新工科建設(shè)背景下《儀器分析》課程改革研究*

王 蓉，譚文淵，韓建軍，呂永軍，張麗萍

(四川輕化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川 自貢 643000)

當(dāng)今世界，隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以“互聯(lián)網(wǎng)+”和工業(yè)深度融合為主驅(qū)動力的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正迅猛發(fā)展，給我國的工程科技人才培養(yǎng)帶來了前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，迫切需要深化工程教育改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[1-3]。為此，教育部高等教育司正式提出了“新工科”建設(shè)，為我國高等教育改革指明了方向。2019年吳巖司長在國際機(jī)械工程教育大會上的“勇立潮頭，賦能未來——以新工科建設(shè)領(lǐng)跑高等教育變革”報(bào)告中，明確了以“新工科建設(shè)為指引，推進(jìn)一流本科課程建設(shè)”的高校課程改革發(fā)展戰(zhàn)略[4]。新工科強(qiáng)調(diào)面向未來產(chǎn)業(yè)需求，突破傳統(tǒng)學(xué)科間的專業(yè)壁壘，強(qiáng)化多學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”人才[5]，以應(yīng)對未來新技術(shù)與新產(chǎn)業(yè)的國際競爭與挑戰(zhàn)。

《儀器分析》是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的核心專業(yè)課程，該課程是依據(jù)現(xiàn)代儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對未知樣品的定性、定量及結(jié)構(gòu)分析而建立起來的，儀器分析是學(xué)生必須掌握的現(xiàn)代測試技術(shù)。該課程對培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力具有十分重要的作用。然而，隨著現(xiàn)代儀器分析方法的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的《儀器分析》課程教學(xué)內(nèi)容、方法和模式，已經(jīng)不能完全滿足培養(yǎng)新工科對儀器分析知識和能力需求，迫切需要突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，推動課程改革，以適應(yīng)新工科建設(shè)提出的新要求。

本文根據(jù)我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)特點(diǎn)，基于“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，結(jié)合新工科建設(shè)需求，通過分析目前儀器分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、社會需求，結(jié)合學(xué)校定位和現(xiàn)行《儀器分析》課程教學(xué)現(xiàn)狀，確定《儀器分析》課程教學(xué)定位和教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化課程教學(xué)大綱，深化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)方案、考核評價(jià)機(jī)制、質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)與保障機(jī)制等環(huán)節(jié)的改革與創(chuàng)新，培育優(yōu)質(zhì)課程和教學(xué)成果，推動《儀器分析》課程建設(shè)，以期全面提升《儀器分析》課程教學(xué)質(zhì)量。

1 以新工科建設(shè)為指引，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，重構(gòu)《儀器分析》課程體系

根據(jù)新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證的需求，結(jié)合應(yīng)用化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，采用逆向設(shè)計(jì)模式，對十二條畢業(yè)要求進(jìn)行分解，確定了《儀器分析》課程重點(diǎn)支撐“能理解解決方案的多樣性，并結(jié)合文獻(xiàn)信息，從解決復(fù)雜工程問題的多種方案中尋求優(yōu)選方案。”和“能夠針對具體問題，選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、軟件和信息資源，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計(jì)算、模擬與設(shè)計(jì)，并能夠分析其局限性?！边@兩個(gè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，確定應(yīng)用化學(xué)專業(yè)《儀器分析》課程的教學(xué)目標(biāo)為：使學(xué)生掌握儀器分析的基礎(chǔ)知識、基本理論、基本技能，受到一定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，具備運(yùn)用所學(xué)知識正確選擇分析方法的能力，以及進(jìn)行分析方法研發(fā)的能力。

儀器分析課程教學(xué)內(nèi)容涉及物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)交叉學(xué)科，具有內(nèi)容多，學(xué)習(xí)難度大的特點(diǎn)。近年來，隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，儀器分析發(fā)展迅速，儀器更新?lián)Q代和分析新方法、新技術(shù)的不斷創(chuàng)新與應(yīng)用，知識更新很快。原來《儀器分析》課程主要講授紫外可見分光光度法、氣相色譜、液相色譜、電位分析法等內(nèi)容。近年來，隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜、原子吸收、氣質(zhì)聯(lián)用等儀器逐漸成為常規(guī)檢驗(yàn)檢測儀器，已經(jīng)被寫入國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，一些便攜式、傳感檢測技術(shù)發(fā)展迅速，如便攜式拉曼檢測、微芯片分析、傳感檢測等也在飛速發(fā)展，并被逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。為了使《儀器分析》課程教學(xué)內(nèi)容能與時(shí)俱進(jìn)，緊跟儀器分析領(lǐng)域的發(fā)展，以達(dá)成課程培養(yǎng)目標(biāo)，我們修訂了《儀器分析》教學(xué)大綱，優(yōu)化更新了教學(xué)內(nèi)容，淘汰一些過時(shí)和不常用的知識點(diǎn)及分析方法，結(jié)合現(xiàn)行生產(chǎn)實(shí)際和相關(guān)分析標(biāo)準(zhǔn)，增加了原子吸收、紅外及聯(lián)用儀器等章節(jié)，并對儀器分析發(fā)展趨勢進(jìn)行了詳細(xì)講解，簡要介紹了現(xiàn)在發(fā)展迅速的在線檢測、芯片檢測技術(shù)的原理與應(yīng)用內(nèi)容。

2 構(gòu)建線上線下混合教學(xué)模式

2.1 構(gòu)建線上教學(xué)資源平臺

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)生獲取課程知識的渠道不再局限于課堂學(xué)習(xí)，學(xué)生可以通過精品課程在線網(wǎng)站、共享的慕課資源等多途徑獲取知識。在此背景下，傳統(tǒng)授課模式已難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，要保持課堂教學(xué)對學(xué)生的吸引力，必須進(jìn)行教學(xué)模式改革。“以學(xué)生為中心”的工程教育理念，立足課程教學(xué)目標(biāo)，聚焦學(xué)生學(xué)習(xí)效果，逆向設(shè)計(jì)教學(xué)策略與教學(xué)方案。根據(jù)儀器分析課程定位和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，對課程PPT進(jìn)行了修改、增加實(shí)驗(yàn)過程微視頻、儀器操作flash動畫、《儀器分析》慕課視頻、仿真實(shí)驗(yàn)等教學(xué)資源，建設(shè)《儀器分析》線上教學(xué)平臺。將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與現(xiàn)代化信息技術(shù)相結(jié)合，線上和線下教學(xué)有效銜接，優(yōu)勢互補(bǔ)，改變傳統(tǒng)“教師講，學(xué)生聽”傳授式教學(xué)模式，構(gòu)建課堂教學(xué)、線上教學(xué)與仿真實(shí)驗(yàn)為一體的混合教學(xué)模式與方法，建立多元化的教學(xué)渠道。

2.2 創(chuàng)新教學(xué)模式

《儀器分析》課程涉及的檢測儀器、方法眾多，理論和實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大。我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)《儀器分析》課程的開課學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)模式僅能重點(diǎn)講授五種儀器分析技術(shù)，儀器分析發(fā)展前沿和實(shí)用便攜式快速檢測技術(shù)等內(nèi)容只能簡要介紹，并引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。為了充分發(fā)揮課堂授課效率，本課程通過多年實(shí)踐、逐漸形成了“雨課堂+學(xué)習(xí)通+虛擬實(shí)驗(yàn)”的混合式教學(xué)模式。教學(xué)過程中，充分利用線上資源，課前通過學(xué)習(xí)通給學(xué)生下達(dá)線上學(xué)習(xí)任務(wù)，預(yù)設(shè)思考問題，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)線上課程，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)并思考問題。如在講授色譜分析前，先向?qū)W生推送本章的教學(xué)視頻及儀器操作視頻，然后讓學(xué)生做色譜仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對色譜儀器原理及使用有基本了解，并以“蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥檢測”、“廢水中多氯聯(lián)苯檢測”、“室內(nèi)有機(jī)物檢測”、“白酒風(fēng)味物質(zhì)指紋譜圖檢測”、“中藥中黃酮類物質(zhì)檢測”為主題，讓學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，完成一篇與主題相關(guān)的文獻(xiàn)綜述，使其能了解色譜在實(shí)際樣品分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

線下課堂教學(xué)中，針對理論課程課堂教學(xué)枯燥乏味這一問題，我們將案例導(dǎo)引，啟發(fā)式、探究式、討論式教學(xué)有機(jī)融合，將經(jīng)典的儀器分析案例引入課堂，讓學(xué)生以小組為單位對分析案例進(jìn)行課堂討論，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考是否有其他儀器分析方法可以代替現(xiàn)有檢測技術(shù)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析的熱情，培養(yǎng)學(xué)生能理解解決方案的多樣性，并結(jié)合文獻(xiàn)信息，從解決復(fù)雜工程問題的多種方案中尋求最優(yōu)方案的能力。如在紫外可見分光光度法中，讓同學(xué)們查閱文獻(xiàn)，歸納總結(jié)茶葉中鐵含量檢測方法，并比較各方法的檢測原理、靈敏度、穩(wěn)定性、檢測成本。通過各種儀器方法的比較和歸納，使學(xué)生掌握任何分析儀器都由“信號發(fā)生系統(tǒng)—傳感裝置-信號檢測系統(tǒng)-信號處理系統(tǒng)”等部分組成的規(guī)律，并了解了其它儀器原理與分析方法。

針對儀器課程涵蓋知識面廣，儀器結(jié)構(gòu)、原理復(fù)雜，抽象難懂，學(xué)習(xí)難度大的問題，教師在PPT中加入生動有趣的儀器分析flash動畫，讓學(xué)生能更直觀認(rèn)識儀器結(jié)構(gòu)和原理，提高學(xué)習(xí)效果。另外，在課程教學(xué)過程中，教師注重將科研與教學(xué)有機(jī)結(jié)合，將真實(shí)分析案例和在線仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生從分析方法的基本原理出發(fā)，觀察、分析、綜合、歸納眾多影響因素，思考應(yīng)用儀器分析解決實(shí)際問題的方法和途徑，將知識理解、運(yùn)用、創(chuàng)新形成有機(jī)結(jié)合并實(shí)現(xiàn)逐步升級，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由知識掌握轉(zhuǎn)化為能力培養(yǎng)，逐步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合分析解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)新工科背景下創(chuàng)新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

3 構(gòu)建《儀器分析》課程多方位的考核評定體系

針對《儀器分析》課程特點(diǎn)，在OBE理念指導(dǎo)下，根據(jù)課程對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐，打破傳統(tǒng)的“一考定成績”的考核方式，設(shè)計(jì)能考查學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的綜合評價(jià)體系，構(gòu)建多元化的課程考核方式。以過程評價(jià)為核心的考核方式，將《儀器分析》課程考核貫穿于整個(gè)教學(xué)全過程，降低期末考試成績在總成績中所占比重，增大課堂教學(xué)過程評價(jià)的比重，改變過去死記硬背拿高分的考核模式，將標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)考核結(jié)合、靈活考查與基礎(chǔ)考核相結(jié)合，線上與線下考核結(jié)合，從多環(huán)節(jié)多維度考察學(xué)生，確保課程考核的合理性。

《儀器分析》課程成績由平時(shí)考勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)成績、期中測驗(yàn)和期末考試成績加權(quán)確定。我們采用雨課堂授課，在教學(xué)過程中，根據(jù)章節(jié)的知識難點(diǎn)和重點(diǎn)，設(shè)置適當(dāng)?shù)碾S堂測試題目，及時(shí)評價(jià)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，督促學(xué)生認(rèn)真聽講。教師根據(jù)同學(xué)們的雨課堂答題情況、小組討論情況、回答問題情況，評定學(xué)生成績，作為課堂表現(xiàn)成績。根據(jù)“學(xué)習(xí)通”上視頻學(xué)習(xí)和章節(jié)作業(yè)完成情況，綜合評價(jià)確定學(xué)生課后成績。

4 構(gòu)建教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)與保障機(jī)制

新工科建設(shè)背景下，工程教育需要建立一種貫穿整個(gè)課程教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，持續(xù)改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)活動，以保障其與時(shí)俱進(jìn)，始終支撐教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)《儀器分析》課程特點(diǎn)，我們探索構(gòu)建了適應(yīng)于“評價(jià)-反饋-改進(jìn)”的教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。首先，在《儀器分析》課程教學(xué)大綱中明確規(guī)定課程目標(biāo)、考核方式、考核標(biāo)準(zhǔn)、成績構(gòu)成，并在第一次上課時(shí)給學(xué)生講解教學(xué)目標(biāo)與考核形式。在考核前對考核內(nèi)容和方式進(jìn)行合理性審查，確定考核方式和內(nèi)容能正確評價(jià)學(xué)生工程能力培養(yǎng)情況。課程考核后，根據(jù)課程大綱要求收集課程的考評數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生教學(xué)過程反饋、學(xué)生調(diào)查報(bào)告、課程成績達(dá)成度評價(jià)課程教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，分析教學(xué)中存在的問題，從而針對性的提出改進(jìn)策略與方法，并反饋落實(shí)于下一次課程教學(xué)中，從而建立一種質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)與保障機(jī)制，確保儀器分析教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。

5 結(jié) 語

綜上所述，在新工科建設(shè)背景下，將成果導(dǎo)向(OBE)理念引入《儀器分析》課程建設(shè)，改革人才培養(yǎng)模式，重構(gòu)《儀器分析》課程體系，建設(shè)《儀器分析》線上教學(xué)平臺，將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與現(xiàn)代化信息技術(shù)相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升。構(gòu)建多元化的課程考核方式和教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)與保障機(jī)制，推動《儀器分析》課程內(nèi)涵發(fā)展，保障課程教學(xué)始終支撐畢業(yè)要求的達(dá)成，培養(yǎng)適應(yīng)新工科建設(shè)需要的創(chuàng)新型工程科技人才。