新工科及工程认证双重背景下仪器分析课程教学改革探索与实践

2023-09-06于海波肖彦楠徐成斌布乃顺

中国教育技术装备 2023年5期

于海波肖彦楠徐成斌布乃顺

摘要基于新工科和工程认证，结合实际教学情况，分析课程中存在的问题，提出教学模式和教学内容的改革与探索：以提升教师政治素养为契机，以课程思政为切入点，将思政与科研、教学紧密结合；强化课堂教学效果，培养学生勇于创新和探索实践的能力；加大理论知识和交叉学科前沿成果的融入，实现“三全育人”。

关键词新工科；仪器分析；课程思政；教学改革；工程认证

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）05-0110-04

0 引言

教育是国之大计、党之大计，承担着立德树人的根本任务。在“新工科”和“工程认证”双重背景下，需要全面深入总结课程教学中出现的问题，对教学方法和内容作出调整，使之适应新时代背景下的教学要求。思政教育是实现立德树人根本任务的关键环节，发挥着不可替代的作用。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调“高校思政工作要抓好课堂教学这个主渠道，各门课都要守好一段渠，种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[1]。为应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，满足工程认证对工科专业教育质量的要求，仪器分析课程教学除了要求学生掌握基础知识、基本原理、基本操作、数据处理方法之外，还要注重培养学生的科研诚信、创新意识与创新能力以及勇于探索实践的综合素养。

根据仪器分析课程教学现状，总结影响课堂教学的因素和不足之处，提出改善课程教学实效性的对策，强化仪器分析课程教学改革的效果。

1 思政元素的有机融入

思政教育能够帮助学生树立科学严谨的思维方式，培养实事求是、脚踏实地的优良品德，践行社会主义核心价值观。其不但适用于思想政治课程，也适用于专业课程。然而，在专业课程的思政教育中，面临着课程思政与专业知识的讲解和传授有机结合的问题，如何使其既能够发挥德育的作用，实现理想信念层面的精神引领，又能够尊重学生的学习规律，启发、引导、重塑学生对知识的渴望、兴趣与追求，促进学生全面发展？课程思政不是一个抽象的概念，而是一种实实在在的实践活动形式，可有效培养适应社会快速发展及需求的高素质应用型人才。课程思政也是一种教育理念，应贯穿专业教育工作的全过程，使思政元素有机、有效地融入课程知识的讲解过程，达成润物无声的育人效果[2]。

仪器分析是基于物质的物理化学性质，运用科学仪器设备对被测物质形态或结构进行定性、定量分析的课程。它涵盖了电化学分析法、质谱分析法、色谱分析法、光谱分析法、核磁共振波谱法等分析方法，是分析化学的一个重要分支。仪器分析课程作为环境类专业的一门必修课程，强调专业技能的实践与应用，培养学生的工程能力素养。在传授知识的同时育人，将思政教育贯穿课程教学全过程，形成全员、全过程、全方位育人的“三全育人”工作体系[3]，培养学生科学严谨的实证精神、勇于探索的开创精神和娴熟的工程能力素养。为此，在仪器分析课程思政教学环节，从树立信念、培养能力、鼓励创新、诚信科研和增强社会责任感等角度，挖掘思政元素，通过仪器的发展历程和仪器的发展速度，强调仪器的发展是以需求为牵引，以真实问题为导向，注重多学科交叉融合在分析仪器创制中的重要作用，引导学生注重知识的交叉与积累，避免在学习过程中割裂学科知识体系，以此引领、启发学生科学观和创新意识的建立，培养认真观察、潜心研究的科研精神。通过案例分析，利用分析仪器发展过程中出现的人和事，培养学生科学严谨的实证精神，引导其树立勇于探索创新的科技自信心。

2 仪器分析教学中存在的主要问题

2.1 教学方式传统单一

仪器分析属基础核心课程，教学方式多为大班授课，授课教师往往要面对几十甚至上百名学生。为了保持授课进度，整堂课都以教师讲解为主，师生之间缺乏互动，容易导致学生学习积极性不高，缺乏学习兴趣，从而出现课堂上玩手机和电子产品的现象，造成教学效果的异化。产生该问题的根本原因在于课堂的教学方法缺乏创新，知识讲解缺乏深度以及知识应用缺乏广度。在“教师教学缺乏吸引力的原因”调查中，44%的学生认为“教师的教学方式陈旧、单一”，难以激发自己的学习兴趣[4]。由于学时分配问题，目前仪器分析课堂教学采用较多的是PPT与板书结合的教学模式，教师尽可能详细地讲解知识点，学生被动吸纳，然后是按照实验内容进行操作，尽管该过程有助于课堂知识的学习与巩固，但也易导致学生缺乏主动性，在实验操作的过程中缺乏独立思考和解决问题的能力。仪器分析课程所用的仪器设备精密，价格昂贵，数量有限，一般由3～5人作为实验小组进行操作。对于一些大型仪器，往往是教师给全班进行演示，学生实际操作的机会并不多。学生没有参与操作仪器的整个过程，担心操作问题出现后自己无法解决，在一定程度上抑制了动手操作的能动性，进而失去了實验的兴趣，培养实践能力和创新意识就更无从谈起。

2.2 考核和评价体系有待改善

当前高校的体制发展和改革推进已经取得一定成效，但重科研、轻教学，重职称、轻管理的现状尚未得到根本上的改变。教师受评职晋级、科研任务、课题申报与调研等方面的影响，不能将全部精力用于教学，更多的是按部就班、蜻蜓点水式地对基本理论知识进行讲述，而对于案例分析及应用等问题，对学生的回应不够，讲解不够透彻[5]。为了促进教学发展，需要建立合理的教师考核和评价体系。事实上，很多学校采用“破五唯”和学生评教等方式对教师的科研能力和教学能力进行评定，但是学生对教师的评价，更多是从自身考试成绩和获取学分的角度来评价教师的上课质量；而教师为了评职晋级得到较高的评教分数，往往会降低对学生的要求，甚至在考试前给学生画重点，忽视教学过程对学生的考核评价，学生对专业知识也没有真正掌握，久而久之，使教育偏离了方向。因此，要尽可能提高教师的职业修养，进行思想教育的相关培训，完善教师的考核评定体系，使学生对教师的评价得到合理的反馈，同时客观、公正、全面地对学生课堂学习过程进行评价，改变单一的考核模式。

2.3 教学内容未与时俱进

目前常用的仪器分析教材大都存在部分内容陈旧、缺乏针对性等问题，教材内容的层次感不强，排序缺乏逻辑性。环境领域涉及众多环保材料、污染物降解催化剂等新型功能材料的表征与应用，所用分析仪器多为现代分析仪器，这是绝大部分仪器分析教材所欠缺的。此外，教材里的实验内容多是验证性的基础性实验，与前沿领域的关系不明显，难以起到承上启下作用，而且这类实验教学内容多滞后于现代实验技术的新理论和新方法，无助于学生学习兴趣和创新能力的提升。

教学内容与实际实验操作联系得不够紧密，缺少综合性和设计性的实验环节，即使有的学校开设了仪器分析课程的综合性和设计性实验，也往往是按照既定的实验内容进行，忽略真实问题的导向作用，使得学生的综合素质和创新能力得不到提升。学校实验室采购的仪器与教材中的仪器型号有所不同，虽然原理相同，但是操作方法会有所差异，学生操作起来会有难度，觉得课程实用性较低，从而影响了学习兴趣。分析仪器的构造、原理抽象，缺乏实物，而精密仪器的价格昂贵，不能轻易将组件拆解，易导致学生产生距离感，学生操作仪器的欲望不强。

3 课程思政背景下仪器分析课程教学改进

措施

在新工科和工程认证双重背景下，仪器分析课程思政工作和相关教学改革可从以下几个方面开展。

3.1 注重提升教师队伍和能力建设

首先，“其身正，不令则行；其身不正，虽令不从”。教师必须以提高自身品德修养为起点，提高职业修养、德育知识、思政理论知识，遵守学术规范和科研诚信。习近平总书记从马克思主义唯物辩证法的方法论出发，提出思政课程的要求，要求教师队伍不断提高铸魂育人的能力、水平和实效性，在教学体系中发挥强大引导力和引导作用[6]。

其次，鼓励教师以需求为牵引，以真实问题为导向，依托大学生创新创业大赛、“互联网+”“挑战杯”等赛事，提升自身解决真实问题的能力。通过教学基本功大赛、教师教学创新大赛，重构教学内容，创新教学方法，贯彻“内容—方法—模式”一致性的教学理念，提升个人的教学能力。

最后，组建仪器分析课程教学团队，使其包含教学型、科研型和实验指导教师，让具备不同专长的教师作为主讲，加深理论知识的讲解，并将前沿的科研成果融入课程知识的讲授中，使科研服务于教学，让教学引导科研，帮助学生巩固夯实基础知识，拓宽视野。

3.2 仪器分析课程教学内容的调整

调整传统的教学内容顺序。仪器分析课程的内容整体上分为电化学、色谱、光谱、质谱和核磁共振谱等几个章节，这些章节的相关性不大，可以按实际内容进行讲解。而对于光谱部分的内容则需要依据其逻辑性依次介绍，例如发射光谱是原子或分子吸收了特定的能量后，为了维持自身的稳定状态而将多余的能量通过发射释放出去的过程，因此在光谱的講解过程中应优先介绍吸收光谱，然后才是发射光谱的讲解。鉴于学生在前期分析化学课程中已经学习了紫外—可见分光光度法的部分知识，依据“由简至繁”“承前启后”的原则，优先讲解分子光谱法，同时引导学生对不同章节中仪器原理和仪器构造进行横向类比，寻找异同点，加深对仪器原理和构造的理解。

在综合设计实验和综合研究型实验方面，分别以学生自主提出或教师拟定问题的方式进行实验开题，鼓励引导学生充分利用图书馆藏资料和电子期刊资源，通过查阅相关资料和外文文献，自主设计实验的初步方案，并与教师一起进行可行性分析，寻找方案的不足与漏洞，完善实验方案。在教师的全程指导下，实验小组成员共同操作完成整个实验。以学生为主的实验设计教学改变了传统的实验模式，通过“提出问题—验证想法—完善方案”的实验设计过程，避免学生面对科研问题时手忙脚乱、不知所措，有利于培养学生自我思考、分析信息和解决问题的能力，同时也提升了学生的文献检索与阅读能力，实现知识传授和价值引领的统一。充分利用开放性实验教学，以需求为牵引，以问题为导向，鼓励学生善于发现真实问题，独立自主地设计验证型和研究型实验，培养学生的科研意识和创新意识，充分发挥学生实验设计的能力及对学科的认知能力，深挖潜能，提升其主观能动性和动手能力，学以致用，为之后的就业或深造奠定坚实的基础。

3.3 仪器分析课程教学方法的创新

实施翻转课堂教学，学生由过去的被灌输各种知识变为自主学习，采取小组合作模式，给学生独立思考的空间和时间，帮助学生在讨论中形成对学科的认知，培养团队协作能力。

首先，充分利用慕课、图像、视频等网络资源进行教学，生动形象演示仪器的内部结构，操作过程，刺激学生的感官认识，提高学生的学习兴趣。结合仪器分析实验进行教学，进一步加深学生对知识点的理解能力，让学生灵活运用自己所学知识解决环境监测中的真实性问题，让学生感受该课程的重要性。

其次，结合一些仿真软件强化抽象知识的学习。虚拟仿真技术使学生在学习的过程中能够更直观地观察仪器设备的内部构造，更深刻地理解设备的工作原理，更形象地模拟实验操作流程，更直观地观察实验现象[7]，是教学手段的重要补充，极大提升了学生的学习兴趣，改善了课堂氛围和教学效果。

最后，让废旧仪器进课堂。仪器分析构造的讲解通常比较枯燥，原因在于缺少仪器构件的实物，学生在学习过程中缺乏直观的认识，将报废仪器中的关键构件拆卸后用于课堂展示，能够提升学生的注意力，加深其对仪器构造的理解，强化课堂教学效果，同时也提高了废旧仪器的利用率。

3.4 课程考核体系的改革

改变传统的理论知识考试和实验考查方式，实行多方位立体考核。通过题库组题的方式，实现教考分离。避免教师为了追求评教分数，而出现各种不端和违规行为。单纯的闭卷考试缺乏对学生学习过程、学习态度等各方面的考核，不能及时、客观、全面地掌握学生对知识的理解程度。在仪器分析课程中，充分利用雨课堂的随堂测验功能，及时动态了解学生对随堂知识中重点和难点的理解与掌握情况。考核分为常规考核和期末考核两部分，其中常规考核主要考核学生的出勤情况、回答问题情况、课堂学习态度、作业完成情况等，这部分的成绩占最终总成绩的40%，期末试卷成绩占总成绩的60%。此外，实验考查是学生对该课程所学知识应用情况的考核，通过综合设计实验和综合研究型实验的设计与实施过程，从文献检索、实验设计、可行性论证以及实验实施等方面对学生的能力进行评价，引导学生积极主动地把所学知识应用到实践，使之成为客观、公正、全面的过程性评价。

4 结束语

随着时代的发展，课程教学与思政教育结合成为一种必然趋势。课程思政教育建设是一项周期长、复杂度高、体系庞大的工程，需要持续不断地发掘专业课程中的思政元素，并且将其与仪器分析课堂教学进行多维度、全方位的融合，明确德育目标并设计教学内容，更好地落实立德树人这一根本教育任务。依据工科的专业特点、仪器分析课程的难点以及学生的学习特点，针对课程教学过程中的问题和不足，从师资队伍建设、教学内容优化、教学方法创新以及考核方式改革等方面，进行仪器分析课程的改革与探索。通过组建具有交叉学科背景的集“教学—科研—实验”于一体的教学团队，采用多元化的教学手段与改革考核方式，充分利用网络资源与仪器资源，注重过程性评价，发挥实验、实训对教学内容的强化作用，极大提升了学生的学习兴趣，加快了知识的吸纳与积累；提高了学生文献检索、自主学习以及团队协作的能力，培养了科研意识和创新意识；加强了师生间的互动，教学质量明显得到提升。

5 参考文献

[1] 何宁，张睿哲，王金华，等.“离散数学”课程思政教

育的探索与实践[J].教育现代化，2021（8）：148-151.

[2] 中共中央办公厅国务院办公厅印发《关于深化新时代学

校思想政治理论课改革创新的若干意见》[J].中华人民

共和国教育部公报，2019（9）：2-7.

[3] 李維扬.教师视域下高校推进“课程思政”改革探析

[J].北京工业职业技术学院学报，2021（2）：57-60.

[4] 李巧茹，曾杰丽.高校思政课教学改革探究：基于广西

高校思政课教学现状的问卷调查分析[J].教育观察，

2016（5）：81-83，123.

[5] 张明进.高校思政课教学改革存在的问题及对策探讨