儀器分析課程教學模式改革研究\t

摘 要 儀器分析課程是化工、生物醫藥相關專業的專業基礎課，分析儀器在科研和生產活動中起到眼睛的作用。儀器分析課程教材各章節知識聯系性不強、知識點多，在傳統教學過程中多以教師教、學生記為主，培養的學生難以快速適應社會對人才的需求。在工程教育專業認證、新工科建設背景下，儀器分析教學應更加重視學生獨立創新思維能力、實際應用能力的培養。立足學情，產出導向，提出“五結合”教學模式，在實際應用中取得良好效果，進一步深化了校本課程建設。

關鍵詞 新工科；儀器分析；工程教育專業認證；教學模式改革；課程思政

中圖分類號：G652 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）16-0089-05

0 引言

2024年1月19日“國家工程師獎”首次評選表彰之際，習近平總書記指出，工程師是推動工程科技造福人類、創造未來的重要力量，是國家戰略人才力量的重要組成部分。國外工程教育專業認證已經進行了100多年，華盛頓協議于1989年由美英等國的認證組織發起成立。華盛頓協議是工程教育本科學位的國際互認協議，服務于工程師國際互認協議（《國際職業工程師協議》，IPEA）——為各國工程師互認提供實質等效的本科學位教育，界定高等工程教育培養的目標就是（職業）工程師[1]。華盛頓協議工程學位互認的目的是，任何一個簽約國家（或地區）學生從認證專業畢業，即達到《國際職業工程師協議》簽約國家（或地區）從事工程師職業的學術水平和質量標準，滿足注冊工程師的學位教育要求。

工程師是發明家和革新家，其主要職業活動是研究開發，應用工程原理創造有用產品、流程和服務。不同于工程技術專家和工程技術員，工程師應能解決復雜工程問題[2]。我國已于2016年加入華盛頓協議，國內大量的工科專業通過了工程專業教育認證，推動了國際交流合作，培養了一批批優秀的工程師。

當前，世界正處于新一輪科技革命與產業變革之際，國際競爭日趨激烈，且全球局勢處于不穩定狀態，意識形態尖銳對立、局部戰爭頻發正進一步威脅經濟全球化發展，全球經濟發展面臨巨大挑戰。新工科建設是我國高等工程教育支撐國家創新驅動發展、“中國制造2025”等國家戰略的積極回應，推動高校完成工程教育專業認證。新工科的“新”不是新舊的新，是創新的新，是整個發展思路、標準、路徑、技術方法和評價等系列新變化[3]。新工科建設“復旦共識”中要求：一方面主動設置和發展一批新興工科專業；另一方面推動現有工科專業的改革創新。

專業是培養學生的各個專門領域，是具有一定邏輯關聯的課程組合。大學新工科建設的最終落腳點是建設新課程和現有課程的教學模式改革。筆者從事淮南師范學院的儀器分析課程教學工作，在專業工程教育專業認證和新工科建設理念引領下，積極探索儀器分析課程教學模式改革。

1 儀器分析課程現狀

化學、生物、材料等學科需要多種多樣的儀器來確定物質的分子結構、物理性質、化學性質、組分含量等方面的信息，是科研和生產的重要分析手段。儀器分析課程是淮南師范學院化工、生物工程相關專業學生必修的重要基礎課程，知識點多而雜，涉及電化學分析、色譜分析、原子光譜分析、紫外可見吸收光譜分析、紅外吸收光譜分析、核磁共振波譜分析及質譜分析等多章內容，對于學生獲取新知識，實現知識和能力的轉化、理論與實踐的結合有重要作用。儀器分析課程根據學生專業和課程大綱要求設置48學時，按專業在大二下學期或大三上學期開設，各專業均在一個學期內完成課程學習。儀器分析課程在傳統教學實踐過程中總結的三大痛點見表1。

2 教學模式探索

在工程教育專業認證、新工科建設雙重背景下，工科專業背景的儀器分析課程的培養目標應明確為培養工程師，畢業學生應具備解決復雜工程問題的能力。要求教學內容和教學方法不斷改革創新，教學內容理論知識更豐富kUxUm3AfXZFZoDXmyQ4DiZmXaMGynPqLrAeL7KnLD/s=、實踐性更強，為應對新一輪科技革命和產業革命提供堅實的人才支撐，培養的學生能更好地為新時代中國特色社會主義建設服務。

針對現行儀器分析課程教學中的不足，教學團隊堅持發揮學生主體作用，培養學生的創新思維，踐行思政育人，建立全面多元評價的教學理念，探索出線上與線下、理論與應用、基礎與前沿、知識傳授與價值引領、過程評價與結果評價相結合的“五結合”教學新模式，期望成功實現知識、能力和素質三大目標，如圖1所示。

2.1 線上與線下相結合，開展混合式教學，促進學生自主學習和創新思維培養

從儀器分析課程的特點、定位和教學目標出發，結合學生的基礎和實際情況，增加課件中的圖片、動畫和相關視頻，豐富課件內容。在學習通線上學習平臺上傳相關案例、錄課和慕課視頻、教學課件、討論和相關習題等內容，方便學生課前預習、課中思考和課后復習。此外，針對淮南師范學院的科研平臺相關儀器特征，建設適合學校儀器分析教學的虛擬仿真實驗內容體系，化學相關專業學生目前開放了色譜分析、熱分析、掃描電鏡、原子吸收光譜、電化學分析、X射線衍射、原子發射光譜等七大類37個實驗項目，另外還有實驗室安全培訓線上教學等內容。建立的虛擬仿真實驗平臺包含多種教學方法和考核模式，提供虛擬實驗的演示、學習和考核等不同模式，并且在整個實驗過程中可以在不同模式之間無縫自由切換：演示模式下，系統自動執行虛擬實驗演示操作方法；引導模式下，通過打開提示，可以根據詳細的步驟提示、3D物體上的紅光閃爍引導對實驗操作步驟進行學習，在引導中完成虛擬實驗；考核模式下，操作者在沒有提示的情況下獨立完成整個實驗。通過線上理論和虛擬實驗學習，促進學生自主學習、獨立思考和創新思維的培養。

在線下課堂教學中，儀器分析理論課程涉及知識點繁多，原理晦澀難懂，教師單向教學輸出使得課堂教學枯燥，難以激發學生學習興趣。教學團隊將身邊發生的相關經典案例分類并與儀器分析理論知識有機融合，引入課堂，讓學生以小組形式按照儀器分析方法分類對相關案例進行文獻查閱、課堂討論，開展翻轉課堂，充分調動學生的學習熱情。

2.2 理論與應用相結合，開展問題啟發式教學，培養學生獨立思考的能力

課堂教學采用問題啟發式教學，引導學生帶著問題學習、討論、探究，啟發學生獨立思考，充分發揮學生的主體作用，使單一的滿堂灌單向輸出變成相互式討論，激發學生學習興趣和創新思維，教學示例如圖2所示。

平時應注重鼓勵學生積極加入教師的科研團隊，將科研與儀器分析教學有機結合，將真實科研實驗分析案例和在線虛擬仿真實驗引入儀器分析教學過程。引導學生掌握分析的基本原理，觀察實驗現象，分析、綜合、歸納影響因素，思考如何應用儀器分析理論知識解決實際遇到的問題，充分實現理論與應用相結合。學生在學習過程中不僅能獲得相關知識，更重要的是將所學知識轉化為綜合分析解決實際問題的能力，實現新工科和工程教育專業認證雙重背景下創新型應用型人才培養的目標。學生在教師的課題組既能參與科研實驗，又能鍛煉申報相關科研項目（如大學生創新創業項目）的能力，從而在科研過程中進一步深化儀器分析課程的學習和應用。在用中學，引導學生從實踐的角度進入知識領域，激發學生學習知識找到本質的興趣和動力；同時從用的角度學習知識和鞏固知識，使得學生對知識的理解變得真實具象[4]。

科技革命和產業變革催生了一批戰略性新興產業領軍企業，引領相關行業快速發展，這些企業無論是裝備水平還是在特定領域的創新能力都走在很多高校的前面[5]。教師應加強與企業聯系，深入企業一線了解儀器分析相關工作實際需求，通過幫助企業解決問題形成實際課程案例，并在課堂中剖析問題，引導學生建立創新性解決復雜問題的思維，落實產、教、研、學融合發展。

2.3 基礎與前沿相結合，教學與時俱進，拓寬學生視野，激發學生學習熱情

前沿科學研究與儀器分析基礎理論知識教學相結合，有助于學生開闊視野、激發學習興趣、提高學習積極性、培養創新思維。團隊教師除了要具備扎實的理論知識外，還要進行科學研究，掌握最新的研究動態，在教學過程中能將基礎理論知識的教學與前沿科學研究有機結合。

例如：課堂教學引入液固色譜固定相的科研進展，引出新型固定相的理論和應用，拓展學生的知識層面，鼓勵探索，激發鉆研勁頭，同時培養學生的思維能力和創新精神。液固吸附色譜的重點是固定相—固體吸附劑，分別介紹幾種常規的固體吸附劑，如活性炭、分子篩、硅膠等，引入科研文獻，介紹目前新型吸附劑金屬有機骨架材料和共價有機框架材料的色譜填料分離分析應用。鼓勵學生查閱文獻，拓展課堂知識，關注科學研究進展，激發學生的學習熱情和開發核心技術刻苦鉆研的工匠精神。

2.4 知識傳授與價值引領相結合，課程思政春風化雨，立德樹人桃李芬芳

從身邊的食品安全、環境保護和科學家使命擔當的家國情懷故事，儀器分析的發展和研發等方面，系統挖掘課程每一章的思政元素，形成課程思政案例庫，豐富思政育人內涵。儀器分析課程與思政元素融合設計如表2所示，將課程教學和立德樹人有機融合，在講授儀器分析專業知識的同時，起到“潤物細無聲”的育人效果。

2.5 過程評價與結果評價相結合，構建全面多元考核評價體系

傳統儀器分析教學考核模式主要注重期末考試成績，采用“一考定成績”的單一考核方式。評價模式改革不僅看重最終成績，更看重對學生學習過程的評價，采用的是過程評價與結果評價相結合的全面多元考核評價體系。在儀器分析教學過程中，改變以往教師評價的單一主體模式，增加生生互評模式，尊重學生的主體地位。在學生學習儀器分析質量評價中，既參考學生的理論知識掌握水平，又重視學生的動手實踐操作能力，全面考查學生的綜合素質。在考核形式上，不僅有期末考試、期中考試試卷等結果評價，還有課堂表現、考勤、線上自主學習等過程記錄、問卷調查、文獻整合研究能力等過程性評價，構建全面多元多方位考核評價體系，實施“評價—反饋—改進”教學質量提高機制，從多環節和多維度考查學生對儀器分析課程的掌握情況，以確保儀器分析課程考核科學合理。

3 改革成效

課程自改革以來，學生的課堂活躍度、學習積極性顯著提高，問卷星匿名問卷調查發現，90%的學生認為學習儀器分析課程對以后的工作學習非常有用，能夠提高分析問題和解決問題的能力。

教學團隊為大學化學實驗、有機化學實驗、專業方向實驗等實驗實踐課程提供教學支持，為教學過程提供產品的形貌、結構、成分和性能表征，為開設綜合性實驗提供保障；對學生畢業設計和畢業論文開放，每年為近百名學生提供畢業論文數據支持，且該數字正在逐年增加；為教師個人科研提供服務，分析測試中心平臺的儀器能滿足一般科研的測試要求，能滿足大多數教師項目結題和論文撰寫的需要；為校企實踐基地的企業解決生產難題或產品測試，教師、學生均積極參與實踐實習基地建設，將工程師培養落到實處。

4 結束語

圍繞學校推動工程教育專業認證，在國家新工科建設理念的引領下，儀器分析課程改革建設取得積極成效。以學生為中心，建立多元化教學渠道和評價機制，橫向開闊學生眼界——理論聯系實際，縱向啟發學生獨立創新性思考——緊跟學科發展前沿，內化人文素質和科學素養——堅定為習近平新時代中國特色社會主義建設服務的專業理想。相對傳統以教為中心，課程改革后學生更積極參與科研，將儀器分析課程學到的知識應用到實踐中。教師是專業、課程、教材等人才培養基本要素的研究者、建設者、運用者和推動者，是人才培養體系中最具決定性的因素[6]。在課程改革過程中，教師豐富了科學技術知識，提升了教育教學水平，堅定了思想政治素養。

5 參考文獻

[1] 戴先中.對工程教育專業認證標準的再認識[J].中國大學教學，2022（11）：4-11.

[2] 戴先中.工程師：工程教育專業認證標準中的“培養目標”[J].中國大學教學，2021（12）：28-34.

[3] 吳巖.勇立潮頭，賦能未來：以新工科建設領跑高等教育變革[J].高等工程教育研究，2020（2）：1-5.

[4] 吳倩.基于“在用中學”的儀器分析課程改革與實例[J].大學化學，2023，38（10）：121-128.

[5] 金東寒.深化拓展新工科建設 培養新時代卓越工程師[J].中國高等教育，2022（12）：12-14.

[6] 吳巖.鍛造中國“金師”[J].中國高等教育，2022（24）：13-18.

*項目來源：淮南師范學院線上線下混合式課程“食品儀器分析”（項目編號：2022hskc56）；淮南師范學院重點教育教學改革研究項目“新工科及工程認證雙重背景下儀器分析課程教學模式的改革和探究”（項目編號：2023hsjyxm15）。

作者簡介：邢言言，博士，講師；王德永，助理實驗師。