PCIE教学模式在“仪器分析”课程教学中的应用

张腾腾，胡云飞，王 婕，沈 悦，汤 建

(亳州学院 中药学院，安徽 亳州 236800)

仪器分析是一门融合化学、光学、计算机技术、数学、电子技术等多种学科的交叉学科，被广泛应用于药品鉴定、医学检验、环境保护、化学分析、生物监测等领域。因此，多所高校将“仪器分析”课程作为许多专业的基础课程，使学生在学习仪器分析方法和工作原理的同时不断提升自身的分析能力。PCIE(Project Circumstances Innovating Encouraging)教学模式将项目作为课堂教学主线，通过设置合理的教学情境，将教师和学生、学生彼此之间连接起来，以培养学生的创新实践能力为教学目标，采用激励性教学方法，提升课堂教学中教师和学生、学生彼此间的交流效率[1]。将PCIE教学模式应用于“仪器分析”课程教学中，可激发高校学生的学习兴趣，不断提升学生分析问题、解决问题的创新实践能力，进而提升“仪器分析”课程教学效果。

1 “仪器分析”课程教学中存在的问题

“仪器分析”课程交叉性强，具体指利用精密仪器对物质化学性质或物理性质参数进行表征，并通过得到的参数确定物质的结构、化学成分、含量等。“仪器分析”课程内容复杂而抽象，在实践操作中对学生的实践能力和精确性要求较高，教学难度较大。

1.1 高等仪器有限

一般高等仪器价格都较为昂贵、结构较为精密，操作难度大且仪器更新速度较快，但多数高校经费有限，高等精密仪器的数量有限，开展“仪器分析”课程学习时一般会采取小组形式共同操作同一台仪器，部分学生不能亲自进行实践操作[2]。此外，由于精密仪器操作难度较大且需要定期维护，因此多数仪器分析实验都是由教师讲解使用原理并示范操作，学生的课堂参与度较低，逐渐降低了学习“仪器分析”课程的积极性，学生创新实践能力的发展受到限制。

1.2 教学内容复杂

高校“仪器分析”课程教学课时有限，但“仪器分析”课程属于交叉学科，理论知识较为抽象且教学内容较多，学生只有在掌握充分理论知识的前提下才可进行具体实验操作。教师将多数课时用于理论知识教学，减少了仪器分析实验项目的教学课时，缩短了学生实践操作的时间，由探索性、创新性的课程教学转变为机械化理论教学，忽视了“仪器分析”课程教学实践的重要性。

1.3 课程教学形式单一

高校仪器分析理论课程教学内容复杂、仪器资源有限，限制了学生的动手能力和学习空间，且“仪器分析”课程教学形式单一，学生学习过程中难以区分重难点知识，导致学生学习时注意力分散、缺乏学习兴趣，且课堂教学过程中缺乏互动，降低了仪器分析教学效果。此外，随着教育信息化进程的加速，教师一般会利用PPT课件进行授课，语速加快，学生理解和思考问题的时间不够充裕，导致其实践操作时难度增大，无法真正将仪器分析知识融会贯通[3]。

1.4 考核评价方式单一

受传统教学模式的影响，以往的“仪器分析”课程考核评价方式较为单一，缺乏公平性。传统考核评价主要包括实验报告、课堂考勤和期末测试2个部分，但课堂考勤仅能确定学生到课率，无法判断学生的课堂参与度。实验报告和期末测试对理论知识的考察不够全面和准确，忽略了对学生创新实践能力的考察[4]，对学生的考核评价具有片面性，不利于教师根据考核评价结构调整教学进度和教学方案，影响了仪器分析教学质量的提升。

2 PCIE教学模式的特点与优势

PCIE教学模式将项目作为教学主导，以真实情境激发学生的学习热情。教师根据“仪器分析”课程的教学目标和学科培养目标，将“仪器分析”课程中不同的板块分成多个教学项目，分别引导学生学习仪器分析的具体内容。PCIE教学模式以培养学生创新实践能力为教学目标，在项目教学过程中向学生展示仪器分析知识中蕴含的创新思维，引导学生利用多角度、多层次的思维方式思考问题，在项目学习过程中培养学生的创新思维和实践能力。

2.1 PCIE教学模式的特点

PCIE教学模式是以学生为教学中心，在教师的引导下设计并执行项目，进而掌握项目涉及的主要知识、技能、思维方式、能力等。PCIE教学模式以“仪器分析”课程理论值为基础，通过引导学生自主学习并完成项目学习或探究，进而构建出系统、完整的仪器分析知识体系，培养学生的创新实践能力。

第一，PCIE教学模式具有情境性。学生在实施仪器分析项目的过程中，在探究新知识的同时要将自身储备的经验、知识迁移到项目中，学习仪器的具体操作和应用方法，将理论知识和实践应用有机结合，提升自身发现问题和解决问题的能力[5]。由于仪器分析方法主要用来获取物质的成分含量、化学组成、化学结构等信息，因而与生活实践中的具体现象联系密切。教师利用具体情境可激发学生学习仪器分析知识的兴趣，提升学生分析问题、解决问题的能力，为其未来生活和工作中解决类似问题奠定基础。

第二，PCIE教学模式具有项目引导性。项目包括借助仪器分析某一知识板块为教学主题开展的系列学习和完成的作品，也包含提升学习的创新实践能力和学科核心素养。项目引导是指开展项目学习时具体的教学方案、教学过程和考核评估均围绕项目主题展开，本质是通过完成项目来提升学生的创新实践能力。

第三，PCIE教学模式具有系统性。学生在教师的引导下对某一“仪器分析”课程相关项目进行深入思考，逐渐掌握项目中个体与整体间、不同个体间存在的联系及相互作用关系，确保项目能够有序展开。为完成项目，学习小组需在项目组长的组织和引导下编写PCIE教学学习计划、明确任务分工、整合完成项目需要的其他知识和资源[6]，小组内部确定实现子项目的具体步骤和项目结束时作品的最终呈现形式。在学生实施项目的过程中，PCIE教学模式将一系列与项目研究主题相关的碎片知识整合在一起，帮助学生形成完整的知识体系，培养学生的系统思维能力。

第四，PCIE教学模式具有团队协同性。“仪器分析”课程相关项目实施需要学习小组全体成员分工协作，需要学生彼此之间进行大量、详细的沟通，从而提升学生的交流技能；需要学生共同探讨项目的完成方式，分享彼此已有的经验和看法，加深学生对理论知识的理解；需要学生各自分工任务后协作完成最终作品，提升学生的协作能力。PCIE教学模式可帮助学生认识到团队协作的重要性，培养学生的沟通能力。

第五，PCIE教学模式具有激励性。PCIE教学模式采用探究式、任务驱动式等激励性教学方法，激发学生学习“仪器分析”课程的兴趣，调动学生自主学习的积极性[7]。课程考核评价要体现出学生的知识掌握程度、创新思维能力、实践操作能力等，并合理分配不同考核要素的比重，以激励式教学方法培养学生创新实践能力，促进学生全面发展。

2.2 PCIE教学模式的优势

PCIE教学模式以建构主义为理论指导，将实际研究项目作为研究对象，由教师对研究项目进行简单介绍并联系具体探究情境，然后引导学生分组，激励学生进行自主学习，围绕各自负责的项目展开讨论学习，然后协作完成项目，并根据项目完成情况评价学生是否达到提升创新实践能力的教学目的。PCIE教学模式的应用可以充分调动高校学生自主学习“仪器分析”课程的积极性，有利于培养学生的协作能力和实践创新能力，使其合理利用课间时间，拓宽学生的学习视野。

第一，在教学形式方面，PCIE教学模式是在教师的引导下，学生分组自主完成项目，整个教学过程均以学生为中心，教师在项目实施的过程中只负责引导和激励学生学习，学生通过自主学习活动完成项目，在潜移默化中掌握与之相关的仪器分析知识，可充分发挥学生的创造性思维[8]。

第二，在学习内容方面，PCIE教学模式要求教师讲授与项目相关的理论知识，学生需通过教师的引导及小组成员的协作完成项目，并掌握与项目相关的基础知识及知识的实际应用方法，这样可激发学生学习仪器分析相关知识的兴趣，提升学生的课堂学习参与度。

第三，在教育目标方面，PCIE教学模式中不仅包含必要的知识目标，还包括培养学生的创新实践能力和学科核心素养，这些学习目标之间既相互独立，又相辅相成，共同形成一个有机整体，以培养和提升学生的综合实力。

第四，在课堂交流方面，PCIE教学模式中教师和学生的信息传递是双向的，教师主要参与理论知识讲授和指导，学生主要是掌握理论知识并参与项目活动，教师可根据学生完成项目的情况了解学生掌握相关知识的程度。此外，教师可帮助项目完成度较低的学生补充信息，直至学习小组完成项目。

第五，在考核评价方面，PCIE教学模式采取师生共同参与评价项目完成质量和学习方法的方式，考核评价内容不仅包括学生完成项目所必须掌握的专业知识和技能，还包括创新思维能力、交流能力、实践能力、协作能力及分析问题和解决问题等综合能力。

将PCIE教学模式应用于“仪器分析”课程课堂教学中有利于提升学生的综合素质，契合教学改革后的教学目标，最大限度给予学生独立思考、自主学习、实践应用的空间，充分调动学生探究“仪器分析”课程的积极性，并综合锻炼学生的交流、协作、实践能力[9]。此外，PCIE教学模式展现出一种全新的教学理念，可帮助教师更深刻地理解教育本质，尊重学生的主体性并激发学生的学习潜能，促进师生间的交流，有效提升“仪器分析”课程的教学效果。

3 PCIE教学模式在“仪器分析”课程教学中的应用

在PCIE教学模式中，教师根据教学目标和教学内容设计项目，完整的项目必须包括咨询、设计、选择、实施、检验和考核评价6个步骤(见图1)，且项目中理论知识和实验设计应根据由基础到系统的进阶规则进行分布。PCIE教学模式在“仪器分析”课程中的具体应用从教学目标、教学内容、教学实施和教学考核4个方面阐述。

图1 PCIE教学模式项目

3.1 PCIE教学目标设计

“仪器分析”课程涉及学科较多，主要应用于化学、食品等企业的质量检测和品质控制。学生仅凭借自己的理解难以掌握仪器分析知识，且极易失去学习兴趣。不同岗位对仪器分析相关从业者的能力要求不同，一般要求从业者不仅要具备仪器结构分析、工作原理、常用分析方法和数据处理等基本知识，而且要具备仪器操作能力、质量标准理解能力、样品采集处理能力、仪器维护能力、解决检验异常问题等的能力[10]。因此，高校教师设计教学目标时应将基础知识和综合能力培养相结合，注重项目的难易程度，以项目为教学主线，设计科学、真实的工作情境，激励学生按照工作的形式完成项目。以“紫外—可见分光光度法测定金华火腿中亚硝酸盐的含量”这一学习项目为例，其教学目标为了解紫外—可见分光光度计的构造、工作原理和正确使用分光光度计的方法，要求学生掌握采用紫外—可见分光光度法测定金华火腿中亚硝酸盐含量的基本原理和方法，并掌握数据处理的方法(制作标准曲线的方法)。

3.2 PCIE教学内容设计

教师设计教学内容时要以具体的教学目标为依据，注重教学内容与实际生活情境或项目的联系，将常用的仪器分析方法和分析对象有机结合，按照由易到难的形式引导学生完成项目。上述项目检测金华火腿中亚硝酸盐含量的方法为紫外—可见分光光度法，教师为学生讲授紫外—可见分光光度法相关的基本理论知识后，具体的紫外—可见分光光度法操作内容交给学生自主完成，在课堂教学过程中采取师生互动的形式检查学生的项目完成度，并给予一定的纠正和完善。在完成课堂教学任务的基础上，教师可引导学生将紫外—可见分光光度法的应用领域拓展到实际生活中。例如，紫外—可见分光光度计在大气污染检测中对臭氧含量的检测；紫外—可见分光光度计在水体检测中对含氮、磷物质含量的检测；紫外—可见分光光度计在大气污染检测中对臭氧含量的检测，了解水体富营养化的原因；紫外—可见分光光度计在土壤污染检测中对重金属成分、含量的检测，进而有效修复土壤。同时，教师还可让学生自主设计利用分光光度法进行食品检测的项目并实施，以激发学生的创新实践能力，加深学生对项目相关知识的理解[11]。

3.3 PCIE教学实施过程设计

PCIE教学实施过程以学习项目作为主线，按照咨询、设计、选择、实施、检验、考核评价的过程展开，以“紫外—可见分光光度法测定金华火腿中亚硝酸盐的含量”这一项目为例，介绍PCIE教学模式在“仪器分析”课程教学中的应用。

第一，咨询，创设生活情境，导入学习项目。首先，教师为学生进行科普知识讲解，人类食用的肉类制品中允许在标准范围内使用亚硝酸盐作为发色剂，但食品中亚硝酸盐含量超过标准后就会引起中毒甚至死亡。其次，通过分析相关案例，激发学生学习紫外—可见分光光度法的积极性，并引出学习项目的主题“金华火腿中亚硝酸盐含量的检测”。教师可要求学生自主搜集食品行业中亚硝酸盐发色剂的使用现状，并查阅食品安全国家标准中对亚硝酸盐含量的要求。

第二，设计，帮助学生分成不同的项目小组，并引导学生进行项目分解，合理分工。首先，设计完成项目的实验方案，根据查阅的国家标准检测方法，设计检测金华火腿中亚硝酸盐含量的方案。其次，紫外—可见分光光度计检测亚硝酸盐含量的方法，通过资料和仪器使用说明，了解紫外—可见分光光度计的仪器结构，掌握仪器的使用方法和工作原理。

第三，选择，组内成员分工合作，安排详细任务。各组进行交流沟通并确定最终项目完成方案，教师给出相应的指导意见，各组成员根据教师的建议完善项目方案，选择最佳实验方案[12]。

第四，实施，各小组进行分工合作，协作完成项目。各小组根据组内成员对基本知识和技能的掌握情况分工协作，项目组长负责协调组内成员，小组自主完成学习项目，包括具体实验操作、数据记录和处理。在项目具体实施过程中，教师要根据项目完成情况有针对性地引导学生，并纠正实验中的错误操作。

第五，检验及考核评价，各小组根据自己的项目完成度进行汇报，教师组织学生的进行组内成员自评、互评，并对每个小组和每位学生表现做出评价。小组选出代表汇报项目完成情况，介绍实施项目过程中所涉及的理论知识，包括具体操作步骤、实验原理和注意事项及实验过程中遇到的问题和解决方法。学生综合各方评价结果，完善自己的知识体系，扩展自身知识储备。

3.4 PCIE教学考核评价设计

在PCIE教学模式中，对“仪器分析”课程教学成果的考核评价应采取形成性评价和总结性评价相结合的形式。其中，形成性评价指在项目实施过程中学生各项知识和技能的表现，包括学生基础知识掌握情况、创新实践能力、专业技能等。其中，对于基础知识掌握情况可采取随堂测试的考核方式；对于创新实践能力和专业技能的考核，需根据具体的仪器分析学习项目中涉及的实验原理、分析方法，并设定相应的考核项目，最终综合学生自评、组内评价和教师评价的考核评价结果，充分了解学生的综合能力和核心素养，从而根据考核评价结果进行针对性训练[13]。形成性评价考核方式较为复杂，项目小组考核时的指标较难把握，且评价标准具有较强的主观性，考核难度较大。总结性评价一般在学期结束时进行，主要内容包括理论知识考核、专业技能考核等，在专业技能考核中教师可随机选取几个探究性仪器分析项目，让学生随机抽取项目并自主完成考核项目；在仪器分析理论知识考核中，主要考核学生对各种仪器基本原理、使用方法、基本知识等的掌握程度。此外，教师设计考核评价指标时应充分考虑学生的个性特征及其基础知识掌握程度的差异性，并在之后的学习过程中关注不同学生的学习动态，对于基础知识和技能较差、但学习能力较强的学生要积极鼓励，以更好地体现出PCIE教学模式的激励性特征，使学生保持学习动机。

PCIE教学模式是一种较为新颖的教学方法，但并不代表教师要完全放弃传统的教学方法。其一，在“仪器分析”课程教学中，教师要将PCIE教学模式和传统教学法有机结合，使学生掌握、理解理论知识，并掌握采用理论知识解决实际问题的技能，提升学生的创新实践能力[14]。其二，教师要重视学习项目的选择，选择的学习项目不仅要与教学主要内容贴切，还要与生活实际相关且符合时代发展背景，最好选择社会热点话题作为教学情境。其三，教师要转变自身在教学中的角色，将学生作为教学主体、自身作为教学引导者，引导学生自主完成学习项目，学生可根据项目要求并在教师的引导下操作仪器，提升自己的专业技能，为今后的工作奠定实践基础。其四，高校要根据科学技术发展状况适时完善并优化学校的硬件设施和软件环境，为学校教学改革提供物质保障。

仪器分析是高等院校多个专业开设的一门基础课程，具有抽象、跨学科、理论性强等特点，如何提升仪器分析教学质量和效果是许多高校教学改革的重点研究方向。将PCIE教学模式应用于高校“仪器分析”课程教学，可大幅提升教学质量并培养学生的实践创新能力和自主学习能力，进而获得理想的教学效果。