研究型教学在“仪器分析”课程中的实践探索

来源:用户上传      作者:田向荣 高艳清 高保卫

　　摘    要：“仪器分析”作为不同专业的基础课程，存在着大型仪器少、课程内容多而教学课时有限等问题。文章从以学生为中心的人本主义，以提高学生主观能动性的建构主义以及课程内容深度与广度并重的发展主义三个方面对“仪器分析”课程进行研究型教学探索与实践。通过运用问题导向的教学策略、将社会热点案例引入实验教学、优化整合不同专业课程内容设计、引入虚拟仿真教学等措施，显著提升“仪器分析”课程的教学质量及效果。
　　關键词：研究型教学;仪器分析;模式
　　中图分类号：G642.3          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2020）02-0026-03
　　 一、研究型教学的内涵及理论基础
　　研究型教学以培养创新型和复合型应用人才为目标，在教学过程中更加注重学生的主观能动性，教师在教学过程中应该更加注重引导学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，让学生在学习过程中将探索、研究和实践有机结合在一起。研究型教学的理论基础主要体现在人本主义、建构主义和发展主义三个方面。人本主义即以学生为中心，建构主义重在强调学生的主观能动性，而发展主义注重课程的深度与广度，并在此基础上有所发展、有所创新[1]。研究型教学目前已在“有机材料化学”[2]、“肿瘤生物学”[3]、“流通经济学”[4]等不同学科基础课和专业课程中进行了实践探索，取得了良好的教学效果。“仪器分析”是西北农林科技大学制药工程、植物保护、中药学、应用化学、食品科学等专业重要的专业基础课程。植物保护学院是西北农林科技大学在全校开展研究型学院建设最早的学院之一。“仪器分析”是植物保护学院制药工程和植物保护专业开设的专业基础课程，在该门课程的教学过程中探索研究型教学是符合新形势下建设双一流学科建设的必然选择。本文结合作者在“仪器分析”教学过程中的多年一线教学实践经验，通过对课程的现状分析，开展了以人本主义、建构主义和发展主义为理论基础的研究型教学的实践与探索。
　　 二、“仪器分析”课程教学现状分析
　　 “仪器分析”课程目前主要采用高等教育出版社出版的《仪器分析》第四版教材，由朱明华和胡坪主编[5]，该教材为“十一五”“十二五”国家级规划教材。该教材第四版共包括14章节的内容，主要涉及色谱法（气相色谱和高效液相色谱）、电化学分析（电位分析、伏安分析、库仑分析）和波谱分析（原子发射光谱、原子吸收光谱、紫外光谱、红外光谱、核磁共振、质谱等）等内容。需要学生在掌握“无机化学”“有机化学”“分析化学”“物理学”以及“高等数学”等课程的基础上开设。从内容的分布而言，教材内容较多、相对繁杂，对农林院校的学生而言，普遍反映课程学习难度较大。该门课程共40学时，由24学时理论课程和16学时实验课程组成。“仪器分析”实验课程所用仪器价格普遍昂贵，教学用仪器数量有限，加之大型仪器维修成本高，这严重限制了实验教学的开展。例如，用于实验教学的高效液相色谱和气相色谱均只有1台，实验课普遍采用的是教师示范、学生观摩的形式开展，这导致理论教学与实验教学不能很好地融合。因此，如何在有限的课时内完成内容丰富的“仪器分析”课程任务，以及解决实验教学大型仪器少而难于与课堂教学内容互相融合的问题，是本门课程教学过程中值得深思的问题。
　　 三、研究型教学在“仪器分析”教学中的探索
　　 （一）以学生为中心的人本主义教学探索
　　 人本主义的代表人物是美国心理学家罗杰斯，他认为人本主义的师生关系应该是以“学生为中心”和“营造良好的环境氛围”，也就是说教育应当以学生为主体、以学生为中心[6]。在教学过程中，学生不能成为知识的被动“接受者”和“灌输者”，教师在学生学习过程中应该扮演“引导者”和“助推器”的角色。在“仪器分析”课程教学过程中，如何实现教师角色由“灌输者”向“引导者”转变？笔者认为将教学思路由“讲解型”向“问题引导型”的转变是行之有效的方法。即教师在教学过程中尝试针对不同章节的知识点，设计和整理问题库，并以此为导向，引导学生发现问题，同时结合教材内容以及学科发展最新前沿解决问题，提出自己的答案和观点。值得注意的是问题引导型教学虽注重学生的自学能力，但并不是说教师在课堂教学过程中对知识点不讲解，考试过程中不考核，而是教师通过问题引导，让学生从中自行总结和归纳知识点。在具体的执行过程中，学生可以分组讨论，通过提交学习报告的形式作为考核或评价学生对知识点的掌握程度，教师最终对学生提交的学习报告进行点评。另外，人本主义的教学理论要避免过分的“人的价值”和“断章取义”而导致的“过犹不及”现象。刘建认为，人本主义在教育教学过程中，要基于自由的限度，对人的尊重和张扬需要回归理性，具体做法是通过构建多元主体并重的人本主义、培养理性的人与塑造人的理性行为并重、兼顾学生个体与群体共同利益，进而使每个学生在教育教学过程中享受理性的宁恬和幸福[7]。
　　（二）以提高学生主观能动性的建构主义教学实践
　　 建构主义是从行为主义发展过程中衍生的一种认知主义，其思想源于18世纪意大利哲学家维柯，他强调“人们只能清晰地理解自己构建的一切”。杜威、维果茨基和皮亚杰等学者将建构主义发展并运用到教育教学过程中，对该理论的形成和发展做出了突出贡献[8]。尽管不同学者对建构主义的表述及提出问题的角度有所不同，但其都强调学习的主观能动性，即知识不是教师向学生单纯的传递过程，而是学生自己构建知识体系的过程。在“仪器分析”课程教学过程中，基于研究型教学的建构主义就是要设法提高学生自主学习的能力。如何提高学生自主学习的能力？笔者认为教师首先要设法激发学生对课程的兴趣，具体做法是引入社会上与仪器分析相关的热点事件，不断注入新的内容和学科前沿新知识点，将现实生活中农药安全实际案例引入课堂教学，做到常讲常新、常备常新，以激发学生自主学习的兴趣。例如将安捷伦、沃特斯等公司新的高效液相色谱仪等产品图片或操作动画通过多媒体展示给学生，通过不同厂家、不同仪器型号的对比分析，让学生自己归纳总结高效液相色谱仪的基本部件，即高压输液泵、进样系统、分离系统（色谱柱）、检测系统，进而引发学生学习相关理论知识的兴趣。在热点案例教学中将食品安全事件引入实验教学设计，例如“毒胶囊”重创修正“神话”罪魁祸首“铬”该如何检测？ 可将此案例引入到原子发射光谱的定性分析和原子吸收光谱的定量分析中;张裕葡萄酒藏农药罪魁祸首多菌灵、甲霜灵农药如何检测？ 可将此案例引入到气相色谱或高效液相色谱的相关章节，从而培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提升学生的辩思能力和动手能力，使学生角色由“被动接受者”最终向“自主学习者”转变。 　　 （三）课程内容深度与广度并重的发展主义教学探索
　　 发展主义的课程理论是由苏联教育学家赞可夫等人提出，其主张“教学要以最好的效果，促进学生一般的发展”，也就是说，要在学生普遍发展的基础上达到尽可能高的教学效果[9]。发展主义的教学理论要求教学内容要有一定的深度与广度，避免学生对较容易的课程内容产生懈怠心里，进而停滞不前。在“仪器分析”课程教学过程中，如何运用发展主义的教学理论是提升课程效果的关键所在。因本门课程存在内容相對较多，而课堂教学理论课时较少，以及用于教学的大型仪器设备较少等现实问题，笔者认为应该对课程内容进行整合。具体做法是根据不同专业的人才培养需要和仪器分析行业发展趋势，重新布局“仪器分析”课程内容，通过对课程内容的整合和优化，使课程内容的重点尽可能与各专业实际应用的仪器保持一致，对教学学时进行调整，重新制订课程教学大纲。例如，对植物保护学院制药工程专业学生，因为在“有机结构分析”课程中还要对紫外光谱、红外光谱、核磁共振光谱和质谱法等波谱学内容进行深入讲解，而“农药分析”等专业课程中经常会用到电位分析法确定农药有效成分的含量，因此在教学大纲的设计上要避免不同课程内容的重复设置，重点讲述色谱分析和电位分析等定量分析方法。而对于植物保护专业的学生，专业课程没有设置“有机结构分析”课，但其经常会用到液相色谱—质谱联用、气相色谱—质谱联用等技术确定植物病菌的致病活性成分，以及害虫分泌的性激素等活性分子的分子量，因此在课程内容的设置上就要侧重于色谱分析和质谱分析的讲解。另外，对于大型仪器缺乏的现状，可充分利用植物保护学院建立的国家级虚拟仿真实验平台，对高效液相色谱仪、液相色谱—质谱联用仪、核磁共振仪等大型仪器通过动画及人机互动的方式让每个学生都能够参与到实验过程中。在学生通过虚拟仿真实验掌握大型仪器的基本组成和操作要领的基础上，对大型分析仪器进行实操训练，可实现大型仪器的“虚实结合”，进而提升“仪器分析”课程教学效果，实现学生的普遍发展。
　　 四、结论
　　 随着国家对人才培养工作的重视，国内43所入选“双一流”高校相继出台了相应的建设方案。西北农林科技大学在建设世界一流农业大学过程中，始终将人才培养放到优先位置，尤其重视本科教学的基础地位。“仪器分析”课程作为植物保护、制药工程等专业的基础课程，其教学效果的提高显得尤为重要。近年来，各高校不同专业对“仪器分析”相关课程开展了不同程度的教学改革与实践探索。苗守雷等在分析了“仪器分析”课程教学的现状及存在问题的基础上，提出了运用不同教学手段、优化教学管理及多元化考评体系等实验教学探索[10]。付翠翠等提出了基于实际问题出发的“仪器分析”实验教学改革与创新[11]，其核心思路是将社会项目和实际案例引入实验教学过程，其目的是激发学生学习该门课程的兴趣，提高学生分析问题和解决问题的实际能力，与本文提出的基于提高学生主观能动性的建构主义教学探索不谋而合。许映杰等将虚拟实验引用到“仪器分析”实验教学过程，一方面可让学生在计算机上生动形象地学习和掌握仪器的内部构造，激发学生直接参与实验的热情与主观能动性，另一方面可弥补大型分析仪器少的缺点，其实质也是通过提高学生主观能动性的建构主义教学实践[12]。范从斌等探究了以挖掘学生主动性的“启发式”教学、以教学相长为主的“互动型”教学、以理论联系实际的“实证型”教学、以强调学生实际应用的“技能型”教学、与社会融为一体的“开放型”教学和鼓励科研与教学融为一体的“研究型”教学模式，即在“现代仪器分析”课程中开展“六位一体”的教学模式，取得了良好的教学效果[13]。刘宁等对“仪器分析”课程开展研究型教学的国内外现状进行了综述，结果表明在商业院校开展“仪器分析”课程的研究性教学很有必要，对提升学生的思辨能力和职业生涯具有推进作用[14]。李莎等针对农林类院校“仪器分析”实验课程缺少大型仪器的现状，通过分类设置实验内容、按照项目式分级设计实验、团队协作分工实施实验教学、分层建设教学资源、综合过程考核与目标考核等方面进行了探索性研究，教学效果得到了很大提升[15]。
　　 综上所述，“仪器分析”课程作为不同专业的基础课程，普遍存在着大型仪器缺乏、课程内容多而课时有限等实际问题。本文针对西北农林科技大学制药工程专业和植物保护专业“仪器分析”课程的现状分析，通过以学生为中心的人本主义的教学实践与探索、以提高学生主观能动性的建构主义教学实践与探索，以及课程内容深度与广度并重的发展主义教学实践与探索三个方面进行了研究型教学探索，取得了良好的教学效果。不管是从学生学习成绩和兴趣的显著提升方面，还是从学生考取与“仪器分析”相关专业研究生或用人单位对学生基础知识的综合评价来看，均取得了良好的教学效果。
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　　[12]许映杰，胡六江.虚拟实验在仪器分析实验教学中的应用研究[J].绍兴文理学院学报：自然科学，2014，（1）.
　　[13]范丛斌，郑春红.“六位一体”教学改革研究实践——以《现代仪器分析》为例[J].教育教学论坛，2017，（44）.
　　[14]刘宁，李健，吴春，等.“仪器分析”研究性教学国内外现状[J].实验室科学，2014，（1）.
　　[15]李莎，郭明，周建钟，等.农林类专业中仪器分析实验教学的问题与对策[J].化学教育，2018，（20）.
　　[责任编辑  李金波]
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