新工科背景下儀器分析教學模式改革與探索

張永亞，張 南，于麗敏，劉保霞，魏 偉，瞿 鵬

(商丘師范學院 化學化工學院，河南 商丘 476000)

隨著各國科學技術的飛速發展，涌現出眾多先進、現代化的儀器設備，這些儀器被廣泛應用到科學研究和社會發展的眾多領域，從而大大推動了世界科技與經濟的發展。儀器分析是一門多交叉學科，極具實用性和前沿性的學科，是從事化學、化工、材料、生物醫藥、環境檢測、食品分析等領域科學研究和綜合實踐中必不可少的理論指導課程。因此，儀器分析課程是理工科專業，特別是工科專業的重要基礎課。然而，傳統模式下的儀器分析教學偏重于復雜、陳舊的理論，缺乏實踐認知教學和動手能力等綜合素質的培養，難以滿足“新工科”綜合素質型人才需求?；诖?，以商丘師范學院化學化工學院的本科生為研究范本，從儀器分析教學內容、教學方法、實踐教學、課程考核等幾個方面存在的問題進行改革與探索，并提出以下幾點建議。

1 優化教學內容

儀器分析的主要內容根據其基本原理通常分為光化學分析法、電化學分析法、分離分析法和其他儀器分析方法，具有知識面廣、知識點抽象、內容多等特點。然而，儀器分析課程通常僅有36～54個標準課時，傳統的教學內容安排往往需要教師在有限的課時內將所有大綱內容灌輸給學生，知識量大，學生被動學習，難以真正消化吸收。因此，儀器分析課程的教學內容，特別是教學重點，應當根據專業性質和學生的升學、就業需求適當精簡，強調學習的深度和所學方法的實用性。以學院化學專業為例，該專業主要培養立志于升學讀研，或從事科學研究、教學、分析測試等工作的學生，在教學過程中更加側重光化學分析、電化學分析、分離分析中的分析方法和基本原理；對于化學工程與工藝(化工制藥方向)專業的學生，畢業后多從事于藥物合成、藥物分析及其相關科學研究工作，在教學中更加強調分析方法的應用性，側重分離分析中的氣相色譜和高效液相色譜，以及光化學分析中的紫外-可見吸收光譜、紅外光譜和核磁共振波譜等分析法?？傊?，儀器分析課程內容繁多，不能簡單的照本宣科，對所有分析儀器都面面俱到，而應當緊密結合專業特點、學生需求和市場需求，對課程內容進行適當的調整，合理取舍，突出重點。

2 改革教學方法

儀器分析是分析化學最為重要的組成部分，代表著分析化學的發展方向，它對學生的知識、能力和綜合素質的培養與提高起著非常重要的作用，這恰與新工科背景下復合型人才的需求相一致。然而，儀器分析課程內容繁多，授課方式主要為系統陳述和問題解答模式，存在“滿堂灌”的問題，學生整節課都在被動聽課和記筆記，課堂上不能及時消化，課后缺乏溫習，導致學習效果差。究其根本原因在于學生在課堂上缺乏主動學習和理解知識的機會，雖然聽課很認真，筆記很詳細，但是沒有真正理解所學內容，因此課后練習不會做，回看課本吃力。

2.1 自主學習模式

隨著現代科技和信息技術的高速發展，特別是2019年末全球疫情的驅使下，學生的自主學習途徑逐漸多元化，網絡課程資源日趨豐富，學生自主學習必將成為一種主流的學習模式。自主學習能力同時也是新工科背景下對學生綜合素質的一項最基本、最重要的要求。對學生自主學習能力的培養至關重要，學校和教師要為學生自主學習能力的培養創造適宜的環境，鼓勵和引導學生合理規劃學習任務、學習時間，需要教師能夠及時輔導和幫助，需要師生共同創建同學間協同合作、共同進步的良好風氣。

2.2 翻轉課堂模式

所謂翻轉課堂，是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生，教師把課程內容、知識點編制成微視頻，學生在家中或課外觀看視頻中教師的講解，回到課堂上師生面對面交流和完成作業的一種教學形態。用視頻的形式在課前讓學生先去看能很好地彌補課堂上統一教學進度與要求的缺陷，充分起到了預習的效果，是個性化教學的體現。讓學生帶著問題進課堂，小組之間展開充分的互動交流，進行自主思考；老師則能夠更有針對性地對學生問題進行講解。在這種教學模式下，課堂內的寶貴時間，學生能夠更專注于重難點的學習，共同研究解決難點問題，從而獲得更深層次的理解。

翻轉課堂教學模式與自主學習模式理念相通，相互補充。在互聯網高速發展和“新工科”建設的雙重背景下，兩種教學模式相結合，可以大大提高學生主動學習、自主學習和深度學習的能力，必將成為未來課堂的主流教學方法。

3 注重實踐教學

在新工科背景下，儀器分析課程不僅要求學生掌握課程的基本理論知識，同時要具有綜合實踐能力和創新思維，因此，儀器分析課程的教學過程中，配套的儀器分析實驗與實踐尤為重要。

3.1 儀器分析試驗

儀器分析實驗課程與理論課程聯系緊密、相輔相成，因此，儀器分析實驗課程的進度安排應該與理論課程保持一致。在自主學習和翻轉課堂逐漸取代傳統課程的情況下，每個實驗小組可以依據所學理論自主設計一套實驗方案，并與導師討論方案的合理性。學生在自主設計方案的過程中，不僅對實驗和理論內容做了充分的預習，而且將實踐課的理念根植于學生的日常學習中，其自主學習能力和綜合實踐能力在潛移默化中得到提高。

同時，實驗內容需要與生活密切聯系，以解決生活中的具體問題為導向，引導和培養學生興趣，如將原子吸收光譜法實驗設計成開放課題，在本實驗儀器現有配置鈣、鎂、銅、鎘等元素燈的基礎上，可以自主設計樣品來源和需測元素。比如食品安全性分析，可選擇學生常喝飲品，“測定某飲料中重金屬鎘的含量”“測定某飲料中金屬銅的含量”，驗證其是否超標。

3.2 參與教師科研課題

儀器分析課程具有較強的實踐性和前沿性，教師需要及時保持科技前沿，將最新的科研進展和科研成果轉化為教學資源用以開拓學生視野。同時，學院設置有多種開放性實驗平臺和工程實驗中心，是提高學生創新與實踐能力的重要場所。學生通過直接參與教師科研課題，實踐操作所學儀器，既能鞏固所學理論知識，又能了解科研課題，提高分析問題、解決問題的能力，提高學生的綜合素質。例如，學生參與教師關于有機小分析催化領域的課題，分析有機小分子化合物的結構與組成成分，涉及紅外吸收光譜、核磁共振波譜、氣相色譜和高效液相色譜等分析方法，學生通過閱讀文獻、設計實驗方案、分析實驗結果等方面的訓練。

4 改進課程考核方式

儀器分析課程的傳統考核方式主要是期末考試成績為主，兼顧課堂考勤、課堂互動、課后作業等平時成績，平時成績占比較少且普遍差距小，因此學生學習的主要目標則是備考期末考試，一定程度上導致學生在平時的課堂上參與度和積極性不高。改進措施：①在新工科背景下，對學生的自主學習能力和綜合素質要求更高，課前自主預習情況、課堂討論情況和課堂中知識運用能力的考察應該占據更高的比重，從而引導學生重視學習的過程，以深刻理解學習內容為目標，而不是以應付期末考試為目的；②分小組考核，每小組3～4人，采用積分制進行考核，既能提高團隊協作能力和集體榮譽感，又能相互協助、相互補充學習；③考核內容上，適當減少儀器工作原理等理論內容的比例，更加側重學生對實踐操作能力的考查，鼓勵學生勇于運用知識，提高實踐能力和創新能力，真正掌握課程知識。

5 結論

隨著“新工科”項目的推進，以及互聯網、線上課程的快速發展和完善，學生在課程學習中的主體地位和自主學習能力都將大大提升，儀器分析課程將更加強調以學生為中心，以提升學生的綜合素質為目標。針對儀器分析教學內容、教學方法、實踐教學、課程考核等幾個方面存在的問題進行改革與探索，提高學生學習的主動性，提高課堂效率和學生參與度，引導學生重視學習過程，重視知識的綜合運用能力和實踐能力，使學生的綜合素質逐步提升。在新工科建設的大背景下，學生將逐步適應新教學改革模式，增強自主學習意識，在潛移默化中提高自身的自主學習能力、自主創新能力和綜合實踐能力，逐步滿足“新工科”綜合素質型人才需求。