应用型民族院校仪器分析课程教学设计与改革

2019-10-16瑙莫汗李维俊包秀霞

中国现代教育装备 2019年17期

瑙莫汗李维俊包秀霞

1.呼和浩特民族学院内蒙古呼和浩特 010051

2.内蒙古水利水电勘测设计院内蒙古呼和浩特 010020

仪器分析课程是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，以物质的物理或化学性质作为分析依据，获得物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一门学科，是分析化学的重要组成部分[1]。本课程是我校水质科学与技术和环境工程专业的必修课，其特点为理论涉及面广、内容抽象，需用专门仪器设备，应用性强，是理论与实践相结合的一门课程。目前，仅依靠“一支粉笔一张嘴，上课从头讲到尾”的传统教学形式，已无法达到本课程的教学目的，更无法满足培养具有一定理论水平、实践能力、服务于民族地区的应用型少数民族人才的要求。因此，2016年呼和浩特民族学院以成立自治区水质科学与技术专业实验教学示范中心为契机，相继购置了一批大型精密仪器，建立了仪器实验教学平台，旨在推动实验教学，培养学生的创新能力，以促进教学、科研水平的长远发展[2]；同时开设仪器分析课程，有针对性地将先进仪器和技术介绍给学生，拓宽学生眼界，激发学生对仪器分析的兴趣，指导学生学会选择分析方法及仪器、进行样品的预处理及判断分析结果的准确性等，使学生熟悉并掌握各种大型仪器的基本原理与操作，进而提高学生的综合理论水平、知识应用与创新能力。作者通过总结近年从事仪器分析课程教学的不足与经验，从教学内容与教学方法手段等几个方面探讨了仪器分析课程教学改革的途径。

1 民族院校仪器分析课程教学现状

1.1 缺乏针对性教材理论与实践不能有机结合考核方式单一且不均衡

仪器分析课程涉及化学、物理学、数学、电子学、计算机科学等多个学科的理论知识，目前国内市面教程多数是为处于平均或较高起点、已具备一定理论基础储备的学生编制，且全部为汉文版；而多数民族院校本科生源多来自偏远地区，当地基础教育资源薄弱，许多学生汉语水平有限，就我校而言，70%的生源为蒙古族学生，多数都存在上述情况。选用现有市面教材，教师不仅需要补充讲授大量课外基础预备知识，甚至还需根据学生的汉语水平进行大量翻译工作，大大降低了教师授课及学生自主学习的效率，直接对教学质量产生负面影响。同时补充大量基础理论就不得不安排更多理论课时，使实验课时被压缩、实验内容减少，课程理论与实验相结合的特点不能有效体现，针对性变差，许多理论内容无法在实验中验证和应用，理论与实践脱节，课程教学变得“头重脚轻”。此外在有限的实验课程安排上，验证实验多，设计性和创新性实验少；而目前课程考核方式又很单一且不均衡，以理论课笔试成绩为主，使学生往往重考试结果、轻学习过程，导致学生对实验教学不重视、提不起兴趣、学习积极性差。

1.2 实验仪器使用有限学生操作机会少

仪器分析实验依赖价格昂贵的大型仪器，尽管多数学校在设备配置方面已有一定力度的投入，但经费仍显有限，精密仪器的台套数依然存在不足，不得不提高实验分组人数，导致每个学生的参与度不高，影响学生的实验热情[3,4]，也降低学生仪器操作的熟悉程度。每次实验课，主要由教师讲授样品的预处理和仪器操作流程，大部分学生只能观摩，自主操作机会少，课堂参与度低；单凭每次4学时的实验教学很难让学生达到从样品处理、实验操作到数据处理全过程熟练掌握的要求，更难以调动学生学习的积极性。

1.3 讲解深度不够很难面面俱到

由于仪器分析课程所涉及的内容很广，包括光谱分析、电化学分析、色谱分析、质谱分析及样品处理技术、数据处理等，即便教师大量补充基础预备理论知识，单由一名教师讲授这些内容，也很难做到面面俱到，每一方面很难鞭辟入里、深入浅出，难免深度、广度不足，只能起到科普的效果[5]。

2 教学设计与改革

2.1 加强师资队伍建设合理选编教材完善考核制度

首先，组建了由化学、环境专业骨干教师组成的教学小组，小组教师成员在仪器分析专业领域各有专长，且涵盖了本专业主要教学内容的方方面面，仪器分析课程理论与实验教学的不同章节由擅长该领域的教师承担，专业性及针对性更强，从而提高了课程教学的质量。

其次，根据学生理论基础、专业及地区特色，因材施教、因地制宜，依托自治区级水质科学与技术专业实验示范中心，有针对性地选取教材的同时，组织编撰适应民族院校专业生源的蒙古语教材和讲义，实行双语教学，显著提高了学生课上的学习感受及课下的自主学习效果，学生专业学习的积极性显著提升，师生间专业知识方面的答疑解惑增多，同时也增进了师生间的沟通与交流，有利于教学相长、良性循环。在进一步提高了仪器分析课程总学时的同时，还优化了理论和实验学时比例，由原来32学时理论和16学时实验，调整为36学时理论和36学时实验；同时修订了实验内容，根据学生具体情况，由浅入深将原有的4个实验增加到了9个实验(见表1)，提高了实验的综合性和创新性[6]，有利于发挥学生的主观能动性。考核方式也由“总成绩=平时成绩50%+期末考试成绩50%”的模式改为“总成绩=理论成绩+实验成绩”，其中理论成绩由“平时成绩20%+期末考试成绩30%”组成，实验成绩由“实验操作25%+实验报告25%”组成，以实验操作和数据处理为实验考核侧重点，更加注重考查学生理论结合实践的能力。

表1 原实验内容与调整后实验内容比较

表1(续)

2.2 加大资金投入增加仪器数量使用仿真软件弥补不足

地方民族院校办学时间不长，位于经济相对落后地区，能够投向大型精密仪器采购的经费比较有限。尽管如此，学校还需尽力满足教学和科研的需求，千方百计筹措资金，购买先进大型仪器设备，增加仪器设备的种类和数量。与此同时，应尽快将仪器仿真软件系统引入教学，可降低教学成本，还可缓解目前仪器设备配置有限的问题。学生在仿真软件系统上可以完成从样品预处理到数据处理的整个操作流程，不受时间和空间的约束，还可反复练习，提高操作熟练度，有助于学生掌握正确的操作规程，提高学习效率[7]。

2.3 小班化教学引入多元教学模式辅助课堂教学

为了解决仪器设备有限、学生参与度低、实验课教学效果差的问题，根据班级情况进行分组，每组6～8名成员，每次实验课各组分别独立进行不同实验，施行分组轮转，小班化教学[8]；“小班化”可使每名学生都获得足够的操作机会，有利于提高学生实验兴趣，便于学生深入熟悉仪器构造和实验流程，熟练掌握仪器操作。无论理论课还是实验课，除了教师讲解和演示外，教师还针对仪器分析课程中的某些重点问题，制作时长不超过15分钟的微课视频，通过合规的方式及平台实现对学生的开放与共享。例如对离子色谱法测定水中阴离子的实验中有关样品的预处理、离子色谱仪的开机流程、数据处理等内容制作成微课视频，学生可以通过反复观看、练习、与教师互动讨论，达到直观、简洁、高效的掌握重点内容和操作过程的目的。此外，还在课堂教学中引入“翻转课堂”，教师先提出问题，给出充分的时间和思考的余地让学生讨论，最后教师再进行总结和点评，让学生成为课堂教学的“主角”。学生通过课上、课下的学习，将枯燥、抽象的理论知识和生动、具体的实验操作联系起来，不仅能增强学生自主学习意识，还能让教师更容易掌握学生学习情况[9]。

2.4 科研与教学相结合提高科研创新水平

科研本身具有前沿性，是基于新技术或新方法来解决科学问题；作为未来的一名合格的专业技术人员，学生不仅应该掌握本专业的基本理论与技能，还应对处于本专业前沿地位的新理论、新问题、新技术有一定程度的了解。因此在授课过程中，教师应就自己从事的科研领域结合学生的接受能力和学习兴趣，向学生介绍一定的学科前沿内容，并引导学生查阅相关文献，让学生对本学科前沿研究领域有所了解的同时，也培养学生从事学术研究的基本能力。另外，教师可以根据自己主持或参与的科研项目，视学生的具体情况设计综合实验，如确定各样品的采集方法、预处理、检测指标以及实验内容等，让学生全程参与，为学生提供更多的实践机会，也进一步提高学生对知识的掌握程度和实际应用能力，此外也为学生参与创新创业项目、“挑战杯”竞赛及毕业论文的完成奠定了基础[10]。这样将科研与教学有机结合，既为学生的实习实践提供了平台，同时在全过程参与中也会激发学生的主观能动性和创新思维，并可能对教师主持的科研项目提出建设性的问题与建议，从而实现教学相长。