仪器分析课程教学改革探索

2023-08-21楚惠元

科教导刊 2023年10期

楚惠元

摘要仪器分析具有多学科交叉的特点，是基于化学原理、物理学、计算机科学等发展起来的一门课程。仪器分析课程的教学目标是掌握仪器分析设备的一般原理和实验操作技术。随着新理论、新仪器分析方法以及新教学理念的不断涌现，对于仪器分析教学而言，要求教师及时调整和更新教学方法，做到与时俱进。文章从丰富理论和实验教学手段、融入OBE教学理念和思政元素、增加过程考核等方面对仪器分析课程教学进行了改革探索。

关键词仪器分析；教学；改革

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.10.045

儀器分析是借助于精密仪器对待测试样进行结构及定性定量分析的方法。该课程不仅是化学类专业的必修课程，也是农学、药学、生物、环境以及食品等专业的基础性课程。对仪器分析课程的掌握成为科研型人才应具备的基本素质，然而随着新理论、新仪器和新技术的不断涌现，现有的仪器分析教学内容未能及时更新，教学方式单一等问题制约着仪器分析教学的开展[1]。本文从丰富理论和实验教学手段、融入OBE教学理念和思政元素、增加过程考核等方面对仪器分析课程教学进行改革探索，提出相应解决策略，以期为仪器分析教学提供有益借鉴。

1课程教学存在的问题

仪器分析课程的教学大纲明确提出：“仪器分析课程的关键目标在于让学生能够明白仪器的基础运作原理以及具备基础使用分析仪器的能力，可以按照分析任务而使用恰当的分析方式”[2]。学生能够通过操作精密仪器，获取相应数据并有效分析数据，各种仪器的理论学习和实验训练在学生未来开展研究和工作过程中都会发挥重要作用。目前在仪器分析课程教学过程中存在一些问题。

1.1教学内容抽象陈旧

仪器分析理论课中有大量常规仪器设备的结构理论知识及其工作原理部分需要学生掌握，如气液相色谱仪，原子发射光谱仪光源和检测器，原子吸收分光光度计，紫外―可见分光光度计，傅里叶变换红外光谱仪等。由于这部分教学内容设计到光、电、磁等知识点，内容比较抽象，且课时有限，学生理解和掌握起来比较困难，导致教学效果达不到预期。课程内容中有一些仪器设备知识点过于陈旧，目前在工作和科研中已经很少用到，学生感觉所学无用，渐渐地丧失了学习的兴趣和动力，难以取得理想的学习成果。

仪器分析实验课里的基础验证性实验偏多，设计性和综合性实验偏少。设计性和综合性实验能够培养学生的创新思维能力和实践能力，而基础性实验内容难度小，不易激发学生的学习兴趣，不能培养学生主动发现问题和分析解决问题的能力。

1.2理论课授课方式过于单一

目前，“仪器分析”课程的理论学习部分，老师通常采用PPT展示和讲授结合的教学方法。这种教学方法相比单一讲授方式有一定的优点，但仍然存在一些弊端，如不能以学生为中心，老师与学生缺乏课堂互动；老师不能及时精准得知学生对所学知识点的掌握情况，且课时数少，内容多，采用“灌输式”教学方式把课程内容讲完，课堂教学效果很难保证；通过这种“满堂灌”的教学方式，学生很难把握课堂上哪些知识点是必须掌握的，掌握到什么程度，哪些知识点只需要了解，且出现上课积极性不高，注意力不集中等情况，课后如果不积极复习所学内容，知识遗忘很快。

1.3实验课教学形式单一且缺乏教学仪器支撑

“仪器分析”是理论兼实验的课程。课程实验部分是通过实验室现有的实验仪器完成相应的实验内容。在上实验课之前，学生通过实验书预习要上的实验课，书写实验预习报告。在实验课上，老师讲授实验内容后，学生按照所讲的实验步骤操作仪器，完成实验内容。这种单一的实验教学模式让学生自己动脑筋思考的部分较少，大部分学生不理解每一步实验操作目的是什么，为什么要这么操作，也不知道这种检测方法还能适用其他什么试样的检测。掌握的实验知识和技能不能活学活用。还有，仪器分析课上需要的仪器种类较多，一些小型的仪器，数量较多，学生每人都可以独立操作完成实验项目。但对于一些大型仪器，比如气相和液相色谱分析仪、核磁和质谱仪等，实验室只有一台，学生只能几个人一组做实验，有的学生没有动手做实验的机会，就不能充分掌握该仪器操作的相关要领。

1.4教学过程考核形式不够多样化

目前评价学生的成绩就是传统的平时考勤、课堂综合表现、期中考试、期末考试等，只能评价学生对“仪器分析”课程知识内容的掌握，而不能反映学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2教学改革建议

2.1丰富教学手段，更新知识体系

在讲授仪器的构造和工作原理等一些晦涩难懂的知识点时，可以播放仪器的一些动画视频，学生可直观地感受老师所讲的内容，帮助学生理解并增加课堂教学的生动性和趣味性，同时增强学生对学习的兴趣和动力。在课堂上适当增加学生讨论互动环节，让学生对重要的知识点加深理解并掌握。课后老师可将课件、小视频放到“超星学习通”，便于学生复习，对有疑问的知识点可在学习通上与老师讨论。进一步丰富在线教学资源包括教案、课件、微视频、随堂测试等，充分发挥在线平台通知、主题讨论、随堂练习、作业、资料、考试等模块的功能，通过建立完善的资料库供学生学习参与，不断提升学生自主学习的兴趣与能力。

针对一些陈旧仪器的讲授，老师要适当减少课时，增加一些新型联用仪器原理和技术的介绍，同时加入一些目前针对仪器分析方向的学术前沿讲座，让学生感受到仪器分析课程的重要性和科学知识的价值和力量。

实验课的教学内容多增加一些设计性和创新性实验，理论联系实际，多给学生发挥的空间，让学生展示自己的能力，并启发学生独立思考解决问题，培养学生科学严谨的工作作风。

2.2以学生为中心，融入OBE教学理念

成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）是20世纪80年代提出的教育模式。该教育理念被认为是追求卓越教育的正确方向，教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果[3]。OBE理念关注学习主体的学习成果，强调学习主体掌握知识和能力的程度，而不是单一强调施教者“如何教”和“教什么”。在OBE教学理念下，更加注重学生自学能力的培养，所以，教师应转变教学方式，充分利用现代化的教学手段，开展线上线下混合式的互动教学[4]。近年来，“微课”“慕课”教学资源兴起。在授课之前，教师可让学生通过“微课”“慕课”及课程PPT等教学资源提前了解授课内容，画出知识结构图，一些概念性的知识点提前消化掌握，将自己不懂的问题进行标注，带着问题进课堂。教师上课前先了解学生对该堂课的知识存在哪些问题，对于大家都能理解的知识点少讲，存在问题的知识点重点讲授。在有限的课间内，教师做到有的放矢，学生不懂的问题得到解释，提高课堂效率，增强学生的自主学习能力。在每一章节课程讲授结束，教师及时通过随堂测试、课堂提问、作业和问卷调查等形式对教学效果进行评价，动态调整教学方法。具体理论课授课框架如图1（p147）所示。

2.3丰富实验教学手段

目前仪器分析实验课的授课模式大多是传统的课前预习，课中老师讲解和学生操作实验训练，课后撰写实验报告等。这种传统的实验教学不能发挥学生的主观能动性，学生只按部就班地操作，不能带着问题去做实验，无法真正理解并掌握仪器的操作原理及步骤，很难激发学生的学习兴趣，更缺乏自主分析实验数据和独立开展实验、设计实验的能力。

教师应转变教学方法，在开课前，学生应该通过“微课”“慕课”等教学资源提前了解实验内容，包括实验原理、实验步骤、实验注意事项等。教师在做预实验时，应该让学生参与其中，比如仪器的开关预热、标准溶液的配置等实验环节。这样可以使学生在正式开展实验之前，进一步了解仪器设备的操作和实验流程。对于一些大型精密仪器，学生不能人手一台进行操作，教师可以加入虚拟仿真内容，使学生通过使用虚拟仿真软件掌握仪器的操作步骤、实验参数的设定、实验数据的处理和仪器的注意事项等知识，使学生取得较好的学习效果，为今后的工作和科研打下基础。

2.4引入思政元素

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出“要把立德树人融入思想道德教育、文化知识教育和社会实践教育各环节，实现全程育人、全方位育人”，开创高等教育事业发展的新篇章[5-6]。为了响应这一号召，应该积极推进课程思政进课堂、進教材和进头脑。“仪器分析”是一门文理专业兼具、理论实践并重、交叉学科融合的综合性课程，深挖该课程蕴含的课程思政元素，将“仪器分析”课程里的知识点与思政内容完美结合，真正做到“立德树人，全方位育人”。“仪器分析”课程教学中一些教学内容与思政元素设计如表1所示。

2.5多样化的过程考核方式

传统的考核方式已经不能适应教学要求。在课堂上通过小测验的方式随机抽查学生对自学知识点的掌握情况，这部分内容应该单独列为一项考核内容，并增加课堂互动讨论和PPT讲解等考核项目；期末考试方面，试题可增加一些设计类题型，比如中草药有效成分的提取用到哪些检测仪器，具体的实验步骤有哪些等。这些内容的增加可充分考查学生的能力素质及分析问题、解决问题的能力。

3结语

本文阐述了目前“仪器分析”课程的内容抽象陈旧、理论和实验教学手段单一、考核方式不够多样化等问题。针对这些问题，提出了“仪器分析”课程教学改革的一些方法和举措，主要包括丰富理论和实验教学手段、融入OBE教学理念和课程思政及增加多样化过程考核方式等方面。这些改革举措主要推行多元化的教学手段和线上线下混合教学模式，增加了新的教学理念和考核方式，做到与时俱进，以期为“仪器分析”教学提供借鉴。