儀器分析實驗教學的改革研討論文
儀器分析實驗教學的改革研討論文
摘要：儀器分析課程內容豐富，資訊量大，涉及多種大型儀器的結構和應用技術等，傳統的實驗教學模式已很難適應學生的實際需要。本文結合儀器分析課程的強實踐性特點，根據其實驗教學中的一些問題，探索以學生為中心，以教學效果為導向，從教學內容、教學模式及調動學生積極性等方面進行改革，以期透過培養學生的動手能力和創新意識，培養出符合社會要求的新型工科人才。
關鍵詞：新工科；儀器分析實驗；教學改革
1引言
目前，世界範圍內新一輪科技革命和產業變革加速進行，新經濟發展迫切需要新型工科人才支撐，要求培養具有創新創業與跨界整合能力的工程科技人才，相應的高等工程教育改革受到前所未有的重視與普遍關注[1-2]。2016年，“新工科”概念的提出為工程教育理論與實踐探索提供了新視角，即將國際工程教育改革進行中國本土化[3]。工程教育要求加速工科專業的改造升級；探索建立工科發展新正規化；緊跟技術發展，及時更新工程人才知識體系；以學生為中心，進行教學設計，培養引領未來技術和產業發展的新型人才。儀器分析是利用特殊的儀器裝置獲取物質的組分、含量及化學結構等資訊的一類方法。該方法實踐性強、廣泛應用於化工、醫藥、環保、生物、食品等領域[4]。隨著科技發展，現代儀器分析的方法和技術不斷創新，目前主要趨向提高儀器的靈敏度、準確度、工作效率及對特殊物質或樣品的分析適應能力等方面發展。近年來，儀器分析課程在高校化學相關課程中的地位日趨重要。實驗課程是儀器分析課程教學的重要組成部分，其實踐性很強，許多高校為提升自己培養的人才在新世紀科學技術中的競爭力，已將儀器分析課程列為化學相關專業如應用化學、環境工程、環境監測等專業學生必修的課程[5-6]。因此，在新工科的大背景下，儀器分析實驗課的教學勢必要做出相應的改變和更新，以適應工程教育的新要求，提高新型工科人才培養質量。
2儀器分析實驗教學中的普遍問題
目前，我國高校儀器分析實驗課程大多以演示實驗（教師演示，學生觀摩）形式教學，學生不能直接接觸儀器裝置，導致上課效果差。而且，隨著儀器分析裝置不斷升級與更新，儀器操作規程越來越簡單，自動化程度越來越高，學生實驗時很難真正掌握儀器各模組的結構和原理[7]。筆者作為儀器分析實驗教師，發現實驗教學過程的很多問題限制了教學質量的提升，如實驗教學方法不合理，不同專業的學生所學並無差異；授課學時少，計劃內容多，學生學習效果差；儀器裝置得不到合理充分利用（有的儀器不夠用，有的卻閒置不用）等。在新工科背景下，應用新型人才將成為高校人才培養的核心。環境專業儀器分析實驗的教學內容離不開相關企業或事業單位分析檢驗崗位的實際需要。因此，在實驗教學過程中，我們對原有的教學方法進行了反思和改革，以學生為中心、以教學效果為導向，透過增加學生的自主動手能力和創新意識，培養符合社會要求的新型工科人才。
3儀器分析實驗教學改革與探索
3.1以學生為中心調整教學內容
儀器分析課程內容豐富，涉及學科領域繁多，可應用於分析物質的化學成分和組分含量，也可應用於物質的瞬時追蹤、環境線上監測、工藝過程控制等方面。不同的企業所需人員的專業技能要求不同，同樣，不同專業學習的儀器分析也應該是具備專業特色[8]。在儀器分析實驗教學過程中，我們根據學生專業的不同，選擇其專業需要接觸到的儀器裝置進行授課，儘量滿足不同專業領域的學生在儀器分析方面的知識需求。如，根據給排水工程與科學專業《水分析化學》課程實驗需求，該專業學生的儀器分析部分實驗教學以水質分析儀、離子色譜儀、氣相色譜質譜聯用儀、原子熒光光度計、原子吸收分光光度計等儀器為主；針對環境工程專業的學生，分析儀器主要用於環境汙染檢測和控制分析方面，故而以環境汙染分析常用的TOC分析儀、氣相分子吸收光譜儀、氣相色譜質譜聯用儀、液相色譜儀、三維熒光光度計等為主進行實驗教學。對於大部分學生來說，儀器分析只是一種獲取所需資訊的分析手段，並不一定會從事相關工作，但該課程實驗技術性很強，學生沒有經過嚴格的實驗訓練，不可能有效地利用它來獲得資訊。然而，傳統的教學中大多並不重視實驗，學生在缺乏動手能力，學習效果差。此外，大學實驗室裡儀器裝置種類繁多，許多學生饒有興趣，樣樣都想學，但要在有限的課堂時間裡掌握所有儀器裝置的使用技能，是幾乎不可能做到的。因此，在課程安排上，我們採用理論結合實踐的辦法，有所選擇、有所側重地調整實驗教學內容，根據儀器學習的難易程度調整上課順序和時長，讓學生集中精力，重點學習掌握“一定”的技能。
3.2以分析儀器為中心構建知識體系
儀器分析實驗課程實踐性非常強，所涉及知識點多而散，系統的知識體系有利於提高教學質量[9]。在實驗教學中，我們以儀器的基本原理、特點、應用範圍等內容為主線構建了分析儀器相關知識體系。讓學生系統的學習各種儀器的分析方法基本原理，瞭解各種儀器的基本結構、特點，學會各種儀器的操作和應用方法。透過儀器分析原理的講授，引入儀器主要部件的'學習；然後利用主要部件“拆分”儀器，讓學生了解儀器內部結構；接著連線各部件“組裝”儀器，使學生更深刻的理解儀器工作原理及流程；再根據流程使學生學習儀器的具體應用；最後歸納總結不同儀器的共性（共同部件或結構或分析原理）與個性（特殊功能、獨特設計或改進之處）特點，並適當利用現實生活中於儀器分析密切相關的應用例項，讓學生把學到的理論知識應用到生活，從而與課堂教學所學的理論知識相得益彰。
3.3以教學效果為導向改革教學模式
儀器分析實驗教學的目的是讓學生從對儀器基本知識的瞭解-認識-理解，進入實際操作階段。但是大型儀器的講解本就比較抽象枯燥，理解難度較大，很多學生完全是被動式的學習，學習興趣並不高，加之很多老師在上課時擔心學生對儀器操作不當而帶來損失或增加工作量，不讓學生動手，而靠單一的演示實驗進行教學，使學生無法對課程加深印象，更不能使學生在實驗完成後有多少收穫，致使學生對課程缺少熱情，甚至出現厭學情緒。濃厚的學習興趣可提高學生的積極性。在實驗教學過程中，我們常常採用與生活相貼切的儀器應用事例增加學生的學習興趣，並根據實驗學時不多的情況，利用翻轉課堂，提前將構建的儀器知識體系作為輔助教材分享給學生，讓學生在進入實驗室之前對需要學習的儀器基本情況進行自主學習。由於實驗場地有限，為給學生提供跟多的動手機會，一般安排4-5人一組同時學習，在練習過程中，要求所有同學練習到能夠獨立完成操作方為合格，然後在此基礎上自主設計實驗，完成一組樣品分析。這樣提升學生積極性的同時，有效避免了多人實驗中，有學生只看不動手，實驗資料應付了事的情況，使學生完成相關操作後能夠融會貫通，活學活用。良好的維護和保養是儀器正常執行和降低損耗的保障。為使儀器分析實驗課程在今後的教學和科研中體現其使用價值，我們在實驗教學中將儀器裝置的維護與保養工作作為授課重要內容之一，讓學生學習儀器維護保養的知識，培養良好的儀器使用習慣，增加其解決問題的能力。
3.4科研實踐促進教學
新工科背景下的新型人才應是具有較強動手能力和自主創新意的應用型人才。為更好的調動學生的學習積極性，提升教學質量，我們積極開展儀器相關的科學研究，並將自己的科研成果適時融入到實驗教學實踐中。同時，我們還透過指導學生參加培育計劃或是直接讓學生參加老師的科研實踐等形式，讓學生參加科研專案，利用分析儀器從事科學研究工作，從而增強學生學習和從事科研工作的信心。
4結束語
本文透過對儀器分析實驗教學過程中遇到的問題的改革和探索，極大地提高了學生的學習興趣和積極性，使大多數學生由被動式學習轉變為主動式學習，獲得了較好的教學效果。新型工科應用人才應是綜合能力較強的人才，也是能夠順應時代潮流的人才，只有在教學過程中不斷創新，探索更好教學模式，不斷改善教學質量，才能培養出符合社會實際需要的新人才。
參考文獻：
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