基于工程化教育理念的仪器分析实验教学改革

徐华杰+刘昭第+盛良全+黄德乾+张宏+宋崇富+刘杰+王彩华

（阜阳师范学院 化学与材料工程学院，安徽 阜阳 236037）

随着国家经济、新兴产业、行业的快速发展，对高层次人才的需求剧增。高校作为高层次人才培养的摇篮，是培养创新意识与能力的研究型人才和工程实践能力的工程型人才的主力军。新时代下，高校教育教学工作面临着更高的挑战，不仅培养的学生具备扎实的理论基础、熟练的操作技能，而且，要更加注重对学生的创新能力和工程实践能力的培养[1-2]。因此，为了适应科学技术的迅速发展、社会的不断进步及国际竞争日益激烈的新形势，高等教育的改革，必须树立“工程化”教育观，“工程化”教育不仅要向学生传授先进的科技知识，更应该在知识传授过程中渗透工程技术的内容，使之体会和掌握工程设计、工程实践的一般规律和基本分析方法，着眼工程技术和生产发展的实际出发，倡导“工程化”教育、强化实践性教学环节、以建立学生工程意识及工程能力的训练作为思想核心。

仪器分析化学实验是借助先进的仪器设备对物质的组成、结构等理化性质进行分析测试的实验学科，在环境、化工、纺织、食品、药学、医学检验等领域具有广泛的应用[3-6]。通过本门实验课程的学习，使学生掌握所用仪器的结构及各主要部件的基本功能，理解和掌握相关仪器的实验技术、方法，增强学生独立操作该类仪器进行科学研究的能力，培养学生借助分析仪器正确获取精密实验数据，进而对实验数据进行科学处理分析得出有价值信息的能力，在获取实验数据的过程中也培养了良好的科学作风和独立从事科学实践的能力，是学生走向社会独立进行科学实践的预演[7，8]。

新建工科专业要从高等教育大众化及地方社会经济发展的现状出发，提出大力培养各行业所需要的工程应用型人才的办学定位，着力强化实践教学环节、以更大的气力推进师资队伍建设、不断推进“工程化”教育教学研究与改革、完善教学质量监控与评价体系，使之适应应用型人才的培养目标。因此在工程化教育背景下，仪器分析实验课程也应进行相应的教学体系改革。本文结合多年的实验实践教学经验和体会，探索在仪器分析实验教学中，如何快速建立“工程化”教育教学模式，以供探讨。

一、仪器分析实验“工程化”教学基本思路的转变

明确学校办学思路和指导思想，树立“工程化”教育理念，准确理解工程教育的内涵，把握工程思想与工程能力的主要内涵。同时加强工程化导向的转变，导向的转变需要对仪器分析实验课程进行准确的功能定位，由重理论轻实践，向加强实验实践教学导向，由重视体系完整的学科导向，向重视各行业实际需求的专业导向转变。同样对仪器分析实验课程的评价标准和考核标准，由重视考试成绩的应试导向，向重视仪器分析测试实际应用能力导向转变。

从培养普通本科师范生及学术研究型人才转变为培养“工程应用型”人才，也就是要培养出能在各行各业中应用科学理论从事高技术专业工作应用型人才；从强调本科教育的基础性，转变为强调本科教育的专业性，强化培养学生实际应用能力，主要是培养从事一线生产、检测的专业技术人才；从系统的学科理论教育转变为构建适应地方应用型人才培养需要的教学体系，实现培养具有较强仪器分析检测及测试能力的工程应用型人才。

二、仪器分析实验教学模式“工程化”改革

工程素质教育中，要十分重视实验教学，培养具有将理论知识转化为实际操作的能力。如何使所学的理论真正与实践应用相结合，是实验教学中要解决的关键问题。针对这个问题，尝试对仪器分析实验教学模式进行了调整，通过构建“四层次提升式”实验教学新模式，由浅及深追求知识体系的完整性和专业性，具有层次推进教学进程的优势，以提高本科生综合素质和应用技能为目标，以培养工程应用型人才为宗旨，实现实验教学与理论教学及社会实践相结合，实验教学与学科发展、社会需求、企业研发相结合，提高大学生的专业素养和业务能力，提高学生的就业竞争力。如图1所示，构建四层次推进教学进程的“基础—综合—设计—创新”提升式实验教学模式。

基础实验部分，主要是加强基础训练，严格规范实验基本操作技术，培养学生严谨的科学态度和熟练的实验技能[9]，例如电导滴定法测定盐酸的浓度、乙酸离解常数的测定等，目的是让学生掌握仪器的基本原理和基本操，加深对理论知识的理解。綜合实验部分，是加强学生对分析原理进行实践和对课本所学知识扩展以及综合应用的过程，是学生进行后续实验的重要保障，例如紫外吸收光谱法测定双组分混合物，气相色谱的定性定量分析等。设计实验部分，由老师制定实验方向或具体的题目，要求学生设计实验方案，选择实验器材，安排实验步骤，进行数据处理及分析实验现象。它包括设计实验方案，设计实验步骤、设计实验方法等，考查学生是否灵活运用实验知识的能力，充分调动学生的学习主动性和积极性。创新实验部分，主要是以项目为载体，比如大学生科研与创业计划项目、各级大学生创新性实验计划项目等。在老师的指导下，使学生参与研究的各个环节，如自主选题设计、独立组织实施并进行信息分析处理、撰写总结报告和发表研究论文等工作，以激发学生的创新思维和创新意识。并在实践中领悟、掌握思考问题，解决问题的方法，提高创新能力和实践能力。通过以上“基础—综合—设计—创新”四层次提升式实验教学模式的推进，不但让学生掌握仪器本身的相关技能和巩固所学理论知识，同时培养学生实践能力、综合素质和创新精神，极大推进实践教学的工程化进程。

三、仪器分析实验内容的“工程化”改造

1.增加实验变量，重视设计性实验，培养实践应用能力。设计性实验是一种探索性实验，不单纯以实验结果是否准确作为衡量的唯一标准，而是强调实验方案拟定及实施的过程，目的在于培养和提高学生综合分析问题和解决问题的能力。依据“工程化”的培养目标及“四层次提升式”实验教学体系，进一步修订教学大纲，坚持基础性与应用性相结合，增加设计性实验，突出实践应用能力的培养。仪器分析课程实践性较强，其最终目的也是为了解决实际中存在的问题，在教学过程中，要与现实社会密切相关的或与社会热点问题相结合。授课内容也要与时俱进，关注社会上的热点问题进行设计实验。比如涉及环境污染物检测或涉及到食品安全的问题很多，三聚氰胺奶粉及牛奶，苏丹红鸭蛋，瘦肉精以及猪肉中硝基呋喃及代谢物检测等。比如以猪肉中硝基呋喃及代谢物检测为例来设计实验。首先需要学生自己查阅文献，了解硝基呋喃及其代谢物结构及理化性质等，搜集文献上相关的各种分析测试方法，包括紫外分光光度法、荧光分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱和质谱等检测方法，并学会对各种资料进行分析、归纳、整理、提炼。学生在获取相关背景知识的同时，可以更全面地了解国内外研究的动向，了解科研的一般流程，也学会熟练使用各种信息工具和相关软件。其次，设计的实验紧贴生活，学生通过样品的采样、样品前处理、测定条件的选择、数据处理等环节的操作和实践，整个过程的实施中不断发现问题和解决问题，有利于激发学生的兴趣，有利于提高学生综合分析问题和解决问题的能力，为工程应用型人才的培养打下坚实的基础。

2.项目驱动实践创新，提高实践创新能力。依托教师的科研条件和指导力量，鼓励学生积极参加老师的科研项目，将科学研究渗入实验教学，同时增加和设立大学生实验技能大赛、大学生科研与创业计划项目、大学生创新性实验计划项目等，为学生提供参与研究项目和科研活动的机会，激发自主学习的积极性，为学生的个性发展创造条件，提高学生的实践创新能力[10]。

3.实验内容来源多元化。高等院校应用型工科专业的培养目标就是要培养具有突出专业技能的实用型人才，成为生产一线的工程技术人员，让学生明确自己的学习目标，才能够将科学技术转化为现实生产力[11]。要求学生在校学习期间，较早地接触工程实际，避免工科教学理科化、脱离实际的倾向。因此，实验内容要源于现实生活，企业和检测服务部门的实际需要，例如，可以带领学生深入企业，来到技术监督局及环境监测站等检测服务部门，全面了解和感受需要解决的具体和实际问题，将这些问题融入实验内容，采用案例教学法和问题驱动法来实施教学。再如，带领学生到芝麻收购加工公司，了解油料作物的进出口情况及进出口相关检测项目，包括含杂、水分、油脂含量、酸价、碘价，重金属、皂化价，黄曲霉素等检测，讲解相关的检测的意义：对消费者而言是确保食品安全的问题，对企业而言则是产品市场竞争力的问题。通过现场取样，引导学生查阅相关文献和国家标准，严格按照标准进行实验和实验数据处理。实验结果与芝麻各等级质量指标（国家标准GB11761-89）比对，进而对所取芝麻的品质作出相应的评定，为企业收购和出售产品的价格提供参考。该类实验的实施，不仅培养了学生解决实际问题的能力，又增强了学生的社会责任感和成就感，为成为生产一线的工程技术人员迈出坚实的一步。

四、师资队伍“工程化”的培养

师资队伍的工程素质水平的高低是制约学生“工程化”培养的关键因素之一。近年来随着我国高等教育的扩招，师资队伍普遍呈现年轻化趋势，大多都是学校毕业后就进入工作岗位，拥有硕士博士学位，但也导致各工科院校尤其是新建工科专业地方型本科院校，师资队伍工程实践经验普遍缺乏，成为制约“工程化”人才培养以及“工程化”教育教学改革深入推进的主要因素。要贯彻落实“工程化”教学改革，提升教育教学質量，关键在于教师。师资队伍不仅要具有深厚的专业理论知识，也要有较高的工程实践经验和工程应用能力。为此要解决师资队伍工程素质整体偏低的问题，一方面必须加强引进具有工程实践背景的师资人才，特别要优先引进具有企业一线较长工作经历的工程师；另一方面鼓励教师到企业或社会中去，加强与当地企业深度合作，提升学校教师工程素质水平，同时还要聘任企业工程师中的技术骨干为校外兼职教师，参加实验实践教学环节承担教学任务，甚至可以充分参与到专业人才培养方案的修订工作。

五、加强工程化的教学评价和考核体系

构建适应“工程化”教学的评价和考核体系必须实行量化考核的操作方式，要全面、客观、公平地评价学生的实验技能，形成综合的结论。考核以突出能力和创新为目标，不能片面注重实验结果，更多关注学生实验过程中的各个环节，将考核工作贯穿于整个实验过程之中，最后教师根据各段成绩进行综合打分。

六、结束语

在工程化教育背景下，仪器分析实验教学改革势在必行，是一项艰巨的系统工程，相信通过在教学思路、教学模式、实验内容、师资队伍、教学评价和考核等方面的工程化改革，顺利完成学校的转型发展，显著增强学生工程化意识，促进学生工程实践能力和创新能力的培养。

参考文献：

[1]李颖，刘松琴.工程化学教学与创新能力培养的探讨[J].大学化学，2011，26（4）：42-44.

[2]戴波，纪文刚，刘建东，等.以工程能力培养为主线建构专业人才培养模式[J].高等工程教育研究，2011，（6）：136-140.

[3]徐华杰，刘昭第，盛良全，等.高校仪器分析实验课程设置现况调查与分析[J].教学研究，2012，35（2）：85-87.

[4]刘昭第，徐华杰，盛良全.仪器分析实验教学改革探索[J].实验科学与技术，2010，42（5）：86-88.

[5]李满秀，赵二芳，张海，等.仪器分析研究型开放实验的创新与实践[J].大学化学，2007，22（6）：28-30.

[6]吴继魁，周冬香，毛芳.仪器分析课程的教学改革与探索[J].大学化学，2013，28（3）：28-30.

[7]刘昭第，徐华杰，盛良全，等.以“大学生创新项目”为载体实施教学科研一体化初探[J].阜阳师范学院学报，2015，32（2）：126-128.

[8]谷苗苗，姚开安，周爱东.仪器分析实验课程改革探索[J].实验技术与管理，2014，31（3）：190-192.

[9]王英华，徐家宁，魏士刚，等.基础化学创新实验教学的研究与实践[J].实验室研究与探索，2008，27（9）：7-9.

[10]沈剑英，黄风立.依托科研项目开发综合性实验的实践与探索[J].实验技术与管理，2014，31（3）：163-165.

[11]孙尔康，邱金恒，张剑荣，等.科学研究提升实验教学水平，实验教学支持科学研究发展[J].实验技术与管理，2008，25（8）：22-24.