儀器分析實(shí)驗教學(xué)的改革研討論文
摘要：儀器分析課程內容豐富，信息量大，涉及多種大型儀器的結構和應用技術(shù)等，傳統的實(shí)驗教學(xué)模式已很難適應學(xué)生的實(shí)際需要。本文結合儀器分析課程的強實(shí)踐性特點(diǎn)，根據其實(shí)驗教學(xué)中的一些問(wèn)題，探索以學(xué)生為中心，以教學(xué)效果為導向，從教學(xué)內容、教學(xué)模式及調動(dòng)學(xué)生積極性等方面進(jìn)行改革，以期通過(guò)培養學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新意識，培養出符合社會(huì )要求的新型工科人才。
關(guān)鍵詞：新工科；儀器分析實(shí)驗；教學(xué)改革
1引言
目前，世界范圍內新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進(jìn)行，新經(jīng)濟發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐，要求培養具有創(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(shí)踐探索提供了新視角，即將國際工程教育改革進(jìn)行中國本土化[3]。工程教育要求加速工科專(zhuān)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(shí)更新工程人才知識體系；以學(xué)生為中心，進(jìn)行教學(xué)設計，培養引領(lǐng)未來(lái)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(xué)結構等信息的一類(lèi)方法。該方法實(shí)踐性強、廣泛應用于化工、醫藥、環(huán)保、生物、食品等領(lǐng)域[4]。隨著(zhù)科技發(fā)展，現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(lái)，儀器分析課程在高�；瘜W(xué)相關(guān)課程中的地位日趨重要。實(shí)驗課程是儀器分析課程教學(xué)的重要組成部分，其實(shí)踐性很強，許多高校為提升自己培養的人才在新世紀科學(xué)技術(shù)中的競爭力，已將儀器分析課程列為化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)如應用化學(xué)、環(huán)境工程、環(huán)境監測等專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的課程[5-6]。因此，在新工科的大背景下，儀器分析實(shí)驗課的教學(xué)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質(zhì)量。
2儀器分析實(shí)驗教學(xué)中的普遍問(wèn)題
目前，我國高校儀器分析實(shí)驗課程大多以演示實(shí)驗（教師演示，學(xué)生觀(guān)摩）形式教學(xué)，學(xué)生不能直接接觸儀器設備，導致上課效果差。而且，隨著(zhù)儀器分析設備不斷升級與更新，儀器操作規程越來(lái)越簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，學(xué)生實(shí)驗時(shí)很難真正掌握儀器各模塊的結構和原理[7]。筆者作為儀器分析實(shí)驗教師，發(fā)現實(shí)驗教學(xué)過(guò)程的很多問(wèn)題限制了教學(xué)質(zhì)量的提升，如實(shí)驗教學(xué)方法不合理，不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生所學(xué)并無(wú)差異；授課學(xué)時(shí)少，計劃內容多，學(xué)生學(xué)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的核心。環(huán)境專(zhuān)業(yè)儀器分析實(shí)驗的教學(xué)內容離不開(kāi)相關(guān)企業(yè)或事業(yè)單位分析檢驗崗位的實(shí)際需要。因此，在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，我們對原有的教學(xué)方法進(jìn)行了反思和改革，以學(xué)生為中心、以教學(xué)效果為導向，通過(guò)增加學(xué)生的自主動(dòng)手能力和創(chuàng )新意識，培養符合社會(huì )要求的新型工科人才。
3儀器分析實(shí)驗教學(xué)改革與探索
3.1以學(xué)生為中心調整教學(xué)內容
儀器分析課程內容豐富，涉及學(xué)科領(lǐng)域繁多，可應用于分析物質(zhì)的化學(xué)成分和組分含量，也可應用于物質(zhì)的瞬時(shí)追蹤、環(huán)境在線(xiàn)監測、工藝過(guò)程控制等方面。不同的企業(yè)所需人員的專(zhuān)業(yè)技能要求不同，同樣，不同專(zhuān)業(yè)學(xué)習的儀器分析也應該是具備專(zhuān)業(yè)特色[8]。在儀器分析實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，我們根據學(xué)生專(zhuān)業(yè)的不同，選擇其專(zhuān)業(yè)需要接觸到的儀器設備進(jìn)行授課，盡量滿(mǎn)足不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的學(xué)生在儀器分析方面的知識需求。如，根據給排水工程與科學(xué)專(zhuān)業(yè)《水分析化學(xué)》課程實(shí)驗需求，該專(zhuān)業(yè)學(xué)生的儀器分析部分實(shí)驗教學(xué)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(zhuān)業(yè)的學(xué)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(jìn)行實(shí)驗教學(xué)。對于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)，儀器分析只是一種獲取所需信息的分析手段，并不一定會(huì )從事相關(guān)工作，但該課程實(shí)驗技術(shù)性很強，學(xué)生沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴格的實(shí)驗訓練，不可能有效地利用它來(lái)獲得信息。然而，傳統的教學(xué)中大多并不重視實(shí)驗，學(xué)生在缺乏動(dòng)手能力，學(xué)習效果差。此外，大學(xué)實(shí)驗室里儀器設備種類(lèi)繁多，許多學(xué)生饒有興趣，樣樣都想學(xué)，但要在有限的課堂時(shí)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，我們采用理論結合實(shí)踐的辦法，有所選擇、有所側重地調整實(shí)驗教學(xué)內容，根據儀器學(xué)習的難易程度調整上課順序和時(shí)長(cháng)，讓學(xué)生集中精力，重點(diǎn)學(xué)習掌握“一定”的技能。
3.2以分析儀器為中心構建知識體系
儀器分析實(shí)驗課程實(shí)踐性非常強，所涉及知識點(diǎn)多而散，系統的知識體系有利于提高教學(xué)質(zhì)量[9]。在實(shí)驗教學(xué)中，我們以?xún)x器的基本原理、特點(diǎn)、應用范圍等內容為主線(xiàn)構建了分析儀器相關(guān)知識體系。讓學(xué)生系統的學(xué)習各種儀器的分析方法基本原理，了解各種儀器的基本結構、特點(diǎn)，學(xué)會(huì )各種儀器的操作和應用方法。通過(guò)儀器分析原理的講授，引入儀器主要部件的'學(xué)習；然后利用主要部件“拆分”儀器，讓學(xué)生了解儀器內部結構；接著(zhù)連接各部件“組裝”儀器，使學(xué)生更深刻的理解儀器工作原理及流程；再根據流程使學(xué)生學(xué)習儀器的具體應用；最后歸納總結不同儀器的共性（共同部件或結構或分析原理）與個(gè)性（特殊功能、獨特設計或改進(jìn)之處）特點(diǎn)，并適當利用現實(shí)生活中于儀器分析密切相關(guān)的應用實(shí)例，讓學(xué)生把學(xué)到的理論知識應用到生活，從而與課堂教學(xué)所學(xué)的理論知識相得益彰。
3.3以教學(xué)效果為導向改革教學(xué)模式
儀器分析實(shí)驗教學(xué)的目的是讓學(xué)生從對儀器基本知識的了解-認識-理解，進(jìn)入實(shí)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(xué)生完全是被動(dòng)式的學(xué)習，學(xué)習興趣并不高，加之很多老師在上課時(shí)擔心學(xué)生對儀器操作不當而帶來(lái)?yè)p失或增加工作量，不讓學(xué)生動(dòng)手，而靠單一的演示實(shí)驗進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生無(wú)法對課程加深印象，更不能使學(xué)生在實(shí)驗完成后有多少收獲，致使學(xué)生對課程缺少熱情，甚至出現厭學(xué)情緒。濃厚的學(xué)習興趣可提高學(xué)生的積極性。在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，我們常常采用與生活相貼切的儀器應用事例增加學(xué)生的學(xué)習興趣，并根據實(shí)驗學(xué)時(shí)不多的情況，利用翻轉課堂，提前將構建的儀器知識體系作為輔助教材分享給學(xué)生，讓學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗室之前對需要學(xué)習的儀器基本情況進(jìn)行自主學(xué)習。由于實(shí)驗場(chǎng)地有限，為給學(xué)生提供跟多的動(dòng)手機會(huì )，一般安排4-5人一組同時(shí)學(xué)習，在練習過(guò)程中，要求所有同學(xué)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(shí)驗，完成一組樣品分析。這樣提升學(xué)生積極性的同時(shí)，有效避免了多人實(shí)驗中，有學(xué)生只看不動(dòng)手，實(shí)驗數據應付了事的情況，使學(xué)生完成相關(guān)操作后能夠融會(huì )貫通，活學(xué)活用。良好的維護和保養是儀器正常運行和降低損耗的保障。為使儀器分析實(shí)驗課程在今后的教學(xué)和科研中體現其使用價(jià)值，我們在實(shí)驗教學(xué)中將儀器設備的維護與保養工作作為授課重要內容之一，讓學(xué)生學(xué)習儀器維護保養的知識，培養良好的儀器使用習慣，增加其解決問(wèn)題的能力。
3.4科研實(shí)踐促進(jìn)教學(xué)
新工科背景下的新型人才應是具有較強動(dòng)手能力和自主創(chuàng )新意的應用型人才。為更好的調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，提升教學(xué)質(zhì)量，我們積極開(kāi)展儀器相關(guān)的科學(xué)研究，并將自己的科研成果適時(shí)融入到實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐中。同時(shí)，我們還通過(guò)指導學(xué)生參加培育計劃或是直接讓學(xué)生參加老師的科研實(shí)踐等形式，讓學(xué)生參加科研項目，利用分析儀器從事科學(xué)研究工作，從而增強學(xué)生學(xué)習和從事科研工作的信心。
4結束語(yǔ)
本文通過(guò)對儀器分析實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題的改革和探索，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性，使大多數學(xué)生由被動(dòng)式學(xué)習轉變?yōu)橹鲃?dòng)式學(xué)習，獲得了較好的教學(xué)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(shí)代潮流的人才，只有在教學(xué)過(guò)程中不斷創(chuàng )新，探索更好教學(xué)模式，不斷改善教學(xué)質(zhì)量，才能培養出符合社會(huì )實(shí)際需要的新人才。
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