對多學(xué)科融合背景下本科分析化學(xué)教學(xué)的思考*

閆力強(qiáng)，聶瑾芳

(桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

分析化學(xué)(Analytical Chemistry)是利用各種理論、方法策略和儀器來鑒定物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)及物性關(guān)系的科學(xué)，幾乎與化學(xué)有關(guān)的學(xué)科都離不開分析化學(xué)的支持，因此被稱為科研的眼睛。目前，分析化學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用在能源化工、材料、疾病診斷、環(huán)境檢測、藥物分析和生物科學(xué)等領(lǐng)域，是化學(xué)科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等專業(yè)的必修課程之一[1-2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們在科學(xué)研究領(lǐng)域的不斷深化，人們面對和解決的問題更加復(fù)雜，這就需要分析化學(xué)能夠提供更加進(jìn)步和可靠手段，進(jìn)行超精細(xì)、超靈敏的分析檢測，分析化學(xué)的重要性越發(fā)顯現(xiàn)出來。尤其在進(jìn)入21 世紀(jì)后，人們在面對和解決更加復(fù)雜的科學(xué)問題的時(shí)候，單一的學(xué)科界限不斷被超越，學(xué)科之間，甚至多學(xué)科之間出現(xiàn)了越來越多的交叉、融合和滲透，學(xué)科間的界限不斷被打破和重組，出現(xiàn)了很多新型的交叉學(xué)科，因此分析化學(xué)的發(fā)展和教學(xué)面臨著新的形式和任務(wù)[3]。然而，多學(xué)科交叉融合并不是抹除學(xué)科間的差異，而是學(xué)科之間知識(shí)的滲透、技術(shù)的相互學(xué)習(xí)、相互借鑒、相互促進(jìn)，從而達(dá)到共同發(fā)展和進(jìn)步的良好局面。在學(xué)科融合的大背景下，只有牢牢把握住學(xué)科間的耦合點(diǎn)，自覺引用和借鑒其他學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，在科學(xué)研究中取得更大的突破，發(fā)現(xiàn)更多的創(chuàng)新點(diǎn)，從而取得更大的成就。越來越多的科研工作者不斷意識(shí)到：多學(xué)科交叉融合成為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力之源[4]。很多科學(xué)前沿的重大發(fā)展和重要的技術(shù)突破都得益于學(xué)科的交叉與融合。

1 分析化學(xué)與其它學(xué)科的密切聯(lián)系

環(huán)境分析化學(xué)就是利用應(yīng)用現(xiàn)代分析化學(xué)中的各項(xiàng)新成就(新理論、新方法、新技術(shù))，研究環(huán)境中與人類生活密切相關(guān)的物質(zhì)的成分和含量的一個(gè)學(xué)科。其主要任務(wù)是開發(fā)穩(wěn)定、可靠、快捷的分析測試方法或新型的分析儀器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境物質(zhì)的高靈敏檢測?？梢哉f沒有分析化學(xué)技術(shù)就沒有現(xiàn)代的環(huán)境科學(xué)。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，分析化學(xué)為生命科學(xué)的研究提供了必要的分析測試方法和儀器，如進(jìn)行人體細(xì)胞代謝功能顯像的正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)、進(jìn)行蛋白質(zhì)分離的電泳技術(shù)和超速離心機(jī)、對細(xì)胞和組織進(jìn)行觀察的光學(xué)和電子顯微鏡以及核磁共振分光計(jì)等。

材料科學(xué)也是一門多學(xué)科交叉的應(yīng)用科學(xué)，在材料科學(xué)的科研過程中材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和性能等的表征也離不開分析化學(xué)的支持，如掃描電子顯微鏡、投射電子顯微鏡和凝膠滲透色譜儀等。

藥物分析化學(xué)是鑒定藥物的成分、組分含量和化學(xué)結(jié)構(gòu)的學(xué)科，也是分析化學(xué)的一個(gè)重要分支。藥物分析化學(xué)主要任務(wù)中，對成分的定性和定量分析，如比色法、滴定法和分光光度法等，都是分析化學(xué)中經(jīng)典的分析測試技術(shù)。所以說，藥物分析化學(xué)的發(fā)展與分析化學(xué)是密不可分的。

為了順應(yīng)學(xué)科交叉融合的趨勢，為其它學(xué)科的發(fā)展提供更多、更有效、更先進(jìn)的分析測試手段，分析化學(xué)在本科階段的教學(xué)任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。在和化學(xué)有關(guān)的各類科學(xué)領(lǐng)域如礦物學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)、天文學(xué)、考古學(xué)及農(nóng)業(yè)科學(xué)等的發(fā)展，無不與分析化學(xué)緊密相關(guān)。幾乎任何科學(xué)研究，只要涉及化學(xué)現(xiàn)象，都需要分析化學(xué)提供各種信息。反過來，各有關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又給分析化學(xué)提出了新的要求，從而促進(jìn)了分析化學(xué)的發(fā)展。

2 教學(xué)模式的改革

在這種多學(xué)科融合的背景下，分析化學(xué)單一的學(xué)科培養(yǎng)模式逐漸顯現(xiàn)出越來越多的局限性，學(xué)生無法做到觸類旁通、學(xué)以致用，而多學(xué)科融合人才培養(yǎng)模式能夠提高分析技術(shù)人才的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。通過不同學(xué)科的有機(jī)組合，搭建新型的學(xué)科體系，是培養(yǎng)具有多學(xué)科知識(shí)理論背景、基礎(chǔ)扎實(shí)、綜合素質(zhì)強(qiáng)、適應(yīng)能力好的分析化學(xué)應(yīng)用型性人才的關(guān)鍵[5]。

(1)構(gòu)建分析化學(xué)的模塊化課程體系，促進(jìn)多學(xué)科融合在教學(xué)體系中應(yīng)用

通過設(shè)置模塊構(gòu)成知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和應(yīng)用需求，自主、靈活地選擇所學(xué)知識(shí)的側(cè)重點(diǎn)。模塊課程應(yīng)充分體現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)、交叉學(xué)科、前沿學(xué)科的理論知識(shí)的融會(huì)貫通，引入本學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài)與創(chuàng)新成果，并增加實(shí)用性較強(qiáng)課程。例如，在分光光度法章節(jié)的學(xué)習(xí)時(shí)，引入生物傳感技術(shù)和光學(xué)探針的前沿知識(shí)，讓學(xué)生了解分光光光度法的良好發(fā)展前景和廣泛的應(yīng)用范圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)開發(fā)多種學(xué)習(xí)平臺(tái)，提高學(xué)習(xí)方式的靈活性

目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，微課堂，公眾號(hào)和學(xué)習(xí)論壇等各種學(xué)習(xí)方式逐漸流行起來。這些學(xué)習(xí)方式擺脫了傳統(tǒng)課堂按部就班的固化學(xué)習(xí)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)更加自由靈活。學(xué)生不但能夠接觸基礎(chǔ)理論知識(shí)，而且能夠積極參與到提問和談?wù)撝衼恚瑢W(xué)習(xí)的參與積極性更高，所能接觸的知識(shí)更廣，對自己感興趣的方面有了很大的選擇性。因此，應(yīng)該充分利用多種學(xué)習(xí)平臺(tái)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的靈活性和自由度。

(3)搭建開放性分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，完善多學(xué)科融合的實(shí)踐教學(xué)體系

分析化學(xué)是理論和實(shí)踐結(jié)合性非常強(qiáng)的學(xué)科，而學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的向往性更高。通過開放科研實(shí)驗(yàn)室將涉及交叉性理論知識(shí)的實(shí)驗(yàn)課設(shè)置為綜合或者自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將分析技術(shù)與其他學(xué)科知識(shí)融合，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)而提高學(xué)生獨(dú)立解決問題的實(shí)踐能力。例如，將分析化學(xué)、藥物分析和環(huán)境監(jiān)測等與大家生活密切相關(guān)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)的分析手段，解決環(huán)境監(jiān)測和藥物分析解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生參與“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目”等大學(xué)生實(shí)踐競賽項(xiàng)目的熱情。

(4)增加學(xué)生參與課題研究的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科融合的實(shí)踐能力

為滿足分析技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，培養(yǎng)具備扎實(shí)的分析技術(shù)理論基礎(chǔ)同時(shí)具備一定應(yīng)用能力的人才，有必要構(gòu)建多學(xué)科融合的實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，增加本科生參與教師科研項(xiàng)目研究的機(jī)會(huì)。分析化學(xué)的學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)不僅可以拓展學(xué)生的知識(shí)范圍，鞏固和深化理論知識(shí)，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研熱情。比如，可以對產(chǎn)學(xué)研應(yīng)用性較強(qiáng)的課題，根據(jù)課題研究方向，提出自主選題立項(xiàng)的方式，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新、勇于探索的熱情，努力實(shí)現(xiàn)面向分析技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的科研、教學(xué)與學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)三位一體化教育模式。以桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)教研室為例，采用靈活設(shè)置和自由選擇相結(jié)合的模式，號(hào)召大二以上的學(xué)生積極加入到科研小組，參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目或者課題組的科研項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和對科研感興趣，使學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)不斷地得到應(yīng)用。教學(xué)實(shí)踐明，參與研究課題較早的學(xué)生，專業(yè)的理論知識(shí)更加牢固，實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力增強(qiáng)，處理問題的邏輯性和可靠性更好，科研興趣顯著提高，許多學(xué)生在畢業(yè)的時(shí)候選擇考研希望繼續(xù)科學(xué)研究。

3 結(jié) 語

大學(xué)分析化學(xué)課程是學(xué)生本科基礎(chǔ)必修課程之一，對學(xué)生掌握分析測試技術(shù)，從事化學(xué)分析和進(jìn)行科學(xué)研究具有重要意義。在多學(xué)科交叉融合的趨勢下，現(xiàn)行的分析化學(xué)教學(xué)存在一定的問題，比如分析方法過于陳舊，理論和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不緊密、應(yīng)用創(chuàng)新滯后、學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)的興趣不高，甚至對分析化學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不足等，因此分析化學(xué)教學(xué)的改革，不僅是學(xué)科發(fā)展、創(chuàng)新的需要，也是培養(yǎng)分析化學(xué)創(chuàng)新型人才和后繼人才的需要，具有重要的意義[6]。 因此，我們在分析化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合院校的設(shè)備條件，順應(yīng)學(xué)科發(fā)展的趨勢，對分析化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行必要的調(diào)整，滿足學(xué)生個(gè)性化、創(chuàng)新型發(fā)展的需求，協(xié)調(diào)好理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的關(guān)系，將分析化學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的最新成果引入化學(xué)分析教學(xué)內(nèi)容中，構(gòu)建完整、系統(tǒng)的學(xué)科結(jié)構(gòu)和知識(shí)體系，提高科學(xué)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)出滿足社會(huì)發(fā)展需要的分析化學(xué)人才。