工程認證背景下儀器分析課程教學(xué)改革與人才培養(yǎng)探討*

王 慶，譚 茜，劉 寧

(湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

工程教育專業(yè)認證的核心就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量標準要求，是以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導(dǎo)向的合格性評價。其實質(zhì)是對工科專業(yè)教育的綜合性評估和指導(dǎo)[1-2]。工程教育專業(yè)認證是一種世界性的工科專業(yè)教育導(dǎo)向，我國自2006年開始第一批進行工程教育專業(yè)認證，到現(xiàn)在經(jīng)歷了十多年的過程，已經(jīng)有上百所學(xué)校幾百個專業(yè)通過了工程教育專業(yè)認證，為我國工科人才的培養(yǎng)和專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的提高起到了指導(dǎo)性作用。

現(xiàn)代分析儀器的使用在眾多的工業(yè)領(lǐng)域如化工、制藥、食品、環(huán)境、材料、安全等十分普遍，同時也是工科專業(yè)本科畢業(yè)生必需掌握的一項基礎(chǔ)知識和基本技能。所以儀器分析課程是工科專業(yè)必修的一門理論課程。通過對儀器分析課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種儀器分析方法的基本原理、儀器的基本結(jié)構(gòu)及核心部件的功能，學(xué)會建立各自的分析方法，初步具有綜合應(yīng)用各種儀器分析方法對實際問題進行分析解決的能力，培養(yǎng)出符合新時代和現(xiàn)代社會需求的工程應(yīng)用型人才[3-5]。同時，學(xué)生如果掌握好儀器分析知識和檢測技能，并具有一定的利用分析儀器解決問題能力，其在就業(yè)過程中會展現(xiàn)更大的優(yōu)勢，并在未來的工作中更加得心應(yīng)手。

儀器分析課程是化學(xué)相關(guān)專業(yè)必修專業(yè)課程，它的開展對培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)本科生的實踐能力至關(guān)重要，同時也為高等本科院校培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的工程技術(shù)性人才奠定基礎(chǔ)[6]。結(jié)合工程教育認證標準規(guī)定了學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達到 12 項畢業(yè)要求。儀器分析課程主要支撐畢業(yè)要求中的 3 項，分別是: 畢業(yè)要求2(問題分析)，畢業(yè)要求4(研究)，畢業(yè)要求5(使用現(xiàn)代工具)。

1 儀器分析課程教學(xué)模式現(xiàn)狀

1.1 從教學(xué)內(nèi)容上分析

教學(xué)內(nèi)容多且理解難度大。普通高校對儀器分析課程的要求基本類似，主要是要求學(xué)生掌握光學(xué)分析法、電學(xué)分析法和色譜分析法相關(guān)內(nèi)容?？此浦挥腥惙治龇椒?，但涉及無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、物理學(xué)以及高等數(shù)學(xué)等相關(guān)知識，要掌握的儀器達十多種；同時，每一類分析方法都會有許多新的概念和定義，包括分析方法的原理，如何進行定量定性分析，儀器的結(jié)構(gòu)、操作與維護等。而儀器分析課程一般在大三開設(shè)，正是學(xué)生大量學(xué)習(xí)專業(yè)課程時期，課程多，學(xué)習(xí)任務(wù)重，學(xué)生每們課程能投入的精力十分有限，再加上知識點多而且容易混淆，學(xué)生很難學(xué)好儀器分析課程。

1.2 從教學(xué)模式上分析

教學(xué)模式相對落后。儀器分析課程教學(xué)模式基本上是采用授課、答疑、作業(yè)這一傳統(tǒng)教學(xué)模式完成。授課一般都采用老師講述、學(xué)生記筆記的模式，缺少發(fā)散與連貫；答疑過程由于學(xué)生很少接觸到具體的儀器設(shè)備，許多問題都在課堂沒法講述清楚；而作業(yè)普遍存在查閱參考書看答案，很少自己動腦筋去完成的現(xiàn)象。最終對學(xué)習(xí)效果的考察，主要用期末考試成績來確定，這導(dǎo)致學(xué)生只注重書面知識點的記憶，而分析儀器的操作技能和其在實際的應(yīng)用關(guān)注較少。

1.3 從理論聯(lián)系實際情況分析

理論教學(xué)與實際操作脫節(jié)嚴重。由于分析儀器普遍都是貴重的大型儀器，同時教育經(jīng)費的匱乏，許多學(xué)校不是缺少大型儀器就是缺少大型儀器的技術(shù)操作人員。面對這些困難，一些學(xué)校的儀器分析實驗課只能進行，演示實驗，甚至有些學(xué)校不能開設(shè)儀器分析實驗課。學(xué)生缺少動手操作機會，很難進一步理解掌握理論課的知識。理論與實際脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生腦海里只有抽象的概念，缺乏具體的感官認知，更別說學(xué)以致用。所以傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足新時代教學(xué)要求，也無法滿足工程認證中對人才培養(yǎng)的要求。

2 儀器分析課程教學(xué)改革措施

2.1 教學(xué)大綱與教學(xué)內(nèi)容工程認證導(dǎo)向化

儀器分析課程章節(jié)多內(nèi)容繁，如何在有限的課時內(nèi)達到較好的教學(xué)效果是一個值得探討的問題。在專業(yè)認證理念中，學(xué)院需根據(jù)學(xué)校的定位、適應(yīng)社會發(fā)展和所有畢業(yè)生發(fā)展的需要制定相應(yīng)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求。培養(yǎng)目標的達成，需要課程、師資隊伍等各種條件來提供支撐。因而，作為一門專業(yè)主干課程，儀器分析課程的建設(shè)需對照認證標準，圍繞畢業(yè)要求進行，確定這門課程在整個專業(yè)知識體系中和提升學(xué)生能力中的作用，選擇適合專業(yè)建設(shè)發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容，編制合理的教學(xué)大綱。這樣使得教學(xué)內(nèi)容更具針對性和先進性，既能減輕教學(xué)負擔(dān)，提高教學(xué)效率，又能夠培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的專業(yè)人才。在工程教育專業(yè)認證的背景下，要仔細觀察專業(yè)的培養(yǎng)目標、專業(yè)方向和畢業(yè)要求，制訂教學(xué)大綱，選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，對原有的教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化和更新，以適應(yīng)在工程認證背景下現(xiàn)代社會對專業(yè)發(fā)展的要求。例如應(yīng)用化學(xué)專業(yè)可以適當增加光分析法的比重；高分子材料專業(yè)增加熱分析法和表面分析法的內(nèi)容；制藥專業(yè)增加波譜分析的內(nèi)容等。同時，為了支撐畢業(yè)要求，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該在最后一次課中增加案例分析，如一些微量元素的檢測、混合物的分離、化合物結(jié)構(gòu)分析等。使得學(xué)生從問題提出—解決問題方案設(shè)計—現(xiàn)代工具的使用—科研這一過程有相對具體的認識和了解。在將來的工作中在分析問題和解決問題上有更厚實的基礎(chǔ)。

2.2 課堂教學(xué)方法和手段多樣化

工程教育專業(yè)認證的一個基本理念是“以學(xué)生為中心”，它體現(xiàn)了學(xué)生在課堂上的主體地位，強調(diào)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，教師由課堂的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)者。然而儀器分析課程包括各種儀器的工作原理、儀器結(jié)構(gòu)、定性定量方法及應(yīng)用范圍等教學(xué)內(nèi)容。同時各種分析儀器都不相同，而且有些儀器從其方法原理及結(jié)構(gòu)的內(nèi)容都非常抽象。導(dǎo)致教師講課難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)困惑多，整個教學(xué)效果較差。為了提高教學(xué)效果，必須要采用適當?shù)慕虒W(xué)方法。由于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可以將教學(xué)分為線下教學(xué)和線上學(xué)習(xí)兩部分。

(1)線下教學(xué)部分：

根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，圍繞儀器分析課程主要支撐工程教育認證標準規(guī)定了學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達到 3項畢業(yè)要求，設(shè)計不同的教學(xué)方法如講授法、提問法、動畫法、黑板演示、分組討論等或幾種方法綜合運用，目的是使學(xué)生充分參與到教學(xué)過程，以提高學(xué)習(xí)效果。例如：圍繞畢業(yè)要求2(問題分析)和畢業(yè)要求4(研究)，對各種儀器的原理進行不同層次的講解，使得學(xué)生能夠充分理解和掌握次儀器主要表征樣品的哪種性能，從而提高學(xué)生對問題的分析能力及開展研究；圍繞畢業(yè)要求5(使用現(xiàn)代工具)，主要講解各種儀器的具體的操作流程，提高學(xué)生對儀器的熟悉程度，再結(jié)合儀器分析實驗達到熟練操作各種儀器的能力。在教學(xué)過程中，理論教學(xué)要與實際應(yīng)用的案例相結(jié)合。通過對案例的剖析，讓同學(xué)加深對不同儀器的原理和使用方法的認識。例如在氣相色譜分析法中，通過對石油裂解產(chǎn)物恒溫氣相色譜圖和程序升溫氣相色譜圖的對比，可以是學(xué)生更好的了解儀器使用的局限性及改善方法。

(2)線上學(xué)習(xí)部分：

現(xiàn)代社會是信息化時代，老師可以通過各種媒體獲取教學(xué)資料，并將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。多媒體教學(xué)能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)方法，提高學(xué)生的積極性，更有利于學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。通過flash動畫，視頻教程等方式使枯燥的課堂變得有趣，并可以結(jié)合一些著名的科學(xué)家使用儀器的典故來提高學(xué)生對不同儀器的了解和使用，更好的為工程教育認證標準畢業(yè)要求(2)和(4)服務(wù)。對于儀器的具體操作過程，可提前將各類儀器的操作錄制成微課，課堂上結(jié)合微課對分析儀器的操作步驟進行講解，可幫助學(xué)生快速掌握各種儀器的操作使用，為工程教育認證標準畢業(yè)要求(5)提供支撐。利用學(xué)生的碎片時間，讓學(xué)生在中國慕課、雨課堂進行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，例如對清華大起、湖南大學(xué)、北京化工大學(xué)等學(xué)校的國家級精品課程《儀器分析》或者《分析化學(xué)》儀器分析部分的視頻學(xué)習(xí)，達到查漏補缺、鞏固提高的作用。

2.3 實驗教學(xué)信息化

在工程教育認證中，儀器分析實驗是對畢業(yè)要求5(使用現(xiàn)代工具)高支撐。因此，如何提高儀器分析實驗教學(xué)，起到服務(wù)工程認證的目的，國內(nèi)很多高校在儀器分析實驗教學(xué)進行了探索和改革，如分階段教學(xué)，啟發(fā)性學(xué)習(xí)及以開放實驗為中心的實驗教學(xué)模式等。在實驗教學(xué)方面，建立以必做實驗為主，開放實驗為輔教學(xué)模式，注重基礎(chǔ)技能訓(xùn)練和設(shè)計性、綜合性實驗的合理安排，形成完整的統(tǒng)一的、循序漸進的實驗教學(xué)模式。指定課時內(nèi)必做實驗，訓(xùn)練學(xué)生實驗基本能力，對于學(xué)生掌握儀器分析的基本原理、操作技能和適用范圍是非常必要的；額定課時之外組織的開放實驗，學(xué)生通過網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)提交實驗方案、聯(lián)系指導(dǎo)老師、預(yù)約儀器、進入實驗、提交實驗報告等環(huán)節(jié)完成。這個階段的訓(xùn)練不但給學(xué)生提供了發(fā)揮創(chuàng)造能力的舞臺，還給學(xué)生提供了系統(tǒng)歸納、總結(jié)和應(yīng)用基礎(chǔ)階段所學(xué)知識和技能的機會，使基礎(chǔ)知識和基本技能得到鞏固、充實和提高，同時又為大學(xué)生科研創(chuàng)新實驗奠定了基礎(chǔ)。

2.4 課程考核方式靈活化

儀器分析課程的考核方式主要是閉卷考試。期末考試成績占 70% ，平時成績占 30% ?？荚噧?nèi)容主要是各種儀器分析方法的基本原理及相關(guān)的應(yīng)用。這種考核方式難以體現(xiàn)學(xué)生的真實掌握情況，尤其是學(xué)生對儀器的使用情況無法體現(xiàn)。所以在工程認證的背景下，通過對教學(xué)大綱的修訂，考核方式可以變成了理論考試和實驗技能操作相結(jié)合的模式。采用總成績分為三部分: 期末考試成績、平時成績、實驗成績各占一定比例 。期末考試主要是理論考試，而實驗成績中，對每次實驗都進行量化評分，評分的標準細化到各個方面，如: 預(yù)習(xí)報告、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、實驗結(jié)果、問題討論。每個內(nèi)容各占一定的比例，尤其是實驗操作比例較大。這樣可以充分考慮學(xué)生平時學(xué)習(xí)效果，也可以引導(dǎo)學(xué)生加強其對儀器的操作能力，強化他們的實驗技能，培養(yǎng)更加合格的工程師型人才。

3 結(jié) 語

工程認證背景下，對儀器分析課程提出了新的要求，無論是從教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)方法方面都要有進一步提高。教師應(yīng)該采用現(xiàn)代教學(xué)方法，使學(xué)生掌握“基本原理——儀器結(jié)構(gòu)——應(yīng)用范圍”這種儀器分析課程特色學(xué)習(xí)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，牢固的掌握各個知識點，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，把學(xué)生培養(yǎng)成符合時代需要的工程師型人才。