化学实验II |
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编号 |
实验名称 |
学时 |
编号 |
实验名称 |
学时 |
1 |
NaOH标准溶液的配制与标定 |
2 |
11 |
紫外可见分光光度法测定水中盐酸四环素含量 |
2 |
2 |
食醋中总酸含量的测定 |
2 |
12 |
紫外差值光谱法测定水中微量苯酚的含量 |
2 |
3 |
缓冲溶液的配制及pH的测定 |
2 |
13 |
荧光分光光度法测定维生素B2的含量 |
2 |
4 |
EDTA标准溶液的配制与标定 |
2 |
14 |
原子荧光光度法测定水中硒的含量 |
2 |
5 |
自来水总硬度的测定 |
2 |
15 |
三维荧光光谱法表征地表水溶解性有机物 |
2 |
6 |
紫外可见分光光度法测定亚甲基蓝试液浓度 |
2 |
16 |
有机化合物红外光谱的测绘及结构分析 |
4 |
7 |
邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁 |
4 |
17 |
水样总有机碳的测定——非分散红外吸收法 |
4 |
8 |
水中氨氮的测定–纳氏试剂分光光度法 |
4 |
18 |
石墨炉原子吸收法测水中可溶性铜元素 |
2 |
9 |
水中正磷的测定–钼酸铵分光光度法 |
2 |
19 |
气相色谱法比较不同白酒中甲醇含量的大小 |
2 |
10 |
实验操作考核 |
2 |
20 |
实验操作考核 |
2 |
也锻炼了学生自主学习能力。实验课上，教师通过提问的方式验证学生的预习成果，教师讲授实验目的及原理，引导学生将实验步骤以流程图的形式呈现；并通过翻转课堂的教学方法，让学生讲解实验步骤及注意事项。实验过程中，教师引导学生规范做实验，学生遇到问题鼓励小组讨论而不是直接解答。实验结束后，教师会对学生的实验报告中存在的问题进行解答，对学生普遍存在的问题进行纠正，确保实验报告的规范性。
3.3. 丰富教学内容
以学生为中心、产出导向是工程教育专业认证的核心理念，基础化学实验改革以学习产出为导向进行实验内容设计，在培养学生具有扎实的理论知识的基础上，着力培养学生的解决实际问题的能力和创新能力。
3.3.1. 增加探索性、设计性实验的比重，丰富教学内容
为培养学生的创新思维，应鼓励学生大胆思考。为此，基础化学实验在经典实验基础上增加了实验拓展及实验设计，例如邻二氮菲分光光度法测定水中亚铁离子含量，实验结束后，引导学生查阅水中其它金属离子的测定方法，例如铜离子、钙离子的测定，学生自主查阅资料，自行设计实验方案，经过教师的同意可以进入实验室开展实验。同时为增加学生对实验课的兴趣，将经典的实验内容贴近实际生活，增加学生的积极性和参与度，例如测定自来水的硬度实验，让学生对比不同来源的自来水，例如不同城市家庭自来水及宿舍自来水的硬度大小，并分析产生这一现象的原因，促进学生创新性思维的形成。例如在水中氨氮和水中总磷的测定实验中，教师可以带领学生到周边的河流中及校园内采取水样，测定不同的河流氨氮及总磷的含量。通过比较，分析河流的富营养化程度，学生也更能体验化学实验与实际的环境问题的联系，增强学生专业学习的使命感。在实践的基础上进行延伸，拓展学生的思维和创新能力。
3.3.2. 增设先进仪器设备，提升教学内容
随着科技的发展，先进的仪器设备不断涌现，传统的测定手段已经不能充分调动学生学习的积极性。但是在高校实验教学中采用最多的仍然是传统的实验方法与仪器设备。只有与更多的先进的仪器设备接触，学生才能获知当前科技知识的发展水平，才能开阔学生的眼界，打开他们的思路，进一步培养他们的创新意识。为此，在原有的传统滴定实验的基础上增设先进仪器测试实验：例如紫外可见分光光度法测定水中盐酸四环素含量、荧光分光光度法测定维生素B2的含量、有机化合物红外光谱的测绘及结构分析、水样总有机碳的测定——非分散红外吸收法、石墨炉原子吸收法测水中可溶性铜元素、气相色谱法比较不同白酒中甲醇含量的大小等。
3.3.3. 开展产学研合作教育，拓宽教学内容
目前实验教学的一个突出问题是学校教学与社会需求严重脱节，社会发展迅速，但学校的教学内容和方式没有相应的变革。学院应建立与企业、事业单位的合作关系，例如学院可以与水污染处理厂建立合作关系让学生参与到实际废水的检测和处理中去，这样不仅增强学生解决实际问题的能力，还能使他们更好地理解知识的实际应用，从而使人才培养与社会需求对接。
3.4. 改进考核方式，将持续改进落实到实验教学
目前大多数高校化学实验的评估主要以平时表现和实验报告为主。但是存在许多弊端，例如实验报告普遍存在高度的相似性，难以准确反映他们对实验结果的分析能力和实验操作技能。因此，基础化学实验优化了实验考核方式，实行多元化考核方式，创新性的增加了期末操作性考核。期末统一安排实验考核，学生现场确定考核的实验内容，独立完成实验，期间教师记录学生操作扣分项，最后结合学生实验报告的数据，给出最后的期末操作性考核成绩。期末总评成绩包括平时表现20% (预习报告10%、实验操作10%)、实验报告50%和期末操作性考核成绩30%。
4. 结语
以“新工科”建设人才需求为目标，在工程教育专业认证背景下，以环境工程专业为依托，以基础化学实验为研究对象，为促进创新型、应用型人才培养的要求，基础化学实验从教学理念、教学方法、教学内容、实验考核与评价等方面进行改革。通过一系列的探索旨在提高学生的创新思维能力、动手能力、分析、解决问题能力，培养学生的专业素养和专业能力，成为符合产业和社会需求的创新型、应用型环保技术人才。
基金项目
宿州学院质量工程项目(szxy2024xwjy01)；高等学校省级质量工程项目(2024xjzlts053)。