儀器分析實驗教學的改革研討

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摘要：儀器分析課程內(nèi)容豐富，信息量大，涉及多種大型儀器的結(jié)構(gòu)和應用技術(shù)等，傳統(tǒng)的實驗教學模式已很難適應學生的實際需要。本文結(jié)合儀器分析課程的強實踐性特點，根據(jù)其實驗教學中的一些問題，探索以學生為中心，以教學效果為導向，從教學內(nèi)容、教學模式及調(diào)動學生積極性等方面進行改革，以期通過培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)出符合社會要求的新型工科人才。

關(guān)鍵詞：新工科；儀器分析實驗；教學改革

1引言

目前，世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進行，新經(jīng)濟發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐，要求培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與跨界整合能力的工程科技人才，相應的高等工程教育改革受到前所未有的重視與普遍關(guān)注[1-2]。2016年，“新工科”概念的提出為工程教育理論與實踐探索提供了新視角，即將國際工程教育改革進行中國本土化[3]。工程教育要求加速工科專業(yè)的改造升級；探索建立工科發(fā)展新范式；緊跟技術(shù)發(fā)展，及時更新工程人才知識體系；以學生為中心，進行教學設計，培養(yǎng)引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新型人才。儀器分析是利用特殊的儀器設備獲取物質(zhì)的組分、含量及化學結(jié)構(gòu)等信息的一類方法。該方法實踐性強、廣泛應用于化工、醫(yī)藥、環(huán)保、生物、食品等領(lǐng)域[4]。隨著科技發(fā)展，現(xiàn)代儀器分析的方法和技術(shù)不斷創(chuàng)新，目前主要趨向提高儀器的靈敏度、準確度、工作效率及對特殊物質(zhì)或樣品的分析適應能力等方面發(fā)展。近年來，儀器分析課程在高?；瘜W相關(guān)課程中的地位日趨重要。實驗課程是儀器分析課程教學的重要組成部分，其實踐性很強，許多高校為提升自己培養(yǎng)的人才在新世紀科學技術(shù)中的競爭力，已將儀器分析課程列為化學相關(guān)專業(yè)如應用化學、環(huán)境工程、環(huán)境監(jiān)測等專業(yè)學生必修的課程[5-6]。因此，在新工科的大背景下，儀器分析實驗課的教學勢必要做出相應的改變和更新，以適應工程教育的新要求，提高新型工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2儀器分析實驗教學中的普遍問題

目前，我國高校儀器分析實驗課程大多以演示實驗（教師演示，學生觀摩）形式教學，學生不能直接接觸儀器設備，導致上課效果差。而且，隨著儀器分析設備不斷升級與更新，儀器操作規(guī)程越來越簡單，自動化程度越來越高，學生實驗時很難真正掌握儀器各模塊的結(jié)構(gòu)和原理[7]。筆者作為儀器分析實驗教師，發(fā)現(xiàn)實驗教學過程的很多問題限制了教學質(zhì)量的提升，如實驗教學方法不合理，不同專業(yè)的學生所學并無差異；授課學時少，計劃內(nèi)容多，學生學習效果差；儀器設備得不到合理充分利用（有的儀器不夠用，有的卻閑置不用）等。在新工科背景下，應用新型人才將成為高校人才培養(yǎng)的核心。環(huán)境專業(yè)儀器分析實驗的教學內(nèi)容離不開相關(guān)企業(yè)或事業(yè)單位分析檢驗崗位的實際需要。因此，在實驗教學過程中，我們對原有的教學方法進行了反思和改革，以學生為中心、以教學效果為導向，通過增加學生的自主動手能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)符合社會要求的新型工科人才。

3儀器分析實驗教學改革與探索

3.1以學生為中心調(diào)整教學內(nèi)容

儀器分析課程內(nèi)容豐富，涉及學科領(lǐng)域繁多，可應用于分析物質(zhì)的化學成分和組分含量，也可應用于物質(zhì)的瞬時追蹤、環(huán)境在線監(jiān)測、工藝過程控制等方面。不同的企業(yè)所需人員的專業(yè)技能要求不同，同樣，不同專業(yè)學習的儀器分析也應該是具備專業(yè)特色[8]。在儀器分析實驗教學過程中，我們根據(jù)學生專業(yè)的不同，選擇其專業(yè)需要接觸到的儀器設備進行授課，盡量滿足不同專業(yè)領(lǐng)域的學生在儀器分析方面的知識需求。如，根據(jù)給排水工程與科學專業(yè)《水分析化學》課程實驗需求，該專業(yè)學生的儀器分析部分實驗教學以水質(zhì)分析儀、離子色譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、原子熒光光度計、原子吸收分光光度計等儀器為主；針對環(huán)境工程專業(yè)的學生，分析儀器主要用于環(huán)境污染檢測和控制分析方面，故而以環(huán)境污染分析常用的TOC分析儀、氣相分子吸收光譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜儀、三維熒光光度計等為主進行實驗教學。對于大部分學生來說，儀器分析只是一種獲取所需信息的分析手段，并不一定會從事相關(guān)工作，但該課程實驗技術(shù)性很強，學生沒有經(jīng)過嚴格的實驗訓練，不可能有效地利用它來獲得信息。然而，傳統(tǒng)的教學中大多并不重視實驗，學生在缺乏動手能力，學習效果差。此外，大學實驗室里儀器設備種類繁多，許多學生饒有興趣，樣樣都想學，但要在有限的課堂時間里掌握所有儀器設備的使用技能，是幾乎不可能做到的。因此，在課程安排上，我們采用理論結(jié)合實踐的辦法，有所選擇、有所側(cè)重地調(diào)整實驗教學內(nèi)容，根據(jù)儀器學習的難易程度調(diào)整上課順序和時長，讓學生集中精力，重點學習掌握“一定”的技能。

3.2以分析儀器為中心構(gòu)建知識體系

儀器分析實驗課程實踐性非常強，所涉及知識點多而散，系統(tǒng)的知識體系有利于提高教學質(zhì)量[9]。在實驗教學中，我們以儀器的基本原理、特點、應用范圍等內(nèi)容為主線構(gòu)建了分析儀器相關(guān)知識體系。讓學生系統(tǒng)的學習各種儀器的分析方法基本原理，了解各種儀器的基本結(jié)構(gòu)、特點，學會各種儀器的操作和應用方法。通過儀器分析原理的講授，引入儀器主要部件的學習；然后利用主要部件“拆分”儀器，讓學生了解儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；接著連接各部件“組裝”儀器，使學生更深刻的理解儀器工作原理及流程；再根據(jù)流程使學生學習儀器的具體應用；最后歸納總結(jié)不同儀器的共性（共同部件或結(jié)構(gòu)或分析原理）與個性（特殊功能、獨特設計或改進之處）特點，并適當利用現(xiàn)實生活中于儀器分析密切相關(guān)的應用實例，讓學生把學到的理論知識應用到生活，從而與課堂教學所學的理論知識相得益彰。

3.3以教學效果為導向改革教學模式

儀器分析實驗教學的目的是讓學生從對儀器基本知識的了解-認識-理解，進入實際操作階段。但是大型儀器的講解本就比較抽象枯燥，理解難度較大，很多學生完全是被動式的學習，學習興趣并不高，加之很多老師在上課時擔心學生對儀器操作不當而帶來損失或增加工作量，不讓學生動手，而靠單一的演示實驗進行教學，使學生無法對課程加深印象，更不能使學生在實驗完成后有多少收獲，致使學生對課程缺少熱情，甚至出現(xiàn)厭學情緒。濃厚的學習興趣可提高學生的積極性。在實驗教學過程中，我們常常采用與生活相貼切的儀器應用事例增加學生的學習興趣，并根據(jù)實驗學時不多的情況，利用翻轉(zhuǎn)課堂，提前將構(gòu)建的儀器知識體系作為輔助教材分享給學生，讓學生在進入實驗室之前對需要學習的儀器基本情況進行自主學習。由于實驗場地有限，為給學生提供跟多的動手機會，一般安排4-5人一組同時學習，在練習過程中，要求所有同學練習到能夠獨立完成操作方為合格，然后在此基礎上自主設計實驗，完成一組樣品分析。這樣提升學生積極性的同時，有效避免了多人實驗中，有學生只看不動手，實驗數(shù)據(jù)應付了事的情況，使學生完成相關(guān)操作后能夠融會貫通，活學活用。良好的維護和保養(yǎng)是儀器正常運行和降低損耗的保障。為使儀器分析實驗課程在今后的教學和科研中體現(xiàn)其使用價值，我們在實驗教學中將儀器設備的維護與保養(yǎng)工作作為授課重要內(nèi)容之一，讓學生學習儀器維護保養(yǎng)的知識，培養(yǎng)良好的儀器使用習慣，增加其解決問題的能力。

3.4科研實踐促進教學

新工科背景下的新型人才應是具有較強動手能力和自主創(chuàng)新意的應用型人才。為更好的調(diào)動學生的學習積極性，提升教學質(zhì)量，我們積極開展儀器相關(guān)的科學研究，并將自己的科研成果適時融入到實驗教學實踐中。同時，我們還通過指導學生參加培育計劃或是直接讓學生參加老師的科研實踐等形式，讓學生參加科研項目，利用分析儀器從事科學研究工作，從而增強學生學習和從事科研工作的信心。

4結(jié)束語

本文通過對儀器分析實驗教學過程中遇到的問題的改革和探索，極大地提高了學生的學習興趣和積極性，使大多數(shù)學生由被動式學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮綄W習，獲得了較好的教學效果。新型工科應用人才應是綜合能力較強的人才，也是能夠順應時代潮流的人才，只有在教學過程中不斷創(chuàng)新，探索更好教學模式，不斷改善教學質(zhì)量，才能培養(yǎng)出符合社會實際需要的新人才。

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作者:王儒珍 毛玉鳳 聶麗君 劉志森 殷旭東 鐘華文 單位:廣東石油化工學院 環(huán)境與生物工程學院