基于工程化教育理念的儀器分析實驗教學改革

徐華杰+劉昭第+盛良全+黃德乾+張宏+宋崇富+劉杰+王彩華

（阜陽師范學院 化學與材料工程學院，安徽 阜陽 236037）

隨著國家經濟、新興產業、行業的快速發展，對高層次人才的需求劇增。高校作為高層次人才培養的搖籃，是培養創新意識與能力的研究型人才和工程實踐能力的工程型人才的主力軍。新時代下，高校教育教學工作面臨著更高的挑戰，不僅培養的學生具備扎實的理論基礎、熟練的操作技能，而且，要更加注重對學生的創新能力和工程實踐能力的培養[1-2]。因此，為了適應科學技術的迅速發展、社會的不斷進步及國際競爭日益激烈的新形勢，高等教育的改革，必須樹立“工程化”教育觀，“工程化”教育不僅要向學生傳授先進的科技知識，更應該在知識傳授過程中滲透工程技術的內容，使之體會和掌握工程設計、工程實踐的一般規律和基本分析方法，著眼工程技術和生產發展的實際出發，倡導“工程化”教育、強化實踐性教學環節、以建立學生工程意識及工程能力的訓練作為思想核心。

儀器分析化學實驗是借助先進的儀器設備對物質的組成、結構等理化性質進行分析測試的實驗學科，在環境、化工、紡織、食品、藥學、醫學檢驗等領域具有廣泛的應用[3-6]。通過本門實驗課程的學習，使學生掌握所用儀器的結構及各主要部件的基本功能，理解和掌握相關儀器的實驗技術、方法，增強學生獨立操作該類儀器進行科學研究的能力，培養學生借助分析儀器正確獲取精密實驗數據，進而對實驗數據進行科學處理分析得出有價值信息的能力，在獲取實驗數據的過程中也培養了良好的科學作風和獨立從事科學實踐的能力，是學生走向社會獨立進行科學實踐的預演[7，8]。

新建工科專業要從高等教育大眾化及地方社會經濟發展的現狀出發，提出大力培養各行業所需要的工程應用型人才的辦學定位，著力強化實踐教學環節、以更大的氣力推進師資隊伍建設、不斷推進“工程化”教育教學研究與改革、完善教學質量監控與評價體系，使之適應應用型人才的培養目標。因此在工程化教育背景下，儀器分析實驗課程也應進行相應的教學體系改革。本文結合多年的實驗實踐教學經驗和體會，探索在儀器分析實驗教學中，如何快速建立“工程化”教育教學模式，以供探討。

一、儀器分析實驗“工程化”教學基本思路的轉變

明確學校辦學思路和指導思想，樹立“工程化”教育理念，準確理解工程教育的內涵，把握工程思想與工程能力的主要內涵。同時加強工程化導向的轉變，導向的轉變需要對儀器分析實驗課程進行準確的功能定位，由重理論輕實踐，向加強實驗實踐教學導向，由重視體系完整的學科導向，向重視各行業實際需求的專業導向轉變。同樣對儀器分析實驗課程的評價標準和考核標準，由重視考試成績的應試導向，向重視儀器分析測試實際應用能力導向轉變。

從培養普通本科師范生及學術研究型人才轉變為培養“工程應用型”人才，也就是要培養出能在各行各業中應用科學理論從事高技術專業工作應用型人才；從強調本科教育的基礎性，轉變為強調本科教育的專業性，強化培養學生實際應用能力，主要是培養從事一線生產、檢測的專業技術人才；從系統的學科理論教育轉變為構建適應地方應用型人才培養需要的教學體系，實現培養具有較強儀器分析檢測及測試能力的工程應用型人才。

二、儀器分析實驗教學模式“工程化”改革

工程素質教育中，要十分重視實驗教學，培養具有將理論知識轉化為實際操作的能力。如何使所學的理論真正與實踐應用相結合，是實驗教學中要解決的關鍵問題。針對這個問題，嘗試對儀器分析實驗教學模式進行了調整，通過構建“四層次提升式”實驗教學新模式，由淺及深追求知識體系的完整性和專業性，具有層次推進教學進程的優勢，以提高本科生綜合素質和應用技能為目標，以培養工程應用型人才為宗旨，實現實驗教學與理論教學及社會實踐相結合，實驗教學與學科發展、社會需求、企業研發相結合，提高大學生的專業素養和業務能力，提高學生的就業競爭力。如圖1所示，構建四層次推進教學進程的“基礎—綜合—設計—創新”提升式實驗教學模式。

基礎實驗部分，主要是加強基礎訓練，嚴格規范實驗基本操作技術，培養學生嚴謹的科學態度和熟練的實驗技能[9]，例如電導滴定法測定鹽酸的濃度、乙酸離解常數的測定等，目的是讓學生掌握儀器的基本原理和基本操，加深對理論知識的理解。綜合實驗部分，是加強學生對分析原理進行實踐和對課本所學知識擴展以及綜合應用的過程，是學生進行后續實驗的重要保障，例如紫外吸收光譜法測定雙組分混合物，氣相色譜的定性定量分析等。設計實驗部分，由老師制定實驗方向或具體的題目，要求學生設計實驗方案，選擇實驗器材，安排實驗步驟，進行數據處理及分析實驗現象。它包括設計實驗方案，設計實驗步驟、設計實驗方法等，考查學生是否靈活運用實驗知識的能力，充分調動學生的學習主動性和積極性。創新實驗部分，主要是以項目為載體，比如大學生科研與創業計劃項目、各級大學生創新性實驗計劃項目等。在老師的指導下，使學生參與研究的各個環節，如自主選題設計、獨立組織實施并進行信息分析處理、撰寫總結報告和發表研究論文等工作，以激發學生的創新思維和創新意識。并在實踐中領悟、掌握思考問題，解決問題的方法，提高創新能力和實踐能力。通過以上“基礎—綜合—設計—創新”四層次提升式實驗教學模式的推進，不但讓學生掌握儀器本身的相關技能和鞏固所學理論知識，同時培養學生實踐能力、綜合素質和創新精神，極大推進實踐教學的工程化進程。

三、儀器分析實驗內容的“工程化”改造

1.增加實驗變量，重視設計性實驗，培養實踐應用能力。設計性實驗是一種探索性實驗，不單純以實驗結果是否準確作為衡量的唯一標準，而是強調實驗方案擬定及實施的過程，目的在于培養和提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。依據“工程化”的培養目標及“四層次提升式”實驗教學體系，進一步修訂教學大綱，堅持基礎性與應用性相結合，增加設計性實驗，突出實踐應用能力的培養。儀器分析課程實踐性較強，其最終目的也是為了解決實際中存在的問題，在教學過程中，要與現實社會密切相關的或與社會熱點問題相結合。授課內容也要與時俱進，關注社會上的熱點問題進行設計實驗。比如涉及環境污染物檢測或涉及到食品安全的問題很多，三聚氰胺奶粉及牛奶，蘇丹紅鴨蛋，瘦肉精以及豬肉中硝基呋喃及代謝物檢測等。比如以豬肉中硝基呋喃及代謝物檢測為例來設計實驗。首先需要學生自己查閱文獻，了解硝基呋喃及其代謝物結構及理化性質等，搜集文獻上相關的各種分析測試方法，包括紫外分光光度法、熒光分光光度法、氣相色譜法、高效液相色譜和質譜等檢測方法，并學會對各種資料進行分析、歸納、整理、提煉。學生在獲取相關背景知識的同時，可以更全面地了解國內外研究的動向，了解科研的一般流程，也學會熟練使用各種信息工具和相關軟件。其次，設計的實驗緊貼生活，學生通過樣品的采樣、樣品前處理、測定條件的選擇、數據處理等環節的操作和實踐，整個過程的實施中不斷發現問題和解決問題，有利于激發學生的興趣，有利于提高學生綜合分析問題和解決問題的能力，為工程應用型人才的培養打下堅實的基礎。

2.項目驅動實踐創新，提高實踐創新能力。依托教師的科研條件和指導力量，鼓勵學生積極參加老師的科研項目，將科學研究滲入實驗教學，同時增加和設立大學生實驗技能大賽、大學生科研與創業計劃項目、大學生創新性實驗計劃項目等，為學生提供參與研究項目和科研活動的機會，激發自主學習的積極性，為學生的個性發展創造條件，提高學生的實踐創新能力[10]。

3.實驗內容來源多元化。高等院校應用型工科專業的培養目標就是要培養具有突出專業技能的實用型人才，成為生產一線的工程技術人員，讓學生明確自己的學習目標，才能夠將科學技術轉化為現實生產力[11]。要求學生在校學習期間，較早地接觸工程實際，避免工科教學理科化、脫離實際的傾向。因此，實驗內容要源于現實生活，企業和檢測服務部門的實際需要，例如，可以帶領學生深入企業，來到技術監督局及環境監測站等檢測服務部門，全面了解和感受需要解決的具體和實際問題，將這些問題融入實驗內容，采用案例教學法和問題驅動法來實施教學。再如，帶領學生到芝麻收購加工公司，了解油料作物的進出口情況及進出口相關檢測項目，包括含雜、水分、油脂含量、酸價、碘價，重金屬、皂化價，黃曲霉素等檢測，講解相關的檢測的意義：對消費者而言是確保食品安全的問題，對企業而言則是產品市場競爭力的問題。通過現場取樣，引導學生查閱相關文獻和國家標準，嚴格按照標準進行實驗和實驗數據處理。實驗結果與芝麻各等級質量指標（國家標準GB11761-89）比對，進而對所取芝麻的品質作出相應的評定，為企業收購和出售產品的價格提供參考。該類實驗的實施，不僅培養了學生解決實際問題的能力，又增強了學生的社會責任感和成就感，為成為生產一線的工程技術人員邁出堅實的一步。

四、師資隊伍“工程化”的培養

師資隊伍的工程素質水平的高低是制約學生“工程化”培養的關鍵因素之一。近年來隨著我國高等教育的擴招，師資隊伍普遍呈現年輕化趨勢，大多都是學校畢業后就進入工作崗位，擁有碩士博士學位，但也導致各工科院校尤其是新建工科專業地方型本科院校，師資隊伍工程實踐經驗普遍缺乏，成為制約“工程化”人才培養以及“工程化”教育教學改革深入推進的主要因素。要貫徹落實“工程化”教學改革，提升教育教學質量，關鍵在于教師。師資隊伍不僅要具有深厚的專業理論知識，也要有較高的工程實踐經驗和工程應用能力。為此要解決師資隊伍工程素質整體偏低的問題，一方面必須加強引進具有工程實踐背景的師資人才，特別要優先引進具有企業一線較長工作經歷的工程師；另一方面鼓勵教師到企業或社會中去，加強與當地企業深度合作，提升學校教師工程素質水平，同時還要聘任企業工程師中的技術骨干為校外兼職教師，參加實驗實踐教學環節承擔教學任務，甚至可以充分參與到專業人才培養方案的修訂工作。

五、加強工程化的教學評價和考核體系

構建適應“工程化”教學的評價和考核體系必須實行量化考核的操作方式，要全面、客觀、公平地評價學生的實驗技能，形成綜合的結論。考核以突出能力和創新為目標，不能片面注重實驗結果，更多關注學生實驗過程中的各個環節，將考核工作貫穿于整個實驗過程之中，最后教師根據各段成績進行綜合打分。

六、結束語

在工程化教育背景下，儀器分析實驗教學改革勢在必行，是一項艱巨的系統工程，相信通過在教學思路、教學模式、實驗內容、師資隊伍、教學評價和考核等方面的工程化改革，順利完成學校的轉型發展，顯著增強學生工程化意識，促進學生工程實踐能力和創新能力的培養。

參考文獻：

[1]李穎，劉松琴.工程化學教學與創新能力培養的探討[J].大學化學，2011，26（4）：42-44.

[2]戴波，紀文剛，劉建東，等.以工程能力培養為主線建構專業人才培養模式[J].高等工程教育研究，2011，（6）：136-140.

[3]徐華杰，劉昭第，盛良全，等.高校儀器分析實驗課程設置現況調查與分析[J].教學研究，2012，35（2）：85-87.

[4]劉昭第，徐華杰，盛良全.儀器分析實驗教學改革探索[J].實驗科學與技術，2010，42（5）：86-88.

[5]李滿秀，趙二芳，張海，等.儀器分析研究型開放實驗的創新與實踐[J].大學化學，2007，22（6）：28-30.

[6]吳繼魁，周冬香，毛芳.儀器分析課程的教學改革與探索[J].大學化學，2013，28（3）：28-30.

[7]劉昭第，徐華杰，盛良全，等.以“大學生創新項目”為載體實施教學科研一體化初探[J].阜陽師范學院學報，2015，32（2）：126-128.

[8]谷苗苗，姚開安，周愛東.儀器分析實驗課程改革探索[J].實驗技術與管理，2014，31（3）：190-192.

[9]王英華，徐家寧，魏士剛，等.基礎化學創新實驗教學的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：7-9.

[10]沈劍英，黃風立.依托科研項目開發綜合性實驗的實踐與探索[J].實驗技術與管理，2014，31（3）：163-165.

[11]孫爾康，邱金恒，張劍榮，等.科學研究提升實驗教學水平，實驗教學支持科學研究發展[J].實驗技術與管理，2008，25（8）：22-24.