現代儀器分析課程新型教學模式的探索

黃克靖，謝宛珍，譚學才

(1.廣西民族大學化學化工學院，廣西 南寧 530006；2. 廣西民族大學圖書館，廣西 南寧 530006)

0 引言

隨著科學技術的發展和人們生活需求的不斷增多，對現代儀器分析檢測技術提出更高需求。儀器分析是化學、化工、生命科學、環境、材料等專業的重要主干基礎課，是測定物質的化學組成、含量、狀態、結構和進行化學研究的重要手段。課程通過介紹光學分析法、電化學分析法、色譜法等常用儀器分析方法的基本原理和相關儀器的構造原理、實驗方法和應用等方面的內容，使學生通過學習，了解并掌握常用化學分析儀器的原理和使用，熟悉儀器分析領域發展的新動向，拓展知識面，具備根據分析的目的、要求和各種儀器分析方法的特點、應用范圍，選擇適宜的分析方法與測定方法或手段以解決現實生活問題的能力。儀器分析課程與現實聯系緊密，課程的目的是使學生建立起準確的“量”的概念并掌握與此相關的基本理論、原理及實驗技術，為后續課程及科研打好基礎。任務是培養學生從事理論研究和實際工作的能力以及嚴謹的科學作風，為分析、解決各學科領域內涉及化學的有關實際問題，在人才培養目標中起著至關重要的作用。

跟其他專業核心課程一樣，儀器分析課程在育人方面仍存在教學內容銜接性不強，課程內容延續傳統不能結合實際及時更新補充，教學內容安排注重學生對理論知識的掌握而忽視實踐環節對人才培養的作用，授課方法和考核方式單一等突出問題，導致學生學習動力不足，課堂授課效果差。目前，儀器分析已成為分析化學的主體，特別是光譜法和色譜法在日常檢測中具有極大地應用價值。因此，儀器分析課程授課教師需要在教學內容、教學方法、教學手段上進行認真思考以提升教學效果，保證學生掌握基礎專業知識的同時，動手能力、創新和實踐能力也能得到大幅提升。根據新工科建設的核心目標，致力于能夠適應并滿足未來新興產業和新經濟需要的人才，這就需要教師把握化學學科知識體系的發展歷史和前沿動態，崇尚真理，具有終身學習的意識和嚴謹求實的科學態度，在課堂教學中以現實問題為目標導向，合理利用虛擬仿真等線上課程資源，致力于培育具有更強實踐能力、創新能力、國際競爭力的高素質、復合型新工科人才是現代儀器分析教學發展趨勢。

1 儀器分析教學現存問題

1.1 教學內容銜接性不強

儀器分析課程是在學生學完無機化學、有機化學、分析化學、物理學等課程的基礎上開設的，涉及的分析方法是根據物質的光、電、聲、磁、熱等物理和化學特性對物質的組成、結構、信息進行表征和測量，是繼分析化學課程后，學生必須掌握的現代分析技術。它對學生的知識、能力和綜合素質的培養與提高起著至關重要的作用，在整個教學過程中占有非常重要的地位。儀器分析課程教學目標是利用現代分析儀器對待測物質進行定性、定量分析，主要包括光譜、色譜、電化學這三大核心部分，與其他學科交叉性強，但側重點又有區分[1]。例如熟知的電化學章節，與無機化學、分析化學能斯特方程、氧化還原電勢等相關知識交叉，又與物理化學中原電池、電解池等電化學理論相關。在高校課程設置中，儀器分析多開設在大二下學期，學生已經學習過無機化學和分析化學相關內容，具備相關理論基礎。因此，在課程章節設置中，以所學知識為導論，復習舊知引入新知，觸發學生深層次記憶，增強學習自信心。物理化學課程開設于大三階段，因為學生對這塊內容是陌生的，直接進行這部分講解，學生接受度不高，也可以將這部分放在導論里，作為過渡，這樣可充分利用有限的教學時間，升華課堂教學效果。

1.2 課程內容未能與時俱進

隨著我國經濟水平和科研實力的提升，現代分析儀器朝著高靈敏、便攜、快速響應等方向發展。然而，課程內容設置包括教材使用仍延續傳統，以傳統分析儀器的原理、構造、使用為主，未能做到與時俱進，及時更新。傳統教學內容極大影響學生的學習熱情，使他們動力不足，教學效果大打折扣。一些教師隊伍對國家新型人才培養目標理解不夠深刻、未能及時根據社會發展調整教學內容和授課方式，缺乏持續改進的教學策略，忽視對學生動手能力、分析解決實際問題等相關素養的培養，同時也缺乏對學生價值觀、事業觀、人生觀的正確建立。

只有徹底吃透國家方針政策，切實落實對學生綜合能力的培養，從一線生產需求出發，才能培養出社會認可度高，具備創新意識且動手能力強的社會所需人才，幫助學生迅速融入社會，成為有用之才。

1.3 課程講授、考核方式單一，實踐能力差

大學課程在授課過程中普遍存在授課內容多、課時少、理論性強等共性問題。例如，儀器分析大多數學校安排48學時，而新大綱要求學生掌握的內容有光學分析法、原子發射光譜法、原子吸收光譜法、紫外-可見吸收光譜法、紅外光譜法、核磁共振波譜法、電分析化學法導論、電位分析法、電解與庫倫法、伏安與極譜法、色譜分析法、高效液相色譜法相關內容。通常情況下，為了按時完成教學任務，教師只注重“量”的完成，忽視了“質”的提高。教學方法上仍延續傳統的“灌輸式”教學手段，并未真正做到以學生為中心，導致學生只具備學科基本理論知識，實踐技能、動手能力不足。目前，儀器分析課程的考核方式仍采用傳統的書面筆試加日常的考勤、作業、討論等計分方法，并未涉及對實踐應用創新能力的考查，導致學生會做題，不會做事，很難滿足當今社會對人才的需求。

此外，在2019版新大綱的課程目標達成度設置中，儀器分析是一門理論與實踐結合性很強的課程，該課程能夠很好地彌補其他專業課程在實踐能力上的不足。然而，在現有儀器分析實驗教學方面存在重演示輕實踐、重結果輕過程、未能設置探索性實驗課題。由于多數儀器昂貴且維修困難，學校配置數量極少，無法滿足學生實操訓練的需求。因此，現有儀器分析實驗模式是教師講解實驗原理、儀器構造、操作方法，學生觀摩教師的講解和演示，導致學生走馬觀花，動手能力未能得到真正提升。

2 儀器分析新型教學模式探索

2.1 以問題為導向，提高學習熱情

作為一門非常“接地氣”的學科，儀器分析與現實結合十分緊密，并不像學生認為的“高大上”。教師在教學設計中，如果以現實問題為導向，能夠快速吸引學生注意力，提高學生參與度。例如，現在核酸檢測成為常態，那么大家知道我們做完核酸采集后，醫生后續還需要進行什么操作？原理是什么？所謂核酸，就是遺傳物質，包括了DNA和RNA。新冠病毒的遺傳物質為RNA，利用RT-PCR技術，先將RNA逆轉錄為DNA，然后再對此進行擴增。而擴增過程中會釋放出熒光探針，通過探針分子的熒光信號對新冠病毒進行定量檢測。還有經常使用的紅外測溫設備，其實利用的就是人體發出的紅外光，紅外光的能量恰好對應分子的熱運動所需要的范圍。類似這樣的生活例子，能夠迅速拉進學生與課程距離，提升教學效果。

2.2 利用新型多媒體技術，強化教學效果

針對現有理論教學手段單一，內容知識點多，學時有限這一現狀，教師要充分利用新型多媒體技術，豐富教學手段，保證教學效果。混合式教學模式是指將傳統講授為主的課堂教學模式與現代網絡資源有機結合，充分發揮兩種教學模式的優勢，實施混合教學模式，做到線上線下互為補充，全方位提高學生實踐能力[2-3]。例如：課前，教師可以利用學習通、雨課堂等資源發布相關視頻，幫助學生提前了解抽象的儀器構造，測試原理；課上，通過簽到、抽簽、搶答等游戲，讓學生盡可能參與課程中，寓教于樂；課后，發布習題，可以通過后臺數據掌握學生學習情況，及時調整教學計劃。另外，需要補充的是，線上教學資源能夠做到隨時隨地學習，學生對于課堂上不太熟悉的內容，可以在課下重復觀看相關視頻，也可以在教學平臺上聽取國內一線名師慕課，加深對重點知識的理解記憶[4-5]。

隨著信息技術的進步，一種新型的上課手段-虛擬仿真技術逐漸走進人們視野，并得到越來越多教學工作者的認可。對不具備實踐教學的實驗，可以選擇虛擬仿真代替，可以有效緩解儀器少，學生多這一現實問題，讓每個學生都能參與到實踐環節，提高動手能力。 開設儀器分析實驗虛擬仿真課程，“虛實結合”，完善儀器分析實驗課程開設不足，進一步強化教學改革[6-7]，可有效緩解儀器分析實驗上課壓力，真正做到人人參與實驗，提升學生實際操作及創新能力。

總之，開展新型授課模式，將混合式教學貫穿于整個課程內容學習中，最大限度發揮新媒體和信息化的優勢，能大幅提高學生學科知識素養及實踐能力。

2.3 融入科學前沿，升華情感

作為一門實踐性強，與科技前沿密切相關的學科，儀器分析課程的教學環節也對教師提出更高的要求。教師課程應該與時俱進，緊跟一線前沿，及時將新的科學成果和社會發展趨勢傳遞給學生，開拓學生視野。此外，教師應該下足功夫，針對產業需求合理增減教學內容，對接社會發展對現代儀器分析教學的主流需求，讓學生參與教師科研項目，真正做到學以致用。定期舉辦創新大賽，關注對大學生創新創業能力的培養，激發學生學習熱情，達到共鳴，升華情感，實現綜合育人的目的。總的來說，教師應當根據學生特點、專業需求、社會發展、就業形勢等及時更新授課內容，更加關注教學內容的實用性，真正實現綜合育人。

3 結語

根據新大綱對于人才培養定位最新要求，結合當今社會發展需求及學生學習、心理特點。針對當前現代儀器分析授課過程中教學內容銜接性不強，課程內容滯后，課程講授、考核方式單一，實踐能力差等不足。在吃透國家方針政策的前提下，充分利用當前完善的信息化平臺，以社會需求為導向，適時融入一線科研成果，利用虛擬仿真實驗、雨課堂、超星等學習平臺，開展線上線下混合教學模式，貫徹落實教育教學改革，徹底打破傳統教學思維模式，更加注重對大學生創新思維能力的培養，激發學生學習熱情，達到共鳴，升華情感，實現綜合育人的目的。