研究型教學在“儀器分析”課程中的實踐探索

田向榮 高艷清 高保衛(wèi)

摘? ? 要：“儀器分析”作為不同專業(yè)的基礎(chǔ)課程，存在著大型儀器少、課程內(nèi)容多而教學課時有限等問題。文章從以學生為中心的人本主義，以提高學生主觀能動性的建構(gòu)主義以及課程內(nèi)容深度與廣度并重的發(fā)展主義三個方面對“儀器分析”課程進行研究型教學探索與實踐。通過運用問題導向的教學策略、將社會熱點案例引入實驗教學、優(yōu)化整合不同專業(yè)課程內(nèi)容設(shè)計、引入虛擬仿真教學等措施，顯著提升“儀器分析”課程的教學質(zhì)量及效果。

關(guān)鍵詞：研究型教學;儀器分析;模式

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）02-0026-03

一、研究型教學的內(nèi)涵及理論基礎(chǔ)

研究型教學以培養(yǎng)創(chuàng)新型和復合型應用人才為目標，在教學過程中更加注重學生的主觀能動性，教師在教學過程中應該更加注重引導學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，讓學生在學習過程中將探索、研究和實踐有機結(jié)合在一起。研究型教學的理論基礎(chǔ)主要體現(xiàn)在人本主義、建構(gòu)主義和發(fā)展主義三個方面。人本主義即以學生為中心，建構(gòu)主義重在強調(diào)學生的主觀能動性，而發(fā)展主義注重課程的深度與廣度，并在此基礎(chǔ)上有所發(fā)展、有所創(chuàng)新[1]。研究型教學目前已在“有機材料化學”[2]、“腫瘤生物學”[3]、“流通經(jīng)濟學”[4]等不同學科基礎(chǔ)課和專業(yè)課程中進行了實踐探索，取得了良好的教學效果。“儀器分析”是西北農(nóng)林科技大學制藥工程、植物保護、中藥學、應用化學、食品科學等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。植物保護學院是西北農(nóng)林科技大學在全校開展研究型學院建設(shè)最早的學院之一。“儀器分析”是植物保護學院制藥工程和植物保護專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在該門課程的教學過程中探索研究型教學是符合新形勢下建設(shè)雙一流學科建設(shè)的必然選擇。本文結(jié)合作者在“儀器分析”教學過程中的多年一線教學實踐經(jīng)驗，通過對課程的現(xiàn)狀分析，開展了以人本主義、建構(gòu)主義和發(fā)展主義為理論基礎(chǔ)的研究型教學的實踐與探索。

二、“儀器分析”課程教學現(xiàn)狀分析

“儀器分析”課程目前主要采用高等教育出版社出版的《儀器分析》第四版教材，由朱明華和胡坪主編[5]，該教材為“十一五”“十二五”國家級規(guī)劃教材。該教材第四版共包括14章節(jié)的內(nèi)容，主要涉及色譜法（氣相色譜和高效液相色譜）、電化學分析（電位分析、伏安分析、庫侖分析）和波譜分析（原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、紫外光譜、紅外光譜、核磁共振、質(zhì)譜等）等內(nèi)容。需要學生在掌握“無機化學”“有機化學”“分析化學”“物理學”以及“高等數(shù)學”等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)。從內(nèi)容的分布而言，教材內(nèi)容較多、相對繁雜，對農(nóng)林院校的學生而言，普遍反映課程學習難度較大。該門課程共40學時，由24學時理論課程和16學時實驗課程組成。“儀器分析”實驗課程所用儀器價格普遍昂貴，教學用儀器數(shù)量有限，加之大型儀器維修成本高，這嚴重限制了實驗教學的開展。例如，用于實驗教學的高效液相色譜和氣相色譜均只有1臺，實驗課普遍采用的是教師示范、學生觀摩的形式開展，這導致理論教學與實驗教學不能很好地融合。因此，如何在有限的課時內(nèi)完成內(nèi)容豐富的“儀器分析”課程任務，以及解決實驗教學大型儀器少而難于與課堂教學內(nèi)容互相融合的問題，是本門課程教學過程中值得深思的問題。

三、研究型教學在“儀器分析”教學中的探索

（一）以學生為中心的人本主義教學探索

人本主義的代表人物是美國心理學家羅杰斯，他認為人本主義的師生關(guān)系應該是以“學生為中心”和“營造良好的環(huán)境氛圍”，也就是說教育應當以學生為主體、以學生為中心[6]。在教學過程中，學生不能成為知識的被動“接受者”和“灌輸者”，教師在學生學習過程中應該扮演“引導者”和“助推器”的角色。在“儀器分析”課程教學過程中，如何實現(xiàn)教師角色由“灌輸者”向“引導者”轉(zhuǎn)變？筆者認為將教學思路由“講解型”向“問題引導型”的轉(zhuǎn)變是行之有效的方法。即教師在教學過程中嘗試針對不同章節(jié)的知識點，設(shè)計和整理問題庫，并以此為導向，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，同時結(jié)合教材內(nèi)容以及學科發(fā)展最新前沿解決問題，提出自己的答案和觀點。值得注意的是問題引導型教學雖注重學生的自學能力，但并不是說教師在課堂教學過程中對知識點不講解，考試過程中不考核，而是教師通過問題引導，讓學生從中自行總結(jié)和歸納知識點。在具體的執(zhí)行過程中，學生可以分組討論，通過提交學習報告的形式作為考核或評價學生對知識點的掌握程度，教師最終對學生提交的學習報告進行點評。另外，人本主義的教學理論要避免過分的“人的價值”和“斷章取義”而導致的“過猶不及”現(xiàn)象。劉建認為，人本主義在教育教學過程中，要基于自由的限度，對人的尊重和張揚需要回歸理性，具體做法是通過構(gòu)建多元主體并重的人本主義、培養(yǎng)理性的人與塑造人的理性行為并重、兼顧學生個體與群體共同利益，進而使每個學生在教育教學過程中享受理性的寧恬和幸福[7]。

（二）以提高學生主觀能動性的建構(gòu)主義教學實踐

建構(gòu)主義是從行為主義發(fā)展過程中衍生的一種認知主義，其思想源于18世紀意大利哲學家維柯，他強調(diào)“人們只能清晰地理解自己構(gòu)建的一切”。杜威、維果茨基和皮亞杰等學者將建構(gòu)主義發(fā)展并運用到教育教學過程中，對該理論的形成和發(fā)展做出了突出貢獻[8]。盡管不同學者對建構(gòu)主義的表述及提出問題的角度有所不同，但其都強調(diào)學習的主觀能動性，即知識不是教師向?qū)W生單純的傳遞過程，而是學生自己構(gòu)建知識體系的過程。在“儀器分析”課程教學過程中，基于研究型教學的建構(gòu)主義就是要設(shè)法提高學生自主學習的能力。如何提高學生自主學習的能力？筆者認為教師首先要設(shè)法激發(fā)學生對課程的興趣，具體做法是引入社會上與儀器分析相關(guān)的熱點事件，不斷注入新的內(nèi)容和學科前沿新知識點，將現(xiàn)實生活中農(nóng)藥安全實際案例引入課堂教學，做到常講常新、常備常新，以激發(fā)學生自主學習的興趣。例如將安捷倫、沃特斯等公司新的高效液相色譜儀等產(chǎn)品圖片或操作動畫通過多媒體展示給學生，通過不同廠家、不同儀器型號的對比分析，讓學生自己歸納總結(jié)高效液相色譜儀的基本部件，即高壓輸液泵、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)（色譜柱）、檢測系統(tǒng)，進而引發(fā)學生學習相關(guān)理論知識的興趣。在熱點案例教學中將食品安全事件引入實驗教學設(shè)計，例如“毒膠囊”重創(chuàng)修正“神話”罪魁禍首“鉻”該如何檢測？ 可將此案例引入到原子發(fā)射光譜的定性分析和原子吸收光譜的定量分析中;張裕葡萄酒藏農(nóng)藥罪魁禍首多菌靈、甲霜靈農(nóng)藥如何檢測？ 可將此案例引入到氣相色譜或高效液相色譜的相關(guān)章節(jié)，從而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，提升學生的辯思能力和動手能力，使學生角色由“被動接受者”最終向“自主學習者”轉(zhuǎn)變。

（三）課程內(nèi)容深度與廣度并重的發(fā)展主義教學探索

發(fā)展主義的課程理論是由蘇聯(lián)教育學家贊可夫等人提出，其主張“教學要以最好的效果，促進學生一般的發(fā)展”，也就是說，要在學生普遍發(fā)展的基礎(chǔ)上達到盡可能高的教學效果[9]。發(fā)展主義的教學理論要求教學內(nèi)容要有一定的深度與廣度，避免學生對較容易的課程內(nèi)容產(chǎn)生懈怠心里，進而停滯不前。在“儀器分析”課程教學過程中，如何運用發(fā)展主義的教學理論是提升課程效果的關(guān)鍵所在。因本門課程存在內(nèi)容相對較多，而課堂教學理論課時較少，以及用于教學的大型儀器設(shè)備較少等現(xiàn)實問題，筆者認為應該對課程內(nèi)容進行整合。具體做法是根據(jù)不同專業(yè)的人才培養(yǎng)需要和儀器分析行業(yè)發(fā)展趨勢，重新布局“儀器分析”課程內(nèi)容，通過對課程內(nèi)容的整合和優(yōu)化，使課程內(nèi)容的重點盡可能與各專業(yè)實際應用的儀器保持一致，對教學學時進行調(diào)整，重新制訂課程教學大綱。例如，對植物保護學院制藥工程專業(yè)學生，因為在“有機結(jié)構(gòu)分析”課程中還要對紫外光譜、紅外光譜、核磁共振光譜和質(zhì)譜法等波譜學內(nèi)容進行深入講解，而“農(nóng)藥分析”等專業(yè)課程中經(jīng)常會用到電位分析法確定農(nóng)藥有效成分的含量，因此在教學大綱的設(shè)計上要避免不同課程內(nèi)容的重復設(shè)置，重點講述色譜分析和電位分析等定量分析方法。而對于植物保護專業(yè)的學生，專業(yè)課程沒有設(shè)置“有機結(jié)構(gòu)分析”課，但其經(jīng)常會用到液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)確定植物病菌的致病活性成分，以及害蟲分泌的性激素等活性分子的分子量，因此在課程內(nèi)容的設(shè)置上就要側(cè)重于色譜分析和質(zhì)譜分析的講解。另外，對于大型儀器缺乏的現(xiàn)狀，可充分利用植物保護學院建立的國家級虛擬仿真實驗平臺，對高效液相色譜儀、液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀、核磁共振儀等大型儀器通過動畫及人機互動的方式讓每個學生都能夠參與到實驗過程中。在學生通過虛擬仿真實驗掌握大型儀器的基本組成和操作要領(lǐng)的基礎(chǔ)上，對大型分析儀器進行實操訓練，可實現(xiàn)大型儀器的“虛實結(jié)合”，進而提升“儀器分析”課程教學效果，實現(xiàn)學生的普遍發(fā)展。

四、結(jié)論

隨著國家對人才培養(yǎng)工作的重視，國內(nèi)43所入選“雙一流”高校相繼出臺了相應的建設(shè)方案。西北農(nóng)林科技大學在建設(shè)世界一流農(nóng)業(yè)大學過程中，始終將人才培養(yǎng)放到優(yōu)先位置，尤其重視本科教學的基礎(chǔ)地位。“儀器分析”課程作為植物保護、制藥工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其教學效果的提高顯得尤為重要。近年來，各高校不同專業(yè)對“儀器分析”相關(guān)課程開展了不同程度的教學改革與實踐探索。苗守雷等在分析了“儀器分析”課程教學的現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，提出了運用不同教學手段、優(yōu)化教學管理及多元化考評體系等實驗教學探索[10]。付翠翠等提出了基于實際問題出發(fā)的“儀器分析”實驗教學改革與創(chuàng)新[11]，其核心思路是將社會項目和實際案例引入實驗教學過程，其目的是激發(fā)學生學習該門課程的興趣，提高學生分析問題和解決問題的實際能力，與本文提出的基于提高學生主觀能動性的建構(gòu)主義教學探索不謀而合。許映杰等將虛擬實驗引用到“儀器分析”實驗教學過程，一方面可讓學生在計算機上生動形象地學習和掌握儀器的內(nèi)部構(gòu)造，激發(fā)學生直接參與實驗的熱情與主觀能動性，另一方面可彌補大型分析儀器少的缺點，其實質(zhì)也是通過提高學生主觀能動性的建構(gòu)主義教學實踐[12]。范從斌等探究了以挖掘?qū)W生主動性的“啟發(fā)式”教學、以教學相長為主的“互動型”教學、以理論聯(lián)系實際的“實證型”教學、以強調(diào)學生實際應用的“技能型”教學、與社會融為一體的“開放型”教學和鼓勵科研與教學融為一體的“研究型”教學模式，即在“現(xiàn)代儀器分析”課程中開展“六位一體”的教學模式，取得了良好的教學效果[13]。劉寧等對“儀器分析”課程開展研究型教學的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了綜述，結(jié)果表明在商業(yè)院校開展“儀器分析”課程的研究性教學很有必要，對提升學生的思辨能力和職業(yè)生涯具有推進作用[14]。李莎等針對農(nóng)林類院校“儀器分析”實驗課程缺少大型儀器的現(xiàn)狀，通過分類設(shè)置實驗內(nèi)容、按照項目式分級設(shè)計實驗、團隊協(xié)作分工實施實驗教學、分層建設(shè)教學資源、綜合過程考核與目標考核等方面進行了探索性研究，教學效果得到了很大提升[15]。

綜上所述，“儀器分析”課程作為不同專業(yè)的基礎(chǔ)課程，普遍存在著大型儀器缺乏、課程內(nèi)容多而課時有限等實際問題。本文針對西北農(nóng)林科技大學制藥工程專業(yè)和植物保護專業(yè)“儀器分析”課程的現(xiàn)狀分析，通過以學生為中心的人本主義的教學實踐與探索、以提高學生主觀能動性的建構(gòu)主義教學實踐與探索，以及課程內(nèi)容深度與廣度并重的發(fā)展主義教學實踐與探索三個方面進行了研究型教學探索，取得了良好的教學效果。不管是從學生學習成績和興趣的顯著提升方面，還是從學生考取與“儀器分析”相關(guān)專業(yè)研究生或用人單位對學生基礎(chǔ)知識的綜合評價來看，均取得了良好的教學效果。

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[責任編輯? 李金波]