“環境儀器分析”創新實驗教學體系研究與實踐＊

周航，李科林，辜嬌峰，李蕓

“環境儀器分析”創新實驗教學體系研究與實踐＊

周航，李科林，辜嬌峰，李蕓

（中南林業科技大學 環境科學與工程學院，湖南 長沙 410004）

“環境儀器分析”是高校環境科學等相關專業基礎課程，其配套實驗課程具有實驗次數多、驗證性實驗多以及側重儀器操作步驟與技能的特點。課程實驗教學環節創新性開展，有利于學生綜合應用能力的提高，從而提高專業人才培養質量。圍繞學生興趣和社會需求創新實驗教學內容，基于“課前預習+研討式課程講解”創新實驗教學方法，多媒體輔助與現場教學相結合優化實驗教學手段，同時完善實驗教學考核體系，可保障課程實驗教學的高質量開展。

環境儀器分析；實驗教學；教學體系；創新與實踐

環境問題是當前全球關注的重大問題之一，國家對環境保護越來越重視，社會對環境監測、管理人才的需求量也逐年增加。環境儀器分析方法是環境分析和監測的重要手段，在國家層面頒布的大氣、水質監測項目的150多種標準方法中，環境儀器分析方法是主要內容[1]。高校在環境科學等相關專業均開設了“環境儀器分析”，并作為專業基礎課，希望通過課程理論知識的學習、實驗操作的訓練，培養符合社會需求、具有創新意識的環境專業人才。然而，基于課程實驗教學的特點及不同院校培養環節的不同，課程實驗教學中還存在一些問題亟待解決。不僅需要改變傳統實驗教學意識和觀念、優化實驗教學內容，還需要加入新的技術手段、教學方法，充分調動師生積極性，培養學生的創新能力、創新意識以及動手能力，構建起適合“環境儀器分析”的創新實驗教學體系。

1 “環境儀器分析”實驗教學的特點與問題

“環境儀器分析”課程實驗是一門實踐性強、實驗操作要求高的課程，具有實驗次數多、驗證性實驗多、實驗環節側重儀器的操作技能等教學特點。在當前實驗教學過程中存在的最突出問題則是配套儀器設備少、學生獨立操作機會少、設計性和創新性實驗少、學生參與度低[2-4]，側重儀器的操作技能、忽視實驗前的樣品預處理[3-5]，學生對大型精密儀器的結構和操作方法的直觀認知少。這些問題的存在直接影響了學生對環境儀器分析技術的直觀印象和學習熱情，降低了實驗教學質量，造成許多學生實際運用能力不強、解決問題能力差、動手能力差[4-5]。

2 “環境儀器分析”實驗教學的實施

針對“環境儀器分析”的實驗教學，許多綜合性大學融合現代實驗教學理念與教學模式開展了一些試探性研究和改革，取得了一定的成效。首先，改變實驗教學附屬于理論教學的觀念，認識到實驗教學質量是人才培養質量的重要組成部分，視實驗教學與理論教學同等重要[6]。其次，重視實驗教學，通過省部共建實驗室等各項措施引進大型儀器設備，為實驗教學提供強有力的物質支持[7]。第三，在實驗課時和內容設計上也有了新的實踐。例如，合理安排學時，加大實驗力度，將實驗設置為一門獨立的課程，并將課時量從16學時增加到32學時[6]。按照“分層次、模塊化”的教學設想，將實驗課程分為基礎儀器分析、現代儀器分析和應用分析檢測三個層次，促成學生既學習了儀器分析課程的專業知識，又提高了社會實踐能力[7]。在實驗教學的過程中采用研討式教學方法，通過提問的誘導，鼓勵學生對知識進行探究和懷疑，充分調動學生的積極性與參與度[8]。計算機輔助教學也應用到教學過程中，建設虛擬實驗室，改革儀器分析實驗，提高儀器分析實驗教學質量[9]。

3 創新實驗教學體系構建與實踐

3.1 豐富“環境儀器分析”創新實驗教學內容

根據院校對基礎專業課程實驗教學環節的要求，結合專業培養方案與目標，提高實驗教學課時量，調整“環境儀器分析”實驗教學內容，減少輔助理論教學的演示性、驗證性、操作性實驗項目，增加能提高學生熱情和激發學生興趣的綜合性、研究性、創新型實驗項目，使學生將“環境儀器分析”基礎理論和基礎知識靈活應用到實驗課程中。在光學分析法的實驗課程中，設計社會熱點問題對應的實驗，如“市售大米中重金屬元素污染狀況調查”“校園水環境重金屬元素含量分析”等綜合性實驗項目，通過檢測分析身邊環境污染和食品安全問題，提高學生參與實驗儀器操作的熱情和興趣。一個綜合性的實驗項目能涵蓋光學分析法中的主要儀器設備，包括電感耦合等離子發射光譜儀（ICP-AES）、石墨爐-原子吸收分光光度計（FAAS）和原子熒光分光光度計（AFS），使學生在使用和操作這些儀器設備過程中掌握操作流程、常規故障排除和維護保養方法，區分不同設備的分析原理和檢測適用范圍。此外，這些綜合性試驗項目能將學生參與實驗的過程往前延伸，使學生能夠從樣品采集、樣品預處理、試劑準備、儀器操作、數據分析到報告撰寫的全過程參與到實驗過程中來，提高學生的實踐操作能力和科研素養。

3.2 構建“環境儀器分析”創新實驗教學方法

大型儀器原理和操作相對復雜，課程的預習工作尤為重要。在傳統的實驗教學中，引入實驗預習制度，教師提出詳細的預習要求，培養學生獨立思考、查閱相關資料的能力。在實驗教學過程中，運用啟發研討式的互動教學方法，積極引導學生，提升學生主體意識，提倡學生在實驗中提出問題、積極思考、獨立解決。如在色譜分析法的實驗教學中，由于液相色譜儀操作流程較為復雜，通過引入實驗預習制度，要求學生了解和掌握梯度淋洗裝置的工作原理、色譜柱的選擇依據與構成、流動相選擇應注意的問題、不同流動相類型分析測定差異等一系列預習要點。在實驗教學過程中依據預習要點，操作和演示不同色譜柱類型、不同流動相類型對分析測試的影響，啟發學生深入思考液相色譜流動相和固定相選擇對樣品分析過程中靈敏度、檢測限、分離度的差異。

3.3 優化“環境儀器分析”創新實驗教學手段

在實驗講授過程中，引入多媒體教學（視頻、模擬軟件等），加強多媒體輔助與現場教學相結合的方式。同時，充分利用廢舊儀器便于拆卸的優勢，同時使用廢舊儀器和教學儀器，將儀器的結構和組成展示給學生，讓學生清楚、直觀地看到儀器各組成部分，了解儀器的原理和結構，最終讓學生懂原理、知結構、會操作。

3.4 完善實驗教學考核體系

教學考核是對學生理論知識與實踐能力的評價。實驗課考核應包括學生的課堂表現、操作考察、綜合性設計實驗考察、實驗報告、實驗總結等多方面的量化打分，綜合計算出每個學生的實驗成績。中南林業科技大學環境科學專業“環境儀器分析”實驗教學考核體系建立了以操作考察、綜合性設計實驗考察為主，以學生的課堂表現、實驗報告為輔的考核體系，這4個考核指標的權重分別為35%、35%、15%和15%。通過完善實驗考核體系，扭轉了學生輕視實驗操作過程、重視提交實驗報告的顛倒式實驗課程學習觀念，提高了學生在實驗教學過程中的主觀能動性，增強了儀器設備操作能力和實踐能力，近3年來，中南林業科技大學環境科學專業“環境儀器分析”實驗教學取得了滿意效果。

［1］錢沙華，韋進寶.環境儀器分析［M］.北京：中國環境科學出版社，2011：5-6.

［2］武俐，邰超.環境工程專業“儀器分析”實驗教學現狀及改革探討［J］.中國電力教育，2012（5）：108-109.

［3］張惠欣，王家喜，周紅勇，等.加強儀器分析實驗教學改革，促進學生綜合素質的培養［J］.化工高等教育，2014，31（5）：61-64.

［4］楊理，閆清華，蘇曉，等.普通高校儀器分析實驗教學改革和實踐探究［J］.廣州化工，2014，42（11）：248-250.

［5］樊玉清，趙越，洪波.基于培養環境類專業學生綜合檢測能力的“儀器分析實驗”課程改革［J］.實驗室科學，2014，17（2）：134-136.

［6］趙艷芳，徐魯斌.農業院校儀器分析實驗教學改革探討［J］.大學化學，2014（1）：37-39.

［7］袁霖，李尊華，袁先友，等.生物工程專業《儀器分析實驗》課程教學改革探索［J］.廣州化工，2013，41（19）：137-138.

［8］馮素玲，陳粵華，李全民.儀器分析實驗的教學改革與探討［J］.教育教學論壇，2014（4）：31-33.

［9］孫建華，劉玉海，徐培蒼.儀器分析實驗教學模式改革初探［J］.江蘇技術師范學院學報，2006，12（6）：90-94.

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.045

2095－6835（2021）01－0120－02

該文系2016年度中南林業科技大學教學改革課題“《環境儀器分析》創新實驗教學體系研究與實踐”（編號：ZNLJG2016-A061）和2018年度中南林業科技大學校級教學團隊科學基金項目“環境科學類學科基礎課群教學團隊專項”（編號：2018 No.7）研究成果

周航（1984—），男，湖南益陽人，博士，中南林業科技大學環境科學與工程學院副教授，研究方向為農田土壤環境污染與修復。

〔編輯：王霞〕