现代仪器分析课程新型教学模式的探索

黄克靖，谢宛珍，谭学才

(1.广西民族大学化学化工学院，广西 南宁 530006；2. 广西民族大学图书馆，广西 南宁 530006)

0 引言

随着科学技术的发展和人们生活需求的不断增多，对现代仪器分析检测技术提出更高需求。仪器分析是化学、化工、生命科学、环境、材料等专业的重要主干基础课，是测定物质的化学组成、含量、状态、结构和进行化学研究的重要手段。课程通过介绍光学分析法、电化学分析法、色谱法等常用仪器分析方法的基本原理和相关仪器的构造原理、实验方法和应用等方面的内容，使学生通过学习，了解并掌握常用化学分析仪器的原理和使用，熟悉仪器分析领域发展的新动向，拓展知识面，具备根据分析的目的、要求和各种仪器分析方法的特点、应用范围，选择适宜的分析方法与测定方法或手段以解决现实生活问题的能力。仪器分析课程与现实联系紧密，课程的目的是使学生建立起准确的“量”的概念并掌握与此相关的基本理论、原理及实验技术，为后续课程及科研打好基础。任务是培养学生从事理论研究和实际工作的能力以及严谨的科学作风，为分析、解决各学科领域内涉及化学的有关实际问题，在人才培养目标中起着至关重要的作用。

跟其他专业核心课程一样，仪器分析课程在育人方面仍存在教学内容衔接性不强，课程内容延续传统不能结合实际及时更新补充，教学内容安排注重学生对理论知识的掌握而忽视实践环节对人才培养的作用，授课方法和考核方式单一等突出问题，导致学生学习动力不足，课堂授课效果差。目前，仪器分析已成为分析化学的主体，特别是光谱法和色谱法在日常检测中具有极大地应用价值。因此，仪器分析课程授课教师需要在教学内容、教学方法、教学手段上进行认真思考以提升教学效果，保证学生掌握基础专业知识的同时，动手能力、创新和实践能力也能得到大幅提升。根据新工科建设的核心目标，致力于能够适应并满足未来新兴产业和新经济需要的人才，这就需要教师把握化学学科知识体系的发展历史和前沿动态，崇尚真理，具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度，在课堂教学中以现实问题为目标导向，合理利用虚拟仿真等线上课程资源，致力于培育具有更强实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质、复合型新工科人才是现代仪器分析教学发展趋势。

1 仪器分析教学现存问题

1.1 教学内容衔接性不强

仪器分析课程是在学生学完无机化学、有机化学、分析化学、物理学等课程的基础上开设的，涉及的分析方法是根据物质的光、电、声、磁、热等物理和化学特性对物质的组成、结构、信息进行表征和测量，是继分析化学课程后，学生必须掌握的现代分析技术。它对学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用，在整个教学过程中占有非常重要的地位。仪器分析课程教学目标是利用现代分析仪器对待测物质进行定性、定量分析，主要包括光谱、色谱、电化学这三大核心部分，与其他学科交叉性强，但侧重点又有区分[1]。例如熟知的电化学章节，与无机化学、分析化学能斯特方程、氧化还原电势等相关知识交叉，又与物理化学中原电池、电解池等电化学理论相关。在高校课程设置中，仪器分析多开设在大二下学期，学生已经学习过无机化学和分析化学相关内容，具备相关理论基础。因此，在课程章节设置中，以所学知识为导论，复习旧知引入新知，触发学生深层次记忆，增强学习自信心。物理化学课程开设于大三阶段，因为学生对这块内容是陌生的，直接进行这部分讲解，学生接受度不高，也可以将这部分放在导论里，作为过渡，这样可充分利用有限的教学时间，升华课堂教学效果。

1.2 课程内容未能与时俱进

随着我国经济水平和科研实力的提升，现代分析仪器朝着高灵敏、便携、快速响应等方向发展。然而，课程内容设置包括教材使用仍延续传统，以传统分析仪器的原理、构造、使用为主，未能做到与时俱进，及时更新。传统教学内容极大影响学生的学习热情，使他们动力不足，教学效果大打折扣。一些教师队伍对国家新型人才培养目标理解不够深刻、未能及时根据社会发展调整教学内容和授课方式，缺乏持续改进的教学策略，忽视对学生动手能力、分析解决实际问题等相关素养的培养，同时也缺乏对学生价值观、事业观、人生观的正确建立。

只有彻底吃透国家方针政策，切实落实对学生综合能力的培养，从一线生产需求出发，才能培养出社会认可度高，具备创新意识且动手能力强的社会所需人才，帮助学生迅速融入社会，成为有用之才。

1.3 课程讲授、考核方式单一，实践能力差

大学课程在授课过程中普遍存在授课内容多、课时少、理论性强等共性问题。例如，仪器分析大多数学校安排48学时，而新大纲要求学生掌握的内容有光学分析法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法、核磁共振波谱法、电分析化学法导论、电位分析法、电解与库伦法、伏安与极谱法、色谱分析法、高效液相色谱法相关内容。通常情况下，为了按时完成教学任务，教师只注重“量”的完成，忽视了“质”的提高。教学方法上仍延续传统的“灌输式”教学手段，并未真正做到以学生为中心，导致学生只具备学科基本理论知识，实践技能、动手能力不足。目前，仪器分析课程的考核方式仍采用传统的书面笔试加日常的考勤、作业、讨论等计分方法，并未涉及对实践应用创新能力的考查，导致学生会做题，不会做事，很难满足当今社会对人才的需求。

此外，在2019版新大纲的课程目标达成度设置中，仪器分析是一门理论与实践结合性很强的课程，该课程能够很好地弥补其他专业课程在实践能力上的不足。然而，在现有仪器分析实验教学方面存在重演示轻实践、重结果轻过程、未能设置探索性实验课题。由于多数仪器昂贵且维修困难，学校配置数量极少，无法满足学生实操训练的需求。因此，现有仪器分析实验模式是教师讲解实验原理、仪器构造、操作方法，学生观摩教师的讲解和演示，导致学生走马观花，动手能力未能得到真正提升。

2 仪器分析新型教学模式探索

2.1 以问题为导向，提高学习热情

作为一门非常“接地气”的学科，仪器分析与现实结合十分紧密，并不像学生认为的“高大上”。教师在教学设计中，如果以现实问题为导向，能够快速吸引学生注意力，提高学生参与度。例如，现在核酸检测成为常态，那么大家知道我们做完核酸采集后，医生后续还需要进行什么操作？原理是什么？所谓核酸，就是遗传物质，包括了DNA和RNA。新冠病毒的遗传物质为RNA，利用RT-PCR技术，先将RNA逆转录为DNA，然后再对此进行扩增。而扩增过程中会释放出荧光探针，通过探针分子的荧光信号对新冠病毒进行定量检测。还有经常使用的红外测温设备，其实利用的就是人体发出的红外光，红外光的能量恰好对应分子的热运动所需要的范围。类似这样的生活例子，能够迅速拉进学生与课程距离，提升教学效果。

2.2 利用新型多媒体技术，强化教学效果

针对现有理论教学手段单一，内容知识点多，学时有限这一现状，教师要充分利用新型多媒体技术，丰富教学手段，保证教学效果。混合式教学模式是指将传统讲授为主的课堂教学模式与现代网络资源有机结合，充分发挥两种教学模式的优势，实施混合教学模式，做到线上线下互为补充，全方位提高学生实践能力[2-3]。例如：课前，教师可以利用学习通、雨课堂等资源发布相关视频，帮助学生提前了解抽象的仪器构造，测试原理；课上，通过签到、抽签、抢答等游戏，让学生尽可能参与课程中，寓教于乐；课后，发布习题，可以通过后台数据掌握学生学习情况，及时调整教学计划。另外，需要补充的是，线上教学资源能够做到随时随地学习，学生对于课堂上不太熟悉的内容，可以在课下重复观看相关视频，也可以在教学平台上听取国内一线名师慕课，加深对重点知识的理解记忆[4-5]。

随着信息技术的进步，一种新型的上课手段-虚拟仿真技术逐渐走进人们视野，并得到越来越多教学工作者的认可。对不具备实践教学的实验，可以选择虚拟仿真代替，可以有效缓解仪器少，学生多这一现实问题，让每个学生都能参与到实践环节，提高动手能力。 开设仪器分析实验虚拟仿真课程，“虚实结合”，完善仪器分析实验课程开设不足，进一步强化教学改革[6-7]，可有效缓解仪器分析实验上课压力，真正做到人人参与实验，提升学生实际操作及创新能力。

总之，开展新型授课模式，将混合式教学贯穿于整个课程内容学习中，最大限度发挥新媒体和信息化的优势，能大幅提高学生学科知识素养及实践能力。

2.3 融入科学前沿，升华情感

作为一门实践性强，与科技前沿密切相关的学科，仪器分析课程的教学环节也对教师提出更高的要求。教师课程应该与时俱进，紧跟一线前沿，及时将新的科学成果和社会发展趋势传递给学生，开拓学生视野。此外，教师应该下足功夫，针对产业需求合理增减教学内容，对接社会发展对现代仪器分析教学的主流需求，让学生参与教师科研项目，真正做到学以致用。定期举办创新大赛，关注对大学生创新创业能力的培养，激发学生学习热情，达到共鸣，升华情感，实现综合育人的目的。总的来说，教师应当根据学生特点、专业需求、社会发展、就业形势等及时更新授课内容，更加关注教学内容的实用性，真正实现综合育人。

3 结语

根据新大纲对于人才培养定位最新要求，结合当今社会发展需求及学生学习、心理特点。针对当前现代仪器分析授课过程中教学内容衔接性不强，课程内容滞后，课程讲授、考核方式单一，实践能力差等不足。在吃透国家方针政策的前提下，充分利用当前完善的信息化平台，以社会需求为导向，适时融入一线科研成果，利用虚拟仿真实验、雨课堂、超星等学习平台，开展线上线下混合教学模式，贯彻落实教育教学改革，彻底打破传统教学思维模式，更加注重对大学生创新思维能力的培养，激发学生学习热情，达到共鸣，升华情感，实现综合育人的目的。