儀器分析實驗融合課程思政的教學模式構(gòu)建與探索

翟云云，李蕾，劉海清

嘉興學院生物與化學工程學院，浙江 嘉興 314001

課程思政是“大思政”格局的內(nèi)在要求，課程與思政不是物理相加和生搬硬套，課程與思政的有機融合需要精準把脈，找準切入點，進而在教學過程中融入社會主義核心價值觀、科學發(fā)展理念、思想觀念、道德規(guī)范、愛國情懷等。只有充分挖掘?qū)I(yè)課教學所蘊含的思想要素，引導學生實現(xiàn)人文知識的內(nèi)化和道德情操的提升[1]，才能起到“潤物無聲、潛移默化”的思政育人效果[2]。

儀器分析實驗是化學化工類專業(yè)的專業(yè)核心課程，通過學習現(xiàn)代化的儀器分析技術(shù)，學生可掌握基本理論和技能，形成良好的實驗操作習慣，樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，熟悉儀器分析新技術(shù)、新方法在分析檢測、能源材料、環(huán)境保護等方面的應用[3]。如何挖掘本課程的德育內(nèi)涵和思政元素，進行深入的教學改革探索[4]，對實現(xiàn)高質(zhì)量人才培養(yǎng)具有重要意義。

1 問題分析：儀器分析實驗專業(yè)教育與思政教育融合難點

如何提高學生實事求是的科學素養(yǎng)和勇于探究的創(chuàng)新能力，根據(jù)培養(yǎng)對象的職業(yè)規(guī)劃，為醫(yī)藥、生命、環(huán)境、材料等領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量的分析檢測技術(shù)人才，仍存在兩大核心問題。

1.1 專業(yè)教師隊伍和思政教師隊伍存在脫節(jié)現(xiàn)象

思政教育與專業(yè)教學長期以來都是“兩條線”“兩批人”和“兩種教學方式”，難以適應高素質(zhì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)的迫切需求[5]。部分專業(yè)教師認為思政教育只是學管領(lǐng)導和輔導員的事情，本人只要講好自己的專業(yè)課即可[6]。部分學生對現(xiàn)代儀器作用及發(fā)展趨勢了解不夠，科學素養(yǎng)和科學精神欠缺，導致自己專業(yè)定位和發(fā)展方向不清楚，職業(yè)規(guī)劃不夠明晰，甚至出現(xiàn)職業(yè)道德缺失、價值觀偏離等極端問題[7]。

1.2 實驗教學中“全程育人、全方位育人”的育人理念和目標不夠系統(tǒng)

學生普遍反映儀器分析實驗教師都在講技術(shù)、講原理，學生難以深入體會到其中的科技、人文、工匠精神等，學生難以產(chǎn)生內(nèi)在需要和情感共鳴[8-10]。因此，教師應將各種思政教育案例巧妙融入到實驗教學過程中，把科學精神、工匠精神與人文情懷等傳播給學生，逐步培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和奮斗精神等綜合素質(zhì)，為以后開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和從事分析檢測工作打下良好基礎(chǔ)。

2 構(gòu)建思路：儀器分析實驗思政教育“三維九點”構(gòu)建思路

從人文理念、科學思維、實踐意志、社會責任等關(guān)鍵點，系統(tǒng)構(gòu)建全方位、立體化的思政教育新體系。主要從以下“三個維度”和“九個結(jié)合點”進行探究(圖1)。

圖1 “三維一體”及“九個結(jié)合點”框架圖

2.1 三個目標：提升教學目標，引領(lǐng)職業(yè)觀、人生觀和價值觀

總體目標：根據(jù)社會需求，引導學生腳踏實地，熟練操作各種大型儀器，立志成為對社會發(fā)展有貢獻的高科技人才。共分為以下三個層次。

職業(yè)觀：鼓勵學生拓展職業(yè)發(fā)展方向，尤其是大型儀器研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、維護等領(lǐng)域，形成健全的職業(yè)發(fā)展觀。

人生觀：食品安全、環(huán)境安全等領(lǐng)域不僅要求技術(shù)人員正確使用各種分析儀器，還要具備良好的個人品德、社會公德、職業(yè)道德及法律意識。

價值觀：結(jié)合課程思政改革，引入三聚氰胺、瘦肉精等具體案例進行深入討論，滲透“愛國、敬業(yè)、誠信、友善”等價值觀教育，增強學生的社會責任感。

2.2 三塊內(nèi)容：把價值引領(lǐng)貫穿到實驗課教學全過程，深化專業(yè)內(nèi)涵

歷史：將儀器發(fā)展史、科技發(fā)展歷程融入到實驗教學中，挖掘其中的因果關(guān)系、辯證關(guān)系、科技人文精神等思政要素，探討科技發(fā)展規(guī)律。

科學世界觀：在遇到具體問題時，學會用馬克思主義辯證法處理具體問題[11,12]，用不同儀器設(shè)備解決不同的實際問題。將辯證唯物主義與分析測試方法相融合，更加全面、準確地認識物質(zhì)世界。

科學素養(yǎng)：通過透射電子顯微鏡技術(shù)、生物質(zhì)譜等手段認識生命本質(zhì)，辯證分析生命起源與發(fā)展，提高科學素養(yǎng)和科研精神，為科技強國貢獻自己的力量。

2.3 三種方法：教學方法推陳出新，靈活運用多種方式

案例：通過案例教學法與思政教育相互融合，充分利用科技發(fā)展中關(guān)鍵人物的有趣示例來進行授課，挖掘案例中敢于創(chuàng)新、鍥而不舍、甘于奉獻的科研精神。

互聯(lián)網(wǎng)+：結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”教學模式，充分融入網(wǎng)絡上的各種素材，采用線上線下兩條線同步融合思政元素激勵學生[13]。

創(chuàng)新實踐：結(jié)合創(chuàng)新實驗加強各類儀器的綜合運用，通過實際操作儀器來解決實際問題，調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)新潛力。

3 探索與改進：儀器分析實驗思政教育探索與改進

針對儀器分析實驗課程存在的問題，將學理、價值、精神、素養(yǎng)等思政元素融入實驗教學中，使學生樹立良好的價值觀及創(chuàng)新意識。主要從以下四個方面開展探索與改進工作。

3.1 興趣驅(qū)動、行業(yè)需求，實驗課程和課程思政同步實施分層次教學

傳統(tǒng)的儀器分析實驗教學模式以驗證性實驗為主，無法適應應用型大學人才培養(yǎng)的要求。對儀器分析實驗課程進行“多層次、模塊化”設(shè)計，根據(jù)專業(yè)特色設(shè)計貼近日常生活、激發(fā)興趣的項目(表1)。雙碳大背景下，我校應用化學專業(yè)將儀器分析類課程(主要是儀器分析和儀器分析實驗)和能源材料類課程(主要是能源材料化學、鋰離子電池、太陽能電池等)兩部分打通，兩個課程組定期聯(lián)合開展教研活動。將鋰離子電池等能源器件領(lǐng)域可能遇到的分析檢測問題在儀器分析和儀器分析實驗等課程中提出，相關(guān)的分析檢測實驗在儀器分析實驗課程中開展，但后續(xù)萃取液回收利用過程涉及到的材料制備及性能表征等內(nèi)容在鋰離子電池和綜合實驗課程中開展。最大程度地將儀器分析方法和能源材料應用打通，讓學生掌握儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理及定性定量分析方法后，能夠解決較實際的產(chǎn)業(yè)問題。

表1 興趣驅(qū)動的實驗項目設(shè)計

下面以退役鋰電池回收作為一個興趣驅(qū)動的儀器分析綜合設(shè)計性實驗項目，展開討論其蘊含的思政元素：

(1) 設(shè)問(師生共同提出問題)：鋰電池是否要回收再利用？如何回收？中間環(huán)節(jié)是否會污染環(huán)境？

(2) 實驗設(shè)計(學生自行查閱資料，提出解決方案)：對現(xiàn)有退役鋰電池中有價值金屬的回收方法進行文獻調(diào)研、對比分析(表2)，從安全、經(jīng)濟、環(huán)保、循環(huán)使用的角度出發(fā)，開發(fā)一種利用低共熔溶劑(DES)萃取有價金屬的新方法。擬通過改變氫鍵受體、氫鍵供體類型及兩者的摩爾比，設(shè)計并篩選出鋰電池中有價金屬萃取時間短、萃取率高、純度高的環(huán)保型DES。針對退役鋰離子電池中萃取金屬元素的再利用過程，建立系統(tǒng)的評價方法，精準指導回收全流程，以獲得高純度的回收產(chǎn)品，滿足鋰離子電池行業(yè)的應用需求。

表2 鋰離子電池回收方法對比

(3) 實驗過程(實驗過程驗證及比對分析)：設(shè)計并篩選出鋰電池中有價金屬萃取時間短、萃取率高、純度高的環(huán)保型DES溶劑。建立退役鋰離子電池正極材料的預處理、有價金屬萃取及萃取液再利用過程的分析檢測及性能評價方法。并對退役正極材料中有價金屬萃取和再利用過程中產(chǎn)生的廢液進行分析檢測及回收處理，實現(xiàn)提高金屬萃取效率及減少污染排放的目標(圖2)。主要從可持續(xù)發(fā)展、綠色化學、環(huán)境保護、創(chuàng)新發(fā)展等角度融入思政理念。

圖2 實驗的主要過程和擬解決的問題

(4) 實驗拓展：利用萃取液再制備三元正極材料(圖3)，對所制得正極材料的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)和化合價進行對比分析，并分析凈化過程雜質(zhì)元素的去除效果。確定濾液中鋰的最佳回收條件，獲得純度高的鋰回收產(chǎn)品，并測試廢液中的金屬元素含量，確定廢液是排放還是萃取回收。

圖3 再制備三元正極材料過程分析檢測示意圖

這類興趣實驗教學內(nèi)容涵蓋了樣品前處理技術(shù)、大型儀器設(shè)備的使用及數(shù)據(jù)分析處理等過程，注重學生環(huán)境保護意識和社會責任感等思政元素與實踐教學的有機融合，有望提升學生解決復雜問題和適應崗位的能力[14]。同時，充分利用紅外光譜儀、掃描電鏡、X射線衍射儀(XRD)、液相色譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀等儀器設(shè)備，通過加強實驗室資源共享，優(yōu)化實驗平臺，開展探究型綜合實驗，增加創(chuàng)新性和綜合性實訓機會，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力，為應用型人才培養(yǎng)奠定良好基礎(chǔ)。

3.2 課程目標優(yōu)化提升：優(yōu)選思政教育案例，優(yōu)化一流課程目標和內(nèi)容

根據(jù)地方經(jīng)濟建設(shè)需求，對接分析檢測行業(yè)，密切結(jié)合最新產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)，明確課程的思政元素及融入點，設(shè)計教學方法。將社會熱點、行業(yè)關(guān)注點、生活中的痛點等現(xiàn)實問題整理成有趣的小故事講給學生聽，融入思政元素(表3)，提高學習積極性。結(jié)合最新產(chǎn)業(yè)發(fā)展對教學內(nèi)容進行刪減、重組，通過精選教學內(nèi)容、科學安排實驗項目，凝練特色項目，如測定校園附近河流或南湖水中金屬含量、測定西塘老酒或西湖龍井中芳香化合物含量等，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)思考和創(chuàng)新能力。此外，與企事業(yè)單位共同制定實驗方案，將校內(nèi)外兼職導師不同的知識背景和科技發(fā)展認知充分融入到實驗教學中，協(xié)同培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才。

表3 部分實驗教學過程的思政安排

3.3 教學方法多樣：“科研反哺教學”，全面提高學生創(chuàng)新實踐能力和科研素養(yǎng)

舍棄灌輸式的教學方法，以興趣和愛好為出發(fā)點，嘗試解決身邊及生活中的實際問題，以問題為中心點，設(shè)計實驗方法，形成思維導圖，最終出具實驗結(jié)果和報告，培養(yǎng)學生自主解決問題的能力，提升自信心，增強驅(qū)動力。同時借助網(wǎng)絡資源，提升教學容量和質(zhì)量，復雜問題形象化、直觀化，將傳統(tǒng)教學方式與現(xiàn)代化教學手段相結(jié)合，調(diào)動學生學習積極性[16]。

建立多層次“科研反哺教學”創(chuàng)新實踐機制，增強學生創(chuàng)新實踐和綜合能力。依托高水平的師資隊伍和科研成果，教師科研團隊與學生個性化培養(yǎng)、創(chuàng)新計劃、學科競賽、開放實驗項目、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)協(xié)同一體發(fā)展，在開設(shè)的儀器分析項目化實驗課程中，把最新科研思路、方法和精神融入到教學過程中，逐步將科研優(yōu)勢有效地轉(zhuǎn)化為教學優(yōu)勢[17]。

3.4 評價體系豐富：摒棄以分數(shù)論英雄的傳統(tǒng)觀念，豐富考核手段

為了更合理地評價學習效果、檢驗教學成效，除了實驗操作和實驗報告成績外，將口試、團隊日常合作、分組討論、實驗室衛(wèi)生、實驗拓展等平時環(huán)節(jié)納入考核體系(表4)。全方位評估學生的學習態(tài)度，觀測學習過程，并隨時提出改進的意見和建議，增進師生互動和反饋，實現(xiàn)課上和課下全方位育人，培養(yǎng)學生嚴謹踏實、實事求是的學習態(tài)度。

表4 全過程考核評價表

4 教學反思

4.1 教師自我學習與提升

教師成長是一個終身學習的過程。在教學過程中需要不斷提高自己的教育教學水平和思想意識，跟上時代發(fā)展，才能傳授學生更先進、更豐富的知識，才能更懂學生，更懂社會需求。培養(yǎng)學生的發(fā)現(xiàn)能力、思考能力和探究能力，引導學生去思考創(chuàng)新。

4.2 專業(yè)教師與思政教師、輔導員合作交流

思政教師和輔導員在學生的思想教育、學生培養(yǎng)、心理管理方面有很多寶貴的經(jīng)驗，專業(yè)課教師需要向他們積極請教，全方位地讀懂學生和培養(yǎng)學生，以構(gòu)建統(tǒng)一的育人大課堂。

5 結(jié)語

通過加強課程思政建設(shè)，強化課程育人導向，激勵教師不斷深入開展教學改革。構(gòu)建“三全育人”的思政教育新格局，運用新的教學方法和教學模式在實踐鍛煉中培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，把思政教育融入人才培養(yǎng)各環(huán)節(jié)，貫穿人才培養(yǎng)全過程。經(jīng)過項目化和案例化實踐環(huán)節(jié)的訓練，使化學化工類專業(yè)的學生具備較好的儀器使用綜合能力和科學探索精神。通過探索與實施，希望能對相關(guān)理工科專業(yè)在課程思政建設(shè)方面，尤其是涉及大型儀器設(shè)備方面的教學改革起到引領(lǐng)與示范作用。