將“課程思政”融入大學儀器分析實驗教學的探索與實踐

簡慧敏，張桂玲,，譚麗菊，包木太,,＊

1中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室，山東 青島 266100

2中國海洋大學化學化工學院，山東 青島 266100

1 引言

2016年12月全國高校思想政治工作會議的召開，推動了“課程思政”建設的發展[1]，2017年2月27日，中共中央、國務院印發的《關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》明確提出，要將思想價值引領貫穿教育教學全過程和各環節。這就要求高校思想政治教育必須優化課程體系設置，突破傳統思政教育時空限制，沖破不同學科課程之間的功能壁壘，創新載體，把握課堂教學主渠道，全方位提升思想政治教育治理實效[2]。“課程思政”是新時代學生培根鑄魂的必然選擇。

儀器分析實驗是基于大型精密分析儀器的一門實踐課程，測定物質化學組成、狀態、結構，與諸多學科交叉浸潤，是高等學校培養化學、化工、制藥、生物、環保、材料等專業人才的重要基礎課之一[3]。該課程涉及豐富的化學知識和思想、化學實驗方法和研究手段，并能提供系統性實驗操作技能培訓[4]，對了解儀器分析發展的新方向及新動向有重要作用。中國海洋大學是一所擁有海洋和水產兩個A+學科的綜合性大學，儀器分析實驗課程從20世紀80年代開始獨立授課，已形成較為完備的實驗講授體系，授課對象為化學(含海洋化學)、化工、材料科學、食品科學與工程、環境科學和藥學大三學生和部分其他專業選修的學生。結合課程特點，依據分析儀器的方法、原理及應用領域進行整體設計，進行課程與思政元素融合的教學探索與有益嘗試。

2 將課程思政融入大學儀器分析實驗教學的著力點

2.1 結合課程特點，找準定位

教育部《關于加強高校本科教學工作提高教學質量的若干意見的通知》中指出，“實踐教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力具有特殊作用”，因而可知，實驗的技能訓練和思政的理論培養并行不悖，都是為了促進大學生綜合素養全面提質增效，進而培養擔當民族復興大任的時代新人[5]。儀器分析實驗依托理論課程，指導學生檢測課外實踐和出海實習的樣品，將建設海洋強國意識與中國特色馬克思主義思想政治教育融入到專業教育中，是教學的有效延伸，可以成為課程思政重要載體和媒介，形成學術思維習慣，激發學生勇于創新、敢于追夢、奮發進取、勇攀科學高峰的使命感和責任感。

2.2 提高教師課程思政的意識

新時代高校進行課程思政建設首先要著力于增強專業課程教師對思政教育的價值認同度，全面提升“資政育人”的意識和素養，使其樹立“專業知識傳授與價值觀引領同等重要”的綜合教育理念，“不能只做傳授書本知識的教書匠，而要成為塑造學生品格、品行、品味的‘大先生’[6]”。要堅持正確政治方向，把理想信念教育貫穿人才培養全過程，引導人才深懷愛黨愛國之心、砥礪報國之志，繼承和發揚老一輩科學家胸懷祖國、服務人民的優秀品質[7]。作為教書育人的主力軍，高校教師要了解、掌握思想政治教育的特征規律和話語，自覺把思政教育貫穿于專業知識教學工作的全過程，用德育點亮學生成長的道路。以本校大學儀器分析實驗教學課程為例，專業教師需要熟悉海洋科學發展歷史和發展規律，善于結合海洋科學的特點，進行合理的課程設計，充分利用學生重視專業課學習且專業課實操性強、師生雙向互動等優勢，將優秀傳統文化和道德規范內化到專業課的設計與實際教學中，因勢利導，在學生的習慣養成、品德形成、精神鍛造等方面給予及時的引導，提高學生對海洋科學和國家“建設海洋強國”戰略的認識。講好海洋故事，弘揚中國精神，構筑全課程育人環境，確保全方位合力[8]。

2.3 開發內蘊課程思政元素

課程思政是課程觀的革新，要以樹人為核心，以立德為根本，在實踐層面上積極探尋知識傳授體系與思想價值引領、學術和學養、學科發展與學生成長等三者間的內在聯系。通過開發各類專業課程中不同學科內蘊的思政教育資源，抓住課堂這個核心主陣地，使高校人才培養實現“本體價值和工具價值”并進、“育人和育才”同頻，形成全域育人的長效機制，回歸育人的初心[9]。以大學儀器分析實驗課程為例，教師可以緊密結合現實生活中的熱點問題開設更多的創新型設計實驗，在教學中講述食品安全檢測、生態環境污染物監測，合理安排實驗項目設計，根據不同實驗的特點，將德育思政元素有機地滲透到不同的實驗項目中(見表1)，有意識地用馬克思主義的立場、觀點和科學思想方法，分析污染形成的前因后果、內在聯系、發展規律。幫助學生認識到儀器分析的現實意義和作用，給學生帶來看問題的新視角，提升課程吸引力，引起學生的共鳴與思考，全面客觀地認識當代中國和外部世界，了解社會，觀察民生，科學分析。分析儀器的發展造就了若干個諾貝爾獎獲得者，英國化學家、物理學家弗朗西斯-威廉-阿斯頓(Francis Wiliam Aston)長期從事同位素和質譜的研究。1919年，他首次制成了聚焦性能較高的質譜儀，并用它對許多元素的同位素及其豐度進行測量，肯定了同位素存在的普遍性，闡明了元素質量的整數法則，開創了質譜學。由此，他被授予1922年的諾貝爾化學獎[10]；1991年諾貝爾化學獎授予瑞士化學家理夏德-恩斯特(Richard R. Ernst)，以表彰他對于高分辨率核磁共振分光法的發展做出的突出貢獻，他發明了傅立葉變換核磁共振分光法和二維核磁共振技術，使核磁共振技術成為化學的基本和必要的工具[11]。實例不勝枚舉，根據具體情況，在講授儀器或理論的進化發展史時，挑選那些畢生追求真理、矢志不渝的代表人物事跡重點講授，激勵學生勇敢走在時代前沿，開拓奮取；在具體理論教學中，把那些學以致用、為國為民的杰出案例呈現給學生，勉勵學生自發地將個人理想融入國家和民族事業的發展中[8]。實驗教學還可從有毒有害試劑的管控及固廢、液廢集中回收的角度增強學生的環保意識和社會責任感。

表1 儀器分析實驗課程與思政融合的實驗項目節選

3 大學儀器分析實驗與課程思政總體設計

3.1 在實驗講解中加入思政元素

在課堂授課過程中，增加課前視頻的內容，生動形象講述儀器的工作原理和構造、實驗設計的思路，在理論講解中巧妙引入思政元素，強化精神孵育。

(1) 諾貝爾獎獲得者的創新精神和人文素養。

教師以實驗的教學目標為指引，講述儀器分析方法原理、儀器構造及儀器發展簡史，令學生知曉與該實驗相關的科學歷史背景知識和科學家的發明發現。做陽極溶出伏安法測定海水中的Pb2+和Cd2+實驗時，可以植入捷克學者J·海洛夫斯基(Heyrovsky)的傳奇故事。1922年，他首次提出極譜分析法，開創了這一電分析化學的分支；第一次世界大戰期間，他在一家軍事醫院服兵役，擔任放射科醫生，利用工作之余堅持研究；1925年，海洛夫斯基與日本學者志方益三研制出第一臺手工操作式的極譜儀，畫出第一張極譜圖；1959年，海洛夫斯基因發明和發展了極譜分析法而獲得諾貝爾化學獎。之所以能夠取得這樣的成就，與他一以貫之的愛觀察、善想象、勤思索、精求證是分不開的，童年時代的海洛夫斯基就具有非凡的想象力，多才多藝、興趣廣泛，愛好音樂，喜歡彈鋼琴，酷愛足球、登山等體育運動。他把畢生貢獻給科學事業，是第一個獲此殊榮的捷克斯洛伐克人，為祖國贏得了巨大的榮譽[12]。理工科學生教育過重地強調專業技術的實用性，忽視人文精神的培養，人文知識相對匱乏。要加強人文素質和情懷教育的力度，提升個人品位和格局，樹立典范，讓科學家勇于創新、克難攻堅、經世致用的精神扎根于學生腦中，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

(2) 海洋人創新拼搏的敬業精神。

講述樣品處理可結合在野外實踐過程中真實的場景。為了探索海洋，科學家需要克服冰情海況復雜、天氣條件惡劣、風浪顛簸等海上惡劣環境深入兩極酷寒或極熱區域開展工作。本校師生多次參與南、北極科學考察、西太平洋綜合調查及馬里亞納海溝綜合試驗航次，1984年趙進平教授等三人首次參與南極大洋調查，截至2022年本校師生已經參與24次南極科考，有著20多年極地科考經驗的矯玉田高工多次擔任南極考察隊大洋隊隊長。科考每次歷時180天左右，需要穿越南緯40°和50°海況惡劣的“魔鬼”西風帶的廣闊水域，浪高風急，西風帶風速有時突然加大到35米/秒以上，浪高達20米；而南極的平均氣溫為-58.4 °C，流冰快、浮冰厚、強紫外線、高原反應、阻礙供給等重重困難并沒有擊退科考人員，夜間出海、低溫手動操作儀器、長時間負重徒步雪地行走，甚至要翻過山坡和懸崖到達海邊的潮間帶采樣……他們憑借“愛國、求實、創新、拼搏”的精神，取得豐碩成果。教師適當引入再現海洋科學家為了我國海洋事業發展勇于劈波斬浪的大無畏精神，從而在青年學生心中播下無私奉獻的種子。

(3) 海洋人求真務實的科學精神。

講授鹽度測定實驗時，可列舉化院老一輩科學家的事跡。20世紀60年代以前，我國一直延用1902年由克紐森(M·knudsen)提出的“海水鹽度定義”和用昂貴的硝酸銀溶液化學滴定測定海水氯度來計算海水鹽度的方法。陳國華教授、吳葆仁教授從反復長時間測定電導池常數隨溫度變化規律入手，探尋雙電導池電導率比值隨溫度變化的規律，從成千上萬數據中發現了變化規律，經過反復的數學推導，終于發現了利用電阻電橋配合雙電導池系統直讀電導鹽度定義中相對電導率的方法原理；并繼續研制電橋信號檢測系統及儀器配件組裝、整機性能檢測調試等，攻克重重難關，發明了我國第一臺實驗室海水電導鹽度計，研制出中國標準海水實用鹽度標準物質。在全國普及推廣新的海水電導鹽度測定方法，替代了過去的化學滴定法，推動了聯合國教科文組織頒布的“1978年實用鹽標”及1980年“海水狀態方程”在我國的實施。1983年HD-2型船用鹽度計，獲國家發明四等獎，1999年研制WDA型相對電導率測定儀獲得教育部科技進步三等獎[13]，為我國海洋科考提供了有力的技術支撐。王慶璋教授1978年克服重重困難研制出AD系列極譜儀，成為當時化工部化學試劑重金屬分析指定儀器，創造產值約1000萬元，為改革開放初期國家化工行業發展做出了貢獻；他潛心研究海水冷卻系統腐蝕與污損綜合治理項目，建立了我國首個實用型“海上采油平臺腐蝕與保護在線監測系統”，當時全國50%海上采油平臺采用該技術。注重從身邊人和身邊事入手，在課堂上教師通過這些優秀案例來傳遞核心價值觀，這都是思政理論教育很好的案例和延伸，有利于培養學生甘于奉獻、求真務實的思想品質，提升學生的使命感，激勵他們勇于擔當的精神。

3.2 在實驗操作中加入思政元素

實際操作核心環節，教師傳授理論知識及操作方法后交由學生自己動手使用分析儀器以獲取精密實驗數據，再由結果反向分析驗證已知理論。在循序漸進的操作中，枯燥的化學理論變得生動立體，學生在實踐中加大接受知識的信息量，獲得正確認知，促使學生知其事、究其道、用其法。不僅切身領會實驗操作的細節，更不斷深化對“實踐出真知”“實踐是檢驗真理的唯一標準”的馬克思主義認識論基本原理的認識[5]；當實驗結果與已知理論相矛盾時，鼓勵他們大膽質疑、認真求證。通過反復實驗，找到矛盾原因或是界定理論的適用范圍[5]，用動態和發展的眼光看待問題。讓學生認識到任何一個數據都要經過實驗產生，任何一個結果都要通過分析取得，科研要經歷無數次實驗-理論-再實驗的檢驗。

許多實驗需要小組成員團結協作、有序完成。目標一致的團隊協作精神不僅能幫助學生更高效地完成實驗任務，而且能交流互通碰撞出新的觀點，博采眾長，取長補短，營造比學趕超、敏而好學、齊頭并進的濃郁學習氛圍[14]。學生在實驗過程中體會團隊協作產生的強大合力，學習他人思考處事的方法，培養其大局意識，協同創新。

3.3 在實驗總結中加入思政元素

每次實驗結束后，教師會要求學生及時總結。這也是思政教育的關鍵節點。首先，讓學生意識到歸納、提煉、總結的重要性，深入思考，剖析問題，不光是要歸納當前實驗正確的操作方法，在成功中總結經驗，還要從錯誤中汲取智慧，降低失誤率。例如重金屬Pb和Cd的測定，可以用陽極溶出伏安法、火焰/石墨爐原子吸收法、電感耦合等離子體發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法，儀器種類多，實驗項目可以關聯類比，對儀器構成及原理、數據處理、適用范圍等綜合比較，解析不同儀器方法的精密度、靈敏度、檢出限等差異，提升對知識點的歸納總結應用能力，運用發散思維學會多種儀器方法融會貫通，同類型儀器操作能觸類旁通。其次，實驗數據處理是對實驗測試獲得的原始數據進行觀察、比較、整理，深入分析，有機統籌，綜合運用化學和數學知識計算得出實驗結果的過程。記錄應當及時、準確、詳細、真實、客觀、理性，摒棄主觀因素，不得篡改偽造數據，維護學術道德，規范學術行為。整個過程要求學生實事求是，誠實守信。

3.4 在實驗考核體系中加入思政元素

考核是提高教學質量的有力舉措。科學合理的評價方式對于全面校驗學生的學習效果具有積極的引導作用。如何消除高分低能現象一直是教育工作者不懈努力的方向。針對儀器分析步驟復雜、原理抽象、難以掌握的特點，應該以能力培養為主線，不僅僅注重實驗結果，更要放眼于整個實驗過程的探索和收獲[15]。著力激發學生的主動意識，增進師生交流互動反推教學，建立起多層次、主體多元、形式多樣的過程化考核體系，綜合考量考勤、實驗預習、課堂表現、數據處理、實驗報告質量等方面，形成公正客觀正向的評價，注重實驗內容和操作細節，培養學生腳踏實地的嚴謹學風、格物致知的科學精神和潛心鉆研的學術能力。

4 教學實施

下面以“石墨爐原子吸收光譜法測定廢水中的Pb和Cd元素”儀器分析實驗為例來討論如何進行課程思政的教學設計。

4.1 教學目標分析

(1) 掌握石墨爐原子吸收光譜儀的基本構造及原理。

(2) 掌握石墨爐原子吸收光譜儀(Thermo M6)的操作使用技術。

(3) 了解石墨爐原子吸收光譜法的應用領域。

錨定實驗教學目標，在教學全過程各環節融入思政德育元素，發揮課程日常育人功能，使學生掌握所用儀器的結構特點和基本功能、實用技術，培養學生獨立操作該類儀器進行科學研究的能力和科學探究精神。同時自覺培塑社會主義核心價值觀，引導學生明大德、守正道，夯實思想政治教育基礎。

4.2 課程思政設計

4.2.1 實驗講解階段

(1) 從樣品測試的實際要求出發，采用PPT動畫示意圖配合關鍵配件拆分組裝，充分利用拆換的老舊配件、空心陰極燈、石墨管，輔以GFTV可視系統直觀地展示實時進樣過程，讓學生深入了解儀器的基本原理和構造；并與電感耦合等離子體發射光譜儀和火焰原子吸收光譜儀相比較，剖析儀器的優缺點，歸納實驗方法的異同點，教學生如何正確選擇儀器。讓學生認識到任何事物都有多面性、多樣性，承載著多種角度，需要全方位多種維度處理問題，做人做事都需要辯證思維，滲透科學方法論。

(2) 通過介紹塞曼效應，石墨爐原子吸收利用塞曼效應扣除背景的功能，講述荷蘭物理學家皮特爾·塞曼(Pieter·Zeeman)發現塞曼效應并獲得諾貝爾物理學獎的事跡[16]，讓學生了解石墨爐原子吸收光譜儀發展史，并認識到在儀器發展進程中，正是千千萬萬個追求卓越又充滿濟世情懷的科學家們，以他們的敬業執著和無私奉獻，造就了當今科技的蓬勃發展，任何一個發明創造都離不開精益求精的工匠精神。要學習科學家馳而不息、久久為功、堅毅執著的科研精神。

(3) 介紹分析儀器的品牌和使用現狀，讓學生了解我國的海洋分析和監測儀器大部分依靠進口，在一定程度上緩解了我國觀測設備方面短缺的情況，也從技術上提供了參考和借鑒，但是存在價格昂貴、運輸不便、維護費用高和維修時間長等現實問題。而且，高新關鍵技術仍面臨“卡脖子”瓶頸，將嚴重制約我國科技進一步發展提高，以后這種現象仍會在國際競爭中長期存在。國產分析設備研發日益精進，成本低廉、生產周期短、性價比高，但在穩定性、準確性和精密度等方面有待提高，芯片、高端半導體等關鍵高精尖零部件尚依賴進口。本校海洋遙感教育部重點實驗室劉智深教授帶領的激光遙感科研團隊突破國外技術限制，采用國產多普勒激光雷達掃描鏡，創新性地采用具有自主知識產權的碘分子吸收器作為鑒頻器件測量由風速引起的多普勒頻移，研制出我國首臺業務化可移式(車載)多普勒激光雷達。這是世界上首次采用高重復頻率脈沖激光測量風速風向三維立體分布的多普勒激光雷達。它能夠用于大氣邊界層和對流層大氣風場、湍流及氣溶膠的監測與預報研究，滿足了氣象業務化應用的要求[13]。多普勒測風激光雷達實時探測三維風場，在海面水平風場高精度實時測量具有獨特優勢，于2008年奧運會和殘奧會帆船賽大展風采，并為“神州七號”載人航天飛船返回段預報主著陸場的風場及著陸點的參考位置，計算出返回艙下落軌跡，縮小搜救范圍縮短搜救時間，圓滿完成草原風場測量任務。多普勒激光雷達出色完成2010年廣州亞運會帆船賽氣象保障服務，并于2022年保障了北京第二十四屆冬季奧林匹克運動會開幕式的順利舉行，在整個冬奧會舉辦期間發揮科技助力作用[13]。讓學生明白，在當今全球發展大趨勢下，機遇與挑戰并存，百舸爭流，奮楫者先，激發學生的內生動力和愛國熱情，將所學付諸所用。

4.2.2 實驗操作階段

學生分組分工協作進行樣品前處理，了解需要使用的儀器及試劑、注意事項，要有安全意識，知曉干法灰化、濕法消化和微波消解法的知識，并選擇適當方法處理樣品。教師可講述長江口及鄰近海域海洋科學野外綜合實踐教育的相關背景知識，讓學生體會科研工作者百折不撓的精神和直面困難的勇氣。帶出青島傳統支柱產業濱海旅游和海洋漁業都直面環境污染問題，潛移默化地根植環保意識，提升守護綠色家園的社會責任感。在實驗過程中，培養學生團隊協作的精神，相互溝通、解決問題、自主學習。實驗過程環環相扣，從處理樣品到配制標準曲線，樣品測試都需要有一個認真嚴謹的工作態度，盡管分析儀器自動化程度越來越高，還應重視化學分析基本功規范實驗操作，從而減小失誤精準定量；進樣期間，要隨時關注工作氣體的壓力以免儀器因氣體供應不足而關機，及時更換氣瓶。從小處著手培養學生的大局意識、協作精神。

4.2.3 實驗總結階段

除了要求學生及時完成實驗數據處理，本課程要求學生反思總結，通過比較視野，增強學生辨析能力，培養探究與創新精神。留下幾個課后思考題為：

1) 石墨爐原子吸收法與火焰原子吸收法、電感耦合等離子體發射光譜法有何異同點？

2) 實驗流程、儀器構造可以做哪些改進？請提出自己的見解。

3) 經濟高速發展背景下公眾面對的環境風險日益增加，當前面臨的環境問題有哪些？應該如何應對？

實驗結束后，每個學生完成一份實驗報告，在實驗教學過程中，實現學生全程參與，以學生為本，鼓勵學生獨立思考、堅持理性主導，切實發揮課程的最大功效，樹立嚴謹治學的求實精神，成就學生的格局和品質。

5 結語

德國哲學家雅斯貝爾斯曾吐露珠璣：“教育的本質意味著，一棵樹搖動另一棵樹，一朵云推動另一朵云，一個靈魂喚醒另一個靈魂。”新時代背景下，賦予知識體系教育與思政互融更深遠的意義。“課程思政”改革強調在教育教學全過程將知識傳授和價值引領有機結合、以價值引領為抓手，充分發揮學校教育德育“大熔爐”的教育合力作用，確保“立德樹人”全方位有序高效推進[17]。

以此為契機，緊緊圍繞高校思政工作“立德樹人”總目標，整合教師資源，培養和提升教師育德能力，將思想政治教育融入到大學儀器分析實驗教學各環節，挖掘大學儀器分析實驗課程的價值意蘊，以人為本，拓寬學生的視野，強化學生的主權意識，激發愛國熱情；在實踐中滲透科學方法論，培養較強的工作能力；培養學生的探究性學習思維，不斷攀登科學高峰。真正把教書育人落到實處，重塑課程新體系，構建育人新格局，為培養高水平海洋人才，建設海洋強國做出貢獻。