討論式教學(xué)在儀器分析課程中的實(shí)踐探索

張海霞，紀(jì)永升

1蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，蘭州 730000

2河南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，鄭州 450046

近年來，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展進(jìn)入轉(zhuǎn)型階段，高等教育也進(jìn)入內(nèi)涵提升與轉(zhuǎn)型期，為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、解決教育領(lǐng)域存在問題，改革探索一直在不斷進(jìn)行。根據(jù)2018年全國(guó)教育大會(huì)習(xí)近平總書記講話精神，教育要堅(jiān)持立德樹人的育人根本，解決“為誰培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么人”的問題，根本方向不能改變[1]；通過思政課程與課程思政實(shí)現(xiàn)全課程育人，發(fā)揮專業(yè)課程的育人功能[2]。教育教學(xué)是一項(xiàng)復(fù)雜工程，需要社會(huì)、學(xué)校、教師、家長(zhǎng)與學(xué)生多方參與完成，教育改革工作一直都在進(jìn)行中[3]。不同的學(xué)科、課程千差萬別，需要根據(jù)課程自身的特點(diǎn)，采用符合學(xué)科規(guī)律的教學(xué)方法，在實(shí)現(xiàn)育人的前提下完成知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)。

儀器分析是高?；瘜W(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，是以物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用測(cè)量?jī)x器對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析、形態(tài)分析，主要包括色譜、光譜、電化學(xué)分析等內(nèi)容[4]。由于該課程涉及到多種儀器和方法，各部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，各種儀器應(yīng)用差別較大，很多學(xué)生感覺到該課程“凌亂”，不能建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，學(xué)習(xí)過程難以抓住重點(diǎn)。盡管各種儀器原理、應(yīng)用有很大差別，但其對(duì)物質(zhì)的定性、定量分析還是存在普遍規(guī)律，我們稱為“分析化學(xué)思維”，而大多數(shù)學(xué)生往往不能掌握并建立這種思維模式。另外，化學(xué)學(xué)科的發(fā)展從來都是和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)，不斷地為社會(huì)發(fā)展提供解決問題的方法，化學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)大師的研究都立足于解決社會(huì)發(fā)展的問題，作為化學(xué)專業(yè)的學(xué)生首當(dāng)其沖是培養(yǎng)其家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)精神，從而使他們真正成長(zhǎng)為促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的人才[5]。基于以上分析，我們探索在化學(xué)萃英班(拔尖班)開展基于科學(xué)思維與核心素養(yǎng)培養(yǎng)導(dǎo)向的儀器分析討論式教學(xué)實(shí)踐[5,6]，期望能通過儀器分析課程培養(yǎng)學(xué)生分析化學(xué)科學(xué)思維與自主學(xué)習(xí)、思辨精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等核心素養(yǎng)，并加強(qiáng)學(xué)生家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)精神的培育。討論式教學(xué)較傳統(tǒng)的講授式課堂教學(xué)，更注重發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，是一種互動(dòng)性較強(qiáng)的教學(xué)方式，通常由教師提出問題、小組討論、各抒己見、總結(jié)確定結(jié)論等過程[7]；討論式教學(xué)將學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維等核心素養(yǎng)[8]。以下將從課程簡(jiǎn)介、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過程、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面展開討論。

1 課程簡(jiǎn)介

在國(guó)家“拔尖人才”計(jì)劃[9]支持下，蘭州大學(xué)在化學(xué)學(xué)科開設(shè)萃英班，旨在培養(yǎng)化學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人才。一年級(jí)下學(xué)期選拔20名同學(xué)，這些學(xué)生學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、基礎(chǔ)好、學(xué)習(xí)態(tài)度積極，常規(guī)的教學(xué)內(nèi)容不能滿足其學(xué)習(xí)需求，也不符合萃英班的培養(yǎng)目標(biāo)。這些學(xué)生更需要加強(qiáng)家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)精神的培養(yǎng)，使他們真正成為國(guó)家建設(shè)的有用人才。儀器分析課程為萃英班二年級(jí)必修課，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析，有一定的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉化學(xué)分析。由于儀器分析與其他化學(xué)課程相比有獨(dú)特的規(guī)律與特點(diǎn)，大多學(xué)生尚未掌握分析化學(xué)規(guī)律并建立分析化學(xué)思維。儀器分析主要包括光譜分析、色譜分析、電化學(xué)與質(zhì)譜等內(nèi)容，隨著科技進(jìn)步，不斷有新技術(shù)新方法出現(xiàn)，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)不可能覆蓋所有內(nèi)容。另外，部分學(xué)生會(huì)出現(xiàn)重實(shí)驗(yàn)輕理論的現(xiàn)象和理論知識(shí)綜合運(yùn)用能力較弱的問題?；谏鲜龇治?，我們嘗試在翠英班儀器分析課程中開展討論式教學(xué)實(shí)踐探索。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，培養(yǎng)目標(biāo)為方向，基于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、理論基礎(chǔ)，以及所存在問題的學(xué)情分析，結(jié)合本校的教學(xué)條件開展教學(xué)設(shè)計(jì)。一切教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)生的學(xué)習(xí)、發(fā)展為中心，以教師為主導(dǎo)。教學(xué)設(shè)計(jì)主要包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)等模塊。教學(xué)目標(biāo)分為知識(shí)、能力、德育目標(biāo)，其中要求學(xué)生掌握常用儀器原理并能夠靈活運(yùn)用；能夠建立各知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系并掌握其規(guī)律，建立分析化學(xué)思維；實(shí)現(xiàn)家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)精神的德育目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，本課程主要采用課堂講授、課堂討論與小組討論相結(jié)合的教學(xué)方法[10]。其中教師課堂講授30學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授重點(diǎn)難點(diǎn)；教師組織課堂討論5學(xué)時(shí)，主要對(duì)相關(guān)理論、知識(shí)點(diǎn)綜合分析，幫助學(xué)生建立知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系；學(xué)生組織小組討論、課堂展示10學(xué)時(shí)，主要開展問題導(dǎo)向的分析、解答、方案展示。教學(xué)評(píng)價(jià)主要通過期中檢測(cè)、期末檢測(cè)、作業(yè)(含自學(xué)環(huán)節(jié))、小組討論來考核。本課程加強(qiáng)了討論式教學(xué)在教學(xué)中的應(yīng)用，小組討論主要包括素材準(zhǔn)備、問題發(fā)布、組織準(zhǔn)備、課堂展示、師生質(zhì)疑、考核評(píng)價(jià)等過程如圖1所示。小組討論選擇貼近生活、有代表性的社會(huì)熱點(diǎn)問題，還要盡量覆蓋儀器分析課程內(nèi)容。問題內(nèi)容如表1所示，發(fā)布問題分為基礎(chǔ)型、綜合型和研究型，基礎(chǔ)型問題考查所學(xué)知識(shí)的總結(jié)分析，綜合型利用所學(xué)知識(shí)制定解決方案，研究型問題需要學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、制定解決方案并得出結(jié)論。課程發(fā)布以后學(xué)生小組內(nèi)討論，如有疑問可以隨時(shí)與老師討論，課堂展示后進(jìn)行小組間質(zhì)疑問答、師生問答，并進(jìn)行教學(xué)反思。本課程所設(shè)置的討論式教學(xué)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，問題的討論分析、解決方案制定需要學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)歸納分析；所發(fā)布問題涉及社會(huì)民生熱點(diǎn)問題，以這些問題為導(dǎo)向，教師全程組織、監(jiān)督，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)精神的培養(yǎng)，同時(shí)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、辯證思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、總結(jié)歸納、表達(dá)交流等核心素養(yǎng)。

表1 討論題目

圖1 小組討論示意圖

3 教學(xué)過程

本課程內(nèi)容較多不能詳盡討論，以具體實(shí)例展示教學(xué)過程，重點(diǎn)介紹討論式教學(xué)執(zhí)行情況。本課程討論式教學(xué)分為課堂討論與小組討論，按照教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)問題。在色譜、光譜、電化學(xué)等部分課程講授后增加課堂討論，主要討論各部分知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系及進(jìn)行歸納分析。以色譜部分的討論為例，在色譜概論、氣相色譜、液相色譜等課程內(nèi)容結(jié)束后進(jìn)行課堂討論，提出問題：“客戶送來了一個(gè)混合物樣品，要求利用色譜進(jìn)行有機(jī)物A的定性與定量”，通過對(duì)該題目的討論進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的梳理。引導(dǎo)學(xué)生回憶、思考并討論的同時(shí)，教師在黑板上列出色譜部分的知識(shí)架構(gòu)(圖2)，對(duì)該部分知識(shí)進(jìn)行全面總結(jié)，勾勒出知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，以及對(duì)待一個(gè)真實(shí)樣品需要考慮的問題。教師重點(diǎn)講解不同方法的使用范圍與操作注意事項(xiàng)，通過歸納整理，讓學(xué)生對(duì)色譜法以及應(yīng)用色譜法解決問題有了全面認(rèn)識(shí)，為將來選擇合適的色譜方法打下基礎(chǔ)，同時(shí)讓紛亂的知識(shí)點(diǎn)根據(jù)不同的分析要求和特點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來。通過課堂討論，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有了更全面的理解；通過與實(shí)際問題相聯(lián)系，課本知識(shí)“動(dòng)”起來了。

圖2 色譜部分知識(shí)樹示意圖

本課程的小組討論貫穿于課程始終，在課程的第一節(jié)課，布置了討論題目(表1)，要求萃英班20名學(xué)生自行分為四組，每組選擇兩個(gè)題目，在期末討論課上進(jìn)行展示，組與組之間進(jìn)行質(zhì)詢討論。小組討論考核按照PPT制作、講授內(nèi)容、小組協(xié)作、互動(dòng)、講解清晰程度、知識(shí)面等多因素綜合評(píng)價(jià)。小組討論課堂展示超過預(yù)期，大部分學(xué)生都非常認(rèn)真地查閱了文獻(xiàn)，精心制作了PPT。PPT制作過程中分工協(xié)作、小組內(nèi)討論、小組間討論、師生互動(dòng)，還有學(xué)生請(qǐng)教了外專業(yè)同學(xué)、高年級(jí)學(xué)長(zhǎng)和校友。小組組長(zhǎng)組織了小組討論，小組成員進(jìn)行課堂展示；講解完后其他小組進(jìn)行質(zhì)詢討論，問題包括對(duì)該小組的組織方式、講解是否偏離預(yù)設(shè)問題、是否有更好的思路、有何啟發(fā)感想等展開討論，討論過程氣氛熱烈。其中17名同學(xué)的講解都很到位，只有3名同學(xué)的講解較差(其一是語言表達(dá)能力差，其二是基礎(chǔ)知識(shí)不牢，另一個(gè)是不夠努力沒有達(dá)到考核要求)。被評(píng)價(jià)較差的其中一位同學(xué)主動(dòng)要求重新制作PPT和講解，另一位同學(xué)也主動(dòng)要求自行尋找題目，重新查閱文獻(xiàn)，希望老師再次進(jìn)行考核。小組討論結(jié)束后，每個(gè)小組進(jìn)行總結(jié)反思，總結(jié)學(xué)習(xí)心得。通過小組討論，學(xué)生不僅鍛煉了自學(xué)、歸納總結(jié)能力，還拓展了課程之外的知識(shí)內(nèi)容。如表2所示小組討論所涉及內(nèi)容，有些內(nèi)容屬于大三“現(xiàn)代光譜分析”課程的知識(shí)；有些屬于生物分析的范疇；在樣品前處理上，學(xué)生也選擇使用了課本外的知識(shí)點(diǎn)，掌握了無損分析的概念，對(duì)樣品前處理的科學(xué)性進(jìn)行了思考；有的同學(xué)總結(jié)了“無損分析與儀器改造必要性”“實(shí)驗(yàn)室儀器與快檢設(shè)備”等觀點(diǎn)。通過小組討論，鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維，也使學(xué)生對(duì)家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)有了更具體的理解。

表2 討論題目使用知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

4 教學(xué)評(píng)價(jià)

任何教學(xué)活動(dòng)都是以學(xué)生的發(fā)展和學(xué)習(xí)效果為中心，以完成教學(xué)目標(biāo)為目的。本課程的最終考核由期中測(cè)試、期末測(cè)試、小組討論考核、其他組成，如表3所示，其中知識(shí)目標(biāo)由測(cè)試考核，能力目標(biāo)由測(cè)試和小組討論考核，德育目標(biāo)由小組討論考核。小組討論考核按照PPT制作、講授內(nèi)容、小組協(xié)作、互動(dòng)、講解清晰程度、總結(jié)感悟等多因素綜合評(píng)價(jià)(圖3)。本課程的討論式教學(xué)取得良好的教學(xué)效果，學(xué)生普遍反映通過討論加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，初步建立了分析化學(xué)思維，切實(shí)感受到化學(xué)領(lǐng)域科技工作者的家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

圖3 討論部分考核指標(biāo)

表3 課程考核項(xiàng)目組成

5 結(jié)語

結(jié)合儀器分析課程特點(diǎn)采用討論式教學(xué)，以科學(xué)思維與核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向預(yù)設(shè)了討論問題，討論問題覆蓋面廣、難度水平適中，討論活動(dòng)貫穿于課程始終。通過小組討論，學(xué)生不僅培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)、辯證思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、總結(jié)歸納、表達(dá)交流等核心素養(yǎng)；同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生家國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)精神的培育；進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握，增強(qiáng)了其靈活運(yùn)用能力，初步建立了分析化學(xué)思維。本課程以小組討論式教學(xué)模式，在萃英班儀器分析課程教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)課堂育人功能有一定的借鑒意義。