“分析方法选择及方案设计”课程教学探索

张雅珩 唐江宏 连 宁 刘玉海 王闻达 王 欣

(江苏理工学院 化学化工学院,江苏 常州 213001)

随着我国经济的快速发展,创新型、复合型、应用型人才的培养是高等学校教学工作的重点[1,2]。江苏理工学院应用化学专业旨在培养能在化工、食品、环保、医药、检验检测等相关领域从事化学分析、产品质量监控、化学检测、现代仪器分析,并能参与分析方法的选择、改进和制订等工作的特色应用型化学工程技术人才。教师需在培养学生发现问题、分析问题及解决问题的能力方面多下功夫,最终达到提高学生综合实践能力和创新能力[3,4]、快速适应岗位需求的目的。作为一门专门针对应用化学专业本科生开设的课程,“分析方法选择及方案设计”课程开课时间不长,教学尚处于探索阶段。作者对该课程的教学情况进行了梳理,可为进一步提高课程教学效果提供借鉴和参考。

1 课程教学情况

1.1 课程特点

“分析方法选择及方案设计”是应用化学专业的专业必修课,旨在指导学生运用理论知识解决实际问题,是培养该方向学生核心能力的一门课程。课程的主要任务是使学生在面对分析项目时,能够选择适合的分析方法和手段,并设计合理的分析方案,通过实验得到分析数据,完成鉴定物质体系的化学组成、测定其中的有关成分的含量和确定体系中物质的结构和形态等分析工作,从而为后续企业实习、毕业设计等实践环节或研究生阶段的继续学习打下基础。

该课程授课采用“任务驱动型项目教学法”[5,6]、“翻转课堂”[7]、“理实一体化”[8]的方式。学生在分析项目的驱动下,通过自学理论、自行设计分析方案、课堂讨论、教师讲解、实验验证等多个步骤掌握分析方法的选择及方案设计,独立完成一个分析项目的设计分析及实施,以培养全面、科学的思维方法,在实践中锻炼分析问题、解决问题的能力。整个课程以学生学习为中心,以实际应用能力培养为引领。

1.2 学情分析

“分析方法选择及方案设计”开设在大三第二学期,学生已经具备了四大化学、计算机技术、高等数学、分析化学实验、仪器分析实验等理论知识和基础实验能力。但是对大部分学生来说,如何灵活运用这些基础知识去解决实际应用问题仍是一个难题。分析化学实验和仪器分析的实验内容大多参照实验课本或讲义,实验步骤和注意事项明确,很少有未知情况发生,重在实验操作能力的基础训练。而“分析方法选择及方案设计”课程的实验需要学生在进实验室之前根据实验项目的特点以及实验室的具体情况自行设计实验方案,制定详细的具有可操作性的实验步骤,然后在实验室验证完成该实验方案的可行性。对学生来说,基本常规的实验操作及常见分析仪器的正确使用是应具备的基础能力,实验问题的解决和实验方案的合理优化是课程的培养目标。如何保障学生的学习质量,实现培养目标的达成是教师需要关注的问题。此外,如何合理利用好互联网巨大的、优异的教育及学习资源[9],实现更高效、更具有深度和广度的教学效果,也是教师需要考虑的问题。

2 课程教学探索

2.1 课程目标定位

基于应用化学专业毕业生应具有的知识、能力与素质,制定了如下课程目标:(1)掌握常用分析方法的种类、原理、特点、应用范围,了解常见分析仪器的原理、使用方法、适用范围以及各类样品的常用预处理方法。(2)具有文献调研和信息收集加工的能力,掌握分析方法的选择思路、分析方案的设计思路。(3)基于安全、健康、法律、文化及环境等制约因素,针对不同分析项目,不同样品类型,能够运用相关基础理论知识及文献研究选择适当的分析方法,设计合理的分析方案。(4)具有实验方案的比选能力及实验的实施能力,掌握基本的分析实验技能,能够正确使用各种仪器和装置开展相关实验,能够系统地整理实验数据、分析实验结果,并得到合理有效的结论。(5)在方案实施的过程中能够辨别方法选择和方案设计中存在的问题,有发现问题、解决问题的能力,并能够针对现有分析方案提出合理的优化措施。(6)在整个教学过程中,培养分析能力、设计能力、创新意识、良好的沟通表达能力和团队合作精神。

2.2 精选教学内容

以塑造应用型人才、提高创新能力为目标,该课程采用理实一体项目化教学。理论教学16学时,配套课内实验教学32学时。理论教学内容主要有:项目1为分析方法的建立,主要回顾总结常见分析方法的种类、功能及应用,介绍分析方法的选择思路,分析方案的设计思路,包括分析方法的选择原则、选择依据、选择要点、分析方案设计的具体要求、要素、评价等,分析技术的发展及趋势,现代分析实验中常见的分析仪器及其使用方法介绍。后续项目2～7主要涵盖了食品、环境、日用品中几类不同类型、不同性质的有机小分子、阴阳离子及多种无机元素的分析以及不同材料和物质的结构与形貌表征分析,都是不同类型分析项目的代表性实例,如,果蔬表面农药有机残留物分析、土壤pH值及重金属元素含量测定等,难度适中,适合学生作方法选择和方案设计。在方案的课堂讨论中,教师穿插一些该类项目的检测新技术、新设备、新方法。由于学生在样品前处理方面的知识非常薄弱,针对每个项目的样品特点,教师补充该类型样品基质的样品制备、前处理方法、常用及新开发的前处理仪器技术与设备等相关内容。在课堂讲授过程中,还可以结合近年来发生的食品安全事件(如苏丹红鸭蛋、孔雀石绿鱼虾、三聚氰胺奶粉等)中有毒有害物质检测以及核酸检测,实例讲解现代分析技术的进步及分析方法的选择。实验教学部分与理论教学的项目2～7相对应,依据理论课上讨论出的实验方案,进行具体实施和优化验证,获得分析结果。课下选取其他有代表性的分析项目作为作业布置给学生,使学生进一步熟悉和掌握分析方法的选择思路,分析方案的设计思路,加强对课程知识的理解巩固。

该课程的方案设计以具体分析项目为中心,主要考查学生对常用的分析方法、常见分析仪器相关基础知识点的掌握及灵活运用情况,以培养学生面对分析任务,解决问题的思维能力和表达能力。课程里面开设的实验为验证性实验,主要是为了验证理论课讨论方案的合理性和可行性,同时使学生熟悉各类样品前处理的实际操作过程,对学生的能力提升上了一个台阶,进一步培养学生的动手能力、解决问题的应变能力、关键因素及结果的分析能力。

2.3 创新教学方法

该课程基于“任务驱动型项目教学法”。课前提前布置分析项目,学生3～5人一组,每组学生在分析项目的驱动下,采用“翻转课堂”的教学模式。每个学生通过理论自学、查阅文献书籍资料后形成自己的思路,然后经过小组成员讨论,确定本小组的分析方案,制作成PPT汇报材料,上课之前发送给教师。教师选取问题多、有共性代表性、创新性强、考虑合理全面的小组方案在课堂上开展全班讨论。先由小组成员进行方案设计讲解,然后展开交流,最后由教师讲解没有解决的问题,进行设计思路的梳理,补充强调关键要素和注意事项。同时,教师抛出一些实验中可能遇到的问题,以激发学生的兴趣和思考。每个学生都要针对该项目制作自己的实验方案以作业的方式提交。

课程采取先理论课后实验课的顺序,同个项目的理论课和实验课排课间隔不超过1周。每个项目在理论课上确定合理方案。实验课前,以小组为单位,每组做好实验人员分工。学生自行查找相关资料对实验过程及操作进行学习,教师也推送一些相关操作视频帮助学生熟悉样品处理过程。在实验课上对所选取的方案进行实施验证。验证过程中遇到的问题,由小组成员自行解决,最终解决不了的也可求助于其他小组或老师。实验结束后所有学生均提交实验报告,分析汇报实验结果,总结实验心得,对本小组的方案设计给予评价及优化改进。下一次理论课每组对上一次项目的实验情况进行反思和总结,全班分享,教师补充。

2.4 优化考核方式

作为一门理实一体课程,考核中应注重过程性评价。该课程考核分理论考核与实验考核两部分。理论部分含期末考试成绩及方案设计成绩。实验部分成绩=实验平时成绩(50%)+实验报告成绩(50%)。课程最终成绩=期末考试成绩(50%)+方案设计成绩(30%)+实验成绩(20%)。实验平时成绩一部分是实验操作规范性、实验记录正确完整性、实验态度情况、实验结果满意程度、仪器的正确使用、安全清洁情况等常规实验能力与表现的评价;另一部分是具体的实验过程中分析问题、解决实际问题及实验方案变通优化的能力与表现的评价。方案设计成绩包括小组制作的PPT质量、小组讨论表现(由录制视频获得)、课堂汇报表现、课堂讨论表现、方案设计作业几个方面。PPT质量主要从方法选择及方案设计的要素是否齐全、逻辑是否清晰、内容是否正确合理、有无科学性原则性错误、PPT画面的简洁美观等方面进行评价。讨论及汇报表现主要从对方案内容及相关知识的掌握是否到位、条理是否清晰、表达是否流畅、回答问题的正确性、参与讨论的态度是否积极活跃等方面进行评价。

2.5 实施教学反馈

每完成2个教学项目,请学生提交教学反馈,提出存在的问题,对教学效果进行评价,教师和学生共同查找短板,探讨改进措施。在不断反思和总结中,对教学内容进行优化调整,对教学质量进行持续改进,保证教学活动的良性循环。同时教师也要不断督促自我,努力提高自身专业水平和教学能力、完善教学策略和教学技巧。

3 结语

作为应用化学专业的一门重要的专业核心课,“分析方法选择及方案设计”能够锻炼学生灵活应用所学理论知识解决实际问题的能力,锻炼学生的创新思维能力和实际动手能力,更好地适应和满足现代分析技术发展需要和当今企业的用人需求。将该课程的教学经验进行总结,以期对其他相关课程的开设、促进高等教育教学改革和提高人才培养质量提供参考。