現(xiàn)代儀器分析課程新型教學(xué)模式的探索

黃克靖，謝宛珍，譚學(xué)才

(1.廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530006；2. 廣西民族大學(xué)圖書館，廣西 南寧 530006)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活需求的不斷增多，對現(xiàn)代儀器分析檢測技術(shù)提出更高需求。儀器分析是化學(xué)、化工、生命科學(xué)、環(huán)境、材料等專業(yè)的重要主干基礎(chǔ)課，是測定物質(zhì)的化學(xué)組成、含量、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和進(jìn)行化學(xué)研究的重要手段。課程通過介紹光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、色譜法等常用儀器分析方法的基本原理和相關(guān)儀器的構(gòu)造原理、實(shí)驗(yàn)方法和應(yīng)用等方面的內(nèi)容，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)，了解并掌握常用化學(xué)分析儀器的原理和使用，熟悉儀器分析領(lǐng)域發(fā)展的新動向，拓展知識面，具備根據(jù)分析的目的、要求和各種儀器分析方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，選擇適宜的分析方法與測定方法或手段以解決現(xiàn)實(shí)生活問題的能力。儀器分析課程與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系緊密，課程的目的是使學(xué)生建立起準(zhǔn)確的“量”的概念并掌握與此相關(guān)的基本理論、原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為后續(xù)課程及科研打好基礎(chǔ)。任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生從事理論研究和實(shí)際工作的能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，為分析、解決各學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)涉及化學(xué)的有關(guān)實(shí)際問題，在人才培養(yǎng)目標(biāo)中起著至關(guān)重要的作用。

跟其他專業(yè)核心課程一樣，儀器分析課程在育人方面仍存在教學(xué)內(nèi)容銜接性不強(qiáng)，課程內(nèi)容延續(xù)傳統(tǒng)不能結(jié)合實(shí)際及時(shí)更新補(bǔ)充，教學(xué)內(nèi)容安排注重學(xué)生對理論知識的掌握而忽視實(shí)踐環(huán)節(jié)對人才培養(yǎng)的作用，授課方法和考核方式單一等突出問題，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足，課堂授課效果差。目前，儀器分析已成為分析化學(xué)的主體，特別是光譜法和色譜法在日常檢測中具有極大地應(yīng)用價(jià)值。因此，儀器分析課程授課教師需要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段上進(jìn)行認(rèn)真思考以提升教學(xué)效果，保證學(xué)生掌握基礎(chǔ)專業(yè)知識的同時(shí)，動手能力、創(chuàng)新和實(shí)踐能力也能得到大幅提升。根據(jù)新工科建設(shè)的核心目標(biāo)，致力于能夠適應(yīng)并滿足未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的人才，這就需要教師把握化學(xué)學(xué)科知識體系的發(fā)展歷史和前沿動態(tài)，崇尚真理，具有終身學(xué)習(xí)的意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，在課堂教學(xué)中以現(xiàn)實(shí)問題為目標(biāo)導(dǎo)向，合理利用虛擬仿真等線上課程資源，致力于培育具有更強(qiáng)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、國際競爭力的高素質(zhì)、復(fù)合型新工科人才是現(xiàn)代儀器分析教學(xué)發(fā)展趨勢。

1 儀器分析教學(xué)現(xiàn)存問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容銜接性不強(qiáng)

儀器分析課程是在學(xué)生學(xué)完無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理學(xué)等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的，涉及的分析方法是根據(jù)物質(zhì)的光、電、聲、磁、熱等物理和化學(xué)特性對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、信息進(jìn)行表征和測量，是繼分析化學(xué)課程后，學(xué)生必須掌握的現(xiàn)代分析技術(shù)。它對學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著至關(guān)重要的作用，在整個教學(xué)過程中占有非常重要的地位。儀器分析課程教學(xué)目標(biāo)是利用現(xiàn)代分析儀器對待測物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，主要包括光譜、色譜、電化學(xué)這三大核心部分，與其他學(xué)科交叉性強(qiáng)，但側(cè)重點(diǎn)又有區(qū)分[1]。例如熟知的電化學(xué)章節(jié)，與無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)能斯特方程、氧化還原電勢等相關(guān)知識交叉，又與物理化學(xué)中原電池、電解池等電化學(xué)理論相關(guān)。在高校課程設(shè)置中，儀器分析多開設(shè)在大二下學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過無機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)相關(guān)內(nèi)容，具備相關(guān)理論基礎(chǔ)。因此，在課程章節(jié)設(shè)置中，以所學(xué)知識為導(dǎo)論，復(fù)習(xí)舊知引入新知，觸發(fā)學(xué)生深層次記憶，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。物理化學(xué)課程開設(shè)于大三階段，因?yàn)閷W(xué)生對這塊內(nèi)容是陌生的，直接進(jìn)行這部分講解，學(xué)生接受度不高，也可以將這部分放在導(dǎo)論里，作為過渡，這樣可充分利用有限的教學(xué)時(shí)間，升華課堂教學(xué)效果。

1.2 課程內(nèi)容未能與時(shí)俱進(jìn)

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平和科研實(shí)力的提升，現(xiàn)代分析儀器朝著高靈敏、便攜、快速響應(yīng)等方向發(fā)展。然而，課程內(nèi)容設(shè)置包括教材使用仍延續(xù)傳統(tǒng)，以傳統(tǒng)分析儀器的原理、構(gòu)造、使用為主，未能做到與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容極大影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們動力不足，教學(xué)效果大打折扣。一些教師隊(duì)伍對國家新型人才培養(yǎng)目標(biāo)理解不夠深刻、未能及時(shí)根據(jù)社會發(fā)展調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和授課方式，缺乏持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)策略，忽視對學(xué)生動手能力、分析解決實(shí)際問題等相關(guān)素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時(shí)也缺乏對學(xué)生價(jià)值觀、事業(yè)觀、人生觀的正確建立。

只有徹底吃透國家方針政策，切實(shí)落實(shí)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，從一線生產(chǎn)需求出發(fā)，才能培養(yǎng)出社會認(rèn)可度高，具備創(chuàng)新意識且動手能力強(qiáng)的社會所需人才，幫助學(xué)生迅速融入社會，成為有用之才。

1.3 課程講授、考核方式單一，實(shí)踐能力差

大學(xué)課程在授課過程中普遍存在授課內(nèi)容多、課時(shí)少、理論性強(qiáng)等共性問題。例如，儀器分析大多數(shù)學(xué)校安排48學(xué)時(shí)，而新大綱要求學(xué)生掌握的內(nèi)容有光學(xué)分析法、原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、紫外-可見吸收光譜法、紅外光譜法、核磁共振波譜法、電分析化學(xué)法導(dǎo)論、電位分析法、電解與庫倫法、伏安與極譜法、色譜分析法、高效液相色譜法相關(guān)內(nèi)容。通常情況下，為了按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)，教師只注重“量”的完成，忽視了“質(zhì)”的提高。教學(xué)方法上仍延續(xù)傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)手段，并未真正做到以學(xué)生為中心，導(dǎo)致學(xué)生只具備學(xué)科基本理論知識，實(shí)踐技能、動手能力不足。目前，儀器分析課程的考核方式仍采用傳統(tǒng)的書面筆試加日常的考勤、作業(yè)、討論等計(jì)分方法，并未涉及對實(shí)踐應(yīng)用創(chuàng)新能力的考查，導(dǎo)致學(xué)生會做題，不會做事，很難滿足當(dāng)今社會對人才的需求。

此外，在2019版新大綱的課程目標(biāo)達(dá)成度設(shè)置中，儀器分析是一門理論與實(shí)踐結(jié)合性很強(qiáng)的課程，該課程能夠很好地彌補(bǔ)其他專業(yè)課程在實(shí)踐能力上的不足。然而，在現(xiàn)有儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面存在重演示輕實(shí)踐、重結(jié)果輕過程、未能設(shè)置探索性實(shí)驗(yàn)課題。由于多數(shù)儀器昂貴且維修困難，學(xué)校配置數(shù)量極少，無法滿足學(xué)生實(shí)操訓(xùn)練的需求。因此，現(xiàn)有儀器分析實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞墙處熤v解實(shí)驗(yàn)原理、儀器構(gòu)造、操作方法，學(xué)生觀摩教師的講解和演示，導(dǎo)致學(xué)生走馬觀花，動手能力未能得到真正提升。

2 儀器分析新型教學(xué)模式探索

2.1 以問題為導(dǎo)向，提高學(xué)習(xí)熱情

作為一門非?！敖拥貧狻钡膶W(xué)科，儀器分析與現(xiàn)實(shí)結(jié)合十分緊密，并不像學(xué)生認(rèn)為的“高大上”。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中，如果以現(xiàn)實(shí)問題為導(dǎo)向，能夠快速吸引學(xué)生注意力，提高學(xué)生參與度。例如，現(xiàn)在核酸檢測成為常態(tài)，那么大家知道我們做完核酸采集后，醫(yī)生后續(xù)還需要進(jìn)行什么操作？原理是什么？所謂核酸，就是遺傳物質(zhì)，包括了DNA和RNA。新冠病毒的遺傳物質(zhì)為RNA，利用RT-PCR技術(shù)，先將RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA，然后再對此進(jìn)行擴(kuò)增。而擴(kuò)增過程中會釋放出熒光探針，通過探針分子的熒光信號對新冠病毒進(jìn)行定量檢測。還有經(jīng)常使用的紅外測溫設(shè)備，其實(shí)利用的就是人體發(fā)出的紅外光，紅外光的能量恰好對應(yīng)分子的熱運(yùn)動所需要的范圍。類似這樣的生活例子，能夠迅速拉進(jìn)學(xué)生與課程距離，提升教學(xué)效果。

2.2 利用新型多媒體技術(shù)，強(qiáng)化教學(xué)效果

針對現(xiàn)有理論教學(xué)手段單一，內(nèi)容知識點(diǎn)多，學(xué)時(shí)有限這一現(xiàn)狀，教師要充分利用新型多媒體技術(shù)，豐富教學(xué)手段，保證教學(xué)效果?；旌鲜浇虒W(xué)模式是指將傳統(tǒng)講授為主的課堂教學(xué)模式與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)資源有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)模式的優(yōu)勢，實(shí)施混合教學(xué)模式，做到線上線下互為補(bǔ)充，全方位提高學(xué)生實(shí)踐能力[2-3]。例如：課前，教師可以利用學(xué)習(xí)通、雨課堂等資源發(fā)布相關(guān)視頻，幫助學(xué)生提前了解抽象的儀器構(gòu)造，測試原理；課上，通過簽到、抽簽、搶答等游戲，讓學(xué)生盡可能參與課程中，寓教于樂；課后，發(fā)布習(xí)題，可以通過后臺數(shù)據(jù)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。另外，需要補(bǔ)充的是，線上教學(xué)資源能夠做到隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，學(xué)生對于課堂上不太熟悉的內(nèi)容，可以在課下重復(fù)觀看相關(guān)視頻，也可以在教學(xué)平臺上聽取國內(nèi)一線名師慕課，加深對重點(diǎn)知識的理解記憶[4-5]。

隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，一種新型的上課手段-虛擬仿真技術(shù)逐漸走進(jìn)人們視野，并得到越來越多教學(xué)工作者的認(rèn)可。對不具備實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)，可以選擇虛擬仿真代替，可以有效緩解儀器少，學(xué)生多這一現(xiàn)實(shí)問題，讓每個學(xué)生都能參與到實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高動手能力。 開設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)虛擬仿真課程，“虛實(shí)結(jié)合”，完善儀器分析實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)不足，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)改革[6-7]，可有效緩解儀器分析實(shí)驗(yàn)上課壓力，真正做到人人參與實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生實(shí)際操作及創(chuàng)新能力。

總之，開展新型授課模式，將混合式教學(xué)貫穿于整個課程內(nèi)容學(xué)習(xí)中，最大限度發(fā)揮新媒體和信息化的優(yōu)勢，能大幅提高學(xué)生學(xué)科知識素養(yǎng)及實(shí)踐能力。

2.3 融入科學(xué)前沿，升華情感

作為一門實(shí)踐性強(qiáng)，與科技前沿密切相關(guān)的學(xué)科，儀器分析課程的教學(xué)環(huán)節(jié)也對教師提出更高的要求。教師課程應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，緊跟一線前沿，及時(shí)將新的科學(xué)成果和社會發(fā)展趨勢傳遞給學(xué)生，開拓學(xué)生視野。此外，教師應(yīng)該下足功夫，針對產(chǎn)業(yè)需求合理增減教學(xué)內(nèi)容，對接社會發(fā)展對現(xiàn)代儀器分析教學(xué)的主流需求，讓學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目，真正做到學(xué)以致用。定期舉辦創(chuàng)新大賽，關(guān)注對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，達(dá)到共鳴，升華情感，實(shí)現(xiàn)綜合育人的目的?？偟膩碚f，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)、專業(yè)需求、社會發(fā)展、就業(yè)形勢等及時(shí)更新授課內(nèi)容，更加關(guān)注教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性，真正實(shí)現(xiàn)綜合育人。

3 結(jié)語

根據(jù)新大綱對于人才培養(yǎng)定位最新要求，結(jié)合當(dāng)今社會發(fā)展需求及學(xué)生學(xué)習(xí)、心理特點(diǎn)。針對當(dāng)前現(xiàn)代儀器分析授課過程中教學(xué)內(nèi)容銜接性不強(qiáng)，課程內(nèi)容滯后，課程講授、考核方式單一，實(shí)踐能力差等不足。在吃透國家方針政策的前提下，充分利用當(dāng)前完善的信息化平臺，以社會需求為導(dǎo)向，適時(shí)融入一線科研成果，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、雨課堂、超星等學(xué)習(xí)平臺，開展線上線下混合教學(xué)模式，貫徹落實(shí)教育教學(xué)改革，徹底打破傳統(tǒng)教學(xué)思維模式，更加注重對大學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，達(dá)到共鳴，升華情感，實(shí)現(xiàn)綜合育人的目的。