新工科背景下化工專業(yè)儀器分析課程教學(xué)改革初探

吳 燕，陳錦楊

（長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 重慶 401800）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進步，迫切需要深化工程教育改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[1-2]。2017 年，教育部首次提出了 “新工科” 建設(shè)，為地方高校的人才培養(yǎng)和教學(xué)研究指明了方向[3]。

“儀器分析” 是長江師范學(xué)院（以下稱 “我校” ）化學(xué)工程與工藝（簡稱化工）專業(yè)的專業(yè)必修課。通過該課程的學(xué)習，學(xué)生能掌握儀器分析方法的基本原理、分析儀器的主要構(gòu)造和實際應(yīng)用，對培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、操作能力強、實事求是、富有社會責任心和創(chuàng)新性強的新時代的工程型人才起著至關(guān)重要的作用[4-5]。我?；I(yè)儀器分析理論課程在大二下學(xué)期開設(shè)，課程的內(nèi)容主要包括緒論、光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法和色譜分析法，總學(xué)時為32 學(xué)時，2 學(xué)分。在學(xué)習儀器分析課程的知識時，學(xué)生普遍反映理論知識抽象難理解、知識龐雜，學(xué)習難度系數(shù)較大，學(xué)生學(xué)習興趣不高；對于考試，大部分學(xué)生在考試一周前，臨時抱佛腳，考試成績勉強及格，考試過后，知識點猶如白駒過隙，考過即忘。這種傳統(tǒng)的 “填鴨式” 的教學(xué)方式，難以達到新工科背景下對化工專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。因此，化工專業(yè)儀器分析課程教學(xué)改革迫在眉睫。

1 儀器分析教學(xué)中存在的問題

1.1 人才培養(yǎng)方案與化工專業(yè)的發(fā)展脫節(jié)

隨著社會和科技的快速發(fā)展，現(xiàn)代分析儀器也在快速更新和發(fā)展，傳統(tǒng)的化工專業(yè) “儀器分析” 課程內(nèi)容難以支撐學(xué)科發(fā)展，需要制訂新的化工專業(yè)人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)大綱。新的人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標需在兼顧傳統(tǒng)儀器分析主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，再系統(tǒng)融入含有化工專業(yè)特色的新型儀器分析方法（如化工質(zhì)譜檢測法、化工力學(xué)測試法和化工熱力學(xué)分析法等）。

1.2 現(xiàn)有教材的教學(xué)內(nèi)容陳舊，針對性不強

目前，我?；I(yè)儀器分析課程采用的教材是華中師范大學(xué)主編的《分析化學(xué)（第4 版）（下冊）》。該教材主要側(cè)重于光譜分析、電化學(xué)分析和色譜分析等內(nèi)容，涉及儀器分析的基本原理、分析儀器的主要構(gòu)造和實際應(yīng)用，并沒有涉及化工專業(yè)特有的現(xiàn)代儀器分析技術(shù)和方法，針對性和綜合性不強，教學(xué)內(nèi)容不適合化工專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，難以達到理想的育人效果。

1.3 理論教學(xué)和實驗操作脫節(jié)，關(guān)聯(lián)性不強

由于某些儀器（如高效液相色譜儀、氣相色譜儀和原子吸收光譜儀等）的價格高昂、維護成本高等，我校實驗室配備的儀器臺數(shù)只有一臺，導(dǎo)致我?；I(yè)的學(xué)生在實驗操作時，經(jīng)常是多人一組進行實驗，很多學(xué)生沒有實際動手操作的機會，經(jīng)常是站在旁邊觀摩。這樣一來，大部分學(xué)生對這些大型分析儀器的印象只停留于表觀，不能進行系統(tǒng)的了解和操作，教學(xué)難以達到預(yù)期的效果。此外，理論課和相應(yīng)實驗課開設(shè)的時間間隔比較久，學(xué)生在課堂上學(xué)習了儀器的基本知識后并沒有馬上在儀器上進行實際的操作和練習，這就導(dǎo)致學(xué)生在上實驗課時，對相關(guān)儀器的知識點不熟悉甚至將之與其他儀器混淆。這種理論教學(xué)與實驗操作脫節(jié)的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生很難真正理解知識點和了解儀器，更談不上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.4 教學(xué)方法和手段單一

我校化工專業(yè)儀器分析理論知識目前主要是通過大班的授課方式進行的，采用 “老師教，學(xué)生聽” 的PPT 授課模式，學(xué)生只能被動接受知識，課堂教學(xué)枯燥無味，學(xué)生學(xué)習的內(nèi)源動力不強，很多學(xué)生出現(xiàn) “人在心不在” 的上課狀態(tài)，嚴重影響了 “儀器分析” 課堂教學(xué)的效果，學(xué)生很難真正學(xué)到和掌握知識點。

1.5 考核方式不合理

我校化工專業(yè) “儀器分析” 課程考核的方式為平時成績+期末卷面成績，平時成績主要包括考勤、課堂表現(xiàn)和教師課后布置的作業(yè)等，這部分占整個課程成績的40%；期末成績是卷面考試成績，包括選擇題、填空題、判斷題、簡答題和計算題等題型，這部分占總成績的60%。這種以考試為主的傳統(tǒng)考核方式很難考核學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力，是一種 “一考定成績” 的不合理考核方式。

因此，針對我校化工專業(yè) “儀器分析” 課程教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合我?；I(yè)的特點，教學(xué)團隊對我校化工專業(yè)現(xiàn)代儀器分析課程進行了教學(xué)改革，對于培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型并具備多學(xué)科交叉知識的應(yīng)用型工程人才具有重要的意義。

2 化工專業(yè)儀器分析課程教學(xué)改革舉措

針對目前我?；I(yè) “儀器分析” 課程教學(xué)中存在的主要問題，結(jié)合新工科建設(shè)的需求，教學(xué)團隊從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和完善課程考核方式等方面，對新工科背景下化工專業(yè) “儀器分析” 課程教學(xué)改革進行了初探，具體改革措施如下。

2.1 以新工科建設(shè)為方向，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化 “儀器分析” 的教學(xué)內(nèi)容

首先，更新 “儀器分析” 課程的教學(xué)內(nèi)容，與時俱進。隨著新工科的建設(shè)和發(fā)展，一些新型的現(xiàn)代儀器分析技術(shù)得到了快速發(fā)展，如微流控芯片技術(shù)和傳感器等。因此，為了使 “儀器分析” 的課程教學(xué)內(nèi)容能夠緊跟時代的發(fā)展，培養(yǎng)高質(zhì)量的現(xiàn)代化工應(yīng)用型人才，教學(xué)團隊對課程的教學(xué)內(nèi)容進行了更新，在原有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上補充了儀器分析技術(shù)的最新理論和進展，開展學(xué)科前沿講座，讓學(xué)生了解儀器分析的最新進展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣；同時，課后通過給學(xué)生發(fā)布任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生查閱最新儀器分析技術(shù)的資料文獻，分組進行匯報、討論、分享和評價，不僅拓寬了學(xué)生的知識面，而且培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。另外，教學(xué)團隊對化工專業(yè) “儀器分析” 的教學(xué)大綱進行了修訂，更新了教學(xué)內(nèi)容，將一些過時和不常用的知識點刪除，增加一些新儀器、新方法和新技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容。

其次，優(yōu)選 “儀器分析” 課程教學(xué)內(nèi)容，因材施教。儀器分析課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括光譜分析法、電化學(xué)分析法和色譜分析法三大部分的內(nèi)容，知識面廣、內(nèi)容繁多。近年來，教學(xué)團隊結(jié)合我校化工專業(yè)的特點和人才培養(yǎng)的需求，對 “儀器分析” 課程的教學(xué)內(nèi)容進行了適當?shù)膬?yōu)化，在知識傳授過程中，將一些基礎(chǔ)的知識在課前通過學(xué)習通網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布學(xué)習任務(wù)，讓學(xué)生自學(xué)；在課堂中，教師主要側(cè)重講授重點和難點的知識，并考慮化工專業(yè)畢業(yè)后用人單位的需求，對教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重，根據(jù)專業(yè)特色優(yōu)選課程教學(xué)內(nèi)容，對教學(xué)內(nèi)容進行適當取舍，突出重點，因材施教?；I(yè)培養(yǎng)的主要是在化工設(shè)計、化工工藝、精細化工、化工材料等部門從事工藝開發(fā)、工藝設(shè)計和技術(shù)開發(fā)等工作的應(yīng)用型人才，因此，教學(xué)團隊在教學(xué)時，更側(cè)重于色譜分析法這部分的教學(xué)內(nèi)容，重點培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和實際應(yīng)用能力。

最后，重構(gòu) “儀器分析” 教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果。教學(xué)團隊通過重構(gòu) “儀器分析” 課程的教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容主要分為四個基礎(chǔ)模塊：分子類光譜、原子類光譜、分離分析技術(shù)和綜合分析技術(shù)。每部分的基礎(chǔ)知識由教師組織引領(lǐng)，一方面，通過課后布置分組課程設(shè)計作業(yè)，篩選出優(yōu)秀的設(shè)計方案推薦申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目；另一方面，通過校外企業(yè)參觀和校內(nèi)教學(xué)實驗相結(jié)合，提高學(xué)生的實踐素質(zhì)能力。重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，通過教師組織引領(lǐng)、學(xué)生實踐能力提升和學(xué)生價值引領(lǐng)，從而有效提高教學(xué)效果。

2.2 以教學(xué)效果為導(dǎo)向創(chuàng)新教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力

構(gòu)建線上教學(xué)資源平臺。為了響應(yīng)教育部的號召，教學(xué)團隊構(gòu)建了線上教學(xué)資源平臺，構(gòu)建 “線上+線下” 混合式教學(xué)模式，很大程度上提高了學(xué)生學(xué)習的效率和積極性。線上教學(xué)資源平臺上，教學(xué)團隊增加了實驗過程微視頻、儀器操作的動畫、仿真實驗教學(xué)視頻等，讓學(xué)生在課后自行觀看；在講解儀器的原理和儀器使用時，讓學(xué)生課前先觀看相應(yīng)的視頻，使學(xué)生有了更直觀的印象，大大提高了教學(xué)效果；在課后，給學(xué)生布置線上作業(yè)，讓學(xué)生對知識點進行歸納和總結(jié)，加深理解和記憶。

改革教學(xué)模式，從 “老師教為主” 到 “學(xué)生學(xué)為主” 。以原子光譜法為例，教學(xué)團隊創(chuàng)新了教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容包括基礎(chǔ)、應(yīng)用和綜合部分，其中基礎(chǔ)部分的內(nèi)容主要是通過課程教師講授，應(yīng)用和綜合部分的內(nèi)容通過實驗完成。這種教學(xué)模式，是一種 “填鴨式” 的教學(xué)模式，很難提高學(xué)生的學(xué)習積極性，難以取得預(yù)期的教學(xué)效果。近年來，教學(xué)團隊通過不斷的探索和實踐，摸索出一種適合我?；I(yè) “儀器分析” 的教學(xué)模式，我們在傳統(tǒng)的教學(xué)模式上，引入 “問題需求、任務(wù)驅(qū)動和實踐提升” 的教學(xué)理念，將原子光譜法的教學(xué)內(nèi)容主要分為原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜和原子熒光光譜原理和功能、重金屬定性和定量分析和環(huán)境中重金屬檢測等內(nèi)容，其中基礎(chǔ)理論通過橫向?qū)W習和縱向比較，采用翻轉(zhuǎn)式、講授式、討論式和啟發(fā)式等教學(xué)方式進行教學(xué)；而功能應(yīng)用這部分的內(nèi)容，讓學(xué)生進行課程設(shè)計，推薦優(yōu)秀的項目設(shè)計申報書申報創(chuàng)新訓(xùn)練項目，最后通過校外實踐和校內(nèi)實驗等對學(xué)生進行實踐訓(xùn)練，使學(xué)生學(xué)習到新技術(shù)、新方法和新理論。相對傳統(tǒng)的單一技術(shù)的教學(xué)模式，改革后的教學(xué)模式是一種 “橫向?qū)W習→縱向比較→歸納總結(jié)→實踐應(yīng)用” 的模塊化學(xué)習體系。新的教學(xué)方式有利于強化學(xué)生的參與度，踐行 “以學(xué)生為中心” 的教學(xué)理念，從而有效提高學(xué)生學(xué)習的內(nèi)源動力，提高教學(xué)效果。

2.3 構(gòu)建 “過程與結(jié)果” 并重的多元化考核體系

教學(xué)團隊對儀器分析課程的考核方式進行了改革，成績主要包括三個部分：過程性成績（30%）、項目性成績（20%）和終結(jié)性成績（50%）。其中過程性成績主要來自線上平臺記錄的出勤、預(yù)習、課堂表現(xiàn)、視頻點擊量、隨堂測試和課后作業(yè)等數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的權(quán)重統(tǒng)計成績，使平時成績有依有據(jù)；項目性成績主要是給學(xué)生布置的案例分析和項目設(shè)計的成績，學(xué)生分組進行，通過查閱文獻、匯報成果和組間討論等完成，這部分成績主要考查學(xué)生的團隊協(xié)作和創(chuàng)新能力；終結(jié)性成績主要是期末考試成績，題型包括選擇題、填空題、簡答題、計算題和設(shè)計題，主要考查學(xué)生對理論知識的掌握程度和求真務(wù)實的態(tài)度。新的考核方式降低了期末考試成績在總成績中的占比，增大了過程性成績的比重，改變了傳統(tǒng)的 “一考定成績” 的考核模式，從多環(huán)節(jié)多維度考查學(xué)生，確保課程考核的合理性，有效提高了學(xué)生的學(xué)習積極性和興趣。

3 結(jié)語

“儀器分析” 是一門理論與操作并重的課程，本門課程的教學(xué)使學(xué)生掌握分析儀器的工作原理、儀器構(gòu)造并能熟練使用，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。為了提高 “儀器分析” 課程教學(xué)的質(zhì)量，順應(yīng)新工科背景下化工專業(yè)的發(fā)展，需要不斷進行教學(xué)改革。在教學(xué)過程中，教學(xué)團隊通過創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、更新和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式和改革考核方式等進行教學(xué)改革，極大地提高了學(xué)生學(xué)習的內(nèi)源動力和綜合素質(zhì)，為培養(yǎng)高素質(zhì)化工人才奠定了基礎(chǔ)。