現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)模式的探索*

江彬彬，程立春，盛可發(fā)，汪 謝，高迎春，操江飛

(1 安慶師范大學(xué)，安徽 安慶 246133；2 山東東大塑業(yè)有限公司，山東 聊城 252000；3 肇慶學(xué)院，廣東 肇慶 526000)

儀器分析是化學(xué)、材料化學(xué)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)核心課程[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，人們對(duì)儀器分析知識(shí)的需求日益迫切。然而，基于高校課程改革的背景下，隨著課程數(shù)量、課程種類的增加，教學(xué)課時(shí)的不斷縮減，儀器分析教學(xué)存在簡(jiǎn)單“灌輸式”講授基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)象，導(dǎo)致課堂中學(xué)生們不能及時(shí)地消化所學(xué)的知識(shí)[2-4]。因此，如何讓學(xué)生們深入的掌握儀器分析基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生們的實(shí)際操作能力，是儀器分析課程急需要解決的問題。

1 儀器分析課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)重點(diǎn)不易突出，知識(shí)邏輯規(guī)律混亂

《儀器分析》教學(xué)內(nèi)容涉及色譜、電化學(xué)和光譜等多方面內(nèi)容，其中儀器的基本原理、組成、結(jié)構(gòu)、基本操作和注意事項(xiàng)等內(nèi)容是教學(xué)重要知識(shí)點(diǎn)。但是這些知識(shí)點(diǎn)瑣碎繁雜，各章節(jié)獨(dú)立成體系且相互之間聯(lián)系不緊密；儀器原理和構(gòu)造抽象難懂；課程知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間存在鴻溝。這些都致使該課程內(nèi)容過于教條化，教學(xué)過程枯燥無味，導(dǎo)致學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性嚴(yán)重下降，影響了教學(xué)質(zhì)量。最終導(dǎo)致他們無法把所學(xué)的知識(shí)真正地運(yùn)用到實(shí)際中。

1.2 知識(shí)體系陳舊，缺乏追蹤前沿發(fā)展

目前，大多數(shù)高校所用的教科書為華東理工大學(xué)胡坪和王氫主編高等教育出版社的《儀器分析》。本教材主要注重基礎(chǔ)教育，但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，部分新技術(shù)的探究仍然相對(duì)滯后、滿足不了當(dāng)前實(shí)際工作的需求。并且，近些年來新的科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展并已經(jīng)在社會(huì)發(fā)展中扮演重要角色，如X射線光電子能譜、原位球差透射電鏡、電子順磁共振波譜儀和掃描隧道顯微鏡技術(shù)等[5]，然后這些新的技術(shù)還沒納入儀器分析教材中，很難進(jìn)入本科課堂。在緊張的課時(shí)中將這些最近的科學(xué)技術(shù)深入淺出的展現(xiàn)給學(xué)生也是個(gè)迫切需要解決的問題。

其次，學(xué)生掌握《儀器分析實(shí)驗(yàn)》也是學(xué)習(xí)儀器分析基礎(chǔ)知識(shí)的必要前提?！秲x器分析實(shí)驗(yàn)》是本科化學(xué)和材料專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生的發(fā)展具有重要作用。然而，部分高校受限于實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)費(fèi)其儀器分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，缺乏前沿性。如循環(huán)伏安法判斷電極過程：該實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容僅僅是判斷書上的一個(gè)基本原理，沒有涉及到相關(guān)知識(shí)的基本應(yīng)用，也沒有涉及到電化學(xué)最新的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如電解水、二氧化碳還原等，而這些都與國家的“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)緊密相關(guān)。儀器分析實(shí)驗(yàn)中學(xué)生們只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，沒有對(duì)儀器設(shè)備具有更深入的認(rèn)識(shí)。另外，儀器分析每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅僅是局限于單個(gè)儀器的使用，沒有涉及到多個(gè)儀器共同完成的綜合性實(shí)驗(yàn)。這使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與前沿的科研內(nèi)容脫節(jié)，沒有提高學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的解決能力。

1.3 教學(xué)方法落后

目前儀器分析教學(xué)模式普遍采用傳統(tǒng)的PPT講授方式。而該教學(xué)模式忽視學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，缺乏現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)相融合，學(xué)生處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，不利于激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

1.4 缺乏科學(xué)的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

儀器分析課程考核考試形式單一，往往只采用期末閉卷考試方法。學(xué)生過程成績(jī)所占的比重比較低(根據(jù)教學(xué)大綱平時(shí)成績(jī)占30%)，而且過程化成績(jī)考核形式也比較單一(一般為課堂點(diǎn)名和課后作業(yè))，這些都不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

2 儀器分析課程教學(xué)方式改革的思考和建議

2.1 形象化教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率

互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)是集文字、聲音、圖像、動(dòng)畫等多功能于一體的教學(xué)模式[6]。為了解決儀器分析教學(xué)內(nèi)容抽象、難懂等問題，任課教師可以制作或借用多媒體動(dòng)畫或視頻將儀器技術(shù)的原理、構(gòu)造、操作規(guī)范等具體、形象的展現(xiàn)給學(xué)生。其次，任課老師可以采用虛擬仿真技術(shù)讓學(xué)生切身體驗(yàn)儀器分析原理和方法。這些措施都避免任課老師用枯燥、乏味的語言，進(jìn)而提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)樂趣。也是枯燥乏味的教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單易懂。

2.2 完善教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)儀器分析學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)適當(dāng)刪減或增加部分教學(xué)內(nèi)容并制定合理的教學(xué)大綱。突破原有課程的束縛，整合并更新儀器分析課程的重點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)(如表1所示)。

表1 儀器分析教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排參考Table 1 Reference for teaching content and class hour arrangement of Instrument Analysis

其次，基于國家的“碳中和”、“碳達(dá)峰”的戰(zhàn)略目標(biāo)，新型能源技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫。近些年來，二氧化碳還原、水裂解和鋅空電池等綠色能源研究使新的儀器分析技術(shù)得到了快速發(fā)展。因此，及時(shí)向?qū)W生推送相關(guān)的政策法規(guī)和研究進(jìn)展尤為重要。在此，教師可以通過雨課堂等平臺(tái)推送相關(guān)的研究進(jìn)展，讓他們了解最新的研究技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)他們的科學(xué)熱情。如，基于雨課堂等平臺(tái)適當(dāng)推送自己在美國化學(xué)會(huì)發(fā)表的一篇?dú)淠茉聪嚓P(guān)文章《Two-dimensional confined synthesis of metastable 1T-phase MoS2for hydrogen evolution reaction》，讓學(xué)生們了解我們學(xué)校在“碳中和”、“碳達(dá)峰”做出的突出貢獻(xiàn)，增強(qiáng)他們對(duì)學(xué)校的認(rèn)同感和歸屬感。并且，結(jié)合文章內(nèi)容向?qū)W生們介紹先進(jìn)儀器設(shè)備的應(yīng)用，如球差透射電鏡、X射線光電子能譜和X射線粉末衍射等。

2.3 基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)科前沿相結(jié)合

在理論教學(xué)中，教師可以根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)，不斷洞察學(xué)科發(fā)展的最新研究成果并結(jié)合學(xué)院的特色，在課堂中適當(dāng)引入最新的研究動(dòng)態(tài)，激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)造性。如在電化學(xué)知識(shí)傳遞中，教師可以結(jié)合《Functionalization of metal oxides with thiocyanate groups：A general strategy for boosting oxygen evolution reaction in neutral media》向?qū)W生們展示電化學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)新能源中的應(yīng)用。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力。

2.4 實(shí)踐教學(xué)與課程平臺(tái)有機(jī)結(jié)合

圖1 鐵氰化鉀的循環(huán)伏安圖Fig.1 The CV curves of K3[Fe(CN)6]

2.5 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，引入多種教學(xué)模式

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和新冠疫情的影響，“線上線下”混合式教學(xué)和“線上教學(xué)”應(yīng)運(yùn)而生且日趨成熟。這種新興的教學(xué)模式擴(kuò)展了教育資源的傳播方式，也拓展了學(xué)生接收新知識(shí)的路勁。其次，根據(jù)雨課堂、MOOC等教育平臺(tái)及時(shí)掌握學(xué)生的最新學(xué)習(xí)狀態(tài)，并及時(shí)推送儀器分析最新的研究動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生們了解儀器分析發(fā)展趨勢(shì)。

2.6 建立完善的考核機(jī)制

為了全面的考核學(xué)生知識(shí)掌握能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新思維能力，建立完善的綜合考核評(píng)價(jià)機(jī)制尤為重要。在整個(gè)考核機(jī)制中應(yīng)加強(qiáng)過程性考核，設(shè)立多元化的考核體系，包括課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)、課后作業(yè)和期末考試等模塊，并按適當(dāng)比例計(jì)入考核總成績(jī)。并且，在實(shí)施過程中針對(duì)不同模塊的要求，設(shè)計(jì)多樣化的、開放性探索題目，如主題發(fā)言、課堂討論、網(wǎng)上交流和專題宣講等(表1)。系統(tǒng)評(píng)價(jià)每個(gè)階段的學(xué)習(xí)成績(jī)和效果，保證教學(xué)質(zhì)量和水平。

2.7 豐富教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)思政教育

習(xí)近平總書記在2016年12月召開的全國高校思想政治工作會(huì)議上指出：“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面”[8]。因此，儀器分析教育改革一方面加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的傳授和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，另一方面也要突出教育育人的功能。在儀器分析課程教學(xué)中任課老師要適當(dāng)融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀和價(jià)值觀。

面對(duì)2020年突如其來的新冠疫情，以習(xí)近平總書記為中心的黨中央團(tuán)結(jié)各族人命，全國人民萬眾一心、全力抗擊疫情，在較短時(shí)間內(nèi)控制疫情。與此同時(shí)，我們還積極協(xié)助其它國家抗擊疫情，這些都是愛國主義硬核力量的體現(xiàn)，都是中國特色社會(huì)主義制度優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)。

3 結(jié) 語

以培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)“雙一流”綜合性人才為目標(biāo)，貫徹落實(shí)“以學(xué)生為中心”的理念，儀器分析課程應(yīng)不斷完善和改革教學(xué)內(nèi)容；運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，實(shí)施多種教學(xué)方法；加強(qiáng)過程性考核，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和將來從事化學(xué)教學(xué)及科學(xué)研究工作打好基礎(chǔ)。