基于移動互聯設備的儀器分析課程教學改革研究

黃誠 劉媛媛 凡長坡

摘? 要 針對高等院校儀器分析課程的教學特點和實際現狀，基于移動互聯設備對該門課程進行初步的教學改革探索，建立儀器分析仿真學習平臺，給出具體架構和研究內容。通過該平臺在教學中的實際應用，目前已取得良好成效，提高了教學質量，并且根據反饋，提出未來發展的思考和展望。

關鍵詞 儀器分析;移動互聯設備;教學改革;仿真學習平臺;仿真實驗

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）24-0033-04

Research on Teaching Reform of Instrumental Analysis Course?based on Mobile Internet Devices//HUANG Cheng， LIU Yuanyuan，?FAN Changpo

Abstract In light of the teaching characteristic and present situation of the Instrument Analysis course in colleges and universities， this paper explored a preliminary on the teaching reform of the course based on Mobile Internet Devices. An Instrument Analysis simulated learning platform has been established， the specific frameworks and research contents were supplied. Through the practical application of the platform in teaching， good teaching results have been achieved?and the teaching quality has been improved. According to the feed-back of students， the reflection and prospect of future development were put forward toward this learning platform.

Key words instrument analysis; mobile internet devices; teaching reform; simulated learning platform; simulation experiment

1 前言

隨著科技的飛速發展，儀器分析技術已經被廣泛應用于化工、制藥、生物、生命科學和環境科學等多個領域。儀器分析課程是高等學校理工科教學中不可或缺的重要基礎必修課之一，又是兼具實用性和實踐性的學科[1]。通過本門課程的學習，要求學生能夠熟練掌握相關儀器的基本原理、檢測方法，并且強調實際操作技能的鍛煉，這樣可以快速融入未來各行業的工作、研究和深造之中，充分展現自身價值。

2 儀器分析課程教學現狀

儀器分析課程教學經過多年的探索，已經開發出一些行之有效的教學方法[2-3]，然而在實際教學中仍然存在一些問題需要解決。當今社會對學生應用技能要求的驅動，使得儀器分析的實踐要求成為教學主導。這就要求在儀器分析教學中不能僅僅傳授原理，更要注重學生綜合運用能力和創新意識的培養，兼顧理論教學和實驗教學，使學生能夠具有初步的就業、科研能力。同時，儀器分析涉及分析手段多，并且所依賴的原理不盡相同，操作方法更是各具特色。然而，在授課中面臨教學課時少，學生普遍反映學習難度大，不能完全掌握所教授的知識點。此外，分析儀器價格昂貴，教學實驗中可使用的儀器數量遠遠少于授課學生，很難人手一臺，更難以對儀器內部結構和基本操作原理進行深入了解，使得學生的理論知識與實踐難以真正融合，無法真正將所學知識內化為自己的專業素養。

基于以上問題，儀器分析課程教學就需要進行合理改革，使抽象的原理變得生動形象，使復雜的分析儀器變得清晰明了，最大限度提高教學質量。

近年來，國內一些高校根據儀器分析課程的特點，因地制宜地開展了多種教學改革，解決了教學過程中存在的問題[4-6]，但是關于研究性教學改革應用還都處于探索階段，限制了理論聯系實際，使得學生的創新能力提高有限。值得注意的是，在當前“互聯網+”、大數據和人工智能等技術發展的驅動下，教學改革已經推進到一個新的發展階段[7]，混合教學模式、虛擬仿真技術等手段融入儀器分析課堂教學中，為學生構建交互式學習、交流的平臺，激發學生的學習積極性，提升儀器分析課程的教學質量。

目前，移動互聯設備如智能手機、平板電腦等在高校校園中廣泛使用，5G網絡迅速普及，使得學生的學習不再受時空限制，可及時地接收多種形式的學習資源，大大增強了教學的互動性。因此，基于移動互聯設備的儀器分析課程教學改革有著十分廣闊的應用前景。

本課題組對儀器分析課程進行了基于移動互聯設備的研究性教學方法探討與實踐，利用微信公眾平臺作為載體，將多種學習資源如課程課件、習題、視頻和虛擬仿真儀器等進行有機融合，構建儀器分析仿真學習平臺，其架構如圖1所示，促使學生掌握理論知識的同時，增強對實驗儀器的感性認識，促進教學質量的提升。

3 移動互聯設備在儀器分析課程教學中的應用

根據東南大學成賢學院制藥與化學工程學院專業人才培養方案，設立“儀器分析仿真學習平臺”微信公眾號，包括課程相關、課程資源和仿真儀器三個部分，欄目概覽見圖2。

課程相關部分為課程簡介、教學大綱和教學成果，主要是儀器分析課程的教學目的、大綱和所取得的教學成果的展示。這些內容可讓學生對課程有初步了解，知道所學知識在專業中的應用，并通過介紹學院教師、學生在儀器分析相關學科競賽中所獲得的榮譽，激發學生對儀器分析課程的學習興趣，提升專業自信心。

課程資源部分由教學課件、課程題庫、自我測驗和慕課堂所構成。在原有線下教學的基礎上，根據專業特點，依賴教學大綱，梳理教學內容，優選教學重點、難點，制作適合本學院學生的電子課件，包括氣相色譜、高效液相色譜、原子發射光譜、原子吸收光譜、質譜、紫外可見吸收光譜、紅外吸收光譜和核磁共振波譜等章節，介紹相關章節儀器的基本原理和應用。同時，編寫圍繞核心知識點的課程題庫，并且在每次課后推送與章節內容契合的自我測驗。此外，在微信公眾平臺引入慕課堂，選取中國大學MOOC網上的優秀教學視頻，供學生補充課堂學習的不足。以上資源可幫助學生課后預習、復習和自學，更為虛擬仿真實驗平臺的構建提供了理論支撐。

在本學習平臺上，虛擬仿真儀器的建設是重中之重，本環節包括儀器結構、分析原理和仿真儀器操作等三部分。儀器結構、原理部分采用3D動畫的形式展現各儀器的內部結構，可看到儀器內部的主要部件，并且通過Flash的形式呈現樣品進入儀器后的運行流程，使得原來封閉的儀器內部清晰地展現出來，使得抽象的原理變得生動形象，增強儀器的可視性，加深學生對儀器分析原理的理解。在仿真儀器操作欄目中，將國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺的儀器分析相關項目整合進學習平臺，所選用的項目涉及氣相色譜、質譜、原子吸收、核磁共振、電感耦合等離子質譜等多種儀器，并且每個儀器操作都是以實際科研問題作為依托，如高效液相色譜法測定蒙藥制劑“森登-9”中鹽酸小檗堿的含量、原子吸收法測定食品中微量元素、氣相色譜法檢測羊肉制品中風味物質等，具有鮮明的科研實踐意義。

每個虛擬仿真實驗主要包括儀器的基本結構和工作原理、基本操作方法等兩大部分，其中有些仿真實驗過程還具有逼真的開、關機操作、實驗參數設置和譜圖定性、定量分析過程，如圖3所示的高效液相色譜仿真實驗。在仿真實驗中的操作練習，能讓學生把整個實驗操作過程基本熟悉起來，更能使得學生將理論知識與實驗過程結合起來加深理解、觸類旁通，提升學習效率。經過模擬實驗后，學生在實驗室中進行實際操作時就能做到心中有數，可以迅速完成分析目標，提高教學質量。

該平臺于2019年8月上線，基于該平臺在2018級化工與制藥類班級開展了儀器分析課程的移動互聯設備教學改革實踐，共有61名學生添加關注了該平臺，及時學習了推送的章節課件、測驗等資源，進行了仿真儀器操作練習。根據后臺統計，截至2020年5月，共有612次訪問記錄，說明該平臺的構建調動了學生學習儀器分析課程的興趣，在課后得到廣泛使用，達到建立儀器分析仿真學習平臺的目的。此外，該學習平臺還具有互動留言板塊，學生在使用過程中的疑問可以線上提問，教師再對問題進行針對性解答，增強了師生間的交流，彌補了課堂教學中提問較少的不足。教師通過這一互動環節不僅可以幫助學生解決疑惑，也可以促進自身對教學重難點的調整。

4 移動互聯設備儀器分析教學平臺建設中的思考和展望

在建設移動學習平臺進行儀器分析教學改革過程中，越來越多的師生接受并習慣于這種虛實結合的學習方式，不僅掌握了儀器分析的理論知識，更在仿真儀器上熟練了操作技能，取得良好的教學效果。根據這一年多來的教學實踐，有以下幾點關于儀器分析課程教學改革的思考和展望。

整合儀器分析課程學習資源，促進學習平臺建設? 在構建儀器分析仿真學習平臺過程中，需要將各方學習資源進行篩選、優化和整合，提高學生利用平臺學習的效率，增強教學效果。近年來，開放、共享、共贏的思維廣泛體現在線上教學中，利用這一思路，可以充分豐富儀器分析的學習途徑，使學生可以博采眾長、融會貫通地學習儀器分析課程。在學習平臺上，除了本學院長期教學過程中積累的相關視頻、課件和題庫外，還鏈接了中國大學MOOC網上優秀的儀器分析教學資源，感受到名校教師的講課風采，提高學生的學習激情。同時，本平臺還引用了國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺上的仿真實驗，充分地讓學生在實踐中掌握儀器分析理論知識，切實提高學生的動手能力和教學效率。這些仿真實驗在共享后可無限制訪問，大大降低了仿真儀器實驗的開發成本，加快了學習平臺的建設與推廣速度。

增強儀器分析仿真實驗針對性，滿足學生專業發展需求? 目前，儀器分析課程主要在化工與制藥類專業中開設，是一門專業性、應用性很強的學科，需要熟練運用分析儀器解決科研、生產中的大量實際問題，采用的是國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺上已有的儀器仿真實驗，可進行不同儀器的虛擬操作，但并不能完全貼合本專業特色開展深入研究。因此，在儀器分析學習平臺建設過程中，要逐步開發適合本專業的仿真實驗，滿足學生專業發展的切實需求，如氣相色譜—質譜串聯法測定藥用輔料中二聚甘油醚含量、原子吸收光譜法對化藥中殘留重金屬的測定、電化學分析法測定離子液體中的噻吩等一系列緊密聯系專業實踐的虛擬儀器分析實驗。通過這種虛實相依的教學模式，不僅可以充分發揮學生學習的主觀能動性，培養學生分析、解決問題的能力，更錘煉了學生的科研能力，提高了創新思維和能力。

加強儀器分析教學改革研究，提升教師教學水平? 建設一支高水平的教師隊伍，是提高教學質量的有力保障。儀器分析課程涉及分析方法眾多、知識點繁雜，而且儀器分析新技術手段層出不窮。這就要求教師必須具有相當豐富的背景知識，并應緊跟技術前沿，更新知識體系，努力提升教學水平。更為重要的是隨著教育信息化進程的推進，基于“互聯網+”理念的教學模式也對教師提出新的要求，需要及時將新技術、新成果應用到教學之中，以科研促進教學。在這一背景下，教師積極探索，將大數據、虛擬仿真和移動互聯等現代化教育技術融合進儀器分析教學中，改變了傳統單一教學模式，不斷提高自己的教學能力。

5 結語

綜上所述，基于“儀器分析仿真學習平臺”的教學實踐不僅是新教育技術在儀器分析課程中的有益嘗試，更是對儀器分析課程教學質量提升的挑戰。在構筑學習平臺后，給學生的自助式學習提供了豐富的課程資料，突破了傳統授課方式時間、空間的限制，增強了教學的互動性、靈活性。儀器仿真實驗更是讓學生在虛擬操作中掌握了理論知識和操作技能，提高了學生的學習積極性。儀器分析教學模式的革新將師生的教與學提升到新的層面，大大提高了教學質量，學生成績有了較為明顯的提高。總之，在“互聯網+”背景下利用新技術、新手段進行創新教學模式探索，促進本科教學質量提升，為培養高素質、應用型本科人才助力，具有重要的理論和實踐意義。

參考文獻

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