“儀器分析及實驗”課程教學改革探討

馮瑩，曹滿，許敬華，陳永山

［摘 要］ “儀器分析及實驗”是一門理論與實踐并重的綜合性強且應(yīng)用范圍廣的專業(yè)課程。針對近年來課程組授課過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題，提出若干教學改革思路和措施，即形成“學長制”教學理念，設(shè)置“1—X—1”三階區(qū)域化教學內(nèi)容。其中，“1”為起步階段，講述區(qū)域內(nèi)的共性教學內(nèi)容；“X”為進階階段，重點為區(qū)域內(nèi)的差異性教學內(nèi)容；“1”為成熟階段，結(jié)合實踐教學，總結(jié)歸納區(qū)域內(nèi)的教學內(nèi)容。同時，結(jié)合課程思政，運用多元化的教學方法，將師生雙向考核機制貫穿于各區(qū)域化教學內(nèi)容。該教學改革有效地提升了課程教學質(zhì)量和專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，為進一步增強教師專業(yè)技能、學生專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能奠定了堅實的基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］ 儀器分析及實驗；教學改革；教學體系

［基金項目］ 2021年度泉州師范學院教育教學改革研究項目“以習近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)的環(huán)境科學專業(yè)課程體系建設(shè)”（JGX2021027）

［作者簡介］ 馮 瑩（1984—），女，安徽金寨人，農(nóng)學博士，泉州師范學院資源與環(huán)境科學學院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事園林植物與生物技術(shù)研究；曹 滿（1977—），女，湖南安鄉(xiāng)人，理學碩士，泉州師范學院資源與環(huán)境科學學院講師，教學科研辦公室主任，主要從事教學管理研究；陳永山（1980—），男，福建漳浦人，工學博士，泉州師范學院資源與環(huán)境科學學院教授，副院長（通信作者），主要從事土壤環(huán)境污染過程與控制技術(shù)研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0065-04［收稿日期］ 2022-05-06

“儀器分析及實驗”是一門理、工、農(nóng)科高校學生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有多學科交叉性、發(fā)展性和前沿性的特點。通過本課程的學習，學生能夠了解不同儀器的測試原理和結(jié)構(gòu)組成，明確各類儀器的應(yīng)用范圍和主要分析對象，掌握各種儀器的基本參數(shù)和操作方法，應(yīng)用所學知識解決實際問題，培養(yǎng)學生獨立思辨、分析解決問題的能力，并注重培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風、良好的實驗素養(yǎng)和求實的科研精神。

隨著“儀器分析及實驗”課程的重要性日益凸顯，眾多高?；瘜W、醫(yī)學、食品、環(huán)境等專業(yè)均開設(shè)了該門課程。但是該課程也逐漸暴露出一些教學問題：就教師而言，該課程已成為“燙手山芋”，課時少且任務(wù)重、理論性強；就學生而言，該課程是“談之色變”，知識點難理解且抽象，實踐少。故而，學界從理論教學、實踐教學兩個方面開展了“儀器分析及實驗”課程的教學改革研究。在理論教學方面，從教學理念［1］、教學方法［2-4］、教學內(nèi)容［5］等方面逐步開展，如以科學研究為教學理念，通過問題為導(dǎo)向的教學設(shè)計，將科研活動與教學結(jié)合起來，從而激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量；提出“以學生為主”，采用線上線下混合式教學法優(yōu)化傳統(tǒng)的教學方式，提高教學質(zhì)量；分析課程教學中存在的問題，從教學內(nèi)容、教學模式和考核評價方式等方面初步探討改革思路，認為更新、完善現(xiàn)代儀器分析課程的理論教學內(nèi)容將有助于實現(xiàn)專業(yè)課的育人功能。在實踐教學方面，從教學方法［6］、教學內(nèi)容［7］兩個方面展開，如采用“課前預(yù)習+研討式課程講解”的創(chuàng)新實驗教學方法，利用多媒體輔助與現(xiàn)場教學相結(jié)合的手段優(yōu)化實驗教學，保障實驗教學質(zhì)量。

總之，圍繞“儀器分析及實驗”課程的教學改革，或從理論教學方面，或從實踐教學方面開展。然而，該課程注重理論知識的學習，更強調(diào)實踐的重要性，缺乏理論與實踐綜合的教學改革，不利于該課程整體教學質(zhì)量的提升。因此，以環(huán)境科學專業(yè)為出發(fā)點，結(jié)合本學科發(fā)展趨勢和專業(yè)特點，本文分析了目前教學中存在的問題，從理論教學和實踐教學相結(jié)合的角度，提出一些教學改革思路，以有效提高“儀器分析及實驗”課程及實驗教學質(zhì)量，讓它成為師生喜愛的一門課。

一、教學現(xiàn)狀及存在的主要問題

根據(jù)我院環(huán)境科學專業(yè)本科生培養(yǎng)方案，“儀器分析及實驗”課程在大學本科第三學期開設(shè)，即在系統(tǒng)地修完“化學分析”課程的基礎(chǔ)上，繼續(xù)學習掌握儀器分析的原理、方法和應(yīng)用?，F(xiàn)歸納近年來“儀器分析及實驗”課程組在教學中發(fā)現(xiàn)的主要問題，具體如下。

（一）教學理念落后

課程組在早期的教學活動中采用“以教師為主”的教學理念。該教學理念因較少考慮學生的主體作用發(fā)揮，導(dǎo)致學生缺乏主動性和積極探索的興趣。近年來，課程組采用“以學生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學理念。該教學理念強調(diào)教師是教育的引導(dǎo)者和指導(dǎo)者，學生是教育的中心體。雖然這一理念充分考慮到學生的主體作用，但是因?qū)W生的個體差異性，教師難以有效掌控學生的學習進度和把握學生的理解程度。

（二）教學內(nèi)容偏理論

該課程的教材選用的是韓長秀等主編的《環(huán)境儀器分析》（2018年），無實驗教材。圍繞培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標，教學內(nèi)容應(yīng)由理論教學和實踐教學兩部分構(gòu)成，其中理論教學32學時，教學內(nèi)容相對較多，主要介紹儀器工作原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等知識；實踐教學16學時，主要開展4個實驗，包括紫外分光光度計、X射線熒光光譜儀、高效液相色譜儀、聯(lián)用技術(shù)。就理論教學內(nèi)容而言，較多的專業(yè)術(shù)語和抽象的專業(yè)知識，導(dǎo)致教師和學生“眉毛胡子一把抓”，學生較難理解生澀的教學內(nèi)容。針對實驗教學內(nèi)容，學生“親密接觸”儀器的實際操作時間很少，僅簡單地跟隨教師的演示操作，難以真正地獨立解決問題。此外，實驗儀器的缺乏也是造成實驗效果不佳的一個原因。

（三）教學方法單一

傳統(tǒng)的教學活動主要采用“填鴨式”教學方法，該教學方法導(dǎo)致課堂氛圍沉悶，難以調(diào)動學生的積極性和參與性。同時，由于學生對知識點理解不透徹，他們在課后復(fù)習和完成作業(yè)時存在困難。近年來，課題組采用線上線下相結(jié)合的混合式教學、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等多樣化的教學方法，雖然在一定程度上調(diào)動了學生學習的主動性和積極性，但是學生仍然存在嚴重的“掛機”等問題，且教師難以實時查控，致使多樣化的教學方法難以真正發(fā)揮作用。

（四）考核方式不合理

該課程的評價體系由平時成績、實驗成績、期中測評和期末考試四部分構(gòu)成，其中平時成績著眼于過程考核，強調(diào)學生的作業(yè)或小測完成情況，期中和期末考試采用閉卷理論考試的方式。然而，過程考核存在一致性、趨同性的現(xiàn)象，即學生從網(wǎng)絡(luò)上搜索作業(yè)題目，不假思索地直接粘貼內(nèi)容，缺少主動性的思考。期末考試存在“臨時突擊”現(xiàn)象，即考試前背誦知識點或復(fù)習資料。盡管教師在試卷中設(shè)計了一定的計算題和案例題，但學生對實際問題的解決仍停留于死記硬背知識點上，無法有效解決試題中提出的問題。這均使得過程考核和期末考試失去了考核的目的和意義。

二、教學改革的思路和措施

針對我院環(huán)境科學專業(yè)“儀器分析及實驗”課程教學中存在的問題，根據(jù)環(huán)境科學專業(yè)培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標，結(jié)合課題組近年來所做的各項工作，我們特提出“學長制”教學改革的思路和措施，具體表現(xiàn)為以下五個方面。

（一）“學長制”的教學理念

“學長制”的教學理念是以教師、學生兩個主體為出發(fā)點，其中“學”的主體對象是學生，其行為過程是學生的主動性、學習方法和學習效果；“長”的主體對象是教師，其行為過程是教師的教學方法、教學效果和教學反思。該教學理念強調(diào)教師和學生的協(xié)同性，逐步培養(yǎng)學生的主動性和積極探索精神，加強教師對多種教學方法的創(chuàng)新和改革，通過教學反思提升教學效果。

（二）“區(qū)域化”的教學內(nèi)容

根據(jù)我院環(huán)境科學專業(yè)特點，結(jié)合專業(yè)發(fā)展趨勢，圍繞教學目標，在對教學內(nèi)容進行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出“區(qū)域化”的教學內(nèi)容，即在對教學內(nèi)容進行歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，設(shè)置若干教學區(qū)域，將具有相同測試原理和結(jié)構(gòu)組成的儀器歸為1個教學區(qū)域。區(qū)域內(nèi)設(shè)置“1—X—1”3個階段，其中，1是起步階段，主要講解測試原理、結(jié)構(gòu)組成；X是進階階段，側(cè)重講授儀器的特殊結(jié)構(gòu)、特異分析對象等差異化知識；1是成熟階段，結(jié)合實踐教學，圍繞儀器參數(shù)設(shè)置、操作方法、注意事項等開展。如在對現(xiàn)有教材進行梳理的基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)特點和專業(yè)特長，設(shè)置3個“區(qū)域化”的教學內(nèi)容，即光學分析教學區(qū)域、色譜分析教學區(qū)域和聯(lián)用技術(shù)教學區(qū)域。光學分析教學區(qū)域中，主要講述儀器相關(guān)知識，包括原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、原子熒光光譜、紫外-可見吸收光譜。以光學分析教學區(qū)域為例，說明如何設(shè)置“1—X—1”3個階段的教學內(nèi)容：1是起步階段，主要講述基本原理（朗伯-比爾定律、Schiebe-Lomakin式）、儀器共性結(jié)構(gòu)（光源、樣品池、單色器、檢測器、信息處理與顯示裝置）、定性分析與定量分析方法；X是進階階段，主要講述差異性（光作用于物質(zhì)的差異、結(jié)構(gòu)的差異性、測定對象的特殊性）；1是成熟階段，在實踐教學的基礎(chǔ)上，由學生根據(jù)實踐結(jié)果和心得總結(jié)儀器的使用及注意事項。

（三）“多元化”的“教—學”方法

通過多年的教學實踐，課程組發(fā)現(xiàn)，教學方法不能僅僅限于教師的教學方法，需要將教師和學生2個對象作為出發(fā)點，把教學方法與學習方法結(jié)合起來才能實現(xiàn)“教學相長”的目的。就教師而言，每個階段中，教師應(yīng)根據(jù)教學內(nèi)容特點采用差異化的教學方法，如起步階段的教學內(nèi)容涉及較多的專業(yè)術(shù)語，學生較難理解測試原理且結(jié)構(gòu)組成較為空洞。那么，講授該部分的測試原理時，教師可采用多媒體動畫、插畫的方式，并增加討論、提問等教學環(huán)節(jié)，重點講解術(shù)語或測試原理中的關(guān)鍵詞匯；講解儀器結(jié)構(gòu)時，結(jié)合教學模型或?qū)嵨镂⒁曨l，不僅可以增加學生的認知感，還能調(diào)動學生的參與性。進階階段的教學內(nèi)容是通過預(yù)先設(shè)置案例或項目，讓學生課下思考，再以小組為單元解析，最后教師進行總結(jié)。成熟階段的教學內(nèi)容是在進階階段教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過視頻讓學生觀察操作方法和參數(shù)設(shè)置，再對預(yù)設(shè)問題給出解決辦法：以模擬“辯論”方式，小組間進行批判與辯解；結(jié)合實踐教學，驗證解決辦法的可行性，給出總結(jié)性的觀點；歸納正確的操作方法。在進階階段和成熟階段，教師須將學生分組，以4～5人為一組并設(shè)置組長輪流制，以保證每個學生都能參與。同時，預(yù)先設(shè)置的案例或項目應(yīng)具有針對性，保證有2～3個出發(fā)點或解析點。此外，可以充分運用騰訊課堂、QQ視頻等，對組長反饋的“生澀”或“難消化”知識點經(jīng)梳理后進行課后輔導(dǎo)或講解。

（四）“師生雙向”的考核機制

考核機制采用“師、生”雙向的方式。就教師而言，可采用小測、小課題的方式考核每個階段學生的學習成果，小測的方式需要在課堂上完成，小課題考核主要針對預(yù)留案例，通過查閱文獻，讓學生獨立思考后進行解析；就學生而言，結(jié)合每個階段的教學方法、教學內(nèi)容，以組為單位由組長向教師反饋，以便教師進行教學反思，進一步完善教學方法和教學內(nèi)容。

（五）課程思政的引入

依據(jù)教育部發(fā)布的《高等學校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》［8］，在構(gòu)建區(qū)域化教學內(nèi)容時，要以立德樹人為引領(lǐng)，充分挖掘課程中的思政元素，引導(dǎo)學生樹立正確的科學價值觀，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風和求實的科研精神，從而實現(xiàn)全員、全程、全方位育人。如在組織3個區(qū)域化的教學內(nèi)容時，可引入國內(nèi)外儀器發(fā)展歷程和現(xiàn)狀內(nèi)容，增強學生的使命感和責任感；在起步階段，結(jié)合定律或公式解析，引入論文數(shù)據(jù)造假后果，培養(yǎng)學生實事求是的精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；在提升階段和成熟階段，通過實時案例，提升學生“發(fā)現(xiàn)問題—提出問題—解決問題”的能力。

結(jié)語

“儀器分析及實驗”是一門理論與實踐并重的課程，其重點是讓學生掌握儀器的工作原理并熟練使用，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、主動思考的能力。本課程的教學改革思路和措施主要為：（1）形成“學長制”的教學理念，充分考慮教師主導(dǎo)、學生主體的作用發(fā)揮和行為過程，強調(diào)二者的協(xié)同性。（2）采用多元化的教學方法，貫穿“1—X—1”三階區(qū)域化教學內(nèi)容。其中，“1”為起步階段，講述區(qū)域內(nèi)的共性教學內(nèi)容；“X”為進階階段，重點為區(qū)域內(nèi)的差異性教學內(nèi)容；“1”為成熟階段，著眼于實踐教學，總結(jié)歸納區(qū)域化的教學內(nèi)容。（3）設(shè)置師生雙向的綜合考核機制。通過教學改革，結(jié)合課程思政，授課教師要根據(jù)學生的反饋情況及時調(diào)整授課計劃，準確把握教學重點和難點，切實做到因材施教。同時，學生要發(fā)揮主觀能動性和參與性，熟練掌握知識要點和儀器使用，切實做到學以致用。總之，從教師和學生二者結(jié)合出發(fā)的教學改革，更有利于提高教學質(zhì)量，真正發(fā)揮“教學相長”的作用。

參考文獻

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［8］中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《高等學校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-05-28）［2021-04-13］.http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

Research on the Teaching Reform in the Course of Instrumental Analysis and Experiment

FENG Ying， CAO Man， XU Jing-hua， CHEN Yong-shan

（School of Resources and Environmental Science， Quanzhou Normal University， Quanzhou， Fujian 362000， China）

Abstract： The course of Instrumental Analysis and Experiment is a comprehensive and strong professional course with a wide application range， paying great attention to theories and experiments. In view of some problems during the teaching process in recent years， a teaching reform was conducted and some ideas and measures of teaching reform are put forward， such as the“senior-student guiding system， and the establishment of the three-step teaching content system of “1-X-1”.“1 means the initial stage， including the common teaching content; “X” means the advanced stage focusing on the different teaching content; the second “1” means the mature stage. On the base of experiments， it summarizes the teaching content. Combined with “curriculum ideological and political education”and diverse teaching methods， the two-way assessment mechanism between teachers and students is adopted in the whole teaching process. The teaching reform has effectively improved the teaching quality of the courses and the quality of professional personnel training， and laid a solid foundation for further enhancing teachers professional skills， students professional quality and professional skills.

Key words： Instrumental Analysis and Experiment; teaching reform; teaching system