儀器分析理論課程融入科學(xué)前沿和進(jìn)展相關(guān)思政元素的教學(xué)改革探究

摘" 要：為了落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，推進(jìn)三位一體教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)，開(kāi)展思政教學(xué)至關(guān)重要。文章以應(yīng)用性極強(qiáng)的儀器分析理論課程為例，在深度剖析傳統(tǒng)思政現(xiàn)狀與學(xué)習(xí)對(duì)象之間的沖突的基礎(chǔ)上，提出在課堂教學(xué)中融入前沿科學(xué)的思政元素，包括相關(guān)科學(xué)家、研究熱點(diǎn)和企業(yè)實(shí)踐科技案例，幫助學(xué)生深刻理解理論知識(shí)，并由書(shū)本擴(kuò)展到社會(huì)。同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、民族自信心、科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)他們注重實(shí)踐和科技創(chuàng)新意識(shí)，幫助其成為當(dāng)今社會(huì)所需要的德才兼?zhèn)涞膭?chuàng)新應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：儀器分析；教學(xué)改革；思政元素

中圖分類(lèi)號(hào)：G641" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1673-7164（2024）30-0143-04

基金項(xiàng)目：上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃“課程思政改革要求下儀器分析課堂教學(xué)設(shè)計(jì)”（項(xiàng)目編號(hào)：ZZ202312037）。

作者簡(jiǎn)介：程喜慶（1991—），女，博士，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)傳感器；許振民（1983—），男，博士，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)榄h(huán)境催化。

自2016年習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上明確指出“高校立身之本在于立德樹(shù)人，要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)”以來(lái)，當(dāng)代教師始終秉承“思政教學(xué)”的教育新理念。［1］2023年9月16日，習(xí)近平總書(shū)記在《求是》雜志上發(fā)表了一篇題為《扎實(shí)推動(dòng)教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)》的重要文章。在這篇文章中，他強(qiáng)調(diào)了建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)三者之間的內(nèi)在一致性和相互支撐性，并建議要把這三者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)、統(tǒng)籌推進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的倍增效應(yīng)。［2］這一立場(chǎng)為我國(guó)教育體系的發(fā)展指明了前進(jìn)方向，把立德樹(shù)人、科技和教學(xué)有機(jī)結(jié)合、同步進(jìn)行的教育思想，促進(jìn)教育高質(zhì)量發(fā)展，有利于培養(yǎng)中國(guó)特色社會(huì)主義現(xiàn)代化接班人?？傊谒颊虒W(xué)中推進(jìn)科技興國(guó)成為培養(yǎng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展所需高素質(zhì)人才的重要途徑。

“儀器分析”這門(mén)理論課程借助于高精密的儀器，以分析方法為基礎(chǔ)平臺(tái)，結(jié)合相關(guān)學(xué)科知識(shí)，緊密地將理論知識(shí)與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，重視分析方法和分析儀器在環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生檢疫檢驗(yàn)、食品安全和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用和相關(guān)科學(xué)研究中難題的攻破。儀器分析課程是一門(mén)多學(xué)科交叉融合、應(yīng)用性極強(qiáng)的理論課程。該課程的教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，選擇有效的分析方法和儀器，進(jìn)而設(shè)計(jì)方案解決實(shí)際問(wèn)題。然而課程的分析方法、原理抽象、種類(lèi)多，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且理論課堂上也缺乏儀器實(shí)物的展示和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，因此課堂理論知識(shí)講授盡顯枯燥乏味，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這無(wú)疑為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。實(shí)際上，儀器分析課程蘊(yùn)含著包括在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等方面的豐富的思政元素，例如著名科學(xué)家的故事、經(jīng)典科研和科技案例等。儀器分析理論課程為探討習(xí)近平總書(shū)記提出的“有機(jī)結(jié)合并統(tǒng)籌推進(jìn)教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略”提供了良好的平臺(tái)。因此，本研究基于儀器分析理論課程，將科學(xué)相關(guān)的思政元素融入課堂教學(xué)過(guò)程中，旨在將理論知識(shí)、應(yīng)用能力和科學(xué)精神有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為培養(yǎng)社會(huì)所需的高素質(zhì)、高質(zhì)量的創(chuàng)新應(yīng)用型高校本科生奠定基礎(chǔ)，滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的需求。

一、傳統(tǒng)思政教學(xué)的研究現(xiàn)狀及其與現(xiàn)階段學(xué)情分析之間的矛盾

在儀器分析的課程內(nèi)容中，與儀器分析方法有關(guān)的科學(xué)家們通常展現(xiàn)出創(chuàng)新思維和持續(xù)不斷的科學(xué)追求精神，為各種儀器分析方法的建立和應(yīng)用貢獻(xiàn)力量。［3］例如，在光譜吸收分析法中，德國(guó)科學(xué)家約翰·海因里?！だ什头▏?guó)科學(xué)家威廉·斯蒂芬·比爾兩位科學(xué)家分別發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的吸光度分別與其液層厚度和濃度呈正比關(guān)系，建立了光吸收定律。另外，盡管早在1802年渥拉斯通（W.H.Wollaston）就在太陽(yáng)光譜黑線中觀察到原子吸收現(xiàn)象，直到1953年物理學(xué)家瓦爾西（Alan Walsh）發(fā)表一篇題為“原子吸收光譜在化學(xué)分析中的應(yīng)用”的著名論文，并提出利用銳線光源代替連續(xù)光源之后，這才奠定了原子吸收光譜法的基礎(chǔ)。［4］正是由于科學(xué)家敏銳的科學(xué)洞察力、勇于創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)與堅(jiān)持不懈的精神，這些光譜儀器分析方法才得以建立，供我們使用。以上科學(xué)家的故事常作為儀器分析理論課程中的思政元素，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)學(xué)習(xí)他們的科學(xué)精神。［5］但教材中所涉及的儀器分析方法中的科學(xué)家們通常以外國(guó)科學(xué)家為主，難以鼓舞學(xué)生建立民族自信心，并且年代久遠(yuǎn)，離現(xiàn)實(shí)生活較遠(yuǎn)，大大削弱了此思政元素的影響力。除了將科學(xué)家精神導(dǎo)入課堂外，儀器分析方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理、食品安全等方面的案例也常常被引入課堂教學(xué)，如毒奶粉和氟中毒等事件。這些案例能夠幫助學(xué)生培養(yǎng)注意食品安全的意識(shí)，正確利用所學(xué)知識(shí)，為人民健康、國(guó)家食品安全做出貢獻(xiàn)的奉獻(xiàn)精神。但僅靠這些案例不能滿足當(dāng)代學(xué)生的需求。

以上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)儀器分析課程［4］的教學(xué)對(duì)象為例，他們是大學(xué)本科三年級(jí)的學(xué)生，基本都是“05”后，他們的思維活躍，個(gè)性突出，眼界開(kāi)闊，獨(dú)立性強(qiáng)，較理性，能靈活地運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源，易于接受新鮮事物。畢業(yè)后，他們主要從事應(yīng)用技術(shù)型和科研型工作，如分析檢測(cè)和研究型工作等。上述與儀器相關(guān)的科學(xué)家精神以及食品安全等思政元素在培養(yǎng)高素質(zhì)人才方面有一定成效，但在當(dāng)今快速發(fā)展的社會(huì)背景下滿足當(dāng)代大學(xué)生對(duì)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展的需求方面則比較欠缺。在堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)設(shè)計(jì)理念下，應(yīng)該根據(jù)教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)和學(xué)情分析及時(shí)更新和添加新的思政元素，確保儀器分析方法的應(yīng)用切實(shí)落地，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新時(shí)代現(xiàn)狀的了解，滿足當(dāng)前新時(shí)代的教育、科技、人才“三位一體”教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。這就要求教師不斷探索新的思政元素并將其融入儀器分析理論課程，化解傳統(tǒng)思政教學(xué)和當(dāng)前學(xué)習(xí)對(duì)象特點(diǎn)的矛盾，以滿足國(guó)家對(duì)新時(shí)代科技人才培養(yǎng)的需求。

二、儀器分析課程前沿科研科技思政教學(xué)的探究

基于思政教學(xué)的現(xiàn)狀及其與當(dāng)前學(xué)習(xí)對(duì)象的矛盾和國(guó)家對(duì)新時(shí)代科技人才培養(yǎng)的需求，前沿科學(xué)相關(guān)思政教學(xué)以當(dāng)前國(guó)內(nèi)外著名的科學(xué)家為榜樣，以科研熱點(diǎn)和社會(huì)科技需求為導(dǎo)向，學(xué)生能夠深刻感受身邊科學(xué)家的精神、科學(xué)的力量和科技的進(jìn)步，樹(shù)立民族自信心和追求創(chuàng)新的信念。同時(shí)，學(xué)生了解各種儀器分析方法在科學(xué)前沿和現(xiàn)階段科技發(fā)展中的應(yīng)用，可以培養(yǎng)他們注重實(shí)踐和科技創(chuàng)新意識(shí)。因此，前沿科研科技思政教學(xué)與培養(yǎng)德才兼?zhèn)鋭?chuàng)新應(yīng)用型人才的目標(biāo)是一致的。這為培養(yǎng)德才兼?zhèn)鋭?chuàng)新應(yīng)用型人才、滿足新時(shí)代“三位一體”教育強(qiáng)國(guó)奠定了基礎(chǔ)。

（一）科學(xué)前沿中科學(xué)家精神融入課堂教學(xué)

在課堂教學(xué)中融入科學(xué)家精神，以身邊人為榜樣，可以增強(qiáng)思政教學(xué)的效果。在極譜分析法學(xué)習(xí)中，通常提到的是極譜法的創(chuàng)始人捷克化學(xué)家海洛夫斯基。海洛夫斯基于1922年創(chuàng)立了極譜法，并因此在1959年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。而我國(guó)電分析化學(xué)的開(kāi)拓者汪爾康院士正是師從于海洛夫斯基，學(xué)成之后回國(guó)領(lǐng)導(dǎo)研制了我國(guó)第一臺(tái)脈沖極譜儀和新極譜儀，在油/水界面電化學(xué)、液上色譜電化學(xué)等研究領(lǐng)域?yàn)槲覈?guó)電化學(xué)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。至今，他仍然躬耕于電分析領(lǐng)域，其身上的愛(ài)國(guó)情懷、不斷探索和奉獻(xiàn)科學(xué)的精神值得學(xué)生學(xué)習(xí)。在色譜法教學(xué)中，不再只有斯維特先生利用石油醚和碳酸鈣從植物葉子中萃取色素的故事，我國(guó)藥物學(xué)家屠呦呦的故事也值得學(xué)習(xí)。全球性流行病瘧疾威脅著人們的健康，分離得到理想的藥物成分十分緊要。古人曾有“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”的治療方法，但藥效并不理想。在條件極為有限的情況下，為了提取治療瘧疾的青蒿素成分，我國(guó)的藥學(xué)家屠呦呦團(tuán)隊(duì)嘗試了多種方法。雖然經(jīng)歷了很多次失敗，他們勇于嘗試和創(chuàng)新，最終利用乙醚從中藥中提取并用柱色譜分離得到抗瘧疾有效成分青蒿素。為人們治療鼠疫做出了重要貢獻(xiàn)，拯救了億萬(wàn)生命，成為第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的中國(guó)本土科學(xué)家。屠呦呦堅(jiān)持不懈、反復(fù)實(shí)踐，腳踏實(shí)地的科研精神值得我們學(xué)習(xí)和發(fā)揚(yáng)。因此，在講授儀器分析方法時(shí)，著重介紹國(guó)內(nèi)科學(xué)家事跡，以身邊科學(xué)家榜樣力量激勵(lì)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)精神和民族自信心。我國(guó)科學(xué)家在艱苦條件下能夠克服困難，堅(jiān)持不懈取得出色的成就，這將深刻影響新時(shí)代的大學(xué)生，激發(fā)他們對(duì)儀器分析方法的學(xué)習(xí)興趣和信心，從而更好地創(chuàng)新應(yīng)用，服務(wù)社會(huì)。

此外，在講到電分析理論知識(shí)時(shí)，不得不提的是被譽(yù)為鋰電池之父的古迪納夫。他本科學(xué)文學(xué)，博士轉(zhuǎn)學(xué)物理，直到54歲才開(kāi)始研究鋰電池。憑借非凡的毅力和鉆研創(chuàng)新，他在1980年發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰作為鋰電池的陰極材料，不僅能釋放鋰離子，還成功解決了活潑鋰隱藏的安全難題。這一突破解決了鋰離子電池開(kāi)發(fā)中的重要難題，讓手機(jī)、平板和電動(dòng)汽車(chē)成為可能。他也因此在97歲獲得諾貝爾獎(jiǎng)。這些科學(xué)前沿中的科學(xué)家的經(jīng)歷和成就鼓舞著當(dāng)代大學(xué)生，時(shí)刻提醒他們不應(yīng)該上了大學(xué)就放棄鉆研，而是應(yīng)該更加努力奮斗，發(fā)光和發(fā)熱，開(kāi)創(chuàng)新時(shí)代。

（二）科學(xué)前沿中的儀器分析法應(yīng)用案例融入課堂教學(xué)

儀器分析課程的學(xué)習(xí)不是為了通過(guò)考試，而是要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)課本理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。因此，讓學(xué)生了解各種儀器分析方法在科學(xué)前沿中重要性，使他們置身解決科學(xué)前沿難題中，促進(jìn)理論走向科技，實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。眾所周知，一種快速、便攜和便于檢測(cè)的儀器分析方法對(duì)隨時(shí)監(jiān)測(cè)健康非常重要。有些高校的學(xué)生研究并利用所學(xué)儀器分析方法用于檢測(cè)新冠病毒，因此能在新冠病毒抗原檢測(cè)試劑盒短缺的情況下解決眼下問(wèn)題。在學(xué)習(xí)紫外—可見(jiàn)吸收光譜等方法時(shí)，雖然有配備的儀器分析實(shí)驗(yàn)，但因儀器數(shù)量有限且測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單，并不是每位同學(xué)都能親身實(shí)踐和深刻體會(huì)此分析方法，明白其重要性?，F(xiàn)階段分析領(lǐng)域中的傳感檢測(cè)，如利用納米酶結(jié)合智能手機(jī)檢測(cè)疾病相關(guān)的生物分子或者金屬離子。現(xiàn)在的學(xué)生對(duì)電子設(shè)備非常感興趣，因此這可以激發(fā)學(xué)生對(duì)紫外—可見(jiàn)吸收光譜法學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，電分析法是一種家用健康設(shè)備常用的分析方法，例如家用血糖儀和尿酸儀器。不僅如此，目前的科研已經(jīng)能夠做到活體監(jiān)測(cè)。通過(guò)這些科研前沿案例的引用，讓學(xué)生更能深刻意識(shí)到儀器分析方法遍布生活，更加扎實(shí)地理解電分析方法的原理、電極的制備和分析方法等理論知識(shí)。

全球氣候問(wèn)題是全球現(xiàn)階段面臨的一項(xiàng)重要問(wèn)題。高溫高壓下的Haber-Bosch工藝是一種大規(guī)模將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨的傳統(tǒng)方法，能源消耗較大，化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳容易造成溫室效應(yīng)。電化學(xué)還原法在催化劑的幫助下能在常溫常壓下將低附加值的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氨，避免了燃料的消耗和溫室氣體的排放，符合環(huán)保理念，由此可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，主動(dòng)學(xué)習(xí)電位分析法。而電化學(xué)還原法轉(zhuǎn)化所得氨含量則通常使用紫外—可見(jiàn)吸收光譜法定量測(cè)定，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生選擇顯色劑、顯色條件以及定量計(jì)算。因此，氮還原案例里包含了電化學(xué)和光譜分析法?？梢?jiàn)，將課本知識(shí)靈活應(yīng)用于科技前沿，對(duì)解決民生問(wèn)題，響應(yīng)國(guó)家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)非常必要。此外，核污染水也日益成為當(dāng)下比較關(guān)注的問(wèn)題、這些科學(xué)前沿案例引入儀器分析課堂教學(xué)，能啟發(fā)學(xué)生根據(jù)檢測(cè)到的成分，選擇合適的方法，從儀器到條件選擇，到最后的定性定量分析。只有讓學(xué)生明白所學(xué)儀器分析方法的重要用途，才能激發(fā)學(xué)生將自己所學(xué)儀器分析方法解決正在或者將要面臨的難題，所學(xué)有所用。

（三）企業(yè)實(shí)踐中的儀器分析法案例融入課堂教學(xué)

產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合是一種備受推崇的培養(yǎng)創(chuàng)新和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式。在教學(xué)過(guò)程中，將涉及儀器分析方法的成熟實(shí)踐、科技前沿案例穿插進(jìn)課堂教學(xué)情景中，以實(shí)現(xiàn)理論、科研和科技的相互補(bǔ)充，使理論指導(dǎo)科研科技，科研科技反哺理論教學(xué)。而且，應(yīng)用型本科生畢業(yè)后也基本上要進(jìn)入企業(yè)工作，將企業(yè)實(shí)踐相關(guān)的案例引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生提前了解行業(yè)需求，有意識(shí)、有目標(biāo)地學(xué)習(xí)儀器分析方法相關(guān)理論知識(shí)。例如，在醫(yī)藥企業(yè)中的研發(fā)部門(mén)和分析測(cè)試部門(mén)，液相色譜的應(yīng)用要求具有出色的分離效率、高分離度、快速的分析速度和低檢出限等。這對(duì)應(yīng)理論學(xué)習(xí)中衡量?jī)x器分析方法好壞的指標(biāo)，包括準(zhǔn)確度、靈敏度、檢出限等。在企業(yè)中的藥物分析過(guò)程中，不僅是簡(jiǎn)單地按照既定流程進(jìn)行檢測(cè)，還需要根據(jù)待分析物選擇最合適的分析方法，并確定最佳的測(cè)試和分析條件，最終使得生產(chǎn)的藥品質(zhì)量滿足藥品監(jiān)管部門(mén)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，企業(yè)中的分析測(cè)試工作涵蓋了測(cè)試、分析以及儀器和分析方法的改進(jìn)等多個(gè)方面。這要求在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求，運(yùn)用嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)和團(tuán)結(jié)的態(tài)度以及創(chuàng)新精神完成任務(wù)。如今，在日常生活中，新能源汽車(chē)隨處可見(jiàn)，它們代表新一代科技成果。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，新能源電池的研發(fā)和改進(jìn)尤為關(guān)鍵，涉及儀器分析方法中電化學(xué)部分的知識(shí)。電化學(xué)電池分為兩大類(lèi)：原電池和電解池，其中前者將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池是以氫氣為燃料和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能的原電池，因此燃料電池汽車(chē)在環(huán)保和節(jié)能方面優(yōu)勢(shì)明顯。如何生產(chǎn)安全、高性能的燃料電池是今后努力的方向。因此，教師在講授理論知識(shí)時(shí)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注生活中所蘊(yùn)含的儀器分析方法，利用創(chuàng)新性思維，加強(qiáng)理論結(jié)合實(shí)際，解決科技難題，并培養(yǎng)他們將所學(xué)應(yīng)用于創(chuàng)新生活的社會(huì)責(zé)任感。

三、結(jié)語(yǔ)

以立德樹(shù)人為目標(biāo)，力求做到教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)“三位一體”有機(jī)結(jié)合、統(tǒng)籌推進(jìn)，這是高校教育改革的重要任務(wù)之一。為此，本探究根據(jù)新一代學(xué)生的特點(diǎn)，以培養(yǎng)對(duì)象緊密聯(lián)系的新科學(xué)思政元素為改革策略，推動(dòng)立德樹(shù)人、科技和教學(xué)同步發(fā)展，在傳統(tǒng)思政元素的基礎(chǔ)上，為滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才的需求，提出從與學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活較貼近的科學(xué)家人物故事、科技前沿理論成果和企業(yè)實(shí)踐科技三個(gè)方面融入思政元素，為培養(yǎng)社會(huì)主義現(xiàn)代化接班人作出適宜的教學(xué)改革。

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（薦稿人：尚曉娜，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)副教授）

（責(zé)任編輯：陳華康）