新工科背景下仪器分析实验教学改革与探索

2018-12-07王儒珍毛玉凤聂丽君刘志森殷旭东钟华文

山东工业技术 2018年21期

王儒珍　毛玉凤　聂丽君　刘志森　殷旭东　钟华文

摘要：仪器分析课程内容丰富，信息量大，涉及多种大型仪器的结构和应用技术等，传统的实验教学模式已很难适应学生的实际需要。本文结合仪器分析课程的强实践性特点，根据其实验教学中的一些问题，探索以学生为中心，以教学效果为导向，从教学内容、教学模式及调动学生积极性等方面进行改革，以期通过培养学生的动手能力和创新意识，培养出符合社会要求的新型工科人才。

关键词：新工科；仪器分析实验；教学改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.200

1 引言

目前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，新经济发展迫切需要新型工科人才支撑，要求培养具有创新创业与跨界整合能力的工程科技人才，相应的高等工程教育改革受到前所未有的重视与普遍关注[1-2]。2016年，“新工科”概念的提出为工程教育理论与实践探索提供了新视角，即将国际工程教育改革进行中国本土化[3]。工程教育要求加速工科专业的改造升级；探索建立工科发展新范式；紧跟技术发展，及时更新工程人才知识体系；以学生为中心，进行教学设计，培养引领未来技术和产业发展的新型人才。

仪器分析是利用特殊的仪器设备获取物质的组分、含量及化学结构等信息的一类方法。该方法实践性强、广泛应用于化工、医药、环保、生物、食品等领域[4]。随着科技发展，现代仪器分析的方法和技术不断创新，目前主要趋向提高仪器的灵敏度、准确度、工作效率及对特殊物质或样品的分析适应能力等方面发展。近年来，仪器分析课程在高校化学相关课程中的地位日趋重要。实验课程是仪器分析课程教学的重要组成部分，其实践性很强，许多高校为提升自己培养的人才在新世纪科学技术中的竞争力，已将仪器分析课程列为化学相关专业如应用化学、环境工程、环境监测等专业学生必修的课程[5-6]。因此，在新工科的大背景下，仪器分析实验课的教学势必要做出相应的改变和更新，以适应工程教育的新要求，提高新型工科人才培养质量。

2 仪器分析实验教学中的普遍问题

目前，我国高校仪器分析实验课程大多以演示实验（教师演示，学生观摩）形式教学，学生不能直接接触仪器设备，导致上课效果差。而且，随着仪器分析设备不断升级与更新，仪器操作规程越来越简单，自动化程度越来越高，学生实验时很难真正掌握仪器各模块的结构和原理[7]。笔者作为仪器分析实验教师，发现实验教学过程的很多问题限制了教学质量的提升，如实验教学方法不合理，不同专业的学生所学并无差异；授课学时少，计划内容多，学生学习效果差；仪器设备得不到合理充分利用（有的仪器不够用，有的却闲置不用）等。在新工科背景下，应用新型人才将成为高校人才培养的核心。环境专业仪器分析实验的教学内容离不开相关企业或事业单位分析检验岗位的实际需要。因此，在实验教学过程中，我们对原有的教学方法进行了反思和改革，以学生为中心、以教学效果为导向，通过增加学生的自主动手能力和创新意识，培养符合社会要求的新型工科人才。

3 仪器分析實验教学改革与探索

3.1 以学生为中心调整教学内容

仪器分析课程内容丰富，涉及学科领域繁多，可应用于分析物质的化学成分和组分含量，也可应用于物质的瞬时追踪、环境在线监测、工艺过程控制等方面。不同的企业所需人员的专业技能要求不同，同样，不同专业学习的仪器分析也应该是具备专业特色[8]。在仪器分析实验教学过程中，我们根据学生专业的不同，选择其专业需要接触到的仪器设备进行授课，尽量满足不同专业领域的学生在仪器分析方面的知识需求。如，根据给排水工程与科学专业《水分析化学》课程实验需求，该专业学生的仪器分析部分实验教学以水质分析仪、离子色谱仪、气相色谱质谱联用仪、原子荧光光度计、原子吸收分光光度计等仪器为主；针对环境工程专业的学生，分析仪器主要用于环境污染检测和控制分析方面，故而以环境污染分析常用的TOC分析仪、气相分子吸收光谱仪、气相色谱质谱联用仪、液相色谱仪、三维荧光光度计等为主进行实验教学。对于大部分学生来说，仪器分析只是一种获取所需信息的分析手段，并不一定会从事相关工作，但该课程实验技术性很强，学生没有经过严格的实验训练，不可能有效地利用它来获得信息。然而，传统的教学中大多并不重视实验，学生在缺乏动手能力，学习效果差。此外，大学实验室里仪器设备种类繁多，许多学生饶有兴趣，样样都想学，但要在有限的课堂时间里掌握所有仪器设备的使用技能，是几乎不可能做到的。因此，在课程安排上，我们采用理论结合实践的办法，有所选择、有所侧重地调整实验教学内容，根据仪器学习的难易程度调整上课顺序和时长，让学生集中精力，重点学习掌握“一定”的技能。

3.2 以分析仪器为中心构建知识体系

仪器分析实验课程实践性非常强，所涉及知识点多而散，系统的知识体系有利于提高教学质量[9]。在实验教学中，我们以仪器的基本原理、特点、应用范围等内容为主线构建了分析仪器相关知识体系。让学生系统的学习各种仪器的分析方法基本原理，了解各种仪器的基本结构、特点，学会各种仪器的操作和应用方法。通过仪器分析原理的讲授，引入仪器主要部件的学习；然后利用主要部件“拆分”仪器，让学生了解仪器内部结构；接着连接各部件“组装”仪器，使学生更深刻的理解仪器工作原理及流程；再根据流程使学生学习仪器的具体应用；最后归纳总结不同仪器的共性（共同部件或结构或分析原理）与个性（特殊功能、独特设计或改进之处）特点，并适当利用现实生活中于仪器分析密切相关的应用实例，让学生把学到的理论知识应用到生活，从而与课堂教学所学的理论知识相得益彰。

3.3 以教学效果为导向改革教学模式

仪器分析实验教学的目的是让学生从对仪器基本知识的了解-认识-理解，进入实际操作阶段。但是大型仪器的讲解本就比较抽象枯燥，理解难度较大，很多学生完全是被动式的学习，学习兴趣并不高，加之很多老师在上课时担心学生对仪器操作不当而带来损失或增加工作量，不让学生动手，而靠单一的演示实验进行教学，使学生无法对课程加深印象，更不能使学生在实验完成后有多少收获，致使学生对课程缺少热情，甚至出现厌学情绪。

浓厚的学习兴趣可提高学生的积极性。在实验教学过程中，我们常常采用与生活相贴切的仪器应用事例增加学生的学习兴趣，并根据实验学时不多的情况，利用翻转课堂，提前将构建的仪器知识体系作为辅助教材分享给学生，让学生在进入实验室之前对需要学习的仪器基本情况进行自主学习。由于实验场地有限，为给学生提供跟多的动手机会，一般安排4-5人一组同时学习，在练习过程中，要求所有同学练习到能够独立完成操作方为合格，然后在此基础上自主设计实验，完成一组样品分析。这樣提升学生积极性的同时，有效避免了多人实验中，有学生只看不动手，实验数据应付了事的情况，使学生完成相关操作后能够融会贯通，活学活用。

良好的维护和保养是仪器正常运行和降低损耗的保障。为使仪器分析实验课程在今后的教学和科研中体现其使用价值，我们在实验教学中将仪器设备的维护与保养工作作为授课重要内容之一，让学生学习仪器维护保养的知识，培养良好的仪器使用习惯，增加其解决问题的能力。

3.4 科研实践促进教学

新工科背景下的新型人才应是具有较强动手能力和自主创新意的应用型人才。为更好的调动学生的学习积极性，提升教学质量，我们积极开展仪器相关的科学研究，并将自己的科研成果适时融入到实验教学实践中。同时，我们还通过指导学生参加培育计划或是直接让学生参加老师的科研实践等形式，让学生参加科研项目，利用分析仪器从事科学研究工作，从而增强学生学习和从事科研工作的信心。

4 结束语

本文通过对仪器分析实验教学过程中遇到的问题的改革和探索，极大地提高了学生的学习兴趣和积极性，使大多数学生由被动式学习转变为主动式学习，获得了较好的教学效果。新型工科应用人才应是综合能力较强的人才，也是能够顺应时代潮流的人才，只有在教学过程中不断创新，探索更好教学模式，不断改善教学质量，才能培养出符合社会实际需要的新人才。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017

（03）：1-6.

[2]徐雷，胡波，冯辉等.关于综合性高校开展新型工程教育的思考[J].高等工程教育研究，2017（02）：6-12.

[3]崔庆玲，刘善球.中国新工科建设与发展研究综述[J].世界教育信息，2018（04）：20-26.

[4]王春英，谷传涛，陈明.环境专业《现代仪器分析与测试》课堂与实验的教学改革与探索[J].教育教学论坛，2017（23）：144-145.

[5]李卉卉，张士伟，海锦慧等.面向应用型人才培养的仪器分析实验教学改革[J].化学教育，2015（16）：40-43.

[6]潘芊秀，王江云.仪器分析课程教学模式新探[J].大学化学，2018

，33（01）：45-48.

[7]贾海浪，李中春，林丽霞.仪器分析教学改革的探索[J].科技资讯，2018（02）：246-247.

[8]王霆，张锋，李暐等.基于不同专业背景的仪器分析教学改革初探[J].化学教育，2014（02）：41-43.

[9]毛丽惠，刘仁植.仪器分析教学的探索与研究[J].高师理科学刊，2018，38（01）：100-102.