新工科背景下化工专业仪器分析课程教学改革初探

吴 燕，陈锦杨

（长江师范学院化学化工学院 重庆 401800）

随着社会经济的发展、科学技术的进步，迫切需要深化工程教育改革，创新人才培养模式，提升人才培养质量[1-2]。2017 年，教育部首次提出了 “新工科” 建设，为地方高校的人才培养和教学研究指明了方向[3]。

“仪器分析” 是长江师范学院（以下称 “我校” ）化学工程与工艺（简称化工）专业的专业必修课。通过该课程的学习，学生能掌握仪器分析方法的基本原理、分析仪器的主要构造和实际应用，对培养基础知识扎实、操作能力强、实事求是、富有社会责任心和创新性强的新时代的工程型人才起着至关重要的作用[4-5]。我校化工专业仪器分析理论课程在大二下学期开设，课程的内容主要包括绪论、光学分析法、电化学分析法和色谱分析法，总学时为32 学时，2 学分。在学习仪器分析课程的知识时，学生普遍反映理论知识抽象难理解、知识庞杂，学习难度系数较大，学生学习兴趣不高；对于考试，大部分学生在考试一周前，临时抱佛脚，考试成绩勉强及格，考试过后，知识点犹如白驹过隙，考过即忘。这种传统的 “填鸭式” 的教学方式，难以达到新工科背景下对化工专业人才培养的要求。因此，化工专业仪器分析课程教学改革迫在眉睫。

1 仪器分析教学中存在的问题

1.1 人才培养方案与化工专业的发展脱节

随着社会和科技的快速发展，现代分析仪器也在快速更新和发展，传统的化工专业 “仪器分析” 课程内容难以支撑学科发展，需要制订新的化工专业人才培养方案和培养大纲。新的人才培养方案和培养目标需在兼顾传统仪器分析主要内容的基础上，再系统融入含有化工专业特色的新型仪器分析方法（如化工质谱检测法、化工力学测试法和化工热力学分析法等）。

1.2 现有教材的教学内容陈旧，针对性不强

目前，我校化工专业仪器分析课程采用的教材是华中师范大学主编的《分析化学（第4 版）（下册）》。该教材主要侧重于光谱分析、电化学分析和色谱分析等内容，涉及仪器分析的基本原理、分析仪器的主要构造和实际应用，并没有涉及化工专业特有的现代仪器分析技术和方法，针对性和综合性不强，教学内容不适合化工专业人才培养的需求，难以达到理想的育人效果。

1.3 理论教学和实验操作脱节，关联性不强

由于某些仪器（如高效液相色谱仪、气相色谱仪和原子吸收光谱仪等）的价格高昂、维护成本高等，我校实验室配备的仪器台数只有一台，导致我校化工专业的学生在实验操作时，经常是多人一组进行实验，很多学生没有实际动手操作的机会，经常是站在旁边观摩。这样一来，大部分学生对这些大型分析仪器的印象只停留于表观，不能进行系统的了解和操作，教学难以达到预期的效果。此外，理论课和相应实验课开设的时间间隔比较久，学生在课堂上学习了仪器的基本知识后并没有马上在仪器上进行实际的操作和练习，这就导致学生在上实验课时，对相关仪器的知识点不熟悉甚至将之与其他仪器混淆。这种理论教学与实验操作脱节的现象，导致学生很难真正理解知识点和了解仪器，更谈不上培养学生的创新能力。

1.4 教学方法和手段单一

我校化工专业仪器分析理论知识目前主要是通过大班的授课方式进行的，采用 “老师教，学生听” 的PPT 授课模式，学生只能被动接受知识，课堂教学枯燥无味，学生学习的内源动力不强，很多学生出现 “人在心不在” 的上课状态，严重影响了 “仪器分析” 课堂教学的效果，学生很难真正学到和掌握知识点。

1.5 考核方式不合理

我校化工专业 “仪器分析” 课程考核的方式为平时成绩+期末卷面成绩，平时成绩主要包括考勤、课堂表现和教师课后布置的作业等，这部分占整个课程成绩的40%；期末成绩是卷面考试成绩，包括选择题、填空题、判断题、简答题和计算题等题型，这部分占总成绩的60%。这种以考试为主的传统考核方式很难考核学生的综合能力、创新能力和解决实际问题的能力，是一种 “一考定成绩” 的不合理考核方式。

因此，针对我校化工专业 “仪器分析” 课程教学过程中存在的问题，结合我校化工专业的特点，教学团队对我校化工专业现代仪器分析课程进行了教学改革，对于培养多元化、创新型并具备多学科交叉知识的应用型工程人才具有重要的意义。

2 化工专业仪器分析课程教学改革举措

针对目前我校化工专业 “仪器分析” 课程教学中存在的主要问题，结合新工科建设的需求，教学团队从优化教学内容、改革教学方法和完善课程考核方式等方面，对新工科背景下化工专业 “仪器分析” 课程教学改革进行了初探，具体改革措施如下。

2.1 以新工科建设为方向，创新人才培养模式，优化 “仪器分析” 的教学内容

首先，更新 “仪器分析” 课程的教学内容，与时俱进。随着新工科的建设和发展，一些新型的现代仪器分析技术得到了快速发展，如微流控芯片技术和传感器等。因此，为了使 “仪器分析” 的课程教学内容能够紧跟时代的发展，培养高质量的现代化工应用型人才，教学团队对课程的教学内容进行了更新，在原有教学内容的基础上补充了仪器分析技术的最新理论和进展，开展学科前沿讲座，让学生了解仪器分析的最新进展，激发学生的学习兴趣；同时，课后通过给学生发布任务，引导学生查阅最新仪器分析技术的资料文献，分组进行汇报、讨论、分享和评价，不仅拓宽了学生的知识面，而且培养了学生的团队协作精神。另外，教学团队对化工专业 “仪器分析” 的教学大纲进行了修订，更新了教学内容，将一些过时和不常用的知识点删除，增加一些新仪器、新方法和新技术的教学内容。

其次，优选 “仪器分析” 课程教学内容，因材施教。仪器分析课程的教学内容主要包括光谱分析法、电化学分析法和色谱分析法三大部分的内容，知识面广、内容繁多。近年来，教学团队结合我校化工专业的特点和人才培养的需求，对 “仪器分析” 课程的教学内容进行了适当的优化，在知识传授过程中，将一些基础的知识在课前通过学习通网络平台发布学习任务，让学生自学；在课堂中，教师主要侧重讲授重点和难点的知识，并考虑化工专业毕业后用人单位的需求，对教学内容有所侧重，根据专业特色优选课程教学内容，对教学内容进行适当取舍，突出重点，因材施教。化工专业培养的主要是在化工设计、化工工艺、精细化工、化工材料等部门从事工艺开发、工艺设计和技术开发等工作的应用型人才，因此，教学团队在教学时，更侧重于色谱分析法这部分的教学内容，重点培养学生的逻辑思维和实际应用能力。

最后，重构 “仪器分析” 教学内容，提高教学效果。教学团队通过重构 “仪器分析” 课程的教学内容，将课程内容主要分为四个基础模块：分子类光谱、原子类光谱、分离分析技术和综合分析技术。每部分的基础知识由教师组织引领，一方面，通过课后布置分组课程设计作业，筛选出优秀的设计方案推荐申报大学生创新创业训练项目；另一方面，通过校外企业参观和校内教学实验相结合，提高学生的实践素质能力。重构教学内容，通过教师组织引领、学生实践能力提升和学生价值引领，从而有效提高教学效果。

2.2 以教学效果为导向创新教学模式，培养学生的创造力

构建线上教学资源平台。为了响应教育部的号召，教学团队构建了线上教学资源平台，构建 “线上+线下” 混合式教学模式，很大程度上提高了学生学习的效率和积极性。线上教学资源平台上，教学团队增加了实验过程微视频、仪器操作的动画、仿真实验教学视频等，让学生在课后自行观看；在讲解仪器的原理和仪器使用时，让学生课前先观看相应的视频，使学生有了更直观的印象，大大提高了教学效果；在课后，给学生布置线上作业，让学生对知识点进行归纳和总结，加深理解和记忆。

改革教学模式，从 “老师教为主” 到 “学生学为主” 。以原子光谱法为例，教学团队创新了教学模式。传统教学模式的教学内容包括基础、应用和综合部分，其中基础部分的内容主要是通过课程教师讲授，应用和综合部分的内容通过实验完成。这种教学模式，是一种 “填鸭式” 的教学模式，很难提高学生的学习积极性，难以取得预期的教学效果。近年来，教学团队通过不断的探索和实践，摸索出一种适合我校化工专业 “仪器分析” 的教学模式，我们在传统的教学模式上，引入 “问题需求、任务驱动和实践提升” 的教学理念，将原子光谱法的教学内容主要分为原子发射光谱、原子吸收光谱和原子荧光光谱原理和功能、重金属定性和定量分析和环境中重金属检测等内容，其中基础理论通过横向学习和纵向比较，采用翻转式、讲授式、讨论式和启发式等教学方式进行教学；而功能应用这部分的内容，让学生进行课程设计，推荐优秀的项目设计申报书申报创新训练项目，最后通过校外实践和校内实验等对学生进行实践训练，使学生学习到新技术、新方法和新理论。相对传统的单一技术的教学模式，改革后的教学模式是一种 “横向学习→纵向比较→归纳总结→实践应用” 的模块化学习体系。新的教学方式有利于强化学生的参与度，践行 “以学生为中心” 的教学理念，从而有效提高学生学习的内源动力，提高教学效果。

2.3 构建 “过程与结果” 并重的多元化考核体系

教学团队对仪器分析课程的考核方式进行了改革，成绩主要包括三个部分：过程性成绩（30%）、项目性成绩（20%）和终结性成绩（50%）。其中过程性成绩主要来自线上平台记录的出勤、预习、课堂表现、视频点击量、随堂测试和课后作业等数据，根据预设的权重统计成绩，使平时成绩有依有据；项目性成绩主要是给学生布置的案例分析和项目设计的成绩，学生分组进行，通过查阅文献、汇报成果和组间讨论等完成，这部分成绩主要考查学生的团队协作和创新能力；终结性成绩主要是期末考试成绩，题型包括选择题、填空题、简答题、计算题和设计题，主要考查学生对理论知识的掌握程度和求真务实的态度。新的考核方式降低了期末考试成绩在总成绩中的占比，增大了过程性成绩的比重，改变了传统的 “一考定成绩” 的考核模式，从多环节多维度考查学生，确保课程考核的合理性，有效提高了学生的学习积极性和兴趣。

3 结语

“仪器分析” 是一门理论与操作并重的课程，本门课程的教学使学生掌握分析仪器的工作原理、仪器构造并能熟练使用，培养学生理论联系实际的能力。为了提高 “仪器分析” 课程教学的质量，顺应新工科背景下化工专业的发展，需要不断进行教学改革。在教学过程中，教学团队通过创新人才培养模式、更新和优化教学内容、创新教学模式和改革考核方式等进行教学改革，极大地提高了学生学习的内源动力和综合素质，为培养高素质化工人才奠定了基础。