儀器分析課程教學(xué)改革探索

楚惠元

摘要 儀器分析具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，是基于化學(xué)原理、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等發(fā)展起來(lái)的一門課程。儀器分析課程的教學(xué)目標(biāo)是掌握儀器分析設(shè)備的一般原理和實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)。隨著新理論、新儀器分析方法以及新教學(xué)理念的不斷涌現(xiàn)，對(duì)于儀器分析教學(xué)而言，要求教師及時(shí)調(diào)整和更新教學(xué)方法，做到與時(shí)俱進(jìn)。文章從豐富理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、融入OBE教學(xué)理念和思政元素、增加過(guò)程考核等方面對(duì)儀器分析課程教學(xué)進(jìn)行了改革探索。

關(guān)鍵詞 儀器分析；教學(xué)；改革

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.10.045

儀器分析是借助于精密儀器對(duì)待測(cè)試樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)及定性定量分析的方法。該課程不僅是化學(xué)類專業(yè)的必修課程，也是農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、生物、環(huán)境以及食品等專業(yè)的基礎(chǔ)性課程。對(duì)儀器分析課程的掌握成為科研型人才應(yīng)具備的基本素質(zhì)，然而隨著新理論、新儀器和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有的儀器分析教學(xué)內(nèi)容未能及時(shí)更新，教學(xué)方式單一等問(wèn)題制約著儀器分析教學(xué)的開(kāi)展[1]。本文從豐富理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、融入OBE教學(xué)理念和思政元素、增加過(guò)程考核等方面對(duì)儀器分析課程教學(xué)進(jìn)行改革探索，提出相應(yīng)解決策略，以期為儀器分析教學(xué)提供有益借鑒。

1課程教學(xué)存在的問(wèn)題

儀器分析課程的教學(xué)大綱明確提出：“儀器分析課程的關(guān)鍵目標(biāo)在于讓學(xué)生能夠明白儀器的基礎(chǔ)運(yùn)作原理以及具備基礎(chǔ)使用分析儀器的能力，可以按照分析任務(wù)而使用恰當(dāng)?shù)姆治龇绞健盵2]。學(xué)生能夠通過(guò)操作精密儀器，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)并有效分析數(shù)據(jù)，各種儀器的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練在學(xué)生未來(lái)開(kāi)展研究和工作過(guò)程中都會(huì)發(fā)揮重要作用。目前在儀器分析課程教學(xué)過(guò)程中存在一些問(wèn)題。

1.1教學(xué)內(nèi)容抽象陳舊

儀器分析理論課中有大量常規(guī)儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)理論知識(shí)及其工作原理部分需要學(xué)生掌握，如氣液相色譜儀，原子發(fā)射光譜儀光源和檢測(cè)器，原子吸收分光光度計(jì)，紫外―可見(jiàn)分光光度計(jì)，傅里葉變換紅外光譜儀等。由于這部分教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)到光、電、磁等知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容比較抽象，且課時(shí)有限，學(xué)生理解和掌握起來(lái)比較困難，導(dǎo)致教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期。課程內(nèi)容中有一些儀器設(shè)備知識(shí)點(diǎn)過(guò)于陳舊，目前在工作和科研中已經(jīng)很少用到，學(xué)生感覺(jué)所學(xué)無(wú)用，漸漸地喪失了學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，難以取得理想的學(xué)習(xí)成果。

儀器分析實(shí)驗(yàn)課里的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)偏少。設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力，而基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難度小，不易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的能力。

1.2理論課授課方式過(guò)于單一

目前，“儀器分析”課程的理論學(xué)習(xí)部分，老師通常采用PPT展示和講授結(jié)合的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法相比單一講授方式有一定的優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在一些弊端，如不能以學(xué)生為中心，老師與學(xué)生缺乏課堂互動(dòng)；老師不能及時(shí)精準(zhǔn)得知學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，且課時(shí)數(shù)少，內(nèi)容多，采用“灌輸式”教學(xué)方式把課程內(nèi)容講完，課堂教學(xué)效果很難保證；通過(guò)這種“滿堂灌”的教學(xué)方式，學(xué)生很難把握課堂上哪些知識(shí)點(diǎn)是必須掌握的，掌握到什么程度，哪些知識(shí)點(diǎn)只需要了解，且出現(xiàn)上課積極性不高，注意力不集中等情況，課后如果不積極復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容，知識(shí)遺忘很快。

1.3實(shí)驗(yàn)課教學(xué)形式單一且缺乏教學(xué)儀器支撐

“儀器分析”是理論兼實(shí)驗(yàn)的課程。課程實(shí)驗(yàn)部分是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在上實(shí)驗(yàn)課之前，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)書預(yù)習(xí)要上的實(shí)驗(yàn)課，書寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)課上，老師講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，學(xué)生按照所講的實(shí)驗(yàn)步驟操作儀器，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這種單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式讓學(xué)生自己動(dòng)腦筋思考的部分較少，大部分學(xué)生不理解每一步實(shí)驗(yàn)操作目的是什么，為什么要這么操作，也不知道這種檢測(cè)方法還能適用其他什么試樣的檢測(cè)。掌握的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能不能活學(xué)活用。還有，儀器分析課上需要的儀器種類較多，一些小型的儀器，數(shù)量較多，學(xué)生每人都可以獨(dú)立操作完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。但對(duì)于一些大型儀器，比如氣相和液相色譜分析儀、核磁和質(zhì)譜儀等，實(shí)驗(yàn)室只有一臺(tái)，學(xué)生只能幾個(gè)人一組做實(shí)驗(yàn)，有的學(xué)生沒(méi)有動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，就不能充分掌握該儀器操作的相關(guān)要領(lǐng)。

1.4教學(xué)過(guò)程考核形式不夠多樣化

目前評(píng)價(jià)學(xué)生的成績(jī)就是傳統(tǒng)的平時(shí)考勤、課堂綜合表現(xiàn)、期中考試、期末考試等，只能評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)“儀器分析”課程知識(shí)內(nèi)容的掌握，而不能反映學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2教學(xué)改革建議

2.1豐富教學(xué)手段，更新知識(shí)體系

在講授儀器的構(gòu)造和工作原理等一些晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以播放儀器的一些動(dòng)畫視頻，學(xué)生可直觀地感受老師所講的內(nèi)容，幫助學(xué)生理解并增加課堂教學(xué)的生動(dòng)性和趣味性，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。在課堂上適當(dāng)增加學(xué)生討論互動(dòng)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)重要的知識(shí)點(diǎn)加深理解并掌握。課后老師可將課件、小視頻放到“超星學(xué)習(xí)通”，便于學(xué)生復(fù)習(xí)，對(duì)有疑問(wèn)的知識(shí)點(diǎn)可在學(xué)習(xí)通上與老師討論。進(jìn)一步豐富在線教學(xué)資源包括教案、課件、微視頻、隨堂測(cè)試等，充分發(fā)揮在線平臺(tái)通知、主題討論、隨堂練習(xí)、作業(yè)、資料、考試等模塊的功能，通過(guò)建立完善的資料庫(kù)供學(xué)生學(xué)習(xí)參與，不斷提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣與能力。

針對(duì)一些陳舊儀器的講授，老師要適當(dāng)減少課時(shí)，增加一些新型聯(lián)用儀器原理和技術(shù)的介紹，同時(shí)加入一些目前針對(duì)儀器分析方向的學(xué)術(shù)前沿講座，讓學(xué)生感受到儀器分析課程的重要性和科學(xué)知識(shí)的價(jià)值和力量。

實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容多增加一些設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，理論聯(lián)系實(shí)際，多給學(xué)生發(fā)揮的空間，讓學(xué)生展示自己的能力，并啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

2.2以學(xué)生為中心，融入OBE教學(xué)理念

成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）是20世紀(jì)80年代提出的教育模式。該教育理念被認(rèn)為是追求卓越教育的正確方向，教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后所取得的學(xué)習(xí)成果[3]。OBE理念關(guān)注學(xué)習(xí)主體的學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)主體掌握知識(shí)和能力的程度，而不是單一強(qiáng)調(diào)施教者“如何教”和“教什么”。在OBE教學(xué)理念下，更加注重學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)，所以，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，開(kāi)展線上線下混合式的互動(dòng)教學(xué)[4]。近年來(lái)，“微課”“慕課”教學(xué)資源興起。在授課之前，教師可讓學(xué)生通過(guò)“微課”“慕課”及課程PPT等教學(xué)資源提前了解授課內(nèi)容，畫出知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，一些概念性的知識(shí)點(diǎn)提前消化掌握，將自己不懂的問(wèn)題進(jìn)行標(biāo)注，帶著問(wèn)題進(jìn)課堂。教師上課前先了解學(xué)生對(duì)該堂課的知識(shí)存在哪些問(wèn)題，對(duì)于大家都能理解的知識(shí)點(diǎn)少講，存在問(wèn)題的知識(shí)點(diǎn)重點(diǎn)講授。在有限的課間內(nèi)，教師做到有的放矢，學(xué)生不懂的問(wèn)題得到解釋，提高課堂效率，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在每一章節(jié)課程講授結(jié)束，教師及時(shí)通過(guò)隨堂測(cè)試、課堂提問(wèn)、作業(yè)和問(wèn)卷調(diào)查等形式對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)方法。具體理論課授課框架如圖1（p147）所示。

2.3豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

目前儀器分析實(shí)驗(yàn)課的授課模式大多是傳統(tǒng)的課前預(yù)習(xí)，課中老師講解和學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生只按部就班地操作，不能帶著問(wèn)題去做實(shí)驗(yàn)，無(wú)法真正理解并掌握儀器的操作原理及步驟，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更缺乏自主分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)方法，在開(kāi)課前，學(xué)生應(yīng)該通過(guò)“微課”“慕課”等教學(xué)資源提前了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等。教師在做預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該讓學(xué)生參與其中，比如儀器的開(kāi)關(guān)預(yù)熱、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。這樣可以使學(xué)生在正式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)之前，進(jìn)一步了解儀器設(shè)備的操作和實(shí)驗(yàn)流程。對(duì)于一些大型精密儀器，學(xué)生不能人手一臺(tái)進(jìn)行操作，教師可以加入虛擬仿真內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)使用虛擬仿真軟件掌握儀器的操作步驟、實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和儀器的注意事項(xiàng)等知識(shí)，使學(xué)生取得較好的學(xué)習(xí)效果，為今后的工作和科研打下基礎(chǔ)。

2.4引入思政元素

習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上提出“要把立德樹(shù)人融入思想道德教育、文化知識(shí)教育和社會(huì)實(shí)踐教育各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”，開(kāi)創(chuàng)高等教育事業(yè)發(fā)展的新篇章[5-6]。為了響應(yīng)這一號(hào)召，應(yīng)該積極推進(jìn)課程思政進(jìn)課堂、進(jìn)教材和進(jìn)頭腦。“儀器分析”是一門文理專業(yè)兼具、理論實(shí)踐并重、交叉學(xué)科融合的綜合性課程，深挖該課程蘊(yùn)含的課程思政元素，將“儀器分析”課程里的知識(shí)點(diǎn)與思政內(nèi)容完美結(jié)合，真正做到“立德樹(shù)人，全方位育人”?！皟x器分析”課程教學(xué)中一些教學(xué)內(nèi)容與思政元素設(shè)計(jì)如表1所示。

2.5多樣化的過(guò)程考核方式

傳統(tǒng)的考核方式已經(jīng)不能適應(yīng)教學(xué)要求。在課堂上通過(guò)小測(cè)驗(yàn)的方式隨機(jī)抽查學(xué)生對(duì)自學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，這部分內(nèi)容應(yīng)該單獨(dú)列為一項(xiàng)考核內(nèi)容，并增加課堂互動(dòng)討論和PPT講解等考核項(xiàng)目；期末考試方面，試題可增加一些設(shè)計(jì)類題型，比如中草藥有效成分的提取用到哪些檢測(cè)儀器，具體的實(shí)驗(yàn)步驟有哪些等。這些內(nèi)容的增加可充分考查學(xué)生的能力素質(zhì)及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3結(jié)語(yǔ)

本文闡述了目前“儀器分析”課程的內(nèi)容抽象陳舊、理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一、考核方式不夠多樣化等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，提出了“儀器分析”課程教學(xué)改革的一些方法和舉措，主要包括豐富理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、融入OBE教學(xué)理念和課程思政及增加多樣化過(guò)程考核方式等方面。這些改革舉措主要推行多元化的教學(xué)手段和線上線下混合教學(xué)模式，增加了新的教學(xué)理念和考核方式，做到與時(shí)俱進(jìn)，以期為“儀器分析”教學(xué)提供借鑒。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（NJZY22246）；河套學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（HYZY202103）。

參考文獻(xiàn)

[1]趙倩，石星波.“儀器分析”課程教學(xué)改革探索[J]. 2020，6 （48）：123-125.

[2]王宇昕，付穎，高爽.基于CDIO培養(yǎng)模式的高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（7）：244-246，267.

[3]梅運(yùn)軍，黃嵐，胡純，等.成果導(dǎo)向教育理念（OBE）下的環(huán)境工程微生物學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].微生物學(xué)通報(bào)，2018，45（3）：609-615.

[4]劉明，孫海燕，鄭樹(shù)生.基于OBE理念的“儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2020，7（7）：113-115.

[5]高亞輝，王芳，尹國(guó)杰，等.“課程思政”視角下“綠色化學(xué)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)[J].安徽化工，2021，47（6）：208-213.

[6]王如平，王如軍.課程思政視域下高職院校工匠精神培育探索[J].成才之路，2021（35）：4-6.