“分析方法選擇及方案設(shè)計”課程教學(xué)探索

張雅珩 唐江宏 連 寧 劉玉海 王聞達(dá) 王 欣

(江蘇理工學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,江蘇 常州 213001)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是高等學(xué)校教學(xué)工作的重點(diǎn)[1,2]。江蘇理工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)旨在培養(yǎng)能在化工、食品、環(huán)保、醫(yī)藥、檢驗(yàn)檢測等相關(guān)領(lǐng)域從事化學(xué)分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、化學(xué)檢測、現(xiàn)代儀器分析,并能參與分析方法的選擇、改進(jìn)和制訂等工作的特色應(yīng)用型化學(xué)工程技術(shù)人才。教師需在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力方面多下功夫,最終達(dá)到提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[3,4]、快速適應(yīng)崗位需求的目的。作為一門專門針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的課程,“分析方法選擇及方案設(shè)計”課程開課時間不長,教學(xué)尚處于探索階段。作者對該課程的教學(xué)情況進(jìn)行了梳理,可為進(jìn)一步提高課程教學(xué)效果提供借鑒和參考。

1 課程教學(xué)情況

1.1 課程特點(diǎn)

“分析方法選擇及方案設(shè)計”是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的專業(yè)必修課,旨在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題,是培養(yǎng)該方向?qū)W生核心能力的一門課程。課程的主要任務(wù)是使學(xué)生在面對分析項(xiàng)目時,能夠選擇適合的分析方法和手段,并設(shè)計合理的分析方案,通過實(shí)驗(yàn)得到分析數(shù)據(jù),完成鑒定物質(zhì)體系的化學(xué)組成、測定其中的有關(guān)成分的含量和確定體系中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)等分析工作,從而為后續(xù)企業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等實(shí)踐環(huán)節(jié)或研究生階段的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

該課程授課采用“任務(wù)驅(qū)動型項(xiàng)目教學(xué)法”[5,6]、“翻轉(zhuǎn)課堂”[7]、“理實(shí)一體化”[8]的方式。學(xué)生在分析項(xiàng)目的驅(qū)動下,通過自學(xué)理論、自行設(shè)計分析方案、課堂討論、教師講解、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多個步驟掌握分析方法的選擇及方案設(shè)計,獨(dú)立完成一個分析項(xiàng)目的設(shè)計分析及實(shí)施,以培養(yǎng)全面、科學(xué)的思維方法,在實(shí)踐中鍛煉分析問題、解決問題的能力。整個課程以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心,以實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)為引領(lǐng)。

1.2 學(xué)情分析

“分析方法選擇及方案設(shè)計”開設(shè)在大三第二學(xué)期,學(xué)生已經(jīng)具備了四大化學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、高等數(shù)學(xué)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析實(shí)驗(yàn)等理論知識和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α５菍Υ蟛糠謱W(xué)生來說,如何靈活運(yùn)用這些基礎(chǔ)知識去解決實(shí)際應(yīng)用問題仍是一個難題。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和儀器分析的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多參照實(shí)驗(yàn)課本或講義,實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)明確,很少有未知情況發(fā)生,重在實(shí)驗(yàn)操作能力的基礎(chǔ)訓(xùn)練。而“分析方法選擇及方案設(shè)計”課程的實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生在進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)室的具體情況自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案,制定詳細(xì)的具有可操作性的實(shí)驗(yàn)步驟,然后在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證完成該實(shí)驗(yàn)方案的可行性。對學(xué)生來說,基本常規(guī)的實(shí)驗(yàn)操作及常見分析儀器的正確使用是應(yīng)具備的基礎(chǔ)能力,實(shí)驗(yàn)問題的解決和實(shí)驗(yàn)方案的合理優(yōu)化是課程的培養(yǎng)目標(biāo)。如何保障學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成是教師需要關(guān)注的問題。此外,如何合理利用好互聯(lián)網(wǎng)巨大的、優(yōu)異的教育及學(xué)習(xí)資源[9],實(shí)現(xiàn)更高效、更具有深度和廣度的教學(xué)效果,也是教師需要考慮的問題。

2 課程教學(xué)探索

2.1 課程目標(biāo)定位

基于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具有的知識、能力與素質(zhì),制定了如下課程目標(biāo):(1)掌握常用分析方法的種類、原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍,了解常見分析儀器的原理、使用方法、適用范圍以及各類樣品的常用預(yù)處理方法。(2)具有文獻(xiàn)調(diào)研和信息收集加工的能力,掌握分析方法的選擇思路、分析方案的設(shè)計思路。(3)基于安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素,針對不同分析項(xiàng)目,不同樣品類型,能夠運(yùn)用相關(guān)基礎(chǔ)理論知識及文獻(xiàn)研究選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒?設(shè)計合理的分析方案。(4)具有實(shí)驗(yàn)方案的比選能力及實(shí)驗(yàn)的實(shí)施能力,掌握基本的分析實(shí)驗(yàn)技能,能夠正確使用各種儀器和裝置開展相關(guān)實(shí)驗(yàn),能夠系統(tǒng)地整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并得到合理有效的結(jié)論。(5)在方案實(shí)施的過程中能夠辨別方法選擇和方案設(shè)計中存在的問題,有發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,并能夠針對現(xiàn)有分析方案提出合理的優(yōu)化措施。(6)在整個教學(xué)過程中,培養(yǎng)分析能力、設(shè)計能力、創(chuàng)新意識、良好的溝通表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

2.2 精選教學(xué)內(nèi)容

以塑造應(yīng)用型人才、提高創(chuàng)新能力為目標(biāo),該課程采用理實(shí)一體項(xiàng)目化教學(xué)。理論教學(xué)16學(xué)時,配套課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)32學(xué)時。理論教學(xué)內(nèi)容主要有:項(xiàng)目1為分析方法的建立,主要回顧總結(jié)常見分析方法的種類、功能及應(yīng)用,介紹分析方法的選擇思路,分析方案的設(shè)計思路,包括分析方法的選擇原則、選擇依據(jù)、選擇要點(diǎn)、分析方案設(shè)計的具體要求、要素、評價等,分析技術(shù)的發(fā)展及趨勢,現(xiàn)代分析實(shí)驗(yàn)中常見的分析儀器及其使用方法介紹。后續(xù)項(xiàng)目2～7主要涵蓋了食品、環(huán)境、日用品中幾類不同類型、不同性質(zhì)的有機(jī)小分子、陰陽離子及多種無機(jī)元素的分析以及不同材料和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與形貌表征分析,都是不同類型分析項(xiàng)目的代表性實(shí)例,如,果蔬表面農(nóng)藥有機(jī)殘留物分析、土壤pH值及重金屬元素含量測定等,難度適中,適合學(xué)生作方法選擇和方案設(shè)計。在方案的課堂討論中,教師穿插一些該類項(xiàng)目的檢測新技術(shù)、新設(shè)備、新方法。由于學(xué)生在樣品前處理方面的知識非常薄弱,針對每個項(xiàng)目的樣品特點(diǎn),教師補(bǔ)充該類型樣品基質(zhì)的樣品制備、前處理方法、常用及新開發(fā)的前處理儀器技術(shù)與設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容。在課堂講授過程中,還可以結(jié)合近年來發(fā)生的食品安全事件(如蘇丹紅鴨蛋、孔雀石綠魚蝦、三聚氰胺奶粉等)中有毒有害物質(zhì)檢測以及核酸檢測,實(shí)例講解現(xiàn)代分析技術(shù)的進(jìn)步及分析方法的選擇。實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分與理論教學(xué)的項(xiàng)目2～7相對應(yīng),依據(jù)理論課上討論出的實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行具體實(shí)施和優(yōu)化驗(yàn)證,獲得分析結(jié)果。課下選取其他有代表性的分析項(xiàng)目作為作業(yè)布置給學(xué)生,使學(xué)生進(jìn)一步熟悉和掌握分析方法的選擇思路,分析方案的設(shè)計思路,加強(qiáng)對課程知識的理解鞏固。

該課程的方案設(shè)計以具體分析項(xiàng)目為中心,主要考查學(xué)生對常用的分析方法、常見分析儀器相關(guān)基礎(chǔ)知識點(diǎn)的掌握及靈活運(yùn)用情況,以培養(yǎng)學(xué)生面對分析任務(wù),解決問題的思維能力和表達(dá)能力。課程里面開設(shè)的實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),主要是為了驗(yàn)證理論課討論方案的合理性和可行性,同時使學(xué)生熟悉各類樣品前處理的實(shí)際操作過程,對學(xué)生的能力提升上了一個臺階,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、解決問題的應(yīng)變能力、關(guān)鍵因素及結(jié)果的分析能力。

2.3 創(chuàng)新教學(xué)方法

該課程基于“任務(wù)驅(qū)動型項(xiàng)目教學(xué)法”。課前提前布置分析項(xiàng)目,學(xué)生3～5人一組,每組學(xué)生在分析項(xiàng)目的驅(qū)動下,采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式。每個學(xué)生通過理論自學(xué)、查閱文獻(xiàn)書籍資料后形成自己的思路,然后經(jīng)過小組成員討論,確定本小組的分析方案,制作成PPT匯報材料,上課之前發(fā)送給教師。教師選取問題多、有共性代表性、創(chuàng)新性強(qiáng)、考慮合理全面的小組方案在課堂上開展全班討論。先由小組成員進(jìn)行方案設(shè)計講解,然后展開交流,最后由教師講解沒有解決的問題,進(jìn)行設(shè)計思路的梳理,補(bǔ)充強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵要素和注意事項(xiàng)。同時,教師拋出一些實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問題,以激發(fā)學(xué)生的興趣和思考。每個學(xué)生都要針對該項(xiàng)目制作自己的實(shí)驗(yàn)方案以作業(yè)的方式提交。

課程采取先理論課后實(shí)驗(yàn)課的順序,同個項(xiàng)目的理論課和實(shí)驗(yàn)課排課間隔不超過1周。每個項(xiàng)目在理論課上確定合理方案。實(shí)驗(yàn)課前,以小組為單位,每組做好實(shí)驗(yàn)人員分工。學(xué)生自行查找相關(guān)資料對實(shí)驗(yàn)過程及操作進(jìn)行學(xué)習(xí),教師也推送一些相關(guān)操作視頻幫助學(xué)生熟悉樣品處理過程。在實(shí)驗(yàn)課上對所選取的方案進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證。驗(yàn)證過程中遇到的問題,由小組成員自行解決,最終解決不了的也可求助于其他小組或老師。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后所有學(xué)生均提交實(shí)驗(yàn)報告,分析匯報實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)實(shí)驗(yàn)心得,對本小組的方案設(shè)計給予評價及優(yōu)化改進(jìn)。下一次理論課每組對上一次項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行反思和總結(jié),全班分享,教師補(bǔ)充。

2.4 優(yōu)化考核方式

作為一門理實(shí)一體課程,考核中應(yīng)注重過程性評價。該課程考核分理論考核與實(shí)驗(yàn)考核兩部分。理論部分含期末考試成績及方案設(shè)計成績。實(shí)驗(yàn)部分成績=實(shí)驗(yàn)平時成績(50%)+實(shí)驗(yàn)報告成績(50%)。課程最終成績=期末考試成績(50%)+方案設(shè)計成績(30%)+實(shí)驗(yàn)成績(20%)。實(shí)驗(yàn)平時成績一部分是實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)記錄正確完整性、實(shí)驗(yàn)態(tài)度情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿意程度、儀器的正確使用、安全清潔情況等常規(guī)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc表現(xiàn)的評價;另一部分是具體的實(shí)驗(yàn)過程中分析問題、解決實(shí)際問題及實(shí)驗(yàn)方案變通優(yōu)化的能力與表現(xiàn)的評價。方案設(shè)計成績包括小組制作的PPT質(zhì)量、小組討論表現(xiàn)(由錄制視頻獲得)、課堂匯報表現(xiàn)、課堂討論表現(xiàn)、方案設(shè)計作業(yè)幾個方面。PPT質(zhì)量主要從方法選擇及方案設(shè)計的要素是否齊全、邏輯是否清晰、內(nèi)容是否正確合理、有無科學(xué)性原則性錯誤、PPT畫面的簡潔美觀等方面進(jìn)行評價。討論及匯報表現(xiàn)主要從對方案內(nèi)容及相關(guān)知識的掌握是否到位、條理是否清晰、表達(dá)是否流暢、回答問題的正確性、參與討論的態(tài)度是否積極活躍等方面進(jìn)行評價。

2.5 實(shí)施教學(xué)反饋

每完成2個教學(xué)項(xiàng)目,請學(xué)生提交教學(xué)反饋,提出存在的問題,對教學(xué)效果進(jìn)行評價,教師和學(xué)生共同查找短板,探討改進(jìn)措施。在不斷反思和總結(jié)中,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,對教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)改進(jìn),保證教學(xué)活動的良性循環(huán)。同時教師也要不斷督促自我,努力提高自身專業(yè)水平和教學(xué)能力、完善教學(xué)策略和教學(xué)技巧。

3 結(jié)語

作為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課,“分析方法選擇及方案設(shè)計”能夠鍛煉學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的能力,鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)際動手能力,更好地適應(yīng)和滿足現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展需要和當(dāng)今企業(yè)的用人需求。將該課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),以期對其他相關(guān)課程的開設(shè)、促進(jìn)高等教育教學(xué)改革和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量提供參考。