《儀器分析》教學改革與探索

劉 波，譚建娟，彭永利

(湖南文理學院化學與材料工程學院，湖南 常德 415000)

《儀器分析》是理論性與實踐性都十分重要的是化學專業(yè)本科生的重點課程之一，在其專業(yè)主修課中占有舉足輕重的地位。儀器分析是利用學科的基本原理以及計算機等各種先進技術對物質進行分析的一門學科課程，同時對于學生感知事物、掌握基本原理和提高科學素養(yǎng)都有較大益處?！秲x器分析》課程在理工科化學專業(yè)中一般分為儀器分析與儀器分析實驗兩門課程，理論課是基礎，實驗課是實踐。但目前就儀器分析課程而言仍存在許多無可避免的問題，如教學內容較為枯燥滯后、理論學習與實驗進行相脫節(jié)、所需的教學儀器在數量和質量上缺乏等。因此，儀器分析課程教學模式需要進行改革，以適應社會的發(fā)展。

1 儀器分析化學課程的重要性

儀器分析在當代分析化學中的作用：在某些物質精細結構的測定中，化學分析不能提供完全可行的解決方案，而儀器分析相對而言，能夠提供更好的解決方法。儀器分析操作往往需要使用一些較大型的分析儀器并更要結合相關的分析技術。近幾年，儀器分析被廣泛應用于許多領域，例如環(huán)境科學、生命科學、藥學、醫(yī)學以及地質學等。作為化學分析的核心技術，儀器分析對于增強該領域專業(yè)知識的理解和掌握具有重要的現實意義[1]。學生掌握扎實基礎理論的同時充分掌握實踐技能有利于學生發(fā)揮理論結合實際，同時運用并掌握所學理論；有利于學生個人操作素養(yǎng)的提高；有利于為學生前期就業(yè)打下堅實的基礎。

2 現存的教學模式

目前學校有的教學資源基本能夠滿足儀器分析化學的教學，多種儀器正在使用，比如紅外光譜，原子發(fā)射光譜，色譜等儀器。大型的分析儀器和操作復雜的分析儀器也存在。但是大部分分析儀器未能充分使用。儀器的使用主要在對應的實驗課程，大多數學生未能使用儀器從而難以達到掌握儀器的基本使用。在目前學習的儀器分析課程中，主要偏重于理論學習，儀器分析的理論學習，理論學習主要劃分為光學分析法，電化學分析法，分離分析法，其他儀器分析法等，但在分析技術的實踐操作相對缺乏。在開展的課程中，存在部分的儀器分析實驗和操作訓練，但是在訓練操作的時間和次數上對于學生而言是遠遠不夠的。學生擁有充足的訓練時間和操作機會也充分體現了教學資源的充足。

在儀器分析理論課程的開展過程中，存在教學模式單一化，不夠多元化，未能充分利用現有狀況下豐富的教學資源。如對于儀器認識不僅可以通過書本學習理論，可以通過mooc慕課，可以通過學習網站。課內教學目前教學手段單一化，教師使用教學課件，在課堂上流程化，機械化使用幻燈片，未能起到充分調動學生和引導學生的作用；教學課件的使用無可避免，教師和學生要做到的是結合課件，跳出課件的限制框架，達到以課件為基礎，結合科技發(fā)展的情況進行展開。未能做到課內課外相協(xié)調。在課內通過教師的引導并解釋重要理論或儀器，采用豐富的教學手段去加強學生的自學和思考。在教學資源滿足要求的情況下，對于大部分儀器，特別是大型儀器，儀器實踐技能的掌握有利于學生理論結合實際，同時訓練學生的實操能力。目前存在的主要問題：理論課程的學習和實操課程的時間比重不衡。

3 課程在教學中存在的問題

3.1 教學內容較為抽象，理解困難

質量或定量分析方法，其中大部分是有關工具的結構及其工作原理，很難通過理論學習理解，由于課程內容比較抽象，學生學習只能走馬觀花，且在教學過程中，教師多為 PPT 展示和口授教學等方式，這種傳統(tǒng)的教學模式也讓學生在課堂上感到枯燥無味，這導致學生經常在課堂上學習不足，漸漸地喪失了學習的興趣和動力，使他們難以取得理想的學習成果。

3.2 實驗課教學缺乏教學儀器支撐

“儀器分析”是一項非常理論化和實際化的工作，包括理論和實驗教學方法，相互補充。以致實驗課程部分內容與進度難以完成實驗教學，因此存在實驗課程超前或者嚴重滯后理論教學的現象。與此同時，一些實驗課程只按照學校的條件進行，許多在理論課程中學習的知識無法以實驗方式深化，很快就會被遺忘。此外，小數量的大型儀器和高成本的使用，很容易損壞，學生獨立工作的機會相對較少，這意味著大多數學生只能在觀察老師的情況下進行實驗。而大部分學生很難通過這種學習方式去了解并掌握該儀器操作的相關要領。

3.3 上課方式過于單調，缺乏和學生的互動

老師們還停留在傳統(tǒng)的教學手段上，為了追求教學進度而忽視了教學效果。一門《儀器分析》課程，通過半學年32個課時的學習，讓同學們深入了解并學懂弄通，確實有很大的挑戰(zhàn)。首先時間不允許老師們過多的展開講解實際的案例，不然很難按時完成所有課程內容的教學。再者在半年通過傳統(tǒng)的“灌輸式”教學方式把課程講完，學生們很難消化，容易導致“消化不良”。出現學生上課不認真聽講，做與課堂無關的事情，最后導致厭倦這門課程的學習，更有甚者逃避上這門課。所以說，教師不能一味的為了完成課程任務而忽視課程的性質，《儀器分析》是一門實踐性很強的課程，必須要加入一些案例式的教學內容，通過由淺入深的案例引入，讓學生懂得這門的課程的重要性，然后激發(fā)學習動力與興趣。讓他們不僅懂得理論與原理，跟要掌握具體的實踐操作，達到學為所用的目的。只有在課堂中勇于開展教學改革，不斷的創(chuàng)新，做到多與學生交流，多聽聽學生的意見與看法，才能達到意想不到的教學效果?？傊虒W需要老師和學生之間相互交流和溝通，老師不能只教不問學生的學習效果，學生應該多參與課堂的教學環(huán)節(jié)，真正做到寓教于樂。

4 教學改革建議

4.1 豐富課程教學手段

應用多媒體教學是現代課程中非常重要的技術。在學習的過程中，我們可以通過動畫、PPT、如儀器使用的視頻，描述一些儀器的工作原理、結構和方法。由此學生的視覺效果刺激了學生對學習的興趣和動力。在接下來的實驗教學過程中，也可以使用虛擬仿真軟件對儀器進行拆分和重組，讓學生了解儀器內部精細構造及工作流程，為了達到理想的學習成果，引入和加強理論知識。近年來興起的“微課”“慕課”和“翻轉課堂”也是一個很好的借鑒方式。在課堂上多引入學生們在本學校學不到和看不到的事物，會讓他們懂得學無止境?！胺D課堂”的引入，可以讓學生短暫的做一次“老師”，讓他給其他同學講課，那么學生就要提前準備素材和教案，促進他們主動的學習和思考，效果會事半功倍。

4.2 聯(lián)系實際生活

《儀器分析》課程內容比較抽象，特別是，在每一分析方法的應用領域，如果老師簡單地說明并解釋它，學生可能會感到困惑，但如果使用特定的例子說明了它的應用，學生就更容易理解和理解它。例如，使用高效率的液體色譜方法(HPLC)，可以在課堂上先向學生播放食品中殘留有農藥，非法添加劑，重金屬農藥超標殘留引起的中毒事件。這表明在食品中發(fā)現農藥殘留物的重要意義，并使用HPLC方法確定農藥殘留物的一些標準方法。前幾年全球爆發(fā)的新冠疫情，核酸的篩查就留下了檢測儀器重要性的影子。由于這些例子與日常生活密切相關，學生們很容易理解和印象深刻。使得學生能夠極大程度上的提高對這門課程的第一好感。讓他們懂得知識的重要性，把被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，最終落實到學以致用，達到人才培養(yǎng)的目標。

4.3 注重課堂互動

由于《儀器分析》課程所涉及的知識點包括各個方面，種類多，基礎知識也多，內容相對比較十分復雜，學生學起來比較困難，在現代《儀器分析》的教學過程中，需要將知識做到實際性最高，所傳授的即時課程的重點知識，也是對學生的基礎知識拓展和應用性探索有最大的幫助。但如果只是聽老師講解，學生通常不會感興趣，教學的效果并不理想。在教育中，我們必須以學生為主。與其老師從頭到尾解釋，還不如調動學生對學習的興趣，在教學中，教師也可以鼓勵學生大膽發(fā)表自己的建議，大家一起進行辯證討論，提出問題，甚至可以將問題由淺到深入的解析，或通過具體例子或相關問題的內容，讓學生有機會討論處理，從而激發(fā)學生對學習的興趣，拓展課堂互動，以期提高課堂教學效率。

4.4 重視教學多元化，實踐操作

針對目前主要教學開展，從以下兩個方面來解決：第一教學開展：從單一化轉向采取多元化，由原來單一的課內教學模式，轉變?yōu)檎n內課下，線上線下多元化教學，從而豐富教學模式，教學手段，教學內容的立體化。教師充分利用現有狀況下豐富的教學資源引導學生來認識分析儀器。可以通過書本學習理論，同時可以通過學習網站。如中國大學生mooc慕課、智慧樹在線教育等。課內教學教學方法多元化，教師使用教學課件，同時采用講授法、討論法、訓練強化法、微課等。在《儀器分析》理論課中，將實驗的操作過程以微課形式播放給學生觀看，使得教學操作儀器清晰展現在學生面前，有了更直觀的了解，微課講授的知識點內容重點突出、清楚、主題明確、通俗易懂更有助于理論課的吸收效果[2-4]。調動學生和引導學生的作用；教學課件的使用合理，教師和學生要做到的是結合課件，跳出課件的限制框架，達到以課件為基礎，結合科技發(fā)展的情況進行展開。做到課內課外相協(xié)調。在課內通過教師的引導并解釋重要理論或儀器，采用豐富的教學手段去加強學生的自學和思考。在教學過程中，應充分利用新時代背景下的高科技手段，探索新型教學模式，充分調動學生學習的積極性，提高學生的參與度，從而達到提高教學質量的目的[5-8]。

第二實驗開展建議：在教學資源滿足要求的情況下，開展的相對應的實驗，同時給予充足的時間讓學生去練習一起的使用和訓練。對于大部分儀器，特別是大型儀器，儀器實踐技能的掌握有利于學生理論結合實際，同時訓練學生的實操能力。針對理論課程的學習和實操課程的時間比重不衡。線下在滿足基本理論學習的情況下調整理論課程和實操課程的課時比重。若線下在教學資源不足或者練習時間不足的情況下，可以采用一部分線上可以采用虛擬仿真實驗室，一部分線下；或者線下為主，線上為輔。充分利用網絡教學資源的優(yōu)勢加強對學生學習能力的培養(yǎng)。

5 結 語

課程從單一化轉向采取多元化，由原來單一的課內教學模式，轉變?yōu)檎n內課下，線上線下多元化教學，從而豐富教學模式，教學手段，教學內容的立體化。對于教師產生的影響，教師在自己專業(yè)知識技能掌握更為牢固，同時提升自己的教學水平；在引導學生自主學習和思考，同時加強自己對新領域和新技術的學習。對于學生產生的影響，讓學生在種類多，基礎知識也多，內容相對比較十分復雜，學生學起來比較困難的情況下激發(fā)學生的學習興趣，提高自己的理論水平和儀器操作能力。對于課程產生的影響，使課程學習變得更加便捷，同時使原有理論更加立體化。儀器分析與社會生產實踐、科學技術發(fā)展息息相關，它不僅適用于分析測定，還可用于各種化學理論和實際問題的研究和解決。