環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)儀器分析課程教學(xué)改革初探

劉靜

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?儀器分析課程是化學(xué)、藥學(xué)和環(huán)境等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程之一，專業(yè)培養(yǎng)方向的差異導(dǎo)致其學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容和重點(diǎn)各不相同。在環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中，過(guò)去的教學(xué)無(wú)論在教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面都存在一定的局限性，不利于學(xué)生研究、開發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，對(duì)本課程的教學(xué)進(jìn)行改革具有重要的意義。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?儀器分析;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;探索

[中圖分類號(hào)] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2020）07-0192-02

儀器分析是一門以物質(zhì)的物理和化學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用精密儀器來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的一門課程。其課程的內(nèi)容包含了光分析法、電化學(xué)分析法和色譜分析法，涵蓋了約10種主要相關(guān)儀器的組成、原理和使用的教學(xué)內(nèi)容。作為環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)必修課程，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生常反映教學(xué)內(nèi)容過(guò)多、原理混淆不清、儀器組成較復(fù)雜難懂等現(xiàn)象[1]。作為儀器分析教學(xué)的教師，如何讓學(xué)生在教學(xué)中能充分地掌握儀器的基本組成、原理以及熟練使用是我常常思考的一個(gè)問(wèn)題。因此，本文將以環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)方向?yàn)榛A(chǔ)，充分考慮在教學(xué)中出現(xiàn)的主要問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題提出相應(yīng)的改革方案，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

一、存在問(wèn)題

（一）教學(xué)內(nèi)容過(guò)于繁雜

儀器分析課程是一門交叉學(xué)科，其內(nèi)容涉及物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容。不僅如此，各個(gè)章節(jié)之間相對(duì)較獨(dú)立，沒(méi)有邏輯上的連接。此外，每一種大型儀器都包括多種結(jié)構(gòu)原件，其適用范圍、預(yù)處理方法、檢測(cè)原理等。因此，常常導(dǎo)致學(xué)生難以理解、內(nèi)容混淆。

（二）教學(xué)方法過(guò)于陳舊

在教學(xué)過(guò)程中，該課程相應(yīng)的理論教學(xué)課時(shí)量較少，但需要讓學(xué)生全面掌握6～8個(gè)常用精密儀器的結(jié)構(gòu)組成、檢測(cè)原理、使用方法等。由于講授內(nèi)容多、任務(wù)重，教師往往馬不停蹄地趕教學(xué)進(jìn)度而忽視了學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)，從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容常常理解不深刻、內(nèi)容不熟悉、原理混淆，最終在實(shí)踐的應(yīng)用中不知如何選擇儀器設(shè)備[2]。當(dāng)前常用的教學(xué)方法是，教師口若懸河地講授，學(xué)生無(wú)精打采地被動(dòng)接受，學(xué)生和教師之間缺乏互動(dòng)，課堂氛圍較沉悶，學(xué)生在課堂中的參與度和積極性較差，這不利于學(xué)生集中精力學(xué)習(xí)。

（三）對(duì)儀器原理和使用方法不清楚，導(dǎo)致實(shí)踐中不能選擇正確的檢測(cè)儀器

學(xué)習(xí)目的是為了在今后的實(shí)踐中能學(xué)以致用。在儀器分析的教學(xué)中，由于學(xué)生對(duì)儀器原理理解較淺顯，對(duì)儀器的使用也不夠熟練，常導(dǎo)致在實(shí)踐過(guò)程中不知該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何使用儀器以達(dá)到檢測(cè)的目的。

二、教學(xué)改革方法

（一）有針對(duì)性地選擇教學(xué)內(nèi)容

不同專業(yè)的培養(yǎng)方案中，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)方向略有差異，對(duì)基礎(chǔ)課程的要求也不盡相同，因此不能一味地按照相同的教學(xué)大綱設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)中，需要一方面對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)有所幫助，另一方面需要對(duì)后繼專業(yè)課程有益。如環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)主要將該課程應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中。在環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程，主要針對(duì)大氣、土壤和水體中各種潛在的污染物質(zhì)進(jìn)行含量和結(jié)構(gòu)的鑒定。但環(huán)境中大氣、土壤和水體中的成分自身的組成較復(fù)雜，因此，首先，涉及需要將待測(cè)樣品制備成需要檢測(cè)的液體或者固體的狀態(tài);其次，需要從復(fù)雜的組分中，分離出所需檢測(cè)的樣本;再次，需要鑒定出待測(cè)樣本中各組成成分;最后，進(jìn)一步確認(rèn)其結(jié)構(gòu)。整個(gè)過(guò)程常常用到原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、紅外光譜、紫外-可見光光譜、高效液相色譜、氣相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等儀器。因此，可以在教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)講述上述章節(jié)的內(nèi)容，而弱化如庫(kù)倫儀和極譜分析儀等的講授。在課堂中，對(duì)常用儀器的原理、組成和使用要重點(diǎn)、反復(fù)地講。

通過(guò)有限的教學(xué)課時(shí)，高效地完成教學(xué)內(nèi)容并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率是教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一，因此，注重網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)意義重大。通過(guò)上述內(nèi)容的描述，有針對(duì)性地選擇重點(diǎn)的教學(xué)章節(jié)是必不可少的，但是部分學(xué)生可能對(duì)其他的內(nèi)容也興趣濃厚，所以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)，一方面可以補(bǔ)充課堂上涉及較少的內(nèi)容，另一方面也可以彌補(bǔ)學(xué)生在課堂理解不透徹的內(nèi)容，使得整個(gè)教學(xué)得以完善。

不僅如此，在教學(xué)過(guò)程中，教師可以對(duì)同種儀器不同的型號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。當(dāng)前的儀器設(shè)備，更新速度快，每一種儀器都有多種不同的型號(hào)，教師可以在教學(xué)過(guò)程中，將相關(guān)的儀器以課后作業(yè)的形式布置給學(xué)生，學(xué)生通過(guò)自我學(xué)習(xí)了解不同型號(hào)同種儀器差別的點(diǎn)，如原理、檢測(cè)器、樣品預(yù)處理等，以及在應(yīng)用過(guò)程中可能存在的局限性進(jìn)行分析講解，以期讓學(xué)生熟練掌握儀器的原理和功能，便于在以后的工作中能得心應(yīng)手使用不同型號(hào)的同種儀器。

（二）有針對(duì)性地選擇教學(xué)方法

在過(guò)去的課堂上，是以教師為主體的教學(xué)，學(xué)生作為聽眾，被動(dòng)地接受知識(shí)[3]。該方法只是死板地將知識(shí)輸出給學(xué)生，學(xué)生是否有效地掌握知識(shí)尚不可知，對(duì)知識(shí)的掌握也不夠全面、不夠完整。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，可以采取以下的教學(xué)方式進(jìn)行改善。

1.參與式教學(xué)方式

讓學(xué)生通過(guò)講授PPT的方式參與到教學(xué)中，如可將學(xué)生分為每組4～5人，教師給定教學(xué)的其中章節(jié)，讓學(xué)生自行查閱資料，預(yù)習(xí)課本內(nèi)容，認(rèn)真準(zhǔn)備PPT內(nèi)容，最后在課堂上進(jìn)行講解。該過(guò)程學(xué)生做到了提前預(yù)習(xí)，深入了解，再脫稿講解，這個(gè)方法，一方面可以讓學(xué)生主動(dòng)地預(yù)習(xí)課本，查閱資料理解難點(diǎn);另一方面教師可以通過(guò)學(xué)生的講解補(bǔ)充其中存在的知識(shí)漏洞，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)。

2.加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)資源在教學(xué)中的應(yīng)用

在儀器分析課程的教學(xué)中，各種儀器組成復(fù)雜，簡(jiǎn)單的講解難以讓學(xué)生對(duì)抽象的儀器有所了解，因此通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻或者網(wǎng)絡(luò)動(dòng)圖對(duì)所講解的儀器進(jìn)行內(nèi)部分解和儀器運(yùn)行的分解，視覺(jué)上的沖擊可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并提高他們對(duì)儀器組成的直觀了解。

3.在課堂上設(shè)置討論環(huán)節(jié)

隨著社會(huì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息傳播迅速，因此可以在課堂上將學(xué)生從新聞中看到的環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題引入課堂中進(jìn)行討論。如教師給出熱點(diǎn)問(wèn)題，并表明其中存在的問(wèn)題，將學(xué)生分為多個(gè)小組后，通過(guò)多方討論的方式讓學(xué)生應(yīng)用儀器分析的知識(shí)，對(duì)問(wèn)題提出解決的方案以及分析可能存在的問(wèn)題。該方法，不僅可以改善課堂的氛圍，提高學(xué)生對(duì)課堂的參與度，還可以使得學(xué)生有效地利用已學(xué)習(xí)的知識(shí)解決當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題，以便達(dá)到學(xué)以致用。

4.增加課前提問(wèn)

當(dāng)前的學(xué)生認(rèn)為大學(xué)課程的學(xué)習(xí)都是為了應(yīng)付考試，而忽略了其適用性，所以課堂的參與度不夠，也不關(guān)心課堂講述的內(nèi)容。可以在課前增加提問(wèn)的環(huán)節(jié)，并將成績(jī)納入成績(jī)考核的范疇，以此來(lái)要求學(xué)生參與到學(xué)習(xí)中。課前提問(wèn)，不僅達(dá)到了對(duì)上次課程的簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)以及承接本次課程的目的，且達(dá)到課前讓學(xué)生集中精力的效果。

5.增加實(shí)例的講解

單純的理論內(nèi)容的講解往往讓學(xué)生在課堂上昏昏欲睡，因此，可以在課堂上增加實(shí)例的分析。如可以增加環(huán)境中重大的污染事故，然后對(duì)事故的原因和檢測(cè)分析過(guò)程進(jìn)行抽絲剝繭的講授，可以有效地讓學(xué)生學(xué)習(xí)到如何對(duì)環(huán)境的污染源進(jìn)行分析，從而增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和興趣。

（三）注重學(xué)生動(dòng)手能力和獨(dú)立思維的培養(yǎng)

學(xué)習(xí)的目的是為了今后的工作或科研服務(wù)。學(xué)生動(dòng)手能力和獨(dú)立思維的培養(yǎng)，在儀器分析課程中主要體現(xiàn)在能獨(dú)立地完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并順利完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。過(guò)去的教學(xué)，僅僅是“填鴨式”地完成課程內(nèi)容而忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)后獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)。雖然也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)用于對(duì)理論知識(shí)的鞏固和學(xué)習(xí)，但實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)僅僅是讓學(xué)生通過(guò)一些重復(fù)性實(shí)驗(yàn)照葫蘆畫瓢地熟悉儀器的簡(jiǎn)單操作即完成了本門課程的教學(xué)。此種教學(xué)學(xué)生從中收效甚微，學(xué)生得到的知識(shí)較片面，學(xué)生難以全面地熟練掌握，不能達(dá)到真正的學(xué)以致用。針對(duì)上述情況，可以采取以下方式。

1.布置設(shè)計(jì)性的課后作業(yè)

理論知識(shí)的掌握是為實(shí)踐服務(wù)的，因此只有通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)才能體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)理論課程熟練掌握的程度。因此，在教學(xué)中，應(yīng)該注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。課后作業(yè)的布置中，教師可以就當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題，如空氣顆粒物、水污染等，讓學(xué)生通過(guò)已學(xué)習(xí)的儀器分析的知識(shí)，對(duì)這些待測(cè)樣本中的物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定，來(lái)鞏固他們所學(xué)的理論知識(shí)。

2.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

即教師提前給出題目，學(xué)生通過(guò)課后查閱文獻(xiàn)等自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。該過(guò)程可以鍛煉學(xué)生的自我思考能力，通過(guò)學(xué)到的知識(shí)，將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中來(lái)，該過(guò)程不僅較全面地考驗(yàn)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，同時(shí)達(dá)到對(duì)已有知識(shí)的鞏固作用。

儀器分析是一門多學(xué)科交叉的課程，不同專業(yè)學(xué)生在基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)習(xí)中對(duì)知識(shí)掌握程度和要求不同，不同專業(yè)對(duì)儀器使用的目的也不盡相同，因此需要因地制宜地制訂合時(shí)宜的、高效的、有針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。作為儀器分析課程的教師，只有對(duì)教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行有目的的講解，并改善陳舊的教學(xué)方法，并著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，才能有效地提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生才能全面地掌握本門專業(yè)基礎(chǔ)課，從而學(xué)以致用。

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◎編輯 原琳娜