新工科建設背景下《儀器分析》課程改革研究*

王 蓉，譚文淵，韓建軍，呂永軍，張麗萍

(四川輕化工大學化學工程學院，四川 自貢 643000)

當今世界，隨著社會經(jīng)濟和科學技術的快速發(fā)展，以“互聯(lián)網(wǎng)+”和工業(yè)深度融合為主驅(qū)動力的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正迅猛發(fā)展，給我國的工程科技人才培養(yǎng)帶來了前所未有的機遇與挑戰(zhàn)，迫切需要深化工程教育改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[1-3]。為此，教育部高等教育司正式提出了“新工科”建設，為我國高等教育改革指明了方向。2019年吳巖司長在國際機械工程教育大會上的“勇立潮頭，賦能未來——以新工科建設領跑高等教育變革”報告中，明確了以“新工科建設為指引，推進一流本科課程建設”的高校課程改革發(fā)展戰(zhàn)略[4]。新工科強調(diào)面向未來產(chǎn)業(yè)需求，突破傳統(tǒng)學科間的專業(yè)壁壘，強化多學科交叉融合，培養(yǎng)具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”人才[5]，以應對未來新技術與新產(chǎn)業(yè)的國際競爭與挑戰(zhàn)。

《儀器分析》是應用化學專業(yè)的核心專業(yè)課程，該課程是依據(jù)現(xiàn)代儀器設備實現(xiàn)對未知樣品的定性、定量及結構分析而建立起來的，儀器分析是學生必須掌握的現(xiàn)代測試技術。該課程對培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)新能力和工程實踐能力具有十分重要的作用。然而，隨著現(xiàn)代儀器分析方法的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的《儀器分析》課程教學內(nèi)容、方法和模式，已經(jīng)不能完全滿足培養(yǎng)新工科對儀器分析知識和能力需求，迫切需要突破傳統(tǒng)教學模式，推動課程改革，以適應新工科建設提出的新要求。

本文根據(jù)我校應用化學專業(yè)特點，基于“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的教學理念，結合新工科建設需求，通過分析目前儀器分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、社會需求，結合學校定位和現(xiàn)行《儀器分析》課程教學現(xiàn)狀，確定《儀器分析》課程教學定位和教學目標，優(yōu)化課程教學大綱，深化教學內(nèi)容、教學策略、教學方案、考核評價機制、質(zhì)量持續(xù)改進與保障機制等環(huán)節(jié)的改革與創(chuàng)新，培育優(yōu)質(zhì)課程和教學成果，推動《儀器分析》課程建設，以期全面提升《儀器分析》課程教學質(zhì)量。

1 以新工科建設為指引，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，重構《儀器分析》課程體系

根據(jù)新工科建設和工程教育認證的需求，結合應用化學專業(yè)培養(yǎng)目標，采用逆向設計模式，對十二條畢業(yè)要求進行分解，確定了《儀器分析》課程重點支撐“能理解解決方案的多樣性，并結合文獻信息，從解決復雜工程問題的多種方案中尋求優(yōu)選方案。”和“能夠針對具體問題，選擇與使用恰當?shù)膬x器、軟件和信息資源，對復雜工程問題進行分析、計算、模擬與設計，并能夠分析其局限性。”這兩個畢業(yè)要求指標點。在此基礎上，確定應用化學專業(yè)《儀器分析》課程的教學目標為：使學生掌握儀器分析的基礎知識、基本理論、基本技能，受到一定的科學實驗訓練，具備運用所學知識正確選擇分析方法的能力，以及進行分析方法研發(fā)的能力。

儀器分析課程教學內(nèi)容涉及物理、化學、計算機等多個交叉學科，具有內(nèi)容多，學習難度大的特點。近年來，隨著社會的發(fā)展和科技的進步，儀器分析發(fā)展迅速，儀器更新?lián)Q代和分析新方法、新技術的不斷創(chuàng)新與應用，知識更新很快。原來《儀器分析》課程主要講授紫外可見分光光度法、氣相色譜、液相色譜、電位分析法等內(nèi)容。近年來，隨著產(chǎn)業(yè)技術的發(fā)展，紅外光譜、原子吸收、氣質(zhì)聯(lián)用等儀器逐漸成為常規(guī)檢驗檢測儀器，已經(jīng)被寫入國家標準或行業(yè)標準。另一方面，一些便攜式、傳感檢測技術發(fā)展迅速，如便攜式拉曼檢測、微芯片分析、傳感檢測等也在飛速發(fā)展，并被逐漸應用到各個領域。為了使《儀器分析》課程教學內(nèi)容能與時俱進，緊跟儀器分析領域的發(fā)展，以達成課程培養(yǎng)目標，我們修訂了《儀器分析》教學大綱，優(yōu)化更新了教學內(nèi)容，淘汰一些過時和不常用的知識點及分析方法，結合現(xiàn)行生產(chǎn)實際和相關分析標準，增加了原子吸收、紅外及聯(lián)用儀器等章節(jié)，并對儀器分析發(fā)展趨勢進行了詳細講解，簡要介紹了現(xiàn)在發(fā)展迅速的在線檢測、芯片檢測技術的原理與應用內(nèi)容。

2 構建線上線下混合教學模式

2.1 構建線上教學資源平臺

隨著信息技術的快速發(fā)展，學生獲取課程知識的渠道不再局限于課堂學習，學生可以通過精品課程在線網(wǎng)站、共享的慕課資源等多途徑獲取知識。在此背景下，傳統(tǒng)授課模式已難以滿足學生的學習需求，要保持課堂教學對學生的吸引力，必須進行教學模式改革。“以學生為中心”的工程教育理念，立足課程教學目標，聚焦學生學習效果，逆向設計教學策略與教學方案。根據(jù)儀器分析課程定位和教學目標，結合學生實際情況，對課程PPT進行了修改、增加實驗過程微視頻、儀器操作flash動畫、《儀器分析》慕課視頻、仿真實驗等教學資源，建設《儀器分析》線上教學平臺。將傳統(tǒng)的教學方式與現(xiàn)代化信息技術相結合，線上和線下教學有效銜接，優(yōu)勢互補，改變傳統(tǒng)“教師講，學生聽”傳授式教學模式，構建課堂教學、線上教學與仿真實驗為一體的混合教學模式與方法，建立多元化的教學渠道。

2.2 創(chuàng)新教學模式

《儀器分析》課程涉及的檢測儀器、方法眾多，理論和實踐性強，學習難度較大。我校應用化學專業(yè)《儀器分析》課程的開課學時為32學時，傳統(tǒng)教學模式僅能重點講授五種儀器分析技術，儀器分析發(fā)展前沿和實用便攜式快速檢測技術等內(nèi)容只能簡要介紹，并引導學生自學。為了充分發(fā)揮課堂授課效率，本課程通過多年實踐、逐漸形成了“雨課堂+學習通+虛擬實驗”的混合式教學模式。教學過程中，充分利用線上資源，課前通過學習通給學生下達線上學習任務，預設思考問題，讓學生帶著問題學習線上課程，促使學生自主學習并思考問題。如在講授色譜分析前，先向?qū)W生推送本章的教學視頻及儀器操作視頻，然后讓學生做色譜仿真實驗，使學生對色譜儀器原理及使用有基本了解，并以“蔬菜中有機磷農(nóng)藥檢測”、“廢水中多氯聯(lián)苯檢測”、“室內(nèi)有機物檢測”、“白酒風味物質(zhì)指紋譜圖檢測”、“中藥中黃酮類物質(zhì)檢測”為主題，讓學生通過查閱文獻，完成一篇與主題相關的文獻綜述，使其能了解色譜在實際樣品分析中的應用現(xiàn)狀。

線下課堂教學中，針對理論課程課堂教學枯燥乏味這一問題，我們將案例導引，啟發(fā)式、探究式、討論式教學有機融合，將經(jīng)典的儀器分析案例引入課堂，讓學生以小組為單位對分析案例進行課堂討論，分析其優(yōu)缺點，引導學生思考是否有其他儀器分析方法可以代替現(xiàn)有檢測技術，充分調(diào)動學生學習儀器分析的熱情，培養(yǎng)學生能理解解決方案的多樣性，并結合文獻信息，從解決復雜工程問題的多種方案中尋求最優(yōu)方案的能力。如在紫外可見分光光度法中，讓同學們查閱文獻，歸納總結茶葉中鐵含量檢測方法，并比較各方法的檢測原理、靈敏度、穩(wěn)定性、檢測成本。通過各種儀器方法的比較和歸納，使學生掌握任何分析儀器都由“信號發(fā)生系統(tǒng)—傳感裝置-信號檢測系統(tǒng)-信號處理系統(tǒng)”等部分組成的規(guī)律，并了解了其它儀器原理與分析方法。

針對儀器課程涵蓋知識面廣，儀器結構、原理復雜，抽象難懂，學習難度大的問題，教師在PPT中加入生動有趣的儀器分析flash動畫，讓學生能更直觀認識儀器結構和原理，提高學習效果。另外，在課程教學過程中，教師注重將科研與教學有機結合，將真實分析案例和在線仿真實驗引入教學過程，引導學生從分析方法的基本原理出發(fā)，觀察、分析、綜合、歸納眾多影響因素，思考應用儀器分析解決實際問題的方法和途徑，將知識理解、運用、創(chuàng)新形成有機結合并實現(xiàn)逐步升級，讓學生的學習過程由知識掌握轉化為能力培養(yǎng)，逐步培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和綜合分析解決實際問題的能力，實現(xiàn)新工科背景下創(chuàng)新型應用型人才培養(yǎng)的目標。

3 構建《儀器分析》課程多方位的考核評定體系

針對《儀器分析》課程特點，在OBE理念指導下，根據(jù)課程對畢業(yè)要求指標點的支撐，打破傳統(tǒng)的“一考定成績”的考核方式，設計能考查學生知識、能力和素質(zhì)的綜合評價體系，構建多元化的課程考核方式。以過程評價為核心的考核方式，將《儀器分析》課程考核貫穿于整個教學全過程，降低期末考試成績在總成績中所占比重，增大課堂教學過程評價的比重，改變過去死記硬背拿高分的考核模式，將標準與非標準考核結合、靈活考查與基礎考核相結合，線上與線下考核結合，從多環(huán)節(jié)多維度考察學生，確保課程考核的合理性。

《儀器分析》課程成績由平時考勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)成績、期中測驗和期末考試成績加權確定。我們采用雨課堂授課，在教學過程中，根據(jù)章節(jié)的知識難點和重點，設置適當?shù)碾S堂測試題目，及時評價學生對知識點的掌握情況，督促學生認真聽講。教師根據(jù)同學們的雨課堂答題情況、小組討論情況、回答問題情況，評定學生成績，作為課堂表現(xiàn)成績。根據(jù)“學習通”上視頻學習和章節(jié)作業(yè)完成情況，綜合評價確定學生課后成績。

4 構建教學質(zhì)量持續(xù)改進與保障機制

新工科建設背景下，工程教育需要建立一種貫穿整個課程教學過程的持續(xù)改進機制，持續(xù)改進培養(yǎng)目標、教學活動，以保障其與時俱進，始終支撐教學目標的達成。針對應用化學專業(yè)《儀器分析》課程特點，我們探索構建了適應于“評價-反饋-改進”的教學質(zhì)量持續(xù)改進機制。首先，在《儀器分析》課程教學大綱中明確規(guī)定課程目標、考核方式、考核標準、成績構成，并在第一次上課時給學生講解教學目標與考核形式。在考核前對考核內(nèi)容和方式進行合理性審查，確定考核方式和內(nèi)容能正確評價學生工程能力培養(yǎng)情況。課程考核后，根據(jù)課程大綱要求收集課程的考評數(shù)據(jù)，根據(jù)學生教學過程反饋、學生調(diào)查報告、課程成績達成度評價課程教學質(zhì)量。根據(jù)評價結果，分析教學中存在的問題，從而針對性的提出改進策略與方法，并反饋落實于下一次課程教學中，從而建立一種質(zhì)量持續(xù)改進與保障機制，確保儀器分析教學質(zhì)量穩(wěn)步提升。

5 結 語

綜上所述，在新工科建設背景下，將成果導向(OBE)理念引入《儀器分析》課程建設，改革人才培養(yǎng)模式，重構《儀器分析》課程體系，建設《儀器分析》線上教學平臺，將傳統(tǒng)的教學方式與現(xiàn)代化信息技術相結合，提高學生的學習主動性，促進教學質(zhì)量提升。構建多元化的課程考核方式和教學質(zhì)量持續(xù)改進與保障機制，推動《儀器分析》課程內(nèi)涵發(fā)展，保障課程教學始終支撐畢業(yè)要求的達成，培養(yǎng)適應新工科建設需要的創(chuàng)新型工程科技人才。