工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下儀器分析課程的教學(xué)改革探索

羅洪鎮(zhèn)　賈建波　趙玉萍　楊榮玲　王朝宇

摘要：基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本要求，本文以生物工程專業(yè)開設(shè)的儀器分析課程為研究對(duì)象，分析了該課程目前存在的問(wèn)題和不足，從教學(xué)大綱制定、課程教學(xué)內(nèi)容體系、實(shí)踐教學(xué)模式和考核方式等方面提出改革思路，可為同類課程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：儀器分析；工程教育專業(yè)認(rèn)證；教學(xué)改革；生物工程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）26-0130-02

一、課程改革背景

工程教育專業(yè)認(rèn)證，是指專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)針對(duì)高等教育機(jī)構(gòu)開設(shè)的工程類專業(yè)教育實(shí)施的專門性認(rèn)證。它是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1，2]。工程教育專業(yè)認(rèn)證提出的成果導(dǎo)向，完整地說(shuō)明學(xué)校定位、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、教學(xué)活動(dòng)、師資及教學(xué)資源間的關(guān)系。這是一個(gè)由上向下設(shè)計(jì)、由下向上支撐的過(guò)程。儀器分析課程是在分析化學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門專業(yè)課程。隨著電子、計(jì)算機(jī)、激光等新興技術(shù)的發(fā)展，分析化學(xué)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)生深刻的變化和變革，促進(jìn)了新的儀器分析方法的更新和出現(xiàn)[3]。儀器分析本身不是一門獨(dú)立的學(xué)科，而是多種儀器分析方法的組合。由于這些儀器分析方法在化學(xué)、生物工程、新能源科學(xué)與工程等學(xué)科中極為重要。因此，它們已經(jīng)不單純地應(yīng)用于分析的目的，而是廣泛地應(yīng)用于研究和解決各種理論和基礎(chǔ)問(wèn)題的重要工具和載體。然而，儀器分析這門課程是一門交叉性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)必修課程，學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及多個(gè)領(lǐng)域。因此，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)的基本原理較為抽象，學(xué)習(xí)過(guò)程中也缺乏全方位的理解和思考，嚴(yán)重地影響了本課程的教學(xué)質(zhì)量。為了克服這些問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和策略等方面進(jìn)行相應(yīng)的改革，使學(xué)生可以容易地理解基本原理，并能將其應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題中去，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

因此，本文結(jié)合當(dāng)前工程教育專業(yè)認(rèn)證大環(huán)境，以生物工程專業(yè)開設(shè)的儀器分析課程為出發(fā)點(diǎn)，圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證的七項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)儀器分析這門課程進(jìn)行教學(xué)改革方法和模式初探，具有非常鮮明的實(shí)際意義。本文從儀器分析課程的教學(xué)大綱設(shè)置和課程具體改革措施等方面，探討課程改革的具體細(xì)節(jié)。

二、課程教學(xué)改革方式

1.完善課程教學(xué)體系建設(shè)，精選課程教學(xué)內(nèi)容。由于該課程面向?qū)W生所學(xué)的專業(yè)是生物工程，因此課程教學(xué)內(nèi)容要做到精選。根據(jù)生物工程專業(yè)特色，應(yīng)著重于以下幾大分析儀器和技術(shù)的學(xué)習(xí)：紫外—可見光分光光度法、紅外光譜法、核磁共振波譜法、原子吸收光譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法、電化學(xué)分析法以及質(zhì)譜法—聯(lián)用技術(shù)。通過(guò)學(xué)習(xí)紫外—可見光分光光度法，可以熟練地掌握生物制造過(guò)程中吸光度的物理意義以及影響其出現(xiàn)偏離的各種因素；通過(guò)學(xué)習(xí)紅外光譜法，可以分析生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，為進(jìn)行生物制品的研究和分析提供重要的技術(shù)支撐；通過(guò)學(xué)習(xí)核磁共振波譜法，能更深入地理解化學(xué)位移的意義，對(duì)一些未知的生物大分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，將有利于專業(yè)知識(shí)的開展；通過(guò)學(xué)習(xí)氣相色譜和高效液相色譜法，掌握不同色譜法的特點(diǎn)，在今后的微生物制造過(guò)程中，可以根據(jù)需求選擇不同的色譜條件和方法，為以后的學(xué)習(xí)提供前期的知識(shí)儲(chǔ)備[4]。

2.以工程教育專業(yè)認(rèn)證要求為導(dǎo)向，修訂課程教學(xué)大綱。以工程教育專業(yè)認(rèn)證要求為導(dǎo)向，結(jié)合新的本科人才培養(yǎng)方案具體指標(biāo)，修訂和完善大綱要點(diǎn)，細(xì)化教學(xué)要求。本課程以河北科技大學(xué)孫鳳霞教授編寫的《儀器分析》（第二版）為教材，該教材由化學(xué)工業(yè)出版社出版。該課程在設(shè)置過(guò)程中，總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中理論課32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課32學(xué)時(shí)。在具體教授過(guò)程中，教師可以從儀器分析緒論、光譜學(xué)分析法、色譜學(xué)分析法、電分析化學(xué)法、熱分析法、質(zhì)譜法和聯(lián)用技術(shù)等篇章進(jìn)行講解。以光譜學(xué)部分為例，首先通過(guò)經(jīng)典的物理學(xué)故事引入光譜學(xué)的來(lái)源，并以20世紀(jì)初量子力學(xué)發(fā)展歷程中的跨時(shí)代物理學(xué)成就為素材，讓學(xué)生深入理解光譜學(xué)中紫外—可見光分光光度法、紅外光譜法、原子吸收光譜及拉曼散射的理論背景，提高學(xué)生學(xué)習(xí)光譜學(xué)知識(shí)的興趣。同時(shí)，在光譜學(xué)部分設(shè)置紫外—可見光分光光度法實(shí)驗(yàn)和紅外光譜法實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置4學(xué)時(shí)，每組學(xué)生2—3名。通過(guò)學(xué)生身臨其境地操作儀器，分析和處理數(shù)據(jù)來(lái)感受這門課程理論與應(yīng)用的關(guān)系。通過(guò)以上理論知識(shí)的講解和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的操作，保證學(xué)生對(duì)不同儀器具有初步的操作能力。

3.豐富教學(xué)方式方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。在以往的儀器分析教學(xué)過(guò)程中，授課教師大多采用以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，授課方式多以幻燈片展示為主。然而，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，課程教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)和達(dá)成度為導(dǎo)向。如果仍然采取教師為主的授課模式，學(xué)生很難對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，久而久之，授課教師的上課激情就會(huì)減退，授課質(zhì)量大打折扣。因此，本課程的教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)豐富完善。例如，通過(guò)案例分析法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該門課程產(chǎn)生興趣，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂提高學(xué)生在教授過(guò)程中的參與度。

4.考核方法的完善和豐富，保持學(xué)習(xí)效果的過(guò)程性。目前，儀器分析這門課程的考核方式以期末考試為主，占比70%，平時(shí)考勤和作業(yè)占比30%。很多學(xué)生往往在學(xué)習(xí)儀器分析這門課程的過(guò)程中并不用功，更多的是在期末考試之前臨陣磨槍。這雖然也能獲得不錯(cuò)的成績(jī)，但這種學(xué)習(xí)方法更多地體現(xiàn)在短暫性學(xué)習(xí)和記憶上。根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線可知，學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)次數(shù)上，也就是復(fù)習(xí)的持久性上。因此，本課程強(qiáng)化平時(shí)考核的多樣性和豐富性：一方面，保證一定的作業(yè)量，讓學(xué)生可以充分吸收課堂理論知識(shí)；另一方面，采取實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)閱讀、學(xué)習(xí)小組研討與幻燈片展示等環(huán)節(jié)，豐富平時(shí)學(xué)習(xí)的效果。此外，結(jié)合前沿學(xué)科進(jìn)展，將學(xué)生分成不同學(xué)習(xí)小組。例如，以2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)的冷凍電鏡技術(shù)（Cryo-EM）為例，該技術(shù)屬于儀器分析的范疇，雖然本課程暫未講授相關(guān)知識(shí)，但可以讓學(xué)生在學(xué)術(shù)網(wǎng)站上查詢其發(fā)展歷程，并通過(guò)幻燈片展示的方式在課堂上進(jìn)行講授。通過(guò)這種教授模式，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生為主導(dǎo)的工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，促進(jìn)學(xué)生深入理解儀器分析課程與生物工程專業(yè)的密切關(guān)系。通過(guò)以上措施，我們可以將平時(shí)成績(jī)占比提高至45%，弱化期末考試的比重。這既能保證學(xué)習(xí)的持續(xù)性，也能使得學(xué)生在期末考試階段的壓力有所降低。

三、結(jié)語(yǔ)

工程教育專業(yè)認(rèn)證的廣泛開展，是生物工程專業(yè)發(fā)展過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，也是全面提高本校生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的契機(jī)。本文首先分析了本校生物工程專業(yè)儀器分析課程開設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本理論和要求，探討了儀器分析課程改革的方式和方法，提出一些儀器分析課程教學(xué)改革的意見和建議，希望能對(duì)同行具有一定的借鑒意義。

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