課程思政背景下微課設(shè)計思路探討
——以儀器分析測“準(zhǔn)”為例

蔣莉，曹豐，袁妍，江璠，張錢麗

（蘇州科技大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 蘇州）

一 引言

“教育興則國家興，教育強(qiáng)則國家強(qiáng)”。高等教育是教育體系中的重要一環(huán)，肩負(fù)著培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人的重要任務(wù)。習(xí)近平總書記指出，高等教育應(yīng)把立德樹人作為中心，把思政工作貫穿全程[1]。課程思政，即通過在非政治類的課程中引入思想政治元素，將思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，以便更好地發(fā)揮課程的育人作用，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。將思政元素潤物細(xì)無聲地嵌入課程的教學(xué)過程中，可使學(xué)生潛移默化地接受思政思想，激發(fā)學(xué)生學(xué)有所用的使命擔(dān)當(dāng)[2]。

隨著科技的發(fā)展以及信息碎片化趨勢的加劇，互聯(lián)網(wǎng)和移動終端技術(shù)的發(fā)展和普及對傳統(tǒng)課堂教學(xué)產(chǎn)生了越來越深遠(yuǎn)的影響，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式在維持學(xué)生的積極性和參與度方面都受到了一定沖擊，因此，探索適合當(dāng)前學(xué)生認(rèn)知特點并能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的教學(xué)方式是保證課程教學(xué)質(zhì)量所必須思考的問題[3]。在以學(xué)生為中心的教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，利用微課、線上課程、線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式，是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。尤其是在現(xiàn)階段疫情的影響下，充分發(fā)揮線上教學(xué)的優(yōu)勢，實現(xiàn)課程教學(xué)在空間和時間上的拓展，進(jìn)而為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)提供可靠保障。微課，最初是在2008年由一位美國的教學(xué)設(shè)計師David Penrose所提出，指按照認(rèn)知規(guī)律運用現(xiàn)代信息技術(shù)，以教學(xué)視頻為核心載體，對教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)過程及擴(kuò)展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源進(jìn)行碎片化展示[4]。微課主要通過在線課程的方式呈現(xiàn)，可利用學(xué)習(xí)通、慕課、騰訊課堂等網(wǎng)絡(luò)授課平臺讓學(xué)生觀看學(xué)習(xí)。微課通常針對一個集中的知識點進(jìn)行講解，視頻較短，知識集中，目的是通過讓學(xué)生利用碎片化的時間對知識點進(jìn)行學(xué)習(xí)和鞏固[5]。

儀器分析是測定物質(zhì)化學(xué)組成、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和進(jìn)行科學(xué)研究及質(zhì)量監(jiān)控的重要手段，《儀器分析》課程是面向高等學(xué)校中化學(xué)、化工、藥學(xué)、環(huán)境、生物、材料等理工科專業(yè)的一門重要課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)和理解各類分析方法的基本原理，可以掌握現(xiàn)代分析儀器的使用方法，以便在面對實際問題時可通過設(shè)計實驗，運用現(xiàn)代分析儀器解決問題[6]。對測試結(jié)果準(zhǔn)確性的評價是《儀器分析》課程中的一個重要內(nèi)容，也是設(shè)計實驗、通過分析儀器解決實際問題的前提。由于《儀器分析》課程通常開設(shè)在大二或大三學(xué)年，在此之前學(xué)生已經(jīng)掌握了分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識，已對定量分析中結(jié)果準(zhǔn)確性的評價指標(biāo)有所了解，因此，學(xué)生比較容易掌握將準(zhǔn)確性的評價指標(biāo)與分析儀器中檢測器性能有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而達(dá)成儀器分析測準(zhǔn)目的這一知識點。該部分內(nèi)容重難點集中，適合以微課的形式呈現(xiàn)。

二 《儀器分析》課程特點和微課的互相適應(yīng)

《儀器分析》課程的特點是盡管整個課程體系具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，但是各個獨立的儀器體系如光學(xué)、電學(xué)、色譜學(xué)之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，存在相對的獨立性。同時，各個章節(jié)中存在許多碎片化的知識點，恰好符合集中一個知識點進(jìn)行詳細(xì)講解、重點突破的微課形式。因此對于《儀器分析》課程中一些重要的知識點，利用微課輔助教學(xué)，將更有助于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

儀器分析測“準(zhǔn)”這一知識點具備豐富的思政資源，教師在授課過程中易于合理穿插所挖掘的思政案例，通過合理地設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)過程和教學(xué)思路，讓思政元素以潤物細(xì)無聲的方式融入到課程內(nèi)容中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升教學(xué)效果。

三 儀器分析如何測“準(zhǔn)”微課教學(xué)目標(biāo)和制作思路

利用分析儀器獲得準(zhǔn)確的測試結(jié)果，是開展分析測試的前提。在前期的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了分析儀器中檢測器的原理、特點等背景知識，利于后續(xù)對儀器分析測“準(zhǔn)”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，本文通過設(shè)計儀器分析如何測“準(zhǔn)”的微課，對如何制作《儀器分析》微課的思路和方法進(jìn)行了探討。

（一） 儀器分析測“準(zhǔn)”教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

本文在進(jìn)行微課教學(xué)內(nèi)容設(shè)計之前，首先明確了教學(xué)目標(biāo)。如圖1所示將教學(xué)目標(biāo)設(shè)置為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)，三者相互聯(lián)系，相互促進(jìn)。其中知識目標(biāo)包括：掌握精密度與準(zhǔn)確度的關(guān)系、掌握儀器檢測器的評價指標(biāo)以及掌握儀器分析中保證測試結(jié)果準(zhǔn)確性的條件。能力目標(biāo)為：培養(yǎng)學(xué)生的判斷和思考能力以及邏輯推理能力、培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用與實踐能力。情感目標(biāo)的達(dá)成則通過課程思政的引入，引導(dǎo)學(xué)生維持嚴(yán)謹(jǐn)、積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，樹立強(qiáng)烈而牢固的社會責(zé)任感，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生科技報國的使命擔(dān)當(dāng)。

圖1 教學(xué)目標(biāo)示意圖

（二） 儀器分析測“準(zhǔn)”微課設(shè)計思維導(dǎo)圖

微課時長相對較短，教學(xué)內(nèi)容集中，需要在較短的時間使學(xué)生掌握該章節(jié)的知識點。任何一個問題的闡明都涉及提出問題、解決問題以及獲得結(jié)論三個部分。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，根據(jù)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，本微課設(shè)計了三個環(huán)節(jié)，包括問題的引入、主要內(nèi)容的講解以及課程小結(jié)與課后思考。如圖2所示，采用“導(dǎo)入案例，拋出問題、講授重點知識、總結(jié)重難點內(nèi)容”的思路逐步展開，各個環(huán)節(jié)緊密相關(guān)，環(huán)環(huán)相扣，層次分明，同時兼顧趣味性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)重點知識的同時能夠維持學(xué)習(xí)興趣，學(xué)以致用。

圖2 儀器分析測“準(zhǔn)”微課設(shè)計思維導(dǎo)圖

（三） 問題的引入

作為基礎(chǔ)課程，《儀器分析》課程中晦澀的原理性內(nèi)容較多，相對于專業(yè)課程而言趣味性有所欠缺。興趣是最好的老師，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，如何使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣、維持學(xué)習(xí)熱情并形成愛好，是《儀器分析》課程教學(xué)中的一大挑戰(zhàn)。因此，在新的課程內(nèi)容開始時，首先應(yīng)找準(zhǔn)引入課程的切入點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生帶著興趣迅速進(jìn)入新課程的學(xué)習(xí)。對于微課而言，由于課程時長有限，課程內(nèi)容的引入需快速且高效。

為了快速吸引學(xué)生的注意力，通過引入動畫、拋出問題的方式導(dǎo)入課程內(nèi)容。二戰(zhàn)時期創(chuàng)立的“大力水手”動漫形象是不少同學(xué)的童年回憶，該動漫的靈感來源于菠菜含鐵量高的說法。菠菜含鐵量高，是19世紀(jì)由一位德國化學(xué)家首次指出，認(rèn)為菠菜中鐵的含量幾乎與紅肉中的鐵相當(dāng)。然而后來的檢測發(fā)現(xiàn)，每100 g菠菜中僅含有2.9 mg的鐵，甚至遠(yuǎn)低于黑木耳中的鐵含量。溯本求源發(fā)現(xiàn)最初測出來的菠菜中鐵含量并不準(zhǔn)確，因此，菠菜含鐵量高是個謬論[7]。所謂“一言九鼎”，分析工作者理應(yīng)對測試的結(jié)果負(fù)責(zé)，需提供準(zhǔn)確、可靠的測試結(jié)果，那么，如果我們是分析工作者，怎么樣才能保證測試的結(jié)果是可靠、準(zhǔn)確的？以此為出發(fā)點，可以激發(fā)學(xué)生對此問題的興趣，并產(chǎn)生進(jìn)一步探索的渴望，快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，并由此引入課程的第一個知識點：精密度和準(zhǔn)確度。

（四） 主要內(nèi)容設(shè)計

該部分是微課的重點內(nèi)容。測試結(jié)果準(zhǔn)確與否，首先需要對測試結(jié)果進(jìn)行評價，對結(jié)果的評價離不開兩個度，即精密度與準(zhǔn)確度。在之前的分析化學(xué)課程中，學(xué)生已經(jīng)掌握了精密度和準(zhǔn)確度的概念，而理解二者之間的關(guān)系是對測試結(jié)果進(jìn)行評價的前提。因此，在微課內(nèi)容設(shè)計上，本節(jié)第一個知識點便是精密度與準(zhǔn)確度的關(guān)系，由此引出儀器分析測“準(zhǔn)”的條件。

（1）精密度與準(zhǔn)確度

今年的東京奧運會上，我國第一枚金牌誕生在射擊項目上。對射擊項目感興趣的學(xué)生應(yīng)該比較熟悉一位美國射擊老將——馬修·埃蒙斯。然而在北京、雅典和倫敦的三屆奧運會上，埃蒙斯均因為最后一靶的失誤與即將到手的獎牌擦肩而過，也就是埃蒙斯打靶的結(jié)果不夠準(zhǔn)確。以此為例，如圖3所示，以幾種打靶結(jié)果的形象示意圖，給學(xué)生講解精密度與準(zhǔn)確度之間存在何種關(guān)系時可以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，即一組數(shù)據(jù)精密度好，且消除了系統(tǒng)誤差，那么所獲得的測試結(jié)果就是準(zhǔn)確的。

圖3 由射擊運動員埃蒙斯打靶的例子分析精密度與準(zhǔn)確度之間的關(guān)系

（2）分析過程中的“準(zhǔn)”

如果使用分析儀器進(jìn)行測試，所測得的結(jié)果準(zhǔn)確與否，一方面與分析方法有關(guān)，另一方面與儀器自身性能有關(guān)。此時可以通過問題引導(dǎo)的方式，引導(dǎo)學(xué)生思考，儀器分析應(yīng)該如何獲得準(zhǔn)確的測試結(jié)果？使用分析儀器進(jìn)行測試時，首先需要選擇分析方法。分析的一般過程包括測試前、測試中和測試后，三個過程均需要分析工作者的參與，因此，測試結(jié)果準(zhǔn)確與否在整個分析過程中與方法及操作有著極大關(guān)系。結(jié)合所引入的測試過程的GIF動畫，可以進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)如何在分析的各個階段保證測試結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度?？梢酝诰虻乃颊刂饕獮槟_踏實地、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的科學(xué)精神。作為分析工作者，在實驗過程中應(yīng)時刻保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，飽滿的精神狀態(tài)，仔細(xì)認(rèn)真，避免因自身問題導(dǎo)致測不準(zhǔn)的情況。

（3）檢測器的性能指標(biāo)與測“準(zhǔn)”

系統(tǒng)誤差中包括了儀器誤差，顯然，利用儀器進(jìn)行分析測試時，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，除了要保證分析過程中分析方法和操作過程的準(zhǔn)確性之外，還需要盡量減少儀器帶誤差，同時要保證儀器的精密度[8]。分析儀器中檢測器的作用是實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)化，從而可以進(jìn)行定性和定量分析。因此，檢測器的性能決定著檢測的精密度，是可以評價檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的指標(biāo)。本文在針對微課內(nèi)容的設(shè)計上，這一部分將對分析儀器檢測器的幾種主要的性能指標(biāo)做重點講解，包括靈敏度、檢出限、線性范圍和響應(yīng)時間。通過圖示和動畫，使學(xué)生理解各個性能指標(biāo)的含義。如靈敏度，即儀器的響應(yīng)值，是檢測器區(qū)別具有最小濃度差異待測物的能力，即響應(yīng)信號對檢測量的變化率，表達(dá)式如圖4所示，學(xué)生通過直觀的圖像展現(xiàn)及基本表達(dá)式極易理解靈敏度的實質(zhì)。

圖4 靈敏度定義及氣相色譜檢測器靈敏度表達(dá)式

然而對于分析儀器而言，操作條件很大程度上也會影響儀器的靈敏度，以氣相色譜的檢測器為例，對于不同類型的檢測器，響應(yīng)信號的表達(dá)方式也有差異。在前期課程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了四種類型的濃度型和質(zhì)量型檢測器，即熱導(dǎo)檢測器、氫火焰離子化檢測器、電子捕獲檢測器和火焰光度檢測器，并熟悉了各類檢測器的工作原理。由圖4可見，濃度型檢測器的靈敏度表達(dá)式為Sc=qV,0·A/m，而質(zhì)量型檢測器靈敏度為Sc=qV,0·A/m，可見濃度型檢測器靈敏度與載氣流量有關(guān)。因此，借助靈敏度的表達(dá)式，可以將測“準(zhǔn)”與實驗條件的控制聯(lián)系起來。例如，在進(jìn)行氣相色譜分析時，如果氣相色譜檢測器為濃度型檢測器（如熱導(dǎo)檢測器），需控制載氣流速恒定，不能忽高忽低，否則將影響檢測器靈敏度，進(jìn)而對測試結(jié)果準(zhǔn)確性造成影響。

隨后依次對檢測器的其他評價指標(biāo)進(jìn)行介紹。對于檢出限和限行范圍，在微課中通過動畫、實例的呈現(xiàn)方式，使學(xué)生理解檢出限與靈敏度的關(guān)系，理解線性范圍寬的檢測器有利于準(zhǔn)確定量。同時引導(dǎo)學(xué)生以辯證的思想看問題：靈敏度過高的分析儀器也會使噪聲信號增強(qiáng)。最后介紹響應(yīng)時間的概念，強(qiáng)調(diào)響應(yīng)時間與電路系統(tǒng)的滯后性有關(guān)。介紹完檢測器的性能指標(biāo)之后，讓學(xué)生討論總結(jié)出對檢測器性能的要求：靈敏度高、響應(yīng)快、檢出限低、線性范圍寬。這樣檢測器的精密度便得以保障。

（五） 總結(jié)儀器分析如何測“準(zhǔn)”

在知識點講解完畢后，課程接近尾聲時，呼應(yīng)課程開始時所引入的問題（儀器分析如何測“準(zhǔn)”），解釋檢測器性能與儀器測準(zhǔn)的關(guān)系，幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握課程的重難點。檢測器精密度高，因儀器帶來的系統(tǒng)誤差也將顯著降低，便滿足了儀器測“準(zhǔn)”的自身的條件。同時，利用儀器開展研究時，所有的測試都只是對物質(zhì)信息的客觀描述，儀器只是工具，使用性能好的檢測器自然可以獲得較為準(zhǔn)確的客觀數(shù)據(jù)，但是分析思考能力是目前任何儀器都取代不了的，需要分析工作者自己不斷強(qiáng)化。至此，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)儀器分析測準(zhǔn)的兩點要求：（1）分析過程中要保持嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的科學(xué)精神，避免因自身問題而導(dǎo)致的“測不準(zhǔn)”情況；（2）使用高精密度的分析儀器。此時的測試結(jié)果精密度高并且消除了系統(tǒng)誤差，便可獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，也就是“一言九鼎”。

（六） 課程小結(jié)與課后鞏固

當(dāng)課程內(nèi)容較多時，能夠囊括知識點的課程小結(jié)可幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握課堂上所呈現(xiàn)的重、難點內(nèi)容?！秲x器分析》課程中涉及較多的原理性知識，內(nèi)容豐富，那么在每次課程之后，進(jìn)行條理清晰的課程小結(jié)必不可少。此外，根據(jù)學(xué)習(xí)規(guī)律，讓學(xué)生在課下進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固也十分必要。因此，本文設(shè)計的微課內(nèi)容在課程的最后，將針對重、難點內(nèi)容進(jìn)行課程小結(jié)，并布置課后思考題，讓學(xué)生結(jié)合本次課程中所學(xué)到的精密度與測“準(zhǔn)”之間的關(guān)系，以色譜分析為例，探討氣相色譜中的四類檢測器哪種更適用于痕量分析。通過理論聯(lián)系實際， 進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對本次課程中知識點的強(qiáng)化。

（七） 課程中思政元素的挖掘與嵌入

如圖1所示，本次課程情感目標(biāo)的達(dá)成建立在教學(xué)過程中潛移默化的思政元素的引入。同前文所述，在分析過程中的“準(zhǔn)”課程內(nèi)容中，可挖掘思政元素主要有兩點，即（1）培養(yǎng)學(xué)生積極思考的學(xué)習(xí)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的科學(xué)精神。（2）增強(qiáng)探索未知，追求真理，勇攀科技高峰的責(zé)任感。此外，論語有言：“工欲善其事，必先利其器”。在科學(xué)研究領(lǐng)域，分析儀器就好比科學(xué)家的眼睛，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步離不開各類儀器的使用。我國儀器儀表專家、兩院院士王大珩先生也曾經(jīng)說過：“儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的倍增器，是科學(xué)研究的先行官，是軍事上的戰(zhàn)斗力，是現(xiàn)代生活的物質(zhì)法官”?？梢?，儀器在各行各業(yè)都具有重要地位。分析儀器目前朝著微量、高效、微型化、低成本的方向發(fā)展，學(xué)生在學(xué)習(xí)《儀器分析》這門課不能只滿足于學(xué)會儀器的操作方法，更重要的是要理解儀器背后的原理、存在的不足和原因，進(jìn)而發(fā)揮自己所學(xué)知識，結(jié)合不斷進(jìn)步的科學(xué)技術(shù)，來指導(dǎo)儀器的更新與發(fā)展。同時，我國自主研發(fā)儀器起步稍晚，盡管目前已經(jīng)有了很多性價比較高的國產(chǎn)儀器品牌，然而還有較大的發(fā)展空間。因此，可進(jìn)一步挖掘思政元素。（3）科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。以島津、安捷倫等國際知名的色譜儀器品牌為例，引導(dǎo)學(xué)生樹立強(qiáng)烈而牢固的社會責(zé)任感，為我國自主研發(fā)的高精密度的儀器獻(xiàn)智獻(xiàn)力，以提高國產(chǎn)儀器的市場競爭力，打破高精度儀器的國際壟斷。

四 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，微課作為輔助教學(xué)的方式意義重大。作為高校教師，授課過程中在課程的呈現(xiàn)方式上需與時俱進(jìn)，并要不斷完善教學(xué)理念，豐富教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，以便充分利用不斷進(jìn)步的現(xiàn)代技術(shù)，設(shè)計完善的微課輔助課程教學(xué)。同時，將思政工作潤物細(xì)無聲地貫穿于教育教學(xué)的全過程，可潛移默化培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，并激發(fā)學(xué)生學(xué)有所用的使命擔(dān)當(dāng)，達(dá)成教書育人的目的。制作一堂好的微課并恰到好處地嵌入思政元素，需以學(xué)生為中心，在遵守教育教學(xué)規(guī)律的前提下進(jìn)行全方位的設(shè)計和制作，并兼顧教學(xué)的知識性、趣味性以及思政內(nèi)容的合理性，最終達(dá)成課程教學(xué)的知識、能力和情感目標(biāo)。