儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究摘要：在工程教育專業(yè)認(rèn)證視角下，結(jié)合大型的現(xiàn)代分析儀器特點(diǎn)及儀器分析實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)與畢業(yè)要求，以離子色譜分析實(shí)驗(yàn)為例，通過課前預(yù)習(xí)、課堂活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課程考核、課程評(píng)價(jià)及持續(xù)改進(jìn)等進(jìn)行多方面、多角度的教學(xué)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。同時(shí)，將思政元素融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，從安全、環(huán)保、社會(huì)責(zé)任感等方面幫助學(xué)生理解和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀。關(guān)鍵詞：儀器分析實(shí)驗(yàn)；工程教育；實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)；離子色譜；虛擬仿真儀器分析實(shí)驗(yàn)是面向化學(xué)工程與工藝專業(yè)開設(shè)的一門本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，也是培養(yǎng)學(xué)生研究分析問題和使用現(xiàn)代工具能力的重要課程。工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)[1]。按照《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》的12條畢業(yè)要求，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容能夠?qū)ρ芯亢褪褂矛F(xiàn)代工具這兩條要求形成有效的支撐。作為一門重要的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)課程，本課程在培養(yǎng)學(xué)生研究能力的同時(shí)，也需要幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和使用更多的現(xiàn)代分析儀器，以適應(yīng)我國(guó)自動(dòng)化水平測(cè)試工作的要求[2-6]。近年來，高等教育教學(xué)改革工作持續(xù)進(jìn)行，新的教學(xué)模式和教學(xué)方法也隨之產(chǎn)生，并發(fā)揮了重要作用[7-8]。其中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)因其“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)理念，越來越多地應(yīng)用于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中。尤其是在2020年初新型冠狀病毒肺炎疫情暴發(fā)以來，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目發(fā)揮了重要的作用，幫助數(shù)以萬計(jì)的學(xué)生在線完成了實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)任務(wù)[9-11]。近幾年，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目也越來越多[12-15]。離子色譜分析是一種重要的色譜分析方法，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。本文以離子色譜分析實(shí)驗(yàn)為例，借助虛擬仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到提高學(xué)生的儀器實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)學(xué)生研究及創(chuàng)新能力的目的。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)由課前預(yù)習(xí)、課堂活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課程考核、課程評(píng)價(jià)和持續(xù)改進(jìn)五部分組成，如圖1所示。1課前預(yù)習(xí)在實(shí)驗(yàn)操作前，為了讓學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)和做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，我校與大連慕樂公司合作開發(fā)了一系列關(guān)于實(shí)驗(yàn)類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。以離子色譜分析實(shí)驗(yàn)為例，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要包括三部分：認(rèn)識(shí)儀器、各類溶液配制和樣品測(cè)試操作。如圖2所示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，首先從儀器結(jié)構(gòu)及各部件功能、儀器工作原理開始，幫助學(xué)生對(duì)儀器有全面的了解；其次，完成樣品預(yù)處理的模擬操作；最后，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)儀器操作軟件及樣品分析測(cè)試，為實(shí)際操作打好基礎(chǔ)。1課前預(yù)習(xí)在實(shí)驗(yàn)操作前，為了讓學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)和做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，我校與大連慕樂公司合作開發(fā)了一系列關(guān)于實(shí)驗(yàn)類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。以離子色譜分析實(shí)驗(yàn)為例，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要包括三部分：認(rèn)識(shí)儀器、各類溶液配制和樣品測(cè)試操作。如圖2所示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，首先從儀器結(jié)構(gòu)及各部件功能、儀器工作原理開始，幫助學(xué)生對(duì)儀器有全面的了解；其次，完成樣品預(yù)處理的模擬操作；最后，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)儀器操作軟件及樣品分析測(cè)試，為實(shí)際操作打好基礎(chǔ)。2課堂活動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程最主要的部分是在課堂中教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解和學(xué)生的具體操作。以離子色譜分析實(shí)驗(yàn)為例，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如表1所示。在課堂教學(xué)中，通過課前預(yù)習(xí)，可以縮短教師的講解時(shí)間，增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、問題思考及討論環(huán)節(jié)的互動(dòng)時(shí)間，降低了因操作失誤帶來的設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，借鑒近年來儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中的課程思政教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[16-18]，以潤(rùn)物無聲方式幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀。3實(shí)驗(yàn)報(bào)告儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要分為七部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、儀器與材料、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論、注意事項(xiàng)及思考題。以離子色譜分析實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)如圖3所示。實(shí)驗(yàn)原理部分主要考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)儀器基本工作原理的描述，必要的話可以借助流程圖來表達(dá)。實(shí)驗(yàn)步驟部分主要考查學(xué)生自己的理解情況，而不是照抄實(shí)驗(yàn)講義。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論這一部分是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)程度的重點(diǎn)考查。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及圖表的繪制都需要學(xué)生依靠計(jì)算機(jī)輔助，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)象描述及結(jié)果討論，是對(duì)學(xué)生個(gè)人科研及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。注意事項(xiàng)部分主要考查學(xué)生在課堂教學(xué)中對(duì)易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)的掌握情況，通過該部分可以反映學(xué)生的學(xué)習(xí)程度及實(shí)踐能力。在思考題中，第一題主要對(duì)儀器重要部件內(nèi)容的掌握進(jìn)行考核，第二題是需要學(xué)生尋找其他測(cè)試方法，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生對(duì)同類分析問題，根據(jù)不同情況選擇不同的分析方法、分析儀器的目的。4實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定及持續(xù)改進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定由兩部分組成：實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)(35%)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(65%)。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2、表3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，指導(dǎo)教師結(jié)合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)學(xué)生的線上、線下實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行打分。教師根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果進(jìn)行自評(píng)，后期再結(jié)合學(xué)生評(píng)教、同行聽課、督導(dǎo)聽課等方式收集課程教學(xué)過程中的反饋意見，并及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法，以持續(xù)改進(jìn)的理念促進(jìn)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。5結(jié)語新的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，以潤(rùn)物無聲方式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀?；谔摂M仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠幫助學(xué)生更好地預(yù)習(xí)儀器的工作原理和基本操作，提高了實(shí)驗(yàn)課堂效率，降低因操作失誤而帶來的儀器非正常損耗。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，建立了完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。通過教學(xué)設(shè)計(jì)，真正建立起“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生的儀器操作能力、實(shí)驗(yàn)研究能力以及創(chuàng)新實(shí)踐能力的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)[1]教育部.第一份《中國(guó)工程教育質(zhì)量報(bào)告》“問世”[EB/OL].[2]姚清照.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下儀器分析課程的教學(xué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