新工科背景下儀器分析教學(xué)模式改革與探索

張永亞，張 南，于麗敏，劉保霞，魏 偉，瞿 鵬

(商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 商丘 476000)

隨著各國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出眾多先進(jìn)、現(xiàn)代化的儀器設(shè)備，這些儀器被廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究和社會(huì)發(fā)展的眾多領(lǐng)域，從而大大推動(dòng)了世界科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。儀器分析是一門多交叉學(xué)科，極具實(shí)用性和前沿性的學(xué)科，是從事化學(xué)、化工、材料、生物醫(yī)藥、環(huán)境檢測(cè)、食品分析等領(lǐng)域科學(xué)研究和綜合實(shí)踐中必不可少的理論指導(dǎo)課程。因此，儀器分析課程是理工科專業(yè)，特別是工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。然而，傳統(tǒng)模式下的儀器分析教學(xué)偏重于復(fù)雜、陳舊的理論，缺乏實(shí)踐認(rèn)知教學(xué)和動(dòng)手能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，難以滿足“新工科”綜合素質(zhì)型人才需求?；诖?，以商丘師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院的本科生為研究范本，從儀器分析教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)、課程考核等幾個(gè)方面存在的問題進(jìn)行改革與探索，并提出以下幾點(diǎn)建議。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

儀器分析的主要內(nèi)容根據(jù)其基本原理通常分為光化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、分離分析法和其他儀器分析方法，具有知識(shí)面廣、知識(shí)點(diǎn)抽象、內(nèi)容多等特點(diǎn)。然而，儀器分析課程通常僅有36～54個(gè)標(biāo)準(zhǔn)課時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容安排往往需要教師在有限的課時(shí)內(nèi)將所有大綱內(nèi)容灌輸給學(xué)生，知識(shí)量大，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，難以真正消化吸收。因此，儀器分析課程的教學(xué)內(nèi)容，特別是教學(xué)重點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)專業(yè)性質(zhì)和學(xué)生的升學(xué)、就業(yè)需求適當(dāng)精簡(jiǎn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的深度和所學(xué)方法的實(shí)用性。以學(xué)院化學(xué)專業(yè)為例，該專業(yè)主要培養(yǎng)立志于升學(xué)讀研，或從事科學(xué)研究、教學(xué)、分析測(cè)試等工作的學(xué)生，在教學(xué)過(guò)程中更加側(cè)重光化學(xué)分析、電化學(xué)分析、分離分析中的分析方法和基本原理；對(duì)于化學(xué)工程與工藝(化工制藥方向)專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后多從事于藥物合成、藥物分析及其相關(guān)科學(xué)研究工作，在教學(xué)中更加強(qiáng)調(diào)分析方法的應(yīng)用性，側(cè)重分離分析中的氣相色譜和高效液相色譜，以及光化學(xué)分析中的紫外-可見吸收光譜、紅外光譜和核磁共振波譜等分析法?？傊?，儀器分析課程內(nèi)容繁多，不能簡(jiǎn)單的照本宣科，對(duì)所有分析儀器都面面俱到，而應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)、學(xué)生需求和市場(chǎng)需求，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，合理取舍，突出重點(diǎn)。

2 改革教學(xué)方法

儀器分析是分析化學(xué)最為重要的組成部分，代表著分析化學(xué)的發(fā)展方向，它對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著非常重要的作用，這恰與新工科背景下復(fù)合型人才的需求相一致。然而，儀器分析課程內(nèi)容繁多，授課方式主要為系統(tǒng)陳述和問題解答模式，存在“滿堂灌”的問題，學(xué)生整節(jié)課都在被動(dòng)聽課和記筆記，課堂上不能及時(shí)消化，課后缺乏溫習(xí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果差。究其根本原因在于學(xué)生在課堂上缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)和理解知識(shí)的機(jī)會(huì)，雖然聽課很認(rèn)真，筆記很詳細(xì)，但是沒有真正理解所學(xué)內(nèi)容，因此課后練習(xí)不會(huì)做，回看課本吃力。

2.1 自主學(xué)習(xí)模式

隨著現(xiàn)代科技和信息技術(shù)的高速發(fā)展，特別是2019年末全球疫情的驅(qū)使下，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)途徑逐漸多元化，網(wǎng)絡(luò)課程資源日趨豐富，學(xué)生自主學(xué)習(xí)必將成為一種主流的學(xué)習(xí)模式。自主學(xué)習(xí)能力同時(shí)也是新工科背景下對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的一項(xiàng)最基本、最重要的要求。對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，學(xué)校和教師要為學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)創(chuàng)造適宜的環(huán)境，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生合理規(guī)劃學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)時(shí)間，需要教師能夠及時(shí)輔導(dǎo)和幫助，需要師生共同創(chuàng)建同學(xué)間協(xié)同合作、共同進(jìn)步的良好風(fēng)氣。

2.2 翻轉(zhuǎn)課堂模式

所謂翻轉(zhuǎn)課堂，是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，教師把課程內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)編制成微視頻，學(xué)生在家中或課外觀看視頻中教師的講解，回到課堂上師生面對(duì)面交流和完成作業(yè)的一種教學(xué)形態(tài)。用視頻的形式在課前讓學(xué)生先去看能很好地彌補(bǔ)課堂上統(tǒng)一教學(xué)進(jìn)度與要求的缺陷，充分起到了預(yù)習(xí)的效果，是個(gè)性化教學(xué)的體現(xiàn)。讓學(xué)生帶著問題進(jìn)課堂，小組之間展開充分的互動(dòng)交流，進(jìn)行自主思考；老師則能夠更有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生問題進(jìn)行講解。在這種教學(xué)模式下，課堂內(nèi)的寶貴時(shí)間，學(xué)生能夠更專注于重難點(diǎn)的學(xué)習(xí)，共同研究解決難點(diǎn)問題，從而獲得更深層次的理解。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與自主學(xué)習(xí)模式理念相通，相互補(bǔ)充。在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展和“新工科”建設(shè)的雙重背景下，兩種教學(xué)模式相結(jié)合，可以大大提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的能力，必將成為未來(lái)課堂的主流教學(xué)方法。

3 注重實(shí)踐教學(xué)

在新工科背景下，儀器分析課程不僅要求學(xué)生掌握課程的基本理論知識(shí)，同時(shí)要具有綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，因此，儀器分析課程的教學(xué)過(guò)程中，配套的儀器分析實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐尤為重要。

3.1 儀器分析試驗(yàn)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程與理論課程聯(lián)系緊密、相輔相成，因此，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的進(jìn)度安排應(yīng)該與理論課程保持一致。在自主學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂逐漸取代傳統(tǒng)課程的情況下，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組可以依據(jù)所學(xué)理論自主設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)方案，并與導(dǎo)師討論方案的合理性。學(xué)生在自主設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)和理論內(nèi)容做了充分的預(yù)習(xí)，而且將實(shí)踐課的理念根植于學(xué)生的日常學(xué)習(xí)中，其自主學(xué)習(xí)能力和綜合實(shí)踐能力在潛移默化中得到提高。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需要與生活密切聯(lián)系，以解決生活中的具體問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生興趣，如將原子吸收光譜法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成開放課題，在本實(shí)驗(yàn)儀器現(xiàn)有配置鈣、鎂、銅、鎘等元素?zé)舻幕A(chǔ)上，可以自主設(shè)計(jì)樣品來(lái)源和需測(cè)元素。比如食品安全性分析，可選擇學(xué)生常喝飲品，“測(cè)定某飲料中重金屬鎘的含量”“測(cè)定某飲料中金屬銅的含量”，驗(yàn)證其是否超標(biāo)。

3.2 參與教師科研課題

儀器分析課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和前沿性，教師需要及時(shí)保持科技前沿，將最新的科研進(jìn)展和科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源用以開拓學(xué)生視野。同時(shí)，學(xué)院設(shè)置有多種開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和工程實(shí)驗(yàn)中心，是提高學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所。學(xué)生通過(guò)直接參與教師科研課題，實(shí)踐操作所學(xué)儀器，既能鞏固所學(xué)理論知識(shí)，又能了解科研課題，提高分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。例如，學(xué)生參與教師關(guān)于有機(jī)小分析催化領(lǐng)域的課題，分析有機(jī)小分子化合物的結(jié)構(gòu)與組成成分，涉及紅外吸收光譜、核磁共振波譜、氣相色譜和高效液相色譜等分析方法，學(xué)生通過(guò)閱讀文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面的訓(xùn)練。

4 改進(jìn)課程考核方式

儀器分析課程的傳統(tǒng)考核方式主要是期末考試成績(jī)?yōu)橹?，兼顧課堂考勤、課堂互動(dòng)、課后作業(yè)等平時(shí)成績(jī)，平時(shí)成績(jī)占比較少且普遍差距小，因此學(xué)生學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)則是備考期末考試，一定程度上導(dǎo)致學(xué)生在平時(shí)的課堂上參與度和積極性不高。改進(jìn)措施：①在新工科背景下，對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)要求更高，課前自主預(yù)習(xí)情況、課堂討論情況和課堂中知識(shí)運(yùn)用能力的考察應(yīng)該占據(jù)更高的比重，從而引導(dǎo)學(xué)生重視學(xué)習(xí)的過(guò)程，以深刻理解學(xué)習(xí)內(nèi)容為目標(biāo)，而不是以應(yīng)付期末考試為目的；②分小組考核，每小組3～4人，采用積分制進(jìn)行考核，既能提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和集體榮譽(yù)感，又能相互協(xié)助、相互補(bǔ)充學(xué)習(xí)；③考核內(nèi)容上，適當(dāng)減少儀器工作原理等理論內(nèi)容的比例，更加側(cè)重學(xué)生對(duì)實(shí)踐操作能力的考查，鼓勵(lì)學(xué)生勇于運(yùn)用知識(shí)，提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，真正掌握課程知識(shí)。

5 結(jié)論

隨著“新工科”項(xiàng)目的推進(jìn)，以及互聯(lián)網(wǎng)、線上課程的快速發(fā)展和完善，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的主體地位和自主學(xué)習(xí)能力都將大大提升，儀器分析課程將更加強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)為目標(biāo)。針對(duì)儀器分析教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)、課程考核等幾個(gè)方面存在的問題進(jìn)行改革與探索，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高課堂效率和學(xué)生參與度，引導(dǎo)學(xué)生重視學(xué)習(xí)過(guò)程，重視知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和實(shí)踐能力，使學(xué)生的綜合素質(zhì)逐步提升。在新工科建設(shè)的大背景下，學(xué)生將逐步適應(yīng)新教學(xué)改革模式，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)意識(shí)，在潛移默化中提高自身的自主學(xué)習(xí)能力、自主創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力，逐步滿足“新工科”綜合素質(zhì)型人才需求。