面向應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的儀器分析教學(xué)探索與實(shí)踐

黃增芳，謝輝，張景強(qiáng)，雷雪峰，馬軍現(xiàn)

電子科技大學(xué)中山學(xué)院，材料與食品學(xué)院，廣東 中山 528402

應(yīng)用型人才是地方高校培養(yǎng)的能夠?qū)I(yè)知識(shí)和技能應(yīng)用于所從事專業(yè)社會(huì)實(shí)踐的一種專門(mén)人才類型，培養(yǎng)的人才不僅要有扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，還要有在生產(chǎn)、實(shí)踐中實(shí)際應(yīng)用的能力，其顯著特征在于“學(xué)以致用，能力本位”[1,2]。目前，隨著我國(guó)高等教育已步入國(guó)際公認(rèn)的大眾化發(fā)展階段和社會(huì)對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求日益增加，使得許多地方高校的辦學(xué)定位在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)[3]。儀器分析是基于物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)在分析過(guò)程中所產(chǎn)生的分析信號(hào)對(duì)待測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)，是化學(xué)研究乃至科學(xué)研究的眼睛，是透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的基礎(chǔ)和階梯[4]。應(yīng)用是社會(huì)發(fā)展之泉，創(chuàng)新是社會(huì)發(fā)展之源，被置于引領(lǐng)社會(huì)發(fā)展的引擎和發(fā)動(dòng)機(jī)的地位[5]。本案例將課程融于多學(xué)科領(lǐng)域，在課內(nèi)課外、線上線下、實(shí)習(xí)實(shí)踐中不斷加深鞏固課程知識(shí)，力爭(zhēng)使學(xué)生在社會(huì)實(shí)踐中應(yīng)用和豐富課程知識(shí)，并實(shí)現(xiàn)不斷創(chuàng)新發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)“知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造”的進(jìn)階式教學(xué)目標(biāo)，助推應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

1 課程內(nèi)容特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)

儀器分析利用各種現(xiàn)代儀器對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量和形態(tài)分析，以精準(zhǔn)獲取物質(zhì)組成、分布、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的時(shí)空變化規(guī)律[6]。根據(jù)人才培養(yǎng)方案，我校的儀器分析課程在應(yīng)用化學(xué)、食品質(zhì)量與安全和環(huán)境工程三個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)，總課時(shí)為64學(xué)時(shí)，理論課為48學(xué)時(shí)。授課時(shí)，將內(nèi)容重構(gòu)為四大模塊：光譜分析、電化學(xué)分析、色譜分析及其他分析(包含熱學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、動(dòng)力學(xué)等)；實(shí)驗(yàn)課為16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為利用紅外分光光度計(jì)、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)及高效液相色譜儀對(duì)常見(jiàn)有機(jī)化合物進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析，對(duì)水樣中無(wú)機(jī)物和金屬離子含量進(jìn)行分析等。每種方法基于待測(cè)物不同的物理性質(zhì)，其中光分析法是利用待測(cè)組分的光學(xué)性質(zhì)，知識(shí)重構(gòu)時(shí)，在給學(xué)生講解單色光和復(fù)色光時(shí)引入個(gè)人和集體的關(guān)系；光能轉(zhuǎn)換引入“贈(zèng)人玫瑰、手留余香”的哲學(xué)道理，融入人文素養(yǎng)；光的波粒二象性引入看待事物兩面性；講解紅外光在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境等領(lǐng)域中的應(yīng)用時(shí)融入科學(xué)精神、民族自豪；光電倍增管放大原理引入人的進(jìn)步“日益積累”“水滴石穿”，融入工匠精神等思政元素。由色譜分析中渦流擴(kuò)散項(xiàng)對(duì)柱效的影響，教育學(xué)生要正確對(duì)待自己的學(xué)習(xí)和生活，每件事盡量選擇正確可靠的方法、途徑，以達(dá)到“事半功倍”的效果。這種模塊化的內(nèi)容重構(gòu)與課程思政相結(jié)合，在知識(shí)講解的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生正確的人生觀、世界觀，傳遞了社會(huì)主義核心價(jià)值觀，授課以理、融情于心。將理論知識(shí)模塊化并與思政元素相融合，使學(xué)生更容易理解和掌握課程涉及到的概念、原理、方法及其在實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用，進(jìn)而達(dá)到教學(xué)的高階性和創(chuàng)新性，推動(dòng)“四新”建設(shè)，達(dá)到立德樹(shù)人和應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。

2 課程教學(xué)方法探索與實(shí)踐

教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境相輔相成，教學(xué)環(huán)境、活動(dòng)的開(kāi)展有助于教學(xué)方法的實(shí)施，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)體系的把握及實(shí)際應(yīng)用。授課時(shí)，將課程知識(shí)和教學(xué)方法融于網(wǎng)絡(luò)信息、實(shí)習(xí)實(shí)踐、學(xué)科競(jìng)賽及多學(xué)科交叉融合等一系列教學(xué)環(huán)境中，課堂中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，應(yīng)用中鞏固拓展理論知識(shí)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)信息資源拓展課程知識(shí)

近年來(lái)，各種先進(jìn)的多媒體技術(shù)被應(yīng)用于線上網(wǎng)絡(luò)課程，特別是在大規(guī)模開(kāi)放式在線課程(MOOC)中顯示出了巨大的作用，通過(guò)線上授課，可以實(shí)施資源共享，同時(shí)也省去了很多繁瑣手續(xù)[7]。為了適應(yīng)青年大學(xué)生的成長(zhǎng)特點(diǎn)及對(duì)知識(shí)需求的廣度和高度，特別是儀器分析課程需要與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，且其知識(shí)更新快、日新月異，本課程的講解不再局限于課堂上的教材知識(shí)，而是充分利用網(wǎng)絡(luò)信息資源作為媒介來(lái)豐富課程內(nèi)容(圖1)，將每節(jié)要講的PPT和隨堂錄制的視頻等資料傳到泛雅平臺(tái)上，學(xué)生可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，做到課前、課堂及課后的無(wú)縫銜接。另外，為了使學(xué)生接觸到課程知識(shí)前沿，并為學(xué)生今后工作或就讀研究生打下基礎(chǔ)，定期通過(guò)騰訊會(huì)議、釘釘?shù)绕脚_(tái)向?qū)W生授課并講解與課程相關(guān)的文獻(xiàn)檢索方法，包括通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)查找期刊論文、學(xué)位論文及標(biāo)準(zhǔn)專利，通過(guò)Science Citation Index數(shù)據(jù)庫(kù)和Ei-Village數(shù)據(jù)庫(kù)查找英文資料，給學(xué)生打開(kāi)通往世界前沿知識(shí)的一扇窗。在接下來(lái)的實(shí)習(xí)實(shí)踐和學(xué)科競(jìng)賽中合理利用這些文獻(xiàn)信息知識(shí)，“授人以魚(yú)不如授人以漁”。通過(guò)文獻(xiàn)的查找和使用，除了可以使課堂和課外相補(bǔ)充外，也為學(xué)生即將到來(lái)的和課程相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打下了很好的基礎(chǔ)。對(duì)于各種網(wǎng)絡(luò)信息資源，要針對(duì)不同用途合理使用，“釘釘課堂”一般側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)授課，適合于網(wǎng)絡(luò)課堂；“騰訊會(huì)議”適合于隨時(shí)建群進(jìn)行教學(xué)討論；“泛雅平臺(tái)”是一種網(wǎng)絡(luò)課程資源，適合于學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間進(jìn)行自學(xué)。為了能夠與授課學(xué)時(shí)形成互補(bǔ)以及更好地使用網(wǎng)絡(luò)信息資源，線上授課不占用正常授課時(shí)間，每講完一個(gè)單元模塊安排一次，時(shí)間大約1學(xué)時(shí)，內(nèi)容為與課程相關(guān)的分析測(cè)試技術(shù)應(yīng)用、文獻(xiàn)檢索、知識(shí)復(fù)習(xí)鞏固和答疑。

圖1 基于網(wǎng)絡(luò)信息授課的學(xué)生培養(yǎng)模式

2.2 實(shí)習(xí)實(shí)踐中應(yīng)用課程知識(shí)

儀器分析是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)于課堂，應(yīng)用于課外，為了能夠?qū)⒄n堂和課外融為一體，將理論知識(shí)及學(xué)到的分析技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際檢測(cè)中去，近年來(lái)，以專業(yè)目標(biāo)定位為前提，以實(shí)習(xí)實(shí)踐為動(dòng)力，先后聯(lián)系了省內(nèi)多家分析控制測(cè)試中心、環(huán)境監(jiān)測(cè)站等企事業(yè)單位作為本課程的學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐基地，并作為實(shí)習(xí)基地聯(lián)系人和負(fù)責(zé)人為學(xué)校簽訂了實(shí)習(xí)基地協(xié)議，為后面實(shí)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)的有序開(kāi)展提供了可靠保障(圖2)。課程結(jié)束后，組織學(xué)生去基地進(jìn)行一個(gè)半月的集中實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)，在單位專業(yè)人員的指導(dǎo)下，結(jié)合單位實(shí)際情況和需要，實(shí)習(xí)內(nèi)容為利用光譜和色譜分析儀器進(jìn)行水質(zhì)理化性能、藥物有效成分、食品添加劑、涂料揮發(fā)性成分、水產(chǎn)品中重金屬、農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留、土壤中芳香類有機(jī)物等項(xiàng)目的分析檢測(cè)，這樣，學(xué)生根據(jù)自身實(shí)習(xí)經(jīng)歷，可以更好地把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去，達(dá)到“學(xué)以致用、知行合一”的教學(xué)目的。

圖2 課程知識(shí)體系與實(shí)習(xí)實(shí)踐反饋模式構(gòu)建

實(shí)習(xí)結(jié)束后，要求學(xué)生提交一份實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)報(bào)告，單人單題，把實(shí)習(xí)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，根據(jù)學(xué)生實(shí)習(xí)情況和提交的實(shí)習(xí)報(bào)告請(qǐng)實(shí)習(xí)單位給每位學(xué)生出一份實(shí)習(xí)評(píng)價(jià)意見(jiàn)，為課程建設(shè)內(nèi)容和方向提供寶貴建議，結(jié)合單位評(píng)價(jià)意見(jiàn)、實(shí)習(xí)表現(xiàn)及效果，對(duì)每位實(shí)習(xí)學(xué)生給出相應(yīng)的成績(jī)?cè)u(píng)定。根據(jù)課堂知識(shí)和實(shí)習(xí)實(shí)踐的相互反饋促進(jìn)機(jī)制，探索應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)所需要的課程知識(shí)體系。

2.3 學(xué)科競(jìng)賽中鞏固課程知識(shí)

為了更好地激發(fā)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的活力，以及使更多優(yōu)秀青年人才融入這一令人振奮的歷史舞臺(tái)，國(guó)家和各個(gè)省市政府為青年大學(xué)生搭建了“‘互聯(lián)網(wǎng)+’大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”及“‘挑戰(zhàn)杯’全國(guó)大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競(jìng)賽”等學(xué)科競(jìng)賽平臺(tái)(圖3)。將本課程的分析測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽中，經(jīng)過(guò)宣傳學(xué)科競(jìng)賽、發(fā)動(dòng)組織學(xué)生、給學(xué)生作專題講座等系列過(guò)程，吸引學(xué)生參與到學(xué)科競(jìng)賽中來(lái)。近年來(lái)指導(dǎo)學(xué)生先后獲得了廣東省大學(xué)生材料創(chuàng)新大賽分賽區(qū)一等獎(jiǎng)、總決賽二等獎(jiǎng)、中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”廣東賽區(qū)銅獎(jiǎng)、“挑戰(zhàn)杯”廣東賽區(qū)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。將課程學(xué)到的分析測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到學(xué)科競(jìng)賽作品中，很好地鞏固了課堂理論知識(shí)，提高了學(xué)生的滿意度和獲得感，也極大地鼓舞了學(xué)生進(jìn)行“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的熱情和信心，進(jìn)而達(dá)到創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)目的。

圖3 基于能力導(dǎo)向的分析檢測(cè)和學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合的知識(shí)構(gòu)筑

2.4 結(jié)合多學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用擴(kuò)充課程知識(shí)

多學(xué)科交叉融合教學(xué)是培養(yǎng)復(fù)合型人才的重要方法，也是當(dāng)前高等教育人才產(chǎn)出的重要發(fā)展方向[8]。儀器分析是一門(mén)以物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)為基礎(chǔ)的課程，是理論和應(yīng)用相結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課，不管是在學(xué)術(shù)研究還是工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行授課時(shí)，為了能使學(xué)生更好地理解儀器分析的原理、技能及應(yīng)用，融入了物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物及食品等學(xué)科知識(shí)(圖4)。例如，在講授光譜分析時(shí)，結(jié)合光的基本物理性質(zhì)檢測(cè)不同化學(xué)結(jié)構(gòu)物質(zhì)，可以從根本上讓學(xué)生理解光的性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。繼續(xù)將光學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)行延伸，平面偏振光有左旋和右旋，其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，通過(guò)生命體中的左旋氨基酸、右旋糖的講解有利于學(xué)生理解生命活動(dòng)規(guī)律和新陳代謝。另外，熒光化合物可以用來(lái)檢測(cè)食品腐爛，從而可用于食品安全防護(hù)。通過(guò)這種多學(xué)科交叉融合的分析講解，不僅有利于學(xué)生更加透徹地理解儀器分析技術(shù)，也培養(yǎng)了學(xué)生今后向多領(lǐng)域發(fā)展的興趣。

圖4 基于學(xué)科交叉融合的多元人才培養(yǎng)體系

3 教學(xué)方法的效果與啟發(fā)

教學(xué)方法創(chuàng)新既要采用簡(jiǎn)單易懂的方法使學(xué)生接受課堂知識(shí)，又要根據(jù)人才定位落腳于應(yīng)用型人才培養(yǎng)，首先將課程知識(shí)分為重點(diǎn)和難點(diǎn)，重點(diǎn)落腳于人才定位，難點(diǎn)通過(guò)方法提煉、多學(xué)科融合、教學(xué)設(shè)計(jì)和反思使學(xué)生容易接受關(guān)鍵理論、重要知識(shí)，重點(diǎn)是目標(biāo)，難點(diǎn)是方法(圖5)。

圖5 課程教學(xué)方法思維創(chuàng)新

通過(guò)本課程的教學(xué)方法探索，在知識(shí)層面上，將課程本身融入多學(xué)科領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生多角度考慮問(wèn)題和發(fā)散性思維能力；在能力層面上通過(guò)“三位、三結(jié)合”的教學(xué)方法實(shí)施，以實(shí)習(xí)實(shí)踐和學(xué)科競(jìng)賽推動(dòng)理論知識(shí)的應(yīng)用、知行合一，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)；在思維層面上，以科研興趣為動(dòng)力、信息技術(shù)為手段深化對(duì)理論知識(shí)的深入思考、辯證思維，引入思政元素以培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀及家國(guó)情懷。

授課時(shí)，利用教學(xué)分析、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)三步驟，針對(duì)“痛點(diǎn)”問(wèn)題，采取明確措施。以學(xué)生發(fā)展為中心，融入思政元素，將新的信息技術(shù)引入課堂，達(dá)到立德樹(shù)人和應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。

4 教學(xué)評(píng)價(jià)探索

本課程授課過(guò)程中，始終堅(jiān)持以學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)為前提、以學(xué)生知識(shí)接受為目標(biāo)、以課程環(huán)境創(chuàng)新為工具、以教學(xué)評(píng)價(jià)為動(dòng)力，以理論知識(shí)和學(xué)科創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合推動(dòng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)。為了能夠更好地檢查反饋教學(xué)質(zhì)量和效果，需要對(duì)課程形成一套科學(xué)的管理和評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)體系需要結(jié)合課程本身理論和實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，首先在理論課方面，需要考慮課堂表現(xiàn)、作業(yè)、教學(xué)平臺(tái)使用及最后期末考試成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)；在實(shí)踐方面，將從課程報(bào)告及課程表現(xiàn)方面重點(diǎn)考慮；另外，由于課程分析技術(shù)在學(xué)科競(jìng)賽和學(xué)術(shù)研究中的支撐作用，考慮學(xué)生在這方面的個(gè)性發(fā)展，在評(píng)價(jià)方面將給予支持。分?jǐn)?shù)的設(shè)定，我們既考慮實(shí)習(xí)實(shí)踐和學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)，也會(huì)考慮參與度和過(guò)程表現(xiàn)。通過(guò)學(xué)生評(píng)教、問(wèn)卷分析、試卷分析、課后交流、泛雅教學(xué)平臺(tái)等環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋授課效果，為今后的教學(xué)完善和改革提供依據(jù)(圖6)。

圖6 課程教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋

5 結(jié)語(yǔ)

總之，根據(jù)儀器分析課程特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求，理論知識(shí)、學(xué)科競(jìng)賽和實(shí)習(xí)實(shí)踐“三位一體”推動(dòng)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用；線上線下、理論和實(shí)踐、課內(nèi)和課外“三結(jié)合”體現(xiàn)學(xué)生“學(xué)”為中心，“課程知識(shí)”和“思政育人”相結(jié)合，教學(xué)設(shè)計(jì)注重立德樹(shù)人。通過(guò)課程教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新、多元化評(píng)價(jià)反饋體系創(chuàng)新達(dá)到了“知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造”的進(jìn)階式培養(yǎng)體系，助推應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。