农业高校基于“二维码”技术的分析化学教材建设与实践

白 玲 卢丽敏 吴东平 高艳莎

(江西农业大学 化学与材料学院，江西 南昌 330045)

教材是课程教学的重要载体，教材建设是进行教学改革，提高教学质量的关键因素，是高等农林高校重要的基本建设之一。随着现代“二维码”数字化技术的不断发展，“二维码+纸质教材”的二维码教材已逐渐成为高等教育教材建设的发展趋势，已然成为教材建设的研究热点。二维码教材也称为新型“纸网互动”教材，它是在教材内页插入“二维码”，扫码可获知更多“教辅资料和课外资料”。它能突破时间和空间上的限制，大大丰富纸质教材所不能容纳的教辅和课外拓展知识内容，从而能较好地解决教材内容越来越多和教材越编越厚的矛盾。近年来，人们对二维码教材的建设进行了大量探索研究和实践[1-11]。研究表明，二维码教材的应用已彰显出“呈现形式多样化、知识体系立体化、学习主动化和更新速度快速化”等优势。但仍存在 “讲思想”、“讲方法”和“讲主线”的教材内容缺乏、特色不突出、发展与创新不足等问题。针对上述问题，如何优化农业高校的《分析化学》教材“二维码”材料，补齐只有“纸质教材”的短板，并使其和纸质教材内容有机融合，使得二维码教材的功能最大化，探索编写《分析化学》二维码教材建设的核心要素，以期为《分析化学》二维码教材建设提供可借鉴的经验。

一、通过“二维码”材料优化《分析化学》 “整体观、全局观、发展观、创新观”的知识结构体系

《分析化学》 分为上下两册，一般上册为《定量分析化学》，下册为《仪器分析》，具有发展更新快、与物理、数学，计算机科学与技术等多学科交叉和相互渗透等特点。随着现代科技的不断发展，新的分析方法越来越多，为了保证分析化学教材的完整性和系统性，并处理好基础与发展前沿的关系，如何选择“二维码”材料是关键。“二维码”材料主要有教辅材料和课外拓展资料两大类，它涵盖了知识体系的学习指导和课外拓展知识两大部分。具体主要有章节讲课视频、原理动画、各章节知识点框图和总结、科学家简介、课程发展史、单元自测题、典型案例、最新进展等，可根据《定量分析化学》和《仪器分析》教材的特点进行选择。笔者选择的“二维码”材料及作用如表1所示。

表1 分析化学“二维码”材料目录及作用

由表1可见，《定量分析化学》和《仪器分析》的教辅材料一样，但课外拓展资料侧重点有所不同(见表1)。这是因为《定量分析化学》是分析化学的基础，《仪器分析》是分析化学发展方向，代表分析化学的发展前沿。这样选择的“二维码”资料，再加上与“纸质教材”内容的有机结合，一是有利于强调分析化学的化学“ 基础学科” 的地位；二是有利于处理好基础与超前的关系，既要“吐故纳新”又要体现完整性、系统性；三是有利于处理好学科交叉渗透与学科发展的关系；四是有利于实现跟进仪器分析方法的发展前沿的动态更新模式。从而充分体现《分析化学》的 “整体观、全局观、发展观、创新观”的知识结构体系，达到“知识体系与认知规律相溶”的最佳培养目标。

二、通过“二维码”材料体现《分析化学》的“讲思想”、“讲方法”和“讲主线”学习目标

纵观分析化学的发展史，它就是一部分析仪器和分析方法创新史，随着相关科学技术的发展同步创新发展。分析仪器的发展就是由简单到复杂、由低级到高级，它是现代科学、经济和社会发展的重要基础和推动力之一。其发展更新的速度可以与发展更新最快的计算机科学与技术相媲美，其最具代表性的就是近100多年来与分析仪器发明发展相关的28项诺贝尔奖荣获者，它反映了仪器分析方法的里程碑式的科学发明和重大突破；同时《分析化学》也是应用和践行马克思主义哲学思想和党的唯物主义思想路线“理论联系实际”和“自然科学方法论”的典范，即用分析化学理论指导实践，实践检验理论是否正确，从而使设计的分析方案达到分析结果误差最小，准确度、精密度和灵敏度最高的要求。因此，笔者以高等教育科学发展观为指导、以分析化学史、新分析方法的不断建立和分析仪器的重大突破和发明为创新主线，适当穿插于“二维码”材料中。可以突破“纸质教材”中只讲“知识点”、而且是“点到为止”、形不成“串”、缺“主线”、缺“思想”和缺“方法”的限制，达到体现《分析化学》的“讲思想”、“讲方法”和“讲主线”的学习目标。常见主要分析方法的发展创新主线如表2所示。

表2 常见主要分析方法的发展创新主线

为了进一步深化《分析化学》的“讲思想”、“讲方法”和“讲主线”内容。在学完分析化学后，还可以在“二维码”材料中融入几个问题交由学生思考。例如：①化学分析+光+电+色+热+波谱，能否被相互取代，最后走向统一？②检出限一直在降低，10-3→ 10-15→原子、分子水平，往何处去？③色谱分析法的发展创新主线(见表2)，其发展有无终点？它将有利于大幅度提高学生的思想素质和专业素质；同时有利于摒弃 “不用不学”的观点和拓展学生的视野。

三、通过“二维码”材料体现 “绿色分析化学”教育理念和突出农业高校《分析化学》特色

1.通过“二维码”材料体现 “绿色分析化学” 教育理念

在当今世界环境污染日趋严峻的大环境下，绿色分析化学研究方向是全球实现低碳经济的大势所趋，已成为绿色化学的核心学科之一。绿色分析化学是把绿色化学的原理使用在新的分析方法和技术的设计方面，是一门从源头上阻止污染的分析化学[12]。它能使分析化学与环境和谐，对环境无害、友好，以满足可持续发展的战略对分析化学专业人才的需求。绿色分析化学的特征[13]和现代绿色样品前处理技术及分析测试技术[13-16]如表3所示。因此，从以下两个方面来选择“二维码”材料。一是理论课材料中融入绿色化学的理念，体现设计和创新绿色的分析方法的主线，同时穿插当今绿色样品前处理技术和绿色分析测试技术(见表3)；二是实验课材料中插入定量分析化学实验基本操作视频和常见分析仪器操作视频；同时补充“绿色化”实验案例和分析废弃物的回收利用案例。这样有利于培养学生的绿色分析化学和环保意识，将“绿色分析化学”理念根植于心中，为保护环境做出重要贡献。

表3 绿色分析化学的特征和绿色样品前处理技术及分析测试技术

2.通过“二维码”材料突出 “农业高校”《分析化学》特色

《分析化学》课程是农业高校十分重要的专业基础课之一，我校开设此课程的本科专业十分广泛。其中《定量分析化学》教材主要在化学类本科专业(应用化学、材料化学)和非化学类本科专业(生物工程、生物技术、制药工程、环境科学、环境工程、农业资源与环境、食品科学、食品工程、食品质量与安全、农学、园艺、植保、动植物检疫、种子科学与工程、茶学、林产化工、林学、园林、动物科学、动物药学、动物医学、水产养殖学等22个专业)中使用；而《仪器分析》教材主要在化学类本科专业(应用化学、材料化学)和非化学类本科专业(生物工程、生物技术、制药工程、环境科学、环境工程、农业资源与环境、食品科学、食品工程、食品质量与安全、农学、植保、林产化工等12个专业)中使用。因此，为了更好地结合“农业高校”各专业的实际，在“二维码”材料中穿插和扩充各种分析方法应用于各专业相关的样品分析测定案例中(见表4)。这些材料不但可以突出 “农业高校”《分析化学》特色，而且能大大提高学生的学习兴趣和学习效率。

表4 与“农业高校”各专业结合的样品分析测定应用案例

四、《分析化学》“二维码”教材建设的实践和效果

紧紧抓住通过“二维码”材料来优化《分析化学》的“整体观、全局观、发展观、创新观”的知识结构体系；体现 “讲思想”、“讲方法”和“讲主线”内容；体现 “绿色分析化学” 教育理念和突出“农业高校”特色等编写核心要素，于2018年和2019年分别编写出版了《定量分析化学》和《仪器分析》两部二维码教材，并于2019年和2020年上半年疫情期间在前述24个本科专业进行了应用，学生普遍反映此二维码教材具有减少时空损耗，创建无缝学习环境，搭建学习支架，促进有意义学习，提高学习主动性，支持步调个性化，变封闭为开放，学习方式立体化等优点，故而大幅度提高了教学效果。总之，一是培养了学生的“科学发展观”、“创新型”和“绿色分析化学”理念，提高了学生“讲发展、创新和环保等大主线”意识；二是全面地提高了学生运用“理论联系实际”及“讲特色”能力，丰富了学生的知识面；三是提高了学生的学习兴趣与热情及主动性，大幅度提高了学习效率，起到了事半功倍的效果。最终达到了提高学生的发展创新绿色型等综合性素质与研究型学习能力的目的。同时也促进和提升了教师知识结构系统化和不断发展更新的能力，提高了教师的思想和专业素质。