“仪器分析及实验”课程教学改革探讨_冯莹.pdf

65-2023 年 3 月第 11 期Mar.2023No.11教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“仪器分析及实验”课程教学改革探讨冯 莹，曹 满，许敬华，陈永山（泉州师范学院 资源与环境科学学院，福建 泉州 362000）摘 要 “仪器分析及实验”是一门理论与实践并重的综合性强且应用范围广的专业课程。针对近年来课程组授课过程中发现的一些问题，提出若干教学改革思路和措施，即形成“学长制”教学理念，设置“1X1”三阶区域化教学内容。其中，“1”为起步阶段，讲述区域内的共性教学内容；“X”为进阶阶段，重点为区域内的差异性教学内容；“1”为成熟阶段，结合实践教学，总结归纳区域内的教学内容。同时，结合课程思政，运用多元化的教学方法，将师生双向考核机制贯穿于各区域化教学内容。该教学改革有效地提升了课程教学质量和专业人才培养质量，为进一步增强教师专业技能、学生专业素养和专业技能奠定了坚实的基础。关键词 仪器分析及实验；教学改革；教学体系基金项目 2021年度泉州师范学院教育教学改革研究项目“以习近平生态文明思想为指导的环境科学专业课程体系建设”（JGX2021027）作者简介 冯 莹（1984），女，安徽金寨人，农学博士，泉州师范学院资源与环境科学学院副教授，硕士生导师，主要从事园林植物与生物技术研究；曹 满（1977），女，湖南安乡人，理学硕士，泉州师范学院资源与环境科学学院讲师，教学科研办公室主任，主要从事教学管理研究；陈永山（1980），男，福建漳浦人，工学博士，泉州师范学院资源与环境科学学院教授，副院长（通信作者），主要从事土壤环境污染过程与控制技术研究。中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1674-9324（2023）11-0065-04 收稿日期 2022-05-06“仪器分析及实验”是一门理、工、农科高校学生必修的专业基础课程，具有多学科交叉性、发展性和前沿性的特点。通过本课程的学习，学生能够了解不同仪器的测试原理和结构组成，明确各类仪器的应用范围和主要分析对象，掌握各种仪器的基本参数和操作方法，应用所学知识解决实际问题，培养学生独立思辨、分析解决问题的能力，并注重培养学生严谨的科学作风、良好的实验素养和求实的科研精神。随着“仪器分析及实验”课程的重要性日益凸显，众多高校化学、医学、食品、环境等专业均开设了该门课程。但是该课程也逐渐暴露出一些教学问题：就教师而言，该课程已成为“烫手山芋”，课时少且任务重、理论性强；就学生而言，该课程是“谈之色变”，知识点难理解且抽象，实践少。故而，学界从理论教学、实践教学两个方面开展了“仪器分析及实验”课程的教学改革研究。在理论教学方面，从教学理念1、教学方法2-4、教学内容5等方面逐步开展，如以科学研究为教学理念，通过问题为导向的教学设计，将科研活动与教学结合起来，从而激发学生的学习兴趣，提高教学质量；提出“以学生为主”，采用线上线下混合式教学法优化传统的教学方式，提高教学质量；分析课程教学中存在的问题，从教学内容、教学模式和考核评价方式等方面初步探讨改革思路，认为更新、完善现代仪器分析课程的理论教学内容将有助于实现专业课的育人功能。在实践教学方面，从教学方法6、教学内容7两个方面展开，如采用“课前预习+研讨式课程讲解”的创新实验教学方法，利用多媒体辅助与现场教学相结合的手段优化实验教学，保障实验教学质量。总之，围绕“仪器分析及实验”课程的教学改革，或从理论教学方面，或从实践教学方面开展。然而，该课程注重理论知识的学习，更强调实践的重要性，缺乏理论与实践综合的教学改革，不利于该课程整体教学质量的提升。因此，以环境科学专业为出发点，结合本学科发展趋势和专业特点，本文分析了目前教学中存在的问题，从理论教学和实践教学相结合的角度，提出一些教学改革思路，以有效提高“仪器分析及实验”课程及实验教66-教育教学论坛2023 年 3 月学质量，让它成为师生喜爱的一门课。一、教学现状及存在的主要问题根据我院环境科学专业本科生培养方案，“仪器分析及实验”课程在大学本科第三学期开设，即在系统地修完“化学分析”课程的基础上，继续学习掌握仪器分析的原理、方法和应用。现归纳近年来“仪器分析及实验”课程组在教学中发现的主要问题，具体如下。（一）教学理念落后课程组在早期的教学活动中采用“以教师为主”的教学理念。该教学理念因较少考虑学生的主体作用发挥，导致学生缺乏主动性和积极探索的兴趣。近年来，课程组采用“以学生为主体、教师为主导”的教学理念。该教学理念强调教师是教育的引导者和指导者，学生是教育的中心体。虽然这一理念充分考虑到学生的主体作用，但是因学生的个体差异性，教师难以有效掌控学生的学习进度和把握学生的理解程度。（二）教学内容偏理论该课程的教材选用的是韩长秀等主编的 环境仪器分析（2018年），无实验教材。围绕培养方案和培养目标，教学内容应由理论教学和实践教学两部分构成，其中理论教学32学时，教学内容相对较多，主要介绍仪器工作原理、结构、应用等知识；实践教学16学时，主要开展4个实验，包括紫外分光光度计、X射线荧光光谱仪、高效液相色谱仪、联用技术。就理论教学内容而言，较多的专业术语和抽象的专业知识，导致教师和学生“眉毛胡子一把抓”，学生较难理解生涩的教学内容。针对实验教学内容，学生“亲密接触”仪器的实际操作时间很少，仅简单地跟随教师的演示操作，难以真正地独立解决问题。此外，实验仪器的缺乏也是造成实验效果不佳的一个原因。（三）教学方法单一传统的教学活动主要采用“填鸭式”教学方法，该教学方法导致课堂氛围沉闷，难以调动学生的积极性和参与性。同时，由于学生对知识点理解不透彻，他们在课后复习和完成作业时存在困难。近年来，课题组采用线上线下相结合的混合式教学、微课、翻转课堂等多样化的教学方法，虽然在一定程度上调动了学生学习的主动性和积极性，但是学生仍然存在严重的“挂机”等问题，且教师难以实时查控，致使多样化的教学方法难以真正发挥作用。（四）考核方式不合理该课程的评价体系由平时成绩、实验成绩、期中测评和期末考试四部分构成，其中平时成绩着眼于过程考核，强调学生的作业或小测完成情况，期中和期末考试采用闭卷理论考试的方式。然而，过程考核存在一致性、趋同性的现象，即学生从网络上搜索作业题目，不假思索地直接粘贴内容，缺少主动性的思考。期末考试存在“临时突击”现象，即考试前背诵知识点或复习资料。尽管教师在试卷中设计了一定的计算题和案例题，但学生对实际问题的解决仍停留于死记硬背知识点上，无法有效解决试题中提出的问题。这均使得过程考核和期末考试失去了考核的目的和意义。二、教学改革的思路和措施针对我院环境科学专业“仪器分析及实验”课程教学中存在的问题，根据环境科学专业培养方案和培养目标，结合课题组近年来所做的各项工作，我们特提出“学长制”教学改革的思路和措施，具体表现为以下五个方面。（一）“学长制”的教学理念“学长制”的教学理念是以教师、学生两个主体为出发点，其中“学”的主体对象是学生，其行为过程是学生的主动性、学习方法和学习效果；“长”的主体对象是教师，其行为过程是教师的教学方法、教学效果和教学反思。该教学理念强调教师和学生的协同性，逐步培养学生的主动性和积极探索精神，加强教师对多种教学方法的创新和改革，通过教学反思提升教学效果。（二）“区域化”的教学内容根据我院环境科学专业特点，结合专业发展趋势，围绕教学目标，在对教学内容进行优化的基础上，提出“区域化”的教学内容，即在对教学内容进行归纳总结的基础上，设置若干教学区域，将具有相同测试原理和结构组成的仪器归为1个教学区域。区域内设置“1X1”3个阶段，其中，1是起步阶段，主要讲解测试原理、结构组成；X是进阶阶段，侧重讲授仪器的特殊结构、特异分析对象等差异化知识；1是成熟阶段，结合实践教学，围绕仪器参数设置、操作方法、注意事项等开展。如在对现有教材进行梳理的基础上，根据专业特点67-第 11 期和专业特长，设置3个“区域化”的教学内容，即光学分析教学区域、色谱分析教学区域和联用技术教学区域。光学分析教学区域中，主要讲述仪器相关知识，包括原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱、紫外-可见吸收光谱。以光学分析教学区域为例，说明如何设置“1X1”3个阶段的教学内容：1是起步阶段，主要讲述基本原理（朗伯-比尔定律、Schiebe-Lomakin式）、仪器共性结构（光源、样品池、单色器、检测器、信息处理与显示装置）、定性分析与定量分析方法；X是进阶阶段，主要讲述差异性（光作用于物质的差异、结构的差异性、测定对象的特殊性）；1是成熟阶段，在实践教学的基础上，由学生根据实践结果和心得总结仪器的使用及注意事项。（三）“多元化”的“教学”方法通过多年的教学实践，课程组发现，教学方法不能仅仅限于教师的教学方法，需要将教师和学生2个对象作为出发点，把教学方法与学习方法结合起来才能实现“教学相长”的目的。就教师而言，每个阶段中，教师应根据教学内容特点采用差异化的教学方法，如起步阶段的教学内容涉及较多的专业术语，学生较难理解测试原理且结构组成较为空洞。那么，讲授该部分的测试原理时，教师可采用多媒体动画、插画的方式，并增加讨论、提问等教学环节，重点讲解术语或测试原理中的关键词汇；讲解仪器结构时，结合教学模型或实物微视频，不仅可以增加学生的认知感，还能调动学生的参与性。进阶阶段的教学内容是通过预先设置案例或项目，让学生课下思考，再以小组为单元解析，最后教师进行总结。成熟阶段的教学内容是在进阶阶段教学内容的基础上，通过视频让学生观察操作方法和参数设置，再对预设问题给出解决办法：以模拟“辩论”方式，小组间进行批判与辩解；结合实践教学，验证解决办法的可行性，给出总结性的观点；归纳正确的操作方法。在进阶阶段和成熟阶段，教师须将学生分组，以45人为一组并设置组长轮流制，以保证每个学生都能参与。同时，预先设置的案例或项目应具有针对性，保证有23个出发点或解析点。此外，可以充分运用腾讯课堂、QQ视频等，对组长反馈的“生涩”或“难消化”知识点经梳理后进行课后辅导或讲解。（四）“师生双向”的考核机制考核机制采用“师、生”双向的方式。就教师而言，可采用小测、小课题的方式考核每个阶段学生的学习成果，小测的方式需要在课堂上完成，小课题考核主要针对预留案例，通过查阅文献，让学生独立思考后进行解析；就学生而言，结合每个阶段的教学方法、教学内容，以组为单位由组长向教师反馈，以便教师进行教学反思，进一步完善教学方法和教学内容。（五）课程思政的引入依据教育部发布的 高等学校课程思政建设指导纲要8，在构建区域化教学内容时，要以立德树人为引领，充分挖掘课程中的思政元素，引导学生树立正确的科学价值观，培养学生严谨的科学作风和求实的科研精神，从而实现全员、全程、全方位育人。如在组织3个区域化的教学内容时，可引入国内外仪器发展历程和现状内容，增强学生的使命感和责任感；在起步阶段，结合定律或公式解析，引入论文数据造假后果，培养学生实事求是的精神和严谨的科学态度；在提升阶段和成熟阶段，通过实时案例，提升学生“发现问题提出问题解决问题”的能力。结语“仪器分析及实验”是一门理论与实践并重的课程，其重点是让学生掌握仪器的工作原理并熟练使用，培养学生理论联系实际、主动思考的能力。本课程的教学改革思路和措施主要为：（1）形成“学长制”的教学理念，充分考虑教师主导、学生主体的作用发挥和行为过程，强调二者的协同性。（2）采用多元化的教学方法，贯穿“1X1”三阶区域化教学内容。其中，“1”为起步阶段，讲述区域内的共性教学内容；“X”为进阶阶段，重点为区域内的差异性教学内容；“1”为成熟阶段，着眼于实践教学，总结归纳区域化的教学内容。（3）设置师生双向的综合考核机制。通过教学改革，结合课程思政，授课教师要根据学生的反馈情况及时调整授课计划，准确把握教学重点和难点，切实做到因材施教。同时，学生要发挥主观能动性和参与性，熟练掌握知识要点和仪器使用，切实做到学以致用。总之，从教师和学生二者结合出发的教学改革，更有利于提高教学质量，