地方新升本科院校仪器分析实验课程教学现状和改革*

廖 辉，刘 林，戴先芝，任朝琴

(阿坝师范学院资源与环境学院，四川 阿坝州 623002)

仪器分析实验课程是高校理工科化学专业所必修的一门专业基础课，是在无机化学、物理化学、分析化学、有机化学等基础上，综合应用学科知识进行仪器分析方法研究和操作技能训练的课程。实际上农林、轻工、医药、生物、资源与环境、食品等相关专业均会开此课程，它是研究的是物质的组成与结构的一门“工具”。授课对象一般是大三学生，所涉及专业有化学、生物、医学、食品、地理等。课程的开设目的主要是：一、使学生基本掌握目前国内外普遍应用的仪器分析的基本原理和方法；二、通过实验训练学生能正确使用常用分析仪器，科学地处理实验数据。学生初步的分析问题和解决问题的能力；三、培养学生严谨细致，实事求是的科学态度。仪器分析实验课程的学习对于化学和非化学专业的高校本科学生来说都是比较困难的。面对目前新升本科涉及培养方案和教学目标的转变，特别是教学改革的当下，更具挑战。在这样的形式和我国教育变革时期，各高校都积极探索解决方案[1-15]，我校也在努力探索适合自己的教学改革之路。文章介绍了当下高校学生学习仪器分析实验课程面临的情况，后结合阿坝师范学院实际分析部分高校关于这门课程的教学改进方向。

1 学习仪器分析实验所面临的问题

1.1 学习仪器分析实验的主观问题

课程面向的是大三年级的学生，大三同学对无机化学、物理化学、分析化学、有机化学等学科知识的掌握参差不齐仪器分析实验。仪器分析实验与其他分析实验，如无机化学实验、分析化学实验等还有一点不同的是，要求对计算机知识也要有一定的掌握。学生对理论知识的储备是不够的充分和完整的，这是化学专业和非化学专业都有的现象。阿坝师范学院在民族自治地区，来自贫困山区或民族自治区的同学较其他高校所占比例高，多数同学不会熟练使用计算机。学生仅会一些简单的实验操作，动手能力比较差。从无机化学实验、分析化学实验等基础分析实验突然转变到仪器分析实验，绝大多数同学都是陌生的，心理上的状态就像从高中突然跨到大学。同时，仪器分析理论课如果没有学懂，对实验课程就难以引起兴趣。有的同学甚至认为自己是师范学校的学生，这并不是教学专业课，不能引起重视。有部分同学认为实验课程太难，不愿意动手。除了这些主观原因，客观上的问题也不可忽视。

1.2 学习仪器分析实验的客观问题

本身学科原理抽象难懂，实验仪器更新换代快速，实验技术革新快，学生学习困难客观情况是：当下我校属于新升本师范学校，化学专业2021年有第一批本科生。按《化学类专业教学质量国家标准》，人才培养方案确定仪器分析理论课程有4学分，对仪器分析实验课程设置有1学分，加之仪器分析课程的知识体系，课程的内容前后衔接、层层递进。但仪器分析实验课程不同，各仪器之间功能特性差异很大，理论基础也不同，知识结构呈多维性，很难在同一种教学模式下记忆练习，有限的课时完成既定的任务非常困难。目前大部分高校都存在，由于学生基数大、教师人才队伍缺乏以致实验室条件容纳学习人数少，基本仪器设施不够，缺乏熟练的实验工作人员等原因，学生不能实验训练的现象。难以实现实验教学过程中人手一套仪器操作的目标[1-15]。目前，我校仪器分析实验需要学习紫外-可见分光光度计、红外吸收光谱法、原子吸收光谱法、液相色谱法、气相色谱法的实验项目，但只有紫外-可见分光光度计可以实现每人都动手操作。相对于百人左右的专业，其他仪器是无法满足每个人都操作，而且有的实验一个项目从样品前处理制备到测试结束需要8 h以上。若5人一组，以20组算，一次实验课时4～8 h，课内学生完不成实验。所以老师只能演示介绍这些仪器方法。高校实验教学“做不到”“做不了”“做不上”的老大难问题，我们也是存在。一些高校不得不将实验主要考核力度偏向于理论教学。陆游曾说“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，这样学生“走马观花”，学生对实验仪器的外形、结构没有感性认识，实验仪器的操作步骤和注意事项没有切身认知。不能达成教学目的，教学效果也不良好。而最终的实验考核成绩没有区分度。如果实验报告或理论考查作为期末成绩，这样没有动手完成实验，学生也能写出的实验报告或答卷，这时教师的成绩评定考核结果已经偏离了课程最初的教学目的。教师对考核后的成绩分析，也就不能得出正确结论。仪器分析实验，内容丰富，层次多，使得最终的课程成绩很难被评定，部分高校采取了“实验理论+实验报告”的模式进行考核，或者“平时表现+实验报告”。这样的考核制度也不能提升学生的学习主动性，甚至影响学生后续的实验课程学习，认为背背书或者报告写漂亮就能拿好成绩，带给学生此课程学习的负面导向。随着教改政策推行，各高校积极地从以下几个方面做出改进，努力寻求解决方案。

2 仪器分析实验教学改进策略

2.1 做好学情分析，调动学生兴趣

通过以上分析我们知道，要想教学效果好，首先要体现教学中学生的主体地位。什么意思呢？换句话讲就是要想办法激发调动学生的学习兴趣，将被动学习变为主动学习。根据不同专业的具体情况，可以调节自己的授课导入内容和形式。了解学生感兴趣的地方，提前以提问方式，或布置项目任务的形式，以问代讲，引导学生主动预习实验内容，提前学习储备自己在实验课上用到的理论知识。授课教师需要有充足的准备，对学生知己知彼。设计实验教案时充分了解授课对象特点，制定策略。

2.2 实验内容的适用性、适宜性及层次性

在有限的课时内，掌握基本的仪器使用操作技能，同时还需要培养学生的创新能力，这就要求教师对于实验教学内容，同类型的实验不重复，对不同的分析仪器采用不同教学形式，教学改革的目标就在于为学生提供更贴近实际需求的特质化的教学内容和效率更高的教学模式。根据学生的专业特点和实际需求设计不同的实验内容，比如学习原子吸收法生物专业的同学可以选择测定土壤中重金属，食品专业的同学选择测蔬菜瓜果中重金属，化学专业的同学可以选择测药品中重金属。

2.3 利用现代化教学方法采用多种教学方式

采用线上线下相结合的混合式教学模式。比如，北京师范大学自主研发移动学习APP， 先通过线上看视屏学习理论和操作演示，线下练习[8]。新疆大学研究生的课程以课题需求为导向的课程教学，学生根据自身课题需求选修，选修项目为4～ 6项[7]。但我校本科生目前很少有自己的项目，还在基础学习阶段。南开大学通过在线课程拓展实验课程学习的时空域，采取2个办法：(1)线上视频直播授课。(2)录制教学视频。录制的教学视频放在学校的网站和公共慕课平台上，以便学生随时观看学习[6]。中国科学技术大学线上教学部分有四个班级同时开设实验，每周完成一个实验项目，即由一名教师分别对每个班级开设直播课堂，采取小班教学、互动课堂的方式。后期学生到实验室补做了真实实验。由于课时的限制，课程组采取每个下午开设两组实验课，要求所有学生实验，以小循环的方式开展实验[14]。总结各高校主要改革采取模式：直播课或MOOC+自测+虚拟仿真实验+实验报告→进入真实实验，受仪器数量限制部分高校不能开展这一步+实验报告。结合我校目前实验硬件限制主要采用直播课或MOOC+自测+虚拟仿真实验+实验报告模式。课前先在学习通上对本次实验主要知识点和关键步骤发起提问，学生先带着问题线上自学，自学完后进行自测，这些都需要课外完成。教学视频上线延伸了学生学习的时域。学生可以自主安排自己的学习时间。学生可以通过视频学习，可以初步了解仪器构造和实验操作。然后进行虚拟仿真练习，自学和练习过程以小组形式讨论，老师可以线上答疑。教学时间上，除了课表上安排的教学时间外，可以学习南开大学策略设置了一个开放期，比如在一个规定的学期内，学生可以预约实验时间，完成选定的实验。在学习分组的方面，学生可根据自身需求的一致性，自由组合[6]。总之，依据学科前沿动态与社会发展需求动态更新教学方式，比如学习使用紫外-可见分光光度计用案例法教学，可以MOOC+自测+虚拟仿真实验+实验报告→进入真实实验+报告来上课，学习原子吸收光谱仪可以项目化教学法或信息化教学法，可以MOOC+自测+虚拟仿真实验+实验报告。信息化教学法也有多种形式，比如慕课视频、直接录播教学视频、采用虚拟仿真软件教学等。去更好契合课程目标。

2.4 做好课程考核和教学反思

完善原有评价方案，从多方面对学生进行综合评价。对于学生而言，除实验课以外，也要花大量的时间完成各种测试、视频的学习，以及虚拟实验、调研、讨论等工作。对于实验的流程、思路和方法修正都有非常清晰的认识。这些过程也可以作为课程成绩的考核指标，我校仪器分析实验课程通过学习通提前发布学习视频和资料，并在上面提出问题和讨论组，问题发布有个人回答部分，也有小组讨论话题，并且可以评分；在自测题环节评分，虚拟仿真练习环节系统评分，最后实验报告，和实操练习环节教师都会评分。如此，每个学生学习过程细节老师都能直观跟进了解和给与评分，考核相对比较到位，也能促进学生学习。这样极大地丰富了教学资源，包括各种图片、视频、动画、微课、虚拟资源等等。在此背景下，作者认为教学不仅仅限于训练学生操作仪器的技能，而是更进一步引导，培养他们解决问题的思路，教学过程中循循善诱，通过设置系列问题，比如每个实验都需回答“为什么要这样设计实验”？“这样设计有什么好处”？ “如果结果不理想怎么办”？让学生学会思考，养成科学思维。课程总结和反思是教师逐步改进和自我经验总结必不可少的工作。

2.5 有效管理和开放共享

良好的实验管理和实验人员是上好实验课程有力保障。存在仪器一旦需要维修需要联系设备管理处，但是层层程序下来，维修周期很长。张贴醒目的注意事项，罗列学生常见的使用问题，避免一些不必要的错误而影响正常使用。注重大型仪器的日常维护，降低仪器损坏频率。节假日及寒暑假前后，对仪器进行检查保养。加强仪器管理人员队伍建设。定期邀请仪器公司的人来为实验平台人员做仪器使用、维护方面的培训，鼓励实验平台人员积极参加学术会议、仪器培训会等相关的技术交流活动。实验技术人员或授课老师没有太多机会去参加仪器培训，眼界不够开阔，在长期的仪器管理中就会和其他优秀的实验平台差距拉大。相关人员多去兄弟院校或优秀的分析测试平台去取经学习，仪器更新换代比较快，只有老师满桶水才能游刃有余的去浇灌给学生。老师要不断拓展自身知识和能力边界，老师是天空，学生才能成为雄鹰。

3 结 语

实验教学的改革迫切需要数字化的网络资源作补充，迫切需要“以虚补实”推进实验教学改革。我校资源与环境学院分别由化学、生物科学和地理科学3个实践性很强的本科专业组建而成，实验和实践贯穿整个教学过程。随着学生规模的日益扩大，迫切需要“以虚补实”的实验教学模式来推进教学改革和创新。学院已广泛开展了MOOC教学、学习通、融智云考平台虚拟仿真结合，线上线下相融合对仪器分析实验教学改革。当然，也有亟待解决的问题：理工类专业人才培养离不开实验教学，实验教学是离不了动手实验操作的体验感。虚拟仿真教学的应用虽解决了上述的诸多问题，但在学生实际操作能力的扎实培养方面仍很难实现，，缺乏生动性。特别是难以实现真实场景中的手、眼、脑协同，因此必须坚持能实不虚，加强虚实结合环节。对实验学习效果的评价任然不完美。受制于成本的因素，项目的仿真度达成和质量控制也将受到影响。但还是应加强虚拟仿真一流课程建设和开放共享来顺应实际需求。