討論式教學在儀器分析課程中的實踐探索

張海霞，紀永升

1蘭州大學化學化工學院，蘭州 730000

2河南中醫藥大學藥學院，鄭州 450046

近年來，我國社會經濟高速發展進入轉型階段，高等教育也進入內涵提升與轉型期，為適應社會經濟發展需求、解決教育領域存在問題，改革探索一直在不斷進行。根據2018年全國教育大會習近平總書記講話精神，教育要堅持立德樹人的育人根本，解決“為誰培養人、培養什么人”的問題，根本方向不能改變[1]；通過思政課程與課程思政實現全課程育人，發揮專業課程的育人功能[2]。教育教學是一項復雜工程，需要社會、學校、教師、家長與學生多方參與完成，教育改革工作一直都在進行中[3]。不同的學科、課程千差萬別，需要根據課程自身的特點，采用符合學科規律的教學方法，在實現育人的前提下完成知識傳授與能力培養。

儀器分析是高?；瘜W專業的核心基礎課程，是以物質的物理、化學性質為基礎，利用測量儀器對物質進行定性分析、定量分析、形態分析，主要包括色譜、光譜、電化學分析等內容[4]。由于該課程涉及到多種儀器和方法，各部分內容相對獨立，各種儀器應用差別較大，很多學生感覺到該課程“凌亂”，不能建立知識點之間的聯系，學習過程難以抓住重點。盡管各種儀器原理、應用有很大差別，但其對物質的定性、定量分析還是存在普遍規律，我們稱為“分析化學思維”，而大多數學生往往不能掌握并建立這種思維模式。另外，化學學科的發展從來都是和社會發展密切相關，不斷地為社會發展提供解決問題的方法，化學領域學術大師的研究都立足于解決社會發展的問題，作為化學專業的學生首當其沖是培養其家國情懷、責任擔當、科學精神，從而使他們真正成長為促進社會發展的人才[5]?；谝陨戏治?，我們探索在化學萃英班(拔尖班)開展基于科學思維與核心素養培養導向的儀器分析討論式教學實踐[5,6]，期望能通過儀器分析課程培養學生分析化學科學思維與自主學習、思辨精神、團隊協作等核心素養，并加強學生家國情懷、責任擔當、科學精神的培育。討論式教學較傳統的講授式課堂教學，更注重發揮學生的主動性，是一種互動性較強的教學方式，通常由教師提出問題、小組討論、各抒己見、總結確定結論等過程[7]；討論式教學將學習變被動為主動，更有利于培養學生的自主學習能力、創新思維等核心素養[8]。以下將從課程簡介、教學設計、教學過程、教學評價等方面展開討論。

1 課程簡介

在國家“拔尖人才”計劃[9]支持下，蘭州大學在化學學科開設萃英班，旨在培養化學領域領軍人才。一年級下學期選拔20名同學，這些學生學習能力強、基礎好、學習態度積極，常規的教學內容不能滿足其學習需求，也不符合萃英班的培養目標。這些學生更需要加強家國情懷、責任擔當、科學精神的培養，使他們真正成為國家建設的有用人才。儀器分析課程為萃英班二年級必修課，學生已經學習了無機化學、有機化學與化學分析，有一定的化學基礎知識，熟悉化學分析。由于儀器分析與其他化學課程相比有獨特的規律與特點，大多學生尚未掌握分析化學規律并建立分析化學思維。儀器分析主要包括光譜分析、色譜分析、電化學與質譜等內容，隨著科技進步，不斷有新技術新方法出現，在有限的教學時間內不可能覆蓋所有內容。另外，部分學生會出現重實驗輕理論的現象和理論知識綜合運用能力較弱的問題?；谏鲜龇治?，我們嘗試在翠英班儀器分析課程中開展討論式教學實踐探索。

2 教學設計

以教學大綱為基礎，培養目標為方向，基于學生的知識結構、理論基礎，以及所存在問題的學情分析，結合本校的教學條件開展教學設計。一切教學設計以學生的學習、發展為中心，以教師為主導。教學設計主要包括教學目標、教學內容、教學方法、教學評價等模塊。教學目標分為知識、能力、德育目標，其中要求學生掌握常用儀器原理并能夠靈活運用；能夠建立各知識點的相互聯系并掌握其規律，建立分析化學思維；實現家國情懷、責任擔當、科學精神的德育目標。為實現上述教學目標，本課程主要采用課堂講授、課堂討論與小組討論相結合的教學方法[10]。其中教師課堂講授30學時，重點講授重點難點；教師組織課堂討論5學時，主要對相關理論、知識點綜合分析，幫助學生建立知識點的相互聯系；學生組織小組討論、課堂展示10學時，主要開展問題導向的分析、解答、方案展示。教學評價主要通過期中檢測、期末檢測、作業(含自學環節)、小組討論來考核。本課程加強了討論式教學在教學中的應用，小組討論主要包括素材準備、問題發布、組織準備、課堂展示、師生質疑、考核評價等過程如圖1所示。小組討論選擇貼近生活、有代表性的社會熱點問題，還要盡量覆蓋儀器分析課程內容。問題內容如表1所示，發布問題分為基礎型、綜合型和研究型，基礎型問題考查所學知識的總結分析，綜合型利用所學知識制定解決方案，研究型問題需要學生發現問題、制定解決方案并得出結論。課程發布以后學生小組內討論，如有疑問可以隨時與老師討論，課堂展示后進行小組間質疑問答、師生問答，并進行教學反思。本課程所設置的討論式教學貫穿于整個教學過程，問題的討論分析、解決方案制定需要學生對所學知識歸納分析；所發布問題涉及社會民生熱點問題，以這些問題為導向，教師全程組織、監督，可以實現對學生家國情懷、責任擔當、科學精神的培養，同時提高學生自主學習、辯證思維、團隊協作、總結歸納、表達交流等核心素養。

表1 討論題目

圖1 小組討論示意圖

3 教學過程

本課程內容較多不能詳盡討論，以具體實例展示教學過程，重點介紹討論式教學執行情況。本課程討論式教學分為課堂討論與小組討論，按照教學內容精心設計預設問題。在色譜、光譜、電化學等部分課程講授后增加課堂討論，主要討論各部分知識點的相互聯系及進行歸納分析。以色譜部分的討論為例，在色譜概論、氣相色譜、液相色譜等課程內容結束后進行課堂討論，提出問題：“客戶送來了一個混合物樣品，要求利用色譜進行有機物A的定性與定量”，通過對該題目的討論進行知識點的梳理。引導學生回憶、思考并討論的同時，教師在黑板上列出色譜部分的知識架構(圖2)，對該部分知識進行全面總結，勾勒出知識點之間的聯系，以及對待一個真實樣品需要考慮的問題。教師重點講解不同方法的使用范圍與操作注意事項，通過歸納整理，讓學生對色譜法以及應用色譜法解決問題有了全面認識，為將來選擇合適的色譜方法打下基礎，同時讓紛亂的知識點根據不同的分析要求和特點關聯起來。通過課堂討論，學生對理論知識有了更全面的理解；通過與實際問題相聯系，課本知識“動”起來了。

圖2 色譜部分知識樹示意圖

本課程的小組討論貫穿于課程始終，在課程的第一節課，布置了討論題目(表1)，要求萃英班20名學生自行分為四組，每組選擇兩個題目，在期末討論課上進行展示，組與組之間進行質詢討論。小組討論考核按照PPT制作、講授內容、小組協作、互動、講解清晰程度、知識面等多因素綜合評價。小組討論課堂展示超過預期，大部分學生都非常認真地查閱了文獻，精心制作了PPT。PPT制作過程中分工協作、小組內討論、小組間討論、師生互動，還有學生請教了外專業同學、高年級學長和校友。小組組長組織了小組討論，小組成員進行課堂展示；講解完后其他小組進行質詢討論，問題包括對該小組的組織方式、講解是否偏離預設問題、是否有更好的思路、有何啟發感想等展開討論，討論過程氣氛熱烈。其中17名同學的講解都很到位，只有3名同學的講解較差(其一是語言表達能力差，其二是基礎知識不牢，另一個是不夠努力沒有達到考核要求)。被評價較差的其中一位同學主動要求重新制作PPT和講解，另一位同學也主動要求自行尋找題目，重新查閱文獻，希望老師再次進行考核。小組討論結束后，每個小組進行總結反思，總結學習心得。通過小組討論，學生不僅鍛煉了自學、歸納總結能力，還拓展了課程之外的知識內容。如表2所示小組討論所涉及內容，有些內容屬于大三“現代光譜分析”課程的知識；有些屬于生物分析的范疇；在樣品前處理上，學生也選擇使用了課本外的知識點，掌握了無損分析的概念，對樣品前處理的科學性進行了思考；有的同學總結了“無損分析與儀器改造必要性”“實驗室儀器與快檢設備”等觀點。通過小組討論，鍛煉了學生的科學思維，也使學生對家國情懷、責任擔當有了更具體的理解。

表2 討論題目使用知識點總結

4 教學評價

任何教學活動都是以學生的發展和學習效果為中心，以完成教學目標為目的。本課程的最終考核由期中測試、期末測試、小組討論考核、其他組成，如表3所示，其中知識目標由測試考核，能力目標由測試和小組討論考核，德育目標由小組討論考核。小組討論考核按照PPT制作、講授內容、小組協作、互動、講解清晰程度、總結感悟等多因素綜合評價(圖3)。本課程的討論式教學取得良好的教學效果，學生普遍反映通過討論加深了對課程內容的理解，初步建立了分析化學思維，切實感受到化學領域科技工作者的家國情懷、責任擔當。

圖3 討論部分考核指標

表3 課程考核項目組成

5 結語

結合儀器分析課程特點采用討論式教學，以科學思維與核心素養培養為導向預設了討論問題，討論問題覆蓋面廣、難度水平適中，討論活動貫穿于課程始終。通過小組討論，學生不僅培養了自主學習、辯證思維、團隊協作、總結歸納、表達交流等核心素養；同時加強了對學生家國情懷、責任擔當、科學精神的培育；進一步加深了學生對課程知識的掌握，增強了其靈活運用能力，初步建立了分析化學思維。本課程以小組討論式教學模式，在萃英班儀器分析課程教學中取得了良好的教學效果，對于提高教學質量、增強課堂育人功能有一定的借鑒意義。