课程思政背景下微课设计思路探讨——以仪器分析测“准”为例

蒋莉，曹丰，袁妍，江璠，张钱丽

（苏州科技大学 化学与生命科学学院，江苏 苏州）

一 引言

“教育兴则国家兴，教育强则国家强”。高等教育是教育体系中的重要一环，肩负着培养社会主义建设者和接班人的重要任务。习近平总书记指出，高等教育应把立德树人作为中心，把思政工作贯穿全程[1]。课程思政，即通过在非政治类的课程中引入思想政治元素，将思想政治教育贯穿人才培养体系，以便更好地发挥课程的育人作用，提高人才培养的质量。将思政元素润物细无声地嵌入课程的教学过程中，可使学生潜移默化地接受思政思想，激发学生学有所用的使命担当[2]。

随着科技的发展以及信息碎片化趋势的加剧，互联网和移动终端技术的发展和普及对传统课堂教学产生了越来越深远的影响，传统的课堂教学方式在维持学生的积极性和参与度方面都受到了一定冲击，因此，探索适合当前学生认知特点并能够充分调动学生学习热情的教学方式是保证课程教学质量所必须思考的问题[3]。在以学生为中心的教学理念的基础上，利用微课、线上课程、线上线下相结合的教学方式，是提升学生学习兴趣、提高教学质量的重要手段。尤其是在现阶段疫情的影响下，充分发挥线上教学的优势，实现课程教学在空间和时间上的拓展，进而为实现教学目标提供可靠保障。微课，最初是在2008年由一位美国的教学设计师David Penrose所提出，指按照认知规律运用现代信息技术，以教学视频为核心载体，对教学内容、学习过程及扩展素材的结构化数字资源进行碎片化展示[4]。微课主要通过在线课程的方式呈现，可利用学习通、慕课、腾讯课堂等网络授课平台让学生观看学习。微课通常针对一个集中的知识点进行讲解，视频较短，知识集中，目的是通过让学生利用碎片化的时间对知识点进行学习和巩固[5]。

仪器分析是测定物质化学组成、状态、结构和进行科学研究及质量监控的重要手段，《仪器分析》课程是面向高等学校中化学、化工、药学、环境、生物、材料等理工科专业的一门重要课程，学生通过学习和理解各类分析方法的基本原理，可以掌握现代分析仪器的使用方法，以便在面对实际问题时可通过设计实验，运用现代分析仪器解决问题[6]。对测试结果准确性的评价是《仪器分析》课程中的一个重要内容，也是设计实验、通过分析仪器解决实际问题的前提。由于《仪器分析》课程通常开设在大二或大三学年，在此之前学生已经掌握了分析化学的基础知识，已对定量分析中结果准确性的评价指标有所了解，因此，学生比较容易掌握将准确性的评价指标与分析仪器中检测器性能有机结合，进而达成仪器分析测准目的这一知识点。该部分内容重难点集中，适合以微课的形式呈现。

二 《仪器分析》课程特点和微课的互相适应

《仪器分析》课程的特点是尽管整个课程体系具有较强的系统性，但是各个独立的仪器体系如光学、电学、色谱学之间关联性不强，存在相对的独立性。同时，各个章节中存在许多碎片化的知识点，恰好符合集中一个知识点进行详细讲解、重点突破的微课形式。因此对于《仪器分析》课程中一些重要的知识点，利用微课辅助教学，将更有助于教学目标的达成。

仪器分析测“准”这一知识点具备丰富的思政资源，教师在授课过程中易于合理穿插所挖掘的思政案例，通过合理地设计教学内容、教学手段、教学过程和教学思路，让思政元素以润物细无声的方式融入到课程内容中，激发学生的学习热情，提升教学效果。

三 仪器分析如何测“准”微课教学目标和制作思路

利用分析仪器获得准确的测试结果，是开展分析测试的前提。在前期的课程学习中，学生已经掌握了分析仪器中检测器的原理、特点等背景知识，利于后续对仪器分析测“准”相关内容的学习。在此基础上，本文通过设计仪器分析如何测“准”的微课，对如何制作《仪器分析》微课的思路和方法进行了探讨。

（一） 仪器分析测“准”教学目标设计

本文在进行微课教学内容设计之前，首先明确了教学目标。如图1所示将教学目标设置为知识目标、能力目标和情感目标，三者相互联系，相互促进。其中知识目标包括：掌握精密度与准确度的关系、掌握仪器检测器的评价指标以及掌握仪器分析中保证测试结果准确性的条件。能力目标为：培养学生的判断和思考能力以及逻辑推理能力、培养学生理论应用与实践能力。情感目标的达成则通过课程思政的引入，引导学生维持严谨、积极的学习态度，树立强烈而牢固的社会责任感，并进一步激发学生科技报国的使命担当。

图1 教学目标示意图

（二） 仪器分析测“准”微课设计思维导图

微课时长相对较短，教学内容集中，需要在较短的时间使学生掌握该章节的知识点。任何一个问题的阐明都涉及提出问题、解决问题以及获得结论三个部分。为了提高学生的学习热情、增强学习效果，根据本节课的教学内容，本微课设计了三个环节，包括问题的引入、主要内容的讲解以及课程小结与课后思考。如图2所示，采用“导入案例，抛出问题、讲授重点知识、总结重难点内容”的思路逐步展开，各个环节紧密相关，环环相扣，层次分明，同时兼顾趣味性，使学生在学习重点知识的同时能够维持学习兴趣，学以致用。

图2 仪器分析测“准”微课设计思维导图

（三） 问题的引入

作为基础课程，《仪器分析》课程中晦涩的原理性内容较多，相对于专业课程而言趣味性有所欠缺。兴趣是最好的老师，在学生学习过程中，如何使学生产生学习兴趣、维持学习热情并形成爱好，是《仪器分析》课程教学中的一大挑战。因此，在新的课程内容开始时，首先应找准引入课程的切入点，激发学生的学习兴趣，让学生带着兴趣迅速进入新课程的学习。对于微课而言，由于课程时长有限，课程内容的引入需快速且高效。

为了快速吸引学生的注意力，通过引入动画、抛出问题的方式导入课程内容。二战时期创立的“大力水手”动漫形象是不少同学的童年回忆，该动漫的灵感来源于菠菜含铁量高的说法。菠菜含铁量高，是19世纪由一位德国化学家首次指出，认为菠菜中铁的含量几乎与红肉中的铁相当。然而后来的检测发现，每100 g菠菜中仅含有2.9 mg的铁，甚至远低于黑木耳中的铁含量。溯本求源发现最初测出来的菠菜中铁含量并不准确，因此，菠菜含铁量高是个谬论[7]。所谓“一言九鼎”，分析工作者理应对测试的结果负责，需提供准确、可靠的测试结果，那么，如果我们是分析工作者，怎么样才能保证测试的结果是可靠、准确的？以此为出发点，可以激发学生对此问题的兴趣，并产生进一步探索的渴望，快速进入学习状态，并由此引入课程的第一个知识点：精密度和准确度。

（四） 主要内容设计

该部分是微课的重点内容。测试结果准确与否，首先需要对测试结果进行评价，对结果的评价离不开两个度，即精密度与准确度。在之前的分析化学课程中，学生已经掌握了精密度和准确度的概念，而理解二者之间的关系是对测试结果进行评价的前提。因此，在微课内容设计上，本节第一个知识点便是精密度与准确度的关系，由此引出仪器分析测“准”的条件。

（1）精密度与准确度

今年的东京奥运会上，我国第一枚金牌诞生在射击项目上。对射击项目感兴趣的学生应该比较熟悉一位美国射击老将——马修·埃蒙斯。然而在北京、雅典和伦敦的三届奥运会上，埃蒙斯均因为最后一靶的失误与即将到手的奖牌擦肩而过，也就是埃蒙斯打靶的结果不够准确。以此为例，如图3所示，以几种打靶结果的形象示意图，给学生讲解精密度与准确度之间存在何种关系时可以保证测试结果的准确性，即一组数据精密度好，且消除了系统误差，那么所获得的测试结果就是准确的。

图3 由射击运动员埃蒙斯打靶的例子分析精密度与准确度之间的关系

（2）分析过程中的“准”

如果使用分析仪器进行测试，所测得的结果准确与否，一方面与分析方法有关，另一方面与仪器自身性能有关。此时可以通过问题引导的方式，引导学生思考，仪器分析应该如何获得准确的测试结果？使用分析仪器进行测试时，首先需要选择分析方法。分析的一般过程包括测试前、测试中和测试后，三个过程均需要分析工作者的参与，因此，测试结果准确与否在整个分析过程中与方法及操作有着极大关系。结合所引入的测试过程的GIF动画，可以进一步强调如何在分析的各个阶段保证测试结果的精密度与准确度。可以挖掘的思政元素主要为脚踏实地、严谨务实的科学精神。作为分析工作者，在实验过程中应时刻保持严谨的态度，饱满的精神状态，仔细认真，避免因自身问题导致测不准的情况。

（3）检测器的性能指标与测“准”

系统误差中包括了仪器误差，显然，利用仪器进行分析测试时，提高测试结果的准确性，除了要保证分析过程中分析方法和操作过程的准确性之外，还需要尽量减少仪器带误差，同时要保证仪器的精密度[8]。分析仪器中检测器的作用是实现信号的转化，从而可以进行定性和定量分析。因此，检测器的性能决定着检测的精密度，是可以评价检测结果准确性的指标。本文在针对微课内容的设计上，这一部分将对分析仪器检测器的几种主要的性能指标做重点讲解，包括灵敏度、检出限、线性范围和响应时间。通过图示和动画，使学生理解各个性能指标的含义。如灵敏度，即仪器的响应值，是检测器区别具有最小浓度差异待测物的能力，即响应信号对检测量的变化率，表达式如图4所示，学生通过直观的图像展现及基本表达式极易理解灵敏度的实质。

图4 灵敏度定义及气相色谱检测器灵敏度表达式

然而对于分析仪器而言，操作条件很大程度上也会影响仪器的灵敏度，以气相色谱的检测器为例，对于不同类型的检测器，响应信号的表达方式也有差异。在前期课程中，学生已经学习了四种类型的浓度型和质量型检测器，即热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器，并熟悉了各类检测器的工作原理。由图4可见，浓度型检测器的灵敏度表达式为Sc=qV,0·A/m，而质量型检测器灵敏度为Sc=qV,0·A/m，可见浓度型检测器灵敏度与载气流量有关。因此，借助灵敏度的表达式，可以将测“准”与实验条件的控制联系起来。例如，在进行气相色谱分析时，如果气相色谱检测器为浓度型检测器（如热导检测器），需控制载气流速恒定，不能忽高忽低，否则将影响检测器灵敏度，进而对测试结果准确性造成影响。

随后依次对检测器的其他评价指标进行介绍。对于检出限和限行范围，在微课中通过动画、实例的呈现方式，使学生理解检出限与灵敏度的关系，理解线性范围宽的检测器有利于准确定量。同时引导学生以辩证的思想看问题：灵敏度过高的分析仪器也会使噪声信号增强。最后介绍响应时间的概念，强调响应时间与电路系统的滞后性有关。介绍完检测器的性能指标之后，让学生讨论总结出对检测器性能的要求：灵敏度高、响应快、检出限低、线性范围宽。这样检测器的精密度便得以保障。

（五） 总结仪器分析如何测“准”

在知识点讲解完毕后，课程接近尾声时，呼应课程开始时所引入的问题（仪器分析如何测“准”），解释检测器性能与仪器测准的关系，帮助学生进一步掌握课程的重难点。检测器精密度高，因仪器带来的系统误差也将显著降低，便满足了仪器测“准”的自身的条件。同时，利用仪器开展研究时，所有的测试都只是对物质信息的客观描述，仪器只是工具，使用性能好的检测器自然可以获得较为准确的客观数据，但是分析思考能力是目前任何仪器都取代不了的，需要分析工作者自己不断强化。至此，引导学生总结仪器分析测准的两点要求：（1）分析过程中要保持严谨务实的科学精神，避免因自身问题而导致的“测不准”情况；（2）使用高精密度的分析仪器。此时的测试结果精密度高并且消除了系统误差，便可获得准确的结果，也就是“一言九鼎”。

（六） 课程小结与课后巩固

当课程内容较多时，能够囊括知识点的课程小结可帮助学生进一步掌握课堂上所呈现的重、难点内容。《仪器分析》课程中涉及较多的原理性知识，内容丰富，那么在每次课程之后，进行条理清晰的课程小结必不可少。此外，根据学习规律，让学生在课下进行复习和巩固也十分必要。因此，本文设计的微课内容在课程的最后，将针对重、难点内容进行课程小结，并布置课后思考题，让学生结合本次课程中所学到的精密度与测“准”之间的关系，以色谱分析为例，探讨气相色谱中的四类检测器哪种更适用于痕量分析。通过理论联系实际， 进一步强化学生对本次课程中知识点的强化。

（七） 课程中思政元素的挖掘与嵌入

如图1所示，本次课程情感目标的达成建立在教学过程中潜移默化的思政元素的引入。同前文所述，在分析过程中的“准”课程内容中，可挖掘思政元素主要有两点，即（1）培养学生积极思考的学习态度和严谨务实的科学精神。（2）增强探索未知，追求真理，勇攀科技高峰的责任感。此外，论语有言：“工欲善其事，必先利其器”。在科学研究领域，分析仪器就好比科学家的眼睛，科学技术的进步离不开各类仪器的使用。我国仪器仪表专家、两院院士王大珩先生也曾经说过：“仪器仪表是工业生产的倍增器，是科学研究的先行官，是军事上的战斗力，是现代生活的物质法官”。可见，仪器在各行各业都具有重要地位。分析仪器目前朝着微量、高效、微型化、低成本的方向发展，学生在学习《仪器分析》这门课不能只满足于学会仪器的操作方法，更重要的是要理解仪器背后的原理、存在的不足和原因，进而发挥自己所学知识，结合不断进步的科学技术，来指导仪器的更新与发展。同时，我国自主研发仪器起步稍晚，尽管目前已经有了很多性价比较高的国产仪器品牌，然而还有较大的发展空间。因此，可进一步挖掘思政元素。（3）科技报国的家国情怀和使命担当。以岛津、安捷伦等国际知名的色谱仪器品牌为例，引导学生树立强烈而牢固的社会责任感，为我国自主研发的高精密度的仪器献智献力，以提高国产仪器的市场竞争力，打破高精度仪器的国际垄断。

四 结语

随着互联网技术的进步，微课作为辅助教学的方式意义重大。作为高校教师，授课过程中在课程的呈现方式上需与时俱进，并要不断完善教学理念，丰富教学方法和教学内容，以便充分利用不断进步的现代技术，设计完善的微课辅助课程教学。同时，将思政工作润物细无声地贯穿于教育教学的全过程，可潜移默化培养学生细致严谨的工作态度，并激发学生学有所用的使命担当，达成教书育人的目的。制作一堂好的微课并恰到好处地嵌入思政元素，需以学生为中心，在遵守教育教学规律的前提下进行全方位的设计和制作，并兼顾教学的知识性、趣味性以及思政内容的合理性，最终达成课程教学的知识、能力和情感目标。