《儀器分析》教學(xué)改革與探索

《儀器分析》教學(xué)改革與探索劉波，譚建娟，彭永利

(湖南文理學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，湖南常德415000)

《儀器分析》是理論性與實(shí)踐性都十分重要的是化學(xué)專業(yè)本科生的重點(diǎn)課程之一，在其專業(yè)主修課中占有舉足輕重的地位。儀器分析是利用學(xué)科的基本原理以及計(jì)算機(jī)等各種先進(jìn)技術(shù)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析的一門(mén)學(xué)科課程，同時(shí)對(duì)于學(xué)生感知事物、掌握基本原理和提高科學(xué)素養(yǎng)都有較大益處?！秲x器分析》課程在理工科化學(xué)專業(yè)中一般分為儀器分析與儀器分析實(shí)驗(yàn)兩門(mén)課程，理論課是基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)課是實(shí)踐。但目前就儀器分析課程而言仍存在許多無(wú)可避免的問(wèn)題，如教學(xué)內(nèi)容較為枯燥滯后、理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相脫節(jié)、所需的教學(xué)儀器在數(shù)量和質(zhì)量上缺乏等。因此，儀器分析課程教學(xué)模式需要進(jìn)行改革，以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

1儀器分析化學(xué)課程的重要性

儀器分析在當(dāng)代分析化學(xué)中的作用：在某些物質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定中，化學(xué)分析不能提供完全可行的解決方案，而儀器分析相對(duì)而言，能夠提供更好的解決方法。儀器分析操作往往需要使用一些較大型的分析儀器并更要結(jié)合相關(guān)的分析技術(shù)。近幾年，儀器分析被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)以及地質(zhì)學(xué)等。作為化學(xué)分析的核心技術(shù)，儀器分析對(duì)于增強(qiáng)該領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的理解和掌握具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。學(xué)生掌握扎實(shí)基礎(chǔ)理論的同時(shí)充分掌握實(shí)踐技能有利于學(xué)生發(fā)揮理論結(jié)合實(shí)際，同時(shí)運(yùn)用并掌握所學(xué)理論；有利于學(xué)生個(gè)人操作素養(yǎng)的提高；有利于為學(xué)生前期就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2現(xiàn)存的教學(xué)模式

目前學(xué)校有的教學(xué)資源基本能夠滿足儀器分析化學(xué)的教學(xué)，多種儀器正在使用，比如紅外光譜，原子發(fā)射光譜，色譜等儀器。大型的分析儀器和操作復(fù)雜的分析儀器也存在。但是大部分分析儀器未能充分使用。儀器的使用主要在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，大多數(shù)學(xué)生未能使用儀器從而難以達(dá)到掌握儀器的基本使用。在目前學(xué)習(xí)的儀器分析課程中，主要偏重于理論學(xué)習(xí)，儀器分析的理論學(xué)習(xí)，理論學(xué)習(xí)主要?jiǎng)澐譃楣鈱W(xué)分析法，電化學(xué)分析法，分離分析法，其他儀器分析法等，但在分析技術(shù)的實(shí)踐操作相對(duì)缺乏。在開(kāi)展的課程中，存在部分的儀器分析實(shí)驗(yàn)和操作訓(xùn)練，但是在訓(xùn)練操作的時(shí)間和次數(shù)上對(duì)于學(xué)生而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。學(xué)生擁有充足的訓(xùn)練時(shí)間和操作機(jī)會(huì)也充分體現(xiàn)了教學(xué)資源的充足。

在儀器分析理論課程的開(kāi)展過(guò)程中，存在教學(xué)模式單一化，不夠多元化，未能充分利用現(xiàn)有狀況下豐富的教學(xué)資源。如對(duì)于儀器認(rèn)識(shí)不僅可以通過(guò)書(shū)本學(xué)習(xí)理論，可以通過(guò)mooc慕課，可以通過(guò)學(xué)習(xí)網(wǎng)站。課內(nèi)教學(xué)目前教學(xué)手段單一化，教師使用教學(xué)課件，在課堂上流程化，機(jī)械化使用幻燈片，未能起到充分調(diào)動(dòng)學(xué)生和引導(dǎo)學(xué)生的作用；教學(xué)課件的使用無(wú)可避免，教師和學(xué)生要做到的是結(jié)合課件，跳出課件的限制框架，達(dá)到以課件為基礎(chǔ)，結(jié)合科技發(fā)展的情況進(jìn)行展開(kāi)。未能做到課內(nèi)課外相協(xié)調(diào)。在課內(nèi)通過(guò)教師的引導(dǎo)并解釋重要理論或儀器，采用豐富的教學(xué)手段去加強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)和思考。在教學(xué)資源滿足要求的情況下，對(duì)于大部分儀器，特別是大型儀器，儀器實(shí)踐技能的掌握有利于學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)操能力。目前存在的主要問(wèn)題：理論課程的學(xué)習(xí)和實(shí)操課程的時(shí)間比重不衡。

3課程在教學(xué)中存在的問(wèn)題

3.1教學(xué)內(nèi)容較為抽象，理解困難

質(zhì)量或定量分析方法，其中大部分是有關(guān)工具的結(jié)構(gòu)及其工作原理，很難通過(guò)理論學(xué)習(xí)理解，由于課程內(nèi)容比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)只能走馬觀花，且在教學(xué)過(guò)程中，教師多為PPT展示和口授教學(xué)等方式，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式也讓學(xué)生在課堂上感到枯燥無(wú)味，這導(dǎo)致學(xué)生經(jīng)常在課堂上學(xué)習(xí)不足，漸漸地喪失了學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，使他們難以取得理想的學(xué)習(xí)成果。

3.2實(shí)驗(yàn)課教學(xué)缺乏教學(xué)儀器支撐

“儀器分析”是一項(xiàng)非常理論化和實(shí)際化的工作，包括理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，相互補(bǔ)充。以致實(shí)驗(yàn)課程部分內(nèi)容與進(jìn)度難以完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因此存在實(shí)驗(yàn)課程超前或者嚴(yán)重滯后理論教學(xué)的現(xiàn)象。與此同時(shí)，一些實(shí)驗(yàn)課程只按照學(xué)校的條件進(jìn)行，許多在理論課程中學(xué)習(xí)的知識(shí)無(wú)法以實(shí)驗(yàn)方式深化，很快就會(huì)被遺忘。此外，小數(shù)量的大型儀器和高成本的使用，很容易損壞，學(xué)生獨(dú)立工作的機(jī)會(huì)相對(duì)較少，這意味著大多數(shù)學(xué)生只能在觀察老師的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而大部分學(xué)生很難通過(guò)這種學(xué)習(xí)方式去了解并掌握該儀器操作的相關(guān)要領(lǐng)。

3.3上課方式過(guò)于單調(diào)，缺乏和學(xué)生的互動(dòng)

老師們還停留在傳統(tǒng)的教學(xué)手段上，為了追求教學(xué)進(jìn)度而忽視了教學(xué)效果。一門(mén)《儀器分析》課程，通過(guò)半學(xué)年32個(gè)課時(shí)的學(xué)習(xí)，讓同學(xué)們深入了解并學(xué)懂弄通，確實(shí)有很大的挑戰(zhàn)。首先時(shí)間不允許老師們過(guò)多的展開(kāi)講解實(shí)際的案例，不然很難按時(shí)完成所有課程內(nèi)容的教學(xué)。再者在半年通過(guò)傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方式把課程講完，學(xué)生們很難消化，容易導(dǎo)致“消化不良”。出現(xiàn)學(xué)生上課不認(rèn)真聽(tīng)講，做與課堂無(wú)關(guān)的事情，最后導(dǎo)致厭倦這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，更有甚者逃避上這門(mén)課。所以說(shuō)，教師不能一味的為了完成課程任務(wù)而忽視課程的性質(zhì)，《儀器分析》是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，必須要加入一些案例式的教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)由淺入深的案例引入，讓學(xué)生懂得這門(mén)的課程的重要性，然后激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力與興趣。讓他們不僅懂得理論與原理，跟要掌握具體的實(shí)踐操作，達(dá)到學(xué)為所用的目的。只有在課堂中勇于開(kāi)展教學(xué)改革，不斷的創(chuàng)新，做到多與學(xué)生交流，多聽(tīng)聽(tīng)學(xué)生的意見(jiàn)與看法，才能達(dá)到意想不到的教學(xué)效果?？傊?，教學(xué)需要老師和學(xué)生之間相互交流和溝通，老師不能只教不問(wèn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，學(xué)生應(yīng)該多參與課堂的教學(xué)環(huán)節(jié)，真正做到寓教于樂(lè)。

4教學(xué)改革建議

4.1豐富課程教學(xué)手段

應(yīng)用多媒體教學(xué)是現(xiàn)代課程中非常重要的技術(shù)。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我們可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)、PPT、如儀器使用的視頻，描述一些儀器的工作原理、結(jié)構(gòu)和方法。由此學(xué)生的視覺(jué)效果刺激了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，也可以使用虛擬仿真軟件對(duì)儀器進(jìn)行拆分和重組，讓學(xué)生了解儀器內(nèi)部精細(xì)構(gòu)造及工作流程，為了達(dá)到理想的學(xué)習(xí)成果，引入和加強(qiáng)理論知識(shí)。近年來(lái)興起的“微課”“慕課”和“翻轉(zhuǎn)課堂”也是一個(gè)很好的借鑒方式。在課堂上多引入學(xué)生們?cè)诒緦W(xué)校學(xué)不到和看不到的事物，會(huì)讓他們懂得學(xué)無(wú)止境?！胺D(zhuǎn)課堂”的引入，可以讓學(xué)生短暫的做一次“老師”，讓他給其他同學(xué)講課，那么學(xué)生就要提前準(zhǔn)備素材和教案，促進(jìn)他們主動(dòng)的學(xué)習(xí)和思考，效果會(huì)事半功倍。

4.2聯(lián)系實(shí)際生活

《儀器分析》課程內(nèi)容比較抽象，特別是，在每一分析方法的應(yīng)用領(lǐng)域，如果老師簡(jiǎn)單地說(shuō)明并解釋它，學(xué)生可能會(huì)感到困惑，但如果使用特定的例子說(shuō)明了它的應(yīng)用，學(xué)生就更容易理解和理解它。例如，使用高效率的液體色譜方法(HPLC)，可以在課堂上先向?qū)W生播放食品中殘留有農(nóng)藥，非法添加劑，重金屬農(nóng)藥超標(biāo)殘留引起的中毒事件。這表明在食品中發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥殘留物的重要意義，并使用HPLC方法確定農(nóng)藥殘留物的一些標(biāo)準(zhǔn)方法。前幾年全球爆發(fā)的新冠疫情，核酸的篩查就留下了檢測(cè)儀器重要性的影子。由于這些例子與日常生活密切相關(guān)，學(xué)生們很容易理解和印象深刻。使得學(xué)生能夠極大程度上的提高對(duì)這門(mén)課程的第一好感。讓他們懂得知識(shí)的重要性，把被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，最終落實(shí)到學(xué)以致用，達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

4.3注重課堂互動(dòng)

由于《儀器分析》課程所涉及的知識(shí)點(diǎn)包括各個(gè)方面，種類多，基礎(chǔ)知識(shí)也多，內(nèi)容相對(duì)比較十分復(fù)雜，學(xué)生學(xué)起來(lái)比較困難，在現(xiàn)代《儀器分析》的教學(xué)過(guò)程中，需要將知識(shí)做到實(shí)際性最高，所傳授的即時(shí)課程的重點(diǎn)知識(shí)，也是對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)拓展和應(yīng)用性探索有最大的幫助。但如果只是聽(tīng)老師講解，學(xué)生通常不會(huì)感興趣，教學(xué)的效果并不理想。在教育中，我們必須以學(xué)生為主。與其老師從頭到尾解釋，還不如調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，在教學(xué)中，教師也可以鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)表自己的建議，大家一起進(jìn)行辯證討論，提出問(wèn)題，甚至可以將問(wèn)題由淺到深入的解析，或通過(guò)具體例子或相關(guān)問(wèn)題的內(nèi)容，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)討論處理，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，拓展課堂互動(dòng)，以期提高課堂教學(xué)效率。

4.4重視教學(xué)多元化，實(shí)踐操作

針對(duì)目前主要教學(xué)開(kāi)展，從以下兩個(gè)方面來(lái)解決：第一教學(xué)開(kāi)展：從單一化轉(zhuǎn)向采取多元化，由原來(lái)單一的課內(nèi)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)檎n內(nèi)課下，線上線下多元化教學(xué)，從而豐富教學(xué)模式，教學(xué)手段，教學(xué)內(nèi)容的立體化。教師充分利用現(xiàn)有狀況下豐富的教學(xué)資源引導(dǎo)學(xué)生來(lái)認(rèn)識(shí)分析儀器?？梢酝ㄟ^(guò)書(shū)本學(xué)習(xí)理論，同時(shí)可以通過(guò)學(xué)習(xí)網(wǎng)站。如中國(guó)大學(xué)生mooc慕課、智慧樹(shù)在線教育等。課內(nèi)教學(xué)教學(xué)方法多元化，教師使用教學(xué)課件，同時(shí)采用講授法、討論法、訓(xùn)練強(qiáng)化法、微課等。在《儀器分析》理論課中，將實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程以微課形式播放給學(xué)生觀看，使得教學(xué)操作儀器清晰展現(xiàn)在學(xué)生面前，有了更直觀的了解，微課講授的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)突出、清楚、主題明確、通俗易懂更有助于理論課的吸收效果[2-4]。調(diào)動(dòng)學(xué)生和引導(dǎo)學(xué)生的作用；教學(xué)課件的使用合理，教師和學(xué)生要做到的是結(jié)合課件，跳出課件的限制框架，達(dá)到以課件為基礎(chǔ)，結(jié)合科技發(fā)展的情況進(jìn)行展開(kāi)。做到課內(nèi)課外相協(xié)調(diào)。在課內(nèi)通過(guò)教師的引導(dǎo)并解釋重要理論或儀器，采用豐富的教學(xué)手段去加強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)和思考。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)充分利用新時(shí)代背景下的高科技手段，探索新型教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的參與度，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的[5-8]。

第二實(shí)驗(yàn)開(kāi)展建議：在教學(xué)資源滿足要求的情況下，開(kāi)展的相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)給予充足的時(shí)間讓學(xué)生去練習(xí)一起的使用和訓(xùn)練。對(duì)于大部分儀器，特別是大型儀器，儀器實(shí)踐技能的掌握有利于學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)操能力。針對(duì)理論課程的學(xué)習(xí)和實(shí)操課程的時(shí)間比重不衡。線下在滿足基本理論學(xué)習(xí)的情況下調(diào)整理論課程和實(shí)操課程的課時(shí)比重。若線下在教學(xué)資源不足或者練習(xí)時(shí)間不足的情況下，可以采用一部分線上可以采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，一部分線下；或者線下為主，線上為輔。充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

5結(jié)語(yǔ)

課程從單一化轉(zhuǎn)向采取多元化，由原來(lái)單一的課內(nèi)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)檎n內(nèi)課下，線上線下多元化教學(xué)，從而豐富教學(xué)模式，教學(xué)手段，教學(xué)內(nèi)容的立體化。對(duì)于教師產(chǎn)生的影響，教師在自己專業(yè)知識(shí)技能掌握