新工科背景下仪器分析教学模式改革与探索

张永亚，张 南，于丽敏，刘保霞，魏 伟，瞿 鹏

(商丘师范学院 化学化工学院，河南 商丘 476000)

随着各国科学技术的飞速发展，涌现出众多先进、现代化的仪器设备，这些仪器被广泛应用到科学研究和社会发展的众多领域，从而大大推动了世界科技与经济的发展。仪器分析是一门多交叉学科，极具实用性和前沿性的学科，是从事化学、化工、材料、生物医药、环境检测、食品分析等领域科学研究和综合实践中必不可少的理论指导课程。因此，仪器分析课程是理工科专业，特别是工科专业的重要基础课。然而，传统模式下的仪器分析教学偏重于复杂、陈旧的理论，缺乏实践认知教学和动手能力等综合素质的培养，难以满足“新工科”综合素质型人才需求。基于此，以商丘师范学院化学化工学院的本科生为研究范本，从仪器分析教学内容、教学方法、实践教学、课程考核等几个方面存在的问题进行改革与探索，并提出以下几点建议。

1 优化教学内容

仪器分析的主要内容根据其基本原理通常分为光化学分析法、电化学分析法、分离分析法和其他仪器分析方法，具有知识面广、知识点抽象、内容多等特点。然而，仪器分析课程通常仅有36～54个标准课时，传统的教学内容安排往往需要教师在有限的课时内将所有大纲内容灌输给学生，知识量大，学生被动学习，难以真正消化吸收。因此，仪器分析课程的教学内容，特别是教学重点，应当根据专业性质和学生的升学、就业需求适当精简，强调学习的深度和所学方法的实用性。以学院化学专业为例，该专业主要培养立志于升学读研，或从事科学研究、教学、分析测试等工作的学生，在教学过程中更加侧重光化学分析、电化学分析、分离分析中的分析方法和基本原理；对于化学工程与工艺(化工制药方向)专业的学生，毕业后多从事于药物合成、药物分析及其相关科学研究工作，在教学中更加强调分析方法的应用性，侧重分离分析中的气相色谱和高效液相色谱，以及光化学分析中的紫外-可见吸收光谱、红外光谱和核磁共振波谱等分析法。总之，仪器分析课程内容繁多，不能简单的照本宣科，对所有分析仪器都面面俱到，而应当紧密结合专业特点、学生需求和市场需求，对课程内容进行适当的调整，合理取舍，突出重点。

2 改革教学方法

仪器分析是分析化学最为重要的组成部分，代表着分析化学的发展方向，它对学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着非常重要的作用，这恰与新工科背景下复合型人才的需求相一致。然而，仪器分析课程内容繁多，授课方式主要为系统陈述和问题解答模式，存在“满堂灌”的问题，学生整节课都在被动听课和记笔记，课堂上不能及时消化，课后缺乏温习，导致学习效果差。究其根本原因在于学生在课堂上缺乏主动学习和理解知识的机会，虽然听课很认真，笔记很详细，但是没有真正理解所学内容，因此课后练习不会做，回看课本吃力。

2.1 自主学习模式

随着现代科技和信息技术的高速发展，特别是2019年末全球疫情的驱使下，学生的自主学习途径逐渐多元化，网络课程资源日趋丰富，学生自主学习必将成为一种主流的学习模式。自主学习能力同时也是新工科背景下对学生综合素质的一项最基本、最重要的要求。对学生自主学习能力的培养至关重要，学校和教师要为学生自主学习能力的培养创造适宜的环境，鼓励和引导学生合理规划学习任务、学习时间，需要教师能够及时辅导和帮助，需要师生共同创建同学间协同合作、共同进步的良好风气。

2.2 翻转课堂模式

所谓翻转课堂，是指重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生，教师把课程内容、知识点编制成微视频，学生在家中或课外观看视频中教师的讲解，回到课堂上师生面对面交流和完成作业的一种教学形态。用视频的形式在课前让学生先去看能很好地弥补课堂上统一教学进度与要求的缺陷，充分起到了预习的效果，是个性化教学的体现。让学生带着问题进课堂，小组之间展开充分的互动交流，进行自主思考；老师则能够更有针对性地对学生问题进行讲解。在这种教学模式下，课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于重难点的学习，共同研究解决难点问题，从而获得更深层次的理解。

翻转课堂教学模式与自主学习模式理念相通，相互补充。在互联网高速发展和“新工科”建设的双重背景下，两种教学模式相结合，可以大大提高学生主动学习、自主学习和深度学习的能力，必将成为未来课堂的主流教学方法。

3 注重实践教学

在新工科背景下，仪器分析课程不仅要求学生掌握课程的基本理论知识，同时要具有综合实践能力和创新思维，因此，仪器分析课程的教学过程中，配套的仪器分析实验与实践尤为重要。

3.1 仪器分析试验

仪器分析实验课程与理论课程联系紧密、相辅相成，因此，仪器分析实验课程的进度安排应该与理论课程保持一致。在自主学习和翻转课堂逐渐取代传统课程的情况下，每个实验小组可以依据所学理论自主设计一套实验方案，并与导师讨论方案的合理性。学生在自主设计方案的过程中，不仅对实验和理论内容做了充分的预习，而且将实践课的理念根植于学生的日常学习中，其自主学习能力和综合实践能力在潜移默化中得到提高。

同时，实验内容需要与生活密切联系，以解决生活中的具体问题为导向，引导和培养学生兴趣，如将原子吸收光谱法实验设计成开放课题，在本实验仪器现有配置钙、镁、铜、镉等元素灯的基础上，可以自主设计样品来源和需测元素。比如食品安全性分析，可选择学生常喝饮品，“测定某饮料中重金属镉的含量”“测定某饮料中金属铜的含量”，验证其是否超标。

3.2 参与教师科研课题

仪器分析课程具有较强的实践性和前沿性，教师需要及时保持科技前沿，将最新的科研进展和科研成果转化为教学资源用以开拓学生视野。同时，学院设置有多种开放性实验平台和工程实验中心，是提高学生创新与实践能力的重要场所。学生通过直接参与教师科研课题，实践操作所学仪器，既能巩固所学理论知识，又能了解科研课题，提高分析问题、解决问题的能力，提高学生的综合素质。例如，学生参与教师关于有机小分析催化领域的课题，分析有机小分子化合物的结构与组成成分，涉及红外吸收光谱、核磁共振波谱、气相色谱和高效液相色谱等分析方法，学生通过阅读文献、设计实验方案、分析实验结果等方面的训练。

4 改进课程考核方式

仪器分析课程的传统考核方式主要是期末考试成绩为主，兼顾课堂考勤、课堂互动、课后作业等平时成绩，平时成绩占比较少且普遍差距小，因此学生学习的主要目标则是备考期末考试，一定程度上导致学生在平时的课堂上参与度和积极性不高。改进措施：①在新工科背景下，对学生的自主学习能力和综合素质要求更高，课前自主预习情况、课堂讨论情况和课堂中知识运用能力的考察应该占据更高的比重，从而引导学生重视学习的过程，以深刻理解学习内容为目标，而不是以应付期末考试为目的；②分小组考核，每小组3～4人，采用积分制进行考核，既能提高团队协作能力和集体荣誉感，又能相互协助、相互补充学习；③考核内容上，适当减少仪器工作原理等理论内容的比例，更加侧重学生对实践操作能力的考查，鼓励学生勇于运用知识，提高实践能力和创新能力，真正掌握课程知识。

5 结论

随着“新工科”项目的推进，以及互联网、线上课程的快速发展和完善，学生在课程学习中的主体地位和自主学习能力都将大大提升，仪器分析课程将更加强调以学生为中心，以提升学生的综合素质为目标。针对仪器分析教学内容、教学方法、实践教学、课程考核等几个方面存在的问题进行改革与探索，提高学生学习的主动性，提高课堂效率和学生参与度，引导学生重视学习过程，重视知识的综合运用能力和实践能力，使学生的综合素质逐步提升。在新工科建设的大背景下，学生将逐步适应新教学改革模式，增强自主学习意识，在潜移默化中提高自身的自主学习能力、自主创新能力和综合实践能力，逐步满足“新工科”综合素质型人才需求。