“儀器分析及實驗”課程教學改革探討

馮瑩，曹滿，許敬華，陳永山

［摘 要］ “儀器分析及實驗”是一門理論與實踐并重的綜合性強且應用范圍廣的專業課程。針對近年來課程組授課過程中發現的一些問題，提出若干教學改革思路和措施，即形成“學長制”教學理念，設置“1—X—1”三階區域化教學內容。其中，“1”為起步階段，講述區域內的共性教學內容；“X”為進階階段，重點為區域內的差異性教學內容；“1”為成熟階段，結合實踐教學，總結歸納區域內的教學內容。同時，結合課程思政，運用多元化的教學方法，將師生雙向考核機制貫穿于各區域化教學內容。該教學改革有效地提升了課程教學質量和專業人才培養質量，為進一步增強教師專業技能、學生專業素養和專業技能奠定了堅實的基礎。

［關鍵詞］ 儀器分析及實驗；教學改革；教學體系

［基金項目］ 2021年度泉州師范學院教育教學改革研究項目“以習近平生態文明思想為指導的環境科學專業課程體系建設”（JGX2021027）

［作者簡介］ 馮 瑩（1984—），女，安徽金寨人，農學博士，泉州師范學院資源與環境科學學院副教授，碩士生導師，主要從事園林植物與生物技術研究；曹 滿（1977—），女，湖南安鄉人，理學碩士，泉州師范學院資源與環境科學學院講師，教學科研辦公室主任，主要從事教學管理研究；陳永山（1980—），男，福建漳浦人，工學博士，泉州師范學院資源與環境科學學院教授，副院長（通信作者），主要從事土壤環境污染過程與控制技術研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0065-04［收稿日期］ 2022-05-06

“儀器分析及實驗”是一門理、工、農科高校學生必修的專業基礎課程，具有多學科交叉性、發展性和前沿性的特點。通過本課程的學習，學生能夠了解不同儀器的測試原理和結構組成，明確各類儀器的應用范圍和主要分析對象，掌握各種儀器的基本參數和操作方法，應用所學知識解決實際問題，培養學生獨立思辨、分析解決問題的能力，并注重培養學生嚴謹的科學作風、良好的實驗素養和求實的科研精神。

隨著“儀器分析及實驗”課程的重要性日益凸顯，眾多高校化學、醫學、食品、環境等專業均開設了該門課程。但是該課程也逐漸暴露出一些教學問題：就教師而言，該課程已成為“燙手山芋”，課時少且任務重、理論性強；就學生而言，該課程是“談之色變”，知識點難理解且抽象，實踐少。故而，學界從理論教學、實踐教學兩個方面開展了“儀器分析及實驗”課程的教學改革研究。在理論教學方面，從教學理念［1］、教學方法［2-4］、教學內容［5］等方面逐步開展，如以科學研究為教學理念，通過問題為導向的教學設計，將科研活動與教學結合起來，從而激發學生的學習興趣，提高教學質量；提出“以學生為主”，采用線上線下混合式教學法優化傳統的教學方式，提高教學質量；分析課程教學中存在的問題，從教學內容、教學模式和考核評價方式等方面初步探討改革思路，認為更新、完善現代儀器分析課程的理論教學內容將有助于實現專業課的育人功能。在實踐教學方面，從教學方法［6］、教學內容［7］兩個方面展開，如采用“課前預習+研討式課程講解”的創新實驗教學方法，利用多媒體輔助與現場教學相結合的手段優化實驗教學，保障實驗教學質量。

總之，圍繞“儀器分析及實驗”課程的教學改革，或從理論教學方面，或從實踐教學方面開展。然而，該課程注重理論知識的學習，更強調實踐的重要性，缺乏理論與實踐綜合的教學改革，不利于該課程整體教學質量的提升。因此，以環境科學專業為出發點，結合本學科發展趨勢和專業特點，本文分析了目前教學中存在的問題，從理論教學和實踐教學相結合的角度，提出一些教學改革思路，以有效提高“儀器分析及實驗”課程及實驗教學質量，讓它成為師生喜愛的一門課。

一、教學現狀及存在的主要問題

根據我院環境科學專業本科生培養方案，“儀器分析及實驗”課程在大學本科第三學期開設，即在系統地修完“化學分析”課程的基礎上，繼續學習掌握儀器分析的原理、方法和應用。現歸納近年來“儀器分析及實驗”課程組在教學中發現的主要問題，具體如下。

（一）教學理念落后

課程組在早期的教學活動中采用“以教師為主”的教學理念。該教學理念因較少考慮學生的主體作用發揮，導致學生缺乏主動性和積極探索的興趣。近年來，課程組采用“以學生為主體、教師為主導”的教學理念。該教學理念強調教師是教育的引導者和指導者，學生是教育的中心體。雖然這一理念充分考慮到學生的主體作用，但是因學生的個體差異性，教師難以有效掌控學生的學習進度和把握學生的理解程度。

（二）教學內容偏理論

該課程的教材選用的是韓長秀等主編的《環境儀器分析》（2018年），無實驗教材。圍繞培養方案和培養目標，教學內容應由理論教學和實踐教學兩部分構成，其中理論教學32學時，教學內容相對較多，主要介紹儀器工作原理、結構、應用等知識；實踐教學16學時，主要開展4個實驗，包括紫外分光光度計、X射線熒光光譜儀、高效液相色譜儀、聯用技術。就理論教學內容而言，較多的專業術語和抽象的專業知識，導致教師和學生“眉毛胡子一把抓”，學生較難理解生澀的教學內容。針對實驗教學內容，學生“親密接觸”儀器的實際操作時間很少，僅簡單地跟隨教師的演示操作，難以真正地獨立解決問題。此外，實驗儀器的缺乏也是造成實驗效果不佳的一個原因。

（三）教學方法單一

傳統的教學活動主要采用“填鴨式”教學方法，該教學方法導致課堂氛圍沉悶，難以調動學生的積極性和參與性。同時，由于學生對知識點理解不透徹，他們在課后復習和完成作業時存在困難。近年來，課題組采用線上線下相結合的混合式教學、微課、翻轉課堂等多樣化的教學方法，雖然在一定程度上調動了學生學習的主動性和積極性，但是學生仍然存在嚴重的“掛機”等問題，且教師難以實時查控，致使多樣化的教學方法難以真正發揮作用。

（四）考核方式不合理

該課程的評價體系由平時成績、實驗成績、期中測評和期末考試四部分構成，其中平時成績著眼于過程考核，強調學生的作業或小測完成情況，期中和期末考試采用閉卷理論考試的方式。然而，過程考核存在一致性、趨同性的現象，即學生從網絡上搜索作業題目，不假思索地直接粘貼內容，缺少主動性的思考。期末考試存在“臨時突擊”現象，即考試前背誦知識點或復習資料。盡管教師在試卷中設計了一定的計算題和案例題，但學生對實際問題的解決仍停留于死記硬背知識點上，無法有效解決試題中提出的問題。這均使得過程考核和期末考試失去了考核的目的和意義。

二、教學改革的思路和措施

針對我院環境科學專業“儀器分析及實驗”課程教學中存在的問題，根據環境科學專業培養方案和培養目標，結合課題組近年來所做的各項工作，我們特提出“學長制”教學改革的思路和措施，具體表現為以下五個方面。

（一）“學長制”的教學理念

“學長制”的教學理念是以教師、學生兩個主體為出發點，其中“學”的主體對象是學生，其行為過程是學生的主動性、學習方法和學習效果；“長”的主體對象是教師，其行為過程是教師的教學方法、教學效果和教學反思。該教學理念強調教師和學生的協同性，逐步培養學生的主動性和積極探索精神，加強教師對多種教學方法的創新和改革，通過教學反思提升教學效果。

（二）“區域化”的教學內容

根據我院環境科學專業特點，結合專業發展趨勢，圍繞教學目標，在對教學內容進行優化的基礎上，提出“區域化”的教學內容，即在對教學內容進行歸納總結的基礎上，設置若干教學區域，將具有相同測試原理和結構組成的儀器歸為1個教學區域。區域內設置“1—X—1”3個階段，其中，1是起步階段，主要講解測試原理、結構組成；X是進階階段，側重講授儀器的特殊結構、特異分析對象等差異化知識；1是成熟階段，結合實踐教學，圍繞儀器參數設置、操作方法、注意事項等開展。如在對現有教材進行梳理的基礎上，根據專業特點和專業特長，設置3個“區域化”的教學內容，即光學分析教學區域、色譜分析教學區域和聯用技術教學區域。光學分析教學區域中，主要講述儀器相關知識，包括原子吸收光譜、原子發射光譜、原子熒光光譜、紫外-可見吸收光譜。以光學分析教學區域為例，說明如何設置“1—X—1”3個階段的教學內容：1是起步階段，主要講述基本原理（朗伯-比爾定律、Schiebe-Lomakin式）、儀器共性結構（光源、樣品池、單色器、檢測器、信息處理與顯示裝置）、定性分析與定量分析方法；X是進階階段，主要講述差異性（光作用于物質的差異、結構的差異性、測定對象的特殊性）；1是成熟階段，在實踐教學的基礎上，由學生根據實踐結果和心得總結儀器的使用及注意事項。

（三）“多元化”的“教—學”方法

通過多年的教學實踐，課程組發現，教學方法不能僅僅限于教師的教學方法，需要將教師和學生2個對象作為出發點，把教學方法與學習方法結合起來才能實現“教學相長”的目的。就教師而言，每個階段中，教師應根據教學內容特點采用差異化的教學方法，如起步階段的教學內容涉及較多的專業術語，學生較難理解測試原理且結構組成較為空洞。那么，講授該部分的測試原理時，教師可采用多媒體動畫、插畫的方式，并增加討論、提問等教學環節，重點講解術語或測試原理中的關鍵詞匯；講解儀器結構時，結合教學模型或實物微視頻，不僅可以增加學生的認知感，還能調動學生的參與性。進階階段的教學內容是通過預先設置案例或項目，讓學生課下思考，再以小組為單元解析，最后教師進行總結。成熟階段的教學內容是在進階階段教學內容的基礎上，通過視頻讓學生觀察操作方法和參數設置，再對預設問題給出解決辦法：以模擬“辯論”方式，小組間進行批判與辯解；結合實踐教學，驗證解決辦法的可行性，給出總結性的觀點；歸納正確的操作方法。在進階階段和成熟階段，教師須將學生分組，以4～5人為一組并設置組長輪流制，以保證每個學生都能參與。同時，預先設置的案例或項目應具有針對性，保證有2～3個出發點或解析點。此外，可以充分運用騰訊課堂、QQ視頻等，對組長反饋的“生澀”或“難消化”知識點經梳理后進行課后輔導或講解。

（四）“師生雙向”的考核機制

考核機制采用“師、生”雙向的方式。就教師而言，可采用小測、小課題的方式考核每個階段學生的學習成果，小測的方式需要在課堂上完成，小課題考核主要針對預留案例，通過查閱文獻，讓學生獨立思考后進行解析；就學生而言，結合每個階段的教學方法、教學內容，以組為單位由組長向教師反饋，以便教師進行教學反思，進一步完善教學方法和教學內容。

（五）課程思政的引入

依據教育部發布的《高等學校課程思政建設指導綱要》［8］，在構建區域化教學內容時，要以立德樹人為引領，充分挖掘課程中的思政元素，引導學生樹立正確的科學價值觀，培養學生嚴謹的科學作風和求實的科研精神，從而實現全員、全程、全方位育人。如在組織3個區域化的教學內容時，可引入國內外儀器發展歷程和現狀內容，增強學生的使命感和責任感；在起步階段，結合定律或公式解析，引入論文數據造假后果，培養學生實事求是的精神和嚴謹的科學態度；在提升階段和成熟階段，通過實時案例，提升學生“發現問題—提出問題—解決問題”的能力。

結語

“儀器分析及實驗”是一門理論與實踐并重的課程，其重點是讓學生掌握儀器的工作原理并熟練使用，培養學生理論聯系實際、主動思考的能力。本課程的教學改革思路和措施主要為：（1）形成“學長制”的教學理念，充分考慮教師主導、學生主體的作用發揮和行為過程，強調二者的協同性。（2）采用多元化的教學方法，貫穿“1—X—1”三階區域化教學內容。其中，“1”為起步階段，講述區域內的共性教學內容；“X”為進階階段，重點為區域內的差異性教學內容；“1”為成熟階段，著眼于實踐教學，總結歸納區域化的教學內容。（3）設置師生雙向的綜合考核機制。通過教學改革，結合課程思政，授課教師要根據學生的反饋情況及時調整授課計劃，準確把握教學重點和難點，切實做到因材施教。同時，學生要發揮主觀能動性和參與性，熟練掌握知識要點和儀器使用，切實做到學以致用。總之，從教師和學生二者結合出發的教學改革，更有利于提高教學質量，真正發揮“教學相長”的作用。

參考文獻

［1］劉后靜，董美玉.以科學研究為指導的《儀器分析》教學改革探索［J］.廣東化工，2022，49（3）：191-192.

［2］谷雨，張錢麗，陳婷，等.線上線下混合教學在儀器分析課程中的探索［J］.科技視界，2022（5）：77-79.

［3］王希越，婁大偉，高文秀，等.“互聯網+”環境下《儀器分析》教學改革探索［J］.吉林化工學院學報，2021，38（10）：16-18，22.

［4］李運芃，渠陸陸.基于學生的視角淺談儀器分析教學改革［J］.新教育時代電子雜志（教師版），2019（47）：169.

［5］鄒桂征，孫樹喆，徐曉文，等.儀器分析課程教學內容和教學方式改革的幾點思考［J］.大學化學，2022，37（4）：51-57.

［6］周航，李科林，辜嬌峰，等.“環境儀器分析”創新實驗教學體系研究與實踐［J］.科技與創新，2021（1）：120-121.

［7］宋志姣，李悅，項輝，等.專業特色背景下的儀器分析教學改革研究：以《儀器分析》教學改革為例［J］.保山學院學報，2018，37（5）：89-92.

［8］中華人民共和國教育部.教育部關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-05-28）［2021-04-13］.http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

Research on the Teaching Reform in the Course of Instrumental Analysis and Experiment

FENG Ying， CAO Man， XU Jing-hua， CHEN Yong-shan

（School of Resources and Environmental Science， Quanzhou Normal University， Quanzhou， Fujian 362000， China）

Abstract： The course of Instrumental Analysis and Experiment is a comprehensive and strong professional course with a wide application range， paying great attention to theories and experiments. In view of some problems during the teaching process in recent years， a teaching reform was conducted and some ideas and measures of teaching reform are put forward， such as the“senior-student guiding system， and the establishment of the three-step teaching content system of “1-X-1”.“1 means the initial stage， including the common teaching content; “X” means the advanced stage focusing on the different teaching content; the second “1” means the mature stage. On the base of experiments， it summarizes the teaching content. Combined with “curriculum ideological and political education”and diverse teaching methods， the two-way assessment mechanism between teachers and students is adopted in the whole teaching process. The teaching reform has effectively improved the teaching quality of the courses and the quality of professional personnel training， and laid a solid foundation for further enhancing teachers professional skills， students professional quality and professional skills.

Key words： Instrumental Analysis and Experiment; teaching reform; teaching system