“儀器分析”實驗教學(xué)體系的創(chuàng)新研究與實踐

秦玉華，林薇薇，秦玉春

（海南熱帶海洋學(xué)院，海南三亞 572022）

0 引言

隨著高等教育的發(fā)展，如何提升大學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，尤其是大學(xué)生綜合能力培養(yǎng)成為現(xiàn)階段我國高等院校廣泛關(guān)注的理論與現(xiàn)實問題。結(jié)合學(xué)校食品科學(xué)與工程專業(yè)“儀器分析”實驗教學(xué)，提出了重在培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新意識及實踐能力的“儀器分析”實驗教學(xué)創(chuàng)新實踐體系，對提升大學(xué)生綜合能力具有積極作用。目前，我國高等教育已經(jīng)進(jìn)入大眾化發(fā)展階段[1]，高素質(zhì)、應(yīng)用型及創(chuàng)新型人才需求劇增。早在2014 年，教育部就明確提出地方本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展勢在必行。

“儀器分析”是以測量物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法。自20 世紀(jì)30年代產(chǎn)生以來，不斷豐富的分析化學(xué)的內(nèi)涵使儀器分析方法發(fā)生了一系列根本性的變化，正在向快速、準(zhǔn)確、靈敏及適應(yīng)特殊分析的方向迅速發(fā)展。現(xiàn)代儀器分析應(yīng)用現(xiàn)代分析化學(xué)的各項新理論、新方法、新技術(shù)，把光譜學(xué)、量子學(xué)、微積分、模糊數(shù)學(xué)、傅里葉變換、電化學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、激光、計算機(jī)技術(shù)等成功地運用到現(xiàn)代分析儀器上。課程匯集了化學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)學(xué)、仿生學(xué)和電子技術(shù)等多學(xué)科的最新理論及研究成果，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、邏輯推理及綜合應(yīng)用能力[2-4]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科之間相互交叉、滲透和各種新技術(shù)的引入，使得現(xiàn)代分析儀器的更新?lián)Q代層出不窮，新方法、新技術(shù)不斷創(chuàng)新與應(yīng)用。為適應(yīng)科學(xué)發(fā)展需要，儀器分析正朝著方法創(chuàng)新、分析儀器智能化、新型動態(tài)分析檢測和非破壞性檢測、多種方法的聯(lián)合使用、擴(kuò)展時空多維信息等方面發(fā)展。因此，“儀器分析”在高等院校分析化學(xué)課程中所處的地位日趨重要。為適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的要求，構(gòu)建科學(xué)的“儀器分析”實驗教學(xué)體系，改革實驗教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)教學(xué)手段現(xiàn)代化勢在必行。

1 深化教學(xué)管理體制改革實行實驗教學(xué)中心負(fù)責(zé)制

目前，學(xué)校有食品科學(xué)與工程、環(huán)境工程、應(yīng)用化學(xué)等若干專業(yè)開設(shè)“儀器分析”課程，為充分利用現(xiàn)有資源，最大程度提高大型儀器實驗教學(xué)利用率，學(xué)校建立了實驗管理中心，以資源共享和開放為教學(xué)理念，實行大型分析儀器專人負(fù)責(zé)制，新模式下的“儀器分析”實驗教學(xué)體系，為學(xué)校實行開放式實驗室打下了堅實基礎(chǔ)。

1.1 轉(zhuǎn)變觀念，強(qiáng)化實踐與創(chuàng)新

在強(qiáng)化實踐、注重創(chuàng)新的人才培養(yǎng)理念指導(dǎo)下，實驗教學(xué)中心堅持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力為目標(biāo)，堅持知識傳授和能力培養(yǎng)并重的原則。中心對本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃和畢業(yè)論文全面開放，構(gòu)建了“實驗教學(xué)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃+畢業(yè)論文”的多層次訓(xùn)練體系，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。此外，安排部分學(xué)生參與教師科研工作，開展早期科研訓(xùn)練，著重培養(yǎng)實踐型和創(chuàng)新型人才。

1.2 儀器分析實驗教學(xué)改革措施

針對目前學(xué)生動手能力及實踐能力較弱的現(xiàn)象，“儀器分析”實驗教學(xué)大膽改革，在確保學(xué)生掌握“儀器分析”基本理論和實驗技能基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生開拓創(chuàng)新，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。具體措施包括：

（1） 教師梯隊建設(shè)。目前，儀器分析教學(xué)團(tuán)隊共5 人，其中教授2 人，副教授2 人，講師1 人，具有博士學(xué)位4 人，組成結(jié)構(gòu)合理的老、中、青相結(jié)合的教師梯隊，團(tuán)隊以中青年教師為主體，具有豐富的教學(xué)及科研工作經(jīng)驗，勇于創(chuàng)新、充滿活力。

（2） 注重將教師研究工作的最新進(jìn)展與教學(xué)結(jié)合，以科研帶動教學(xué)水平的提高，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識。教師在傳授學(xué)生傳統(tǒng)知識的同時，更注重學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，開創(chuàng)創(chuàng)新教育體系，更新教學(xué)內(nèi)容，既保證常規(guī)實驗技術(shù)的普及訓(xùn)練，又不斷引入各領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法，實現(xiàn)基本技能訓(xùn)練與創(chuàng)新能力培養(yǎng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，為學(xué)生后續(xù)實驗課程學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文的開展奠定基礎(chǔ)。

（3） 中心堅持以提高學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和科研實踐能力為目標(biāo)，堅持教學(xué)與科研相結(jié)合，兼顧科研和社會服務(wù)，所有教學(xué)設(shè)施實行專管共用、資源共享的原則。同時，中心制定了大型分析儀器專人負(fù)責(zé)制度、實驗指導(dǎo)教師守則、安全管理辦法、實驗室管理責(zé)任制等規(guī)章制度。每個實驗室及每臺儀器都設(shè)有使用人員登記本，為開放管理的安全運行提供了保證。中心開放機(jī)制的運行，激發(fā)了學(xué)生參與實踐活動的熱情，為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力及創(chuàng)新能力提供了平臺。

2 深化教學(xué)體制改革加強(qiáng)教學(xué)環(huán)境的現(xiàn)代化建設(shè)

當(dāng)代信息技術(shù)正以驚人的速度改變著人們的學(xué)習(xí)與工作方式，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)也為高等教育創(chuàng)造了一個全新的教育時空，呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、國際化的特點。這對高校課程與教學(xué)既是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，又是發(fā)展的重大機(jī)遇。隨著教學(xué)改革的深入和多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，為教學(xué)環(huán)境及條件改善提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.1 模擬仿真軟件設(shè)計應(yīng)用

多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)就是使用現(xiàn)代化教育媒體直觀形象地表達(dá)教學(xué)主題的動態(tài)過程，這不僅可以把教師從板書中解放出來，而且一些枯燥、復(fù)雜和抽象的教學(xué)內(nèi)容，如色譜分離過程、分子振動類型等內(nèi)容以圖、文、聲并茂、形象生動的方式通過動態(tài)演示，更方便學(xué)生理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。“儀器分析”教學(xué)在充分利用現(xiàn)有仿真軟件資源基礎(chǔ)上還組織學(xué)生利用大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目平臺及畢業(yè)論文實踐環(huán)節(jié)，自行研制開發(fā)虛擬儀器仿真軟件，申請到海南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目一項，完成了基于LabVIEW 的紫外可見光譜模擬仿真軟件設(shè)計、紅外光譜模擬仿真軟件設(shè)計、氣相色譜模擬仿真軟件設(shè)計、原子吸收光譜分析模擬仿真軟件設(shè)計[5]、儀器分析實驗微課設(shè)計與制作[6]等工作，不僅鍛煉了學(xué)生的動手能力和理論聯(lián)系實際能力，逐促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)培養(yǎng)。仿真模擬系統(tǒng)運用到儀器分析實驗教學(xué)，使學(xué)生在任何時間僅利用計算機(jī)就能對所做實驗進(jìn)行預(yù)習(xí)和演練，解決了因?qū)嶒炘O(shè)備不足，學(xué)生人數(shù)過多導(dǎo)致實驗效果不佳的問題。同時，利用儀器分析仿真軟件開展實驗教學(xué)，克服了學(xué)生在大型分析儀器實驗中只能觀看、無法親自動手操作的缺點，加深了學(xué)生對實驗的認(rèn)知程度。利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)教學(xué)手段的現(xiàn)代化，為傳統(tǒng)實驗教學(xué)提供了新的教學(xué)模式。此外，仿真儀器開發(fā)成本低、開放性、可重復(fù)使用，集成多種儀器，且使用簡便。對于促進(jìn)實驗和實踐教學(xué)有著重要意義。改善了設(shè)備不足帶來的實驗教學(xué)及各領(lǐng)域科研實驗中不完善等問題，有利于提高學(xué)生的理論基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)積極性。

2.2 網(wǎng)上教學(xué)資源應(yīng)用

充分利用網(wǎng)上共享的教育資源，如MOOC 上由名校、名師提供的各類精品課，可以給學(xué)習(xí)者和用戶創(chuàng)造更多享受最好課程的機(jī)會[7]。特別是自疫情以來逐步開放的優(yōu)秀的教學(xué)資源，為學(xué)習(xí)者提供了豐富的視頻影像資料。高校MOOC 的教學(xué)資源包括基礎(chǔ)性教學(xué)資源和擴(kuò)展性教學(xué)資源兩類。基礎(chǔ)性教學(xué)資源指內(nèi)容完整的教學(xué)視頻，類型豐富的學(xué)習(xí)文檔及制作精美的多媒體課件。擴(kuò)展性教學(xué)資源則包括單元測驗、平時作業(yè)和終期考試，為學(xué)習(xí)者提供的預(yù)設(shè)討論主題和由學(xué)習(xí)者自主發(fā)起的討論主題等。總之，高校MOOC 為學(xué)習(xí)者提供的系統(tǒng)全面的教學(xué)資源，涵蓋了整個教學(xué)過程、全部教學(xué)環(huán)節(jié)、所有教學(xué)內(nèi)容和各個教學(xué)維度，為學(xué)習(xí)者順利完成課程學(xué)習(xí)奠定了堅實的教學(xué)資源支持服務(wù)基礎(chǔ)。但是，單一MOOC 學(xué)習(xí)比較枯燥，并且沒有約束力，如何根據(jù)自身特點和課程實際，采用與課堂教學(xué)相結(jié)合的講授方式授課，取他人之長，補(bǔ)己之短，成為后疫情時代教學(xué)改革的又一個值得深入思考的問題。傳統(tǒng)教學(xué)過于枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)習(xí)效率低，MOOC 上不同學(xué)校、不同教師講課風(fēng)格不同，知識切入點不同，精選其中優(yōu)秀章節(jié)，給學(xué)生耳目一新的感覺，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。例如，通過讓學(xué)生觀看“儀器分析”雙語教學(xué)課程，收集中英文專業(yè)對照詞匯。華東師范大學(xué)的“儀器分析”實驗課程包括紫外可見吸收光譜實驗、紅外吸收光譜實驗、原子吸收光譜實驗及氣相色譜實驗等，系統(tǒng)介紹了實驗原理、儀器結(jié)構(gòu)及實驗操作步驟，對于實驗教學(xué)具有極大的指導(dǎo)作用。教學(xué)實踐證明，儀器分析結(jié)合MOOC 上適合自己的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源進(jìn)行實驗教學(xué)，提高了工作效率，收到了較好的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

“儀器分析”實驗教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新實踐能力為主要目標(biāo)，大膽嘗試，銳意創(chuàng)新，教學(xué)與科研，理論與實踐緊密結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生分析問題和解決問題能力。