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仪器分析大多采用现代分离和表征技术,其方法具有简便、快速、灵敏、准确、选择性高、易实现自动化等优点,在动植物、土壤、肥料、农药、食品工程、农林生态、环境保护、品种选育、资源开发及利用、卫生检验等方面发挥着重大作用。近年来,仪器分析已成为现代实验化学的重要支柱。目前,我国绝大多数的大专院校都为化学、环境、食品、药学、生物等专业的学生开设仪器分析理论及实验课程。然而,分析仪器价格昂贵、操作费用高、培训时间长、设备维护难等主客观条件的限制,大大影响了教学质量的提高,导致学生在遇到实际问题时无从下手。为培养学生的实践应用能力和创新意识,为向地方社会输送创新性强和应用性强的“双强”人才,我们有必要对仪器分析及其实验教学内容进行改革。
《仪器分析》课程具有以下特点:(1)仪器分析抽象,涉及的知识面广,难于理解,学生难以记忆和掌握,进而对该门课不感兴趣。(2)仪器分析课所用的仪器通常价格昂贵,大多数高校配备数量有限,造成学生在课堂上实践机会比较少。(3)仪器发展、更新速度快,常常造成理论和实际应用相脱节。(4)由于实验课时有限,且仪器价格昂贵,仪器分析实验主要为演示性实验,由教师独立完成,学生仅是观摩和写实验报告,或在教师详细介绍了实验内容、仪器结构和使用方法后,在将实验药品、器材全部准备好的情况下由学生进行实验,学生很少有发挥主观能动性的空间。因此,提高学生的学习兴趣,从而提高学习主动性和积极性,是教学改革的关键。
此外,部分学校为节约开支,将实验分组减少,每组学生人数偏多。大部分同学只是走马观花,对整个实验过程不甚理解,更谈不上掌握。学生完全缺乏主动性,能力得不到培养和提高。理论课抽象枯燥,实验课被动单一,严重影响了教学质量,违背了高校人才培养理念,难以为社会输送合格的应用性人才。因此应改革现行教学方法,使学习内容由枯燥乏味变生动有趣,使学习方式变被动学习为主动学习。
如何培养学生的学习兴趣成为仪器分析教学改革的关注点之一[1]―[2]。分析学习对象是硬生生、冷冰冰的仪器,如教师能在教学过程中加入一些人文知识、仪器发展历程或历史背景的内容,恰当地穿插一些科学史料,让学生畅游在仪器分析的时间长廊里,沿着分析仪器发展的足迹去认识其发展的迫切性和必要性,必将会激起学生学习仪器分析的兴趣和热情。比如在讲气相色谱或液相色谱时,可以从1906年俄国植物学家茨维特以碳酸钙粉末分离叶绿素的实验开始,从最早的液固色谱讲到液液色谱,再讲到气相色谱,以至后来所发展的超临界流体色谱、毛细管色谱、毛细管电泳等,将整个色谱的发展过程向学生进行简要的介绍;在讲述原子吸收光谱时,向学生介绍1955年澳大利亚科学家Walsh和荷兰科学家Alkemade发明第一台原子吸收光谱的情景。向学生介绍诺贝尔奖设立至今,众多科学家得奖都离不开先进仪器的应用,甚至许多物理学家、化学家、医学家直接因为发明仪器而获奖。学生在听完这些故事后会精神振奋,兴致倍增。
仪器分析课程内容抽象枯燥,难以记忆和理解,如果教师仅仅用“粉笔+黑板”的模式向学生传授知识,则往往难以激发学生的学习兴趣,达不到良好的教学效果。多媒体具有声、形、景、动、静结合等多样的表现形式,信息量大、有良好的诱发性和易接受性[3]。如将仪器的结构和原理以Flas的形式呈现在学生面前,借助多媒体的多样性、交互性、集成性,就会激发学生的学习兴趣,如能把仪器的整个工作过程演示出来,则可以增加学生的理解和记忆,学习效果会更佳,学生通过简单的电脑操作就能在数分钟内完成模拟实验。计算机能力强的教师或教学组可以自行编写相关仪器演示的多媒体动画,或从网站下载仪器分析教程相关动画。教师也可录制有关仪器的标准操作方法的录像供学生观看,以便学生做好上机前的准备工作。同时,由于仪器分析课时有限,而学习内容相对较多,故多媒体的运用还可为教师节省板书时间,使授课的信息量加大,知识容量扩大,提高教学质量和教学效率。
让学生认识到所学知识的重要性,必须与生活紧密联系起来。在向学生讲授某大型仪器时,可以先向学生发问:应该用哪些仪器开展这种分析?比如在讲授原子发射或原子吸收光谱前,问学生如何知道河流里面的重金属是否超标;在讲授气相色谱前,问学生如何知道河水中有机物的种类及其含量,不同品牌和香型的白酒其成分和含量的差异,蔬菜和水果的农药残留如何测定;在讲授高效液相色谱前,询问学生用什么方法可以检测出红心鸭蛋里的苏丹红,以及婴幼儿配方奶粉或其他乳制品中三聚氰胺的含量。这些与食品安全或生活实际关系紧密的话题很容易引起学生的兴趣,使他们感受到仪器分析这门课的重要性,明白仪器分析在人们生产生活中的重要地位,从而认真踏实地学习。在这种情况下,教师可进一步要求学生在学习相关理论知识的基础上,查阅相关文献,学习使用仪器。最好能够安排对实际样品的检测实验,达到学以致用,让学生经过艰苦的劳动后体会成功的快乐,增加学习信心和动力,激励他们去学好这门课程。
结合学生专业特点,可聘请有关专家或由任课老师向学生开设一些专题讲座,其内容可以是涉及某一仪器分析领域专题的最新发展和研究动态等,也可以是利用仪器分析原理去解决一些生产生活中的实际问题,从而激发学生的求知欲,拓宽学生的视野。比如,可向环境工程专业学生开设“室内空气污染的检测分析”、“河流底泥中重金属形态的测定分析”等专题讲座。由于讲座内容既有深度广度,又能结合学生实际,因此能收到较好的教学效果。
当今世界是知识大爆炸的信息时代,网络资源的普及为信息的获取和知识的飞速传递提供了不可替代的平台。针对大学生喜爱在网络上学习和休闲的特点,可建立学生学习知识的公共平台,将一些仪器标准操作和应用实例的视频放到平台上共享。仪器分析任课老师还可分学科专业开辟不同的QQ群,将一些有关仪器分析方面的知识、相关科学家生活趣闻、相关仪器最新发展动态等都可以放到群里共享。这些信息的搜集和资料的上传不限于教师,学生也可以自己在网上搜集素材上传,在知识学习和共享的同时,培养和增加对课程学习的兴趣,任课老师也可以从平台上获取一些他所不知的知识点,从而形成教学相长的良好氛围。
学院领导和任课老师不定期地组织带领不同专业的学生参观本市研发或主要使用分析仪器进行检测的企事业单位,如组织环境工程专业学生参观污水处理厂、水文监测站、环保局等单位。这样一方面可拓展学生视野,弥补学校仪器设备不全面无法实践的问题,另一方面实验检测与生产实践相结合,可为学生将来的工作或科研打下基础。另外,利用学校或周边地区举办大型仪器展示会的机会,组织学生参观,开阔视野,紧跟仪器发展前沿。
请有关专家或知名仪器厂商到校作学术报告,介绍学科发展前沿知识、生产实践对科研仪器的要求,以及仪器发展的最新动向等也是不错的选择。
由于仪器分析课程内容众多,涉及知识面广,包括色谱分析(气相色谱、液相色谱)、电化学分析(电位分析、伏安分析、库仑分析)、光谱分析(紫外、红外、分子发光、激光拉曼、核磁共振波谱、原子发射光谱、原子吸收光谱),以及质谱分析等内容,因此在学习中应注意运用比较和总结教学法,以比较为出发点,将原理、条件选择和应用等一并讲授。如将气相色谱与液相色谱比较、原子吸收与原子发射相比较。注意及时总结归纳各类仪器分析方法的共性和个性特点,抓住学习主线和核心内容,使学习内容层次清楚、融会贯通,以达到事半功倍的效果。教师应向学生介绍各类仪器、分析方法的原理及应用的差异与联系,尽可能避免孤立地介绍各种分析方法和分析仪器,及时对章节、课程进行总结,使学生对课程内容的知识结构及其之间的联系更加清楚,深化知识的学习与理解,提高和培养学生的综合分析能力和归纳能力。
仪器分析课程理论知识较为抽象,而地方高校的学生普遍基础薄弱、底子不好,对理论性强的知识易产生畏难心理。高校课程安排通常每次是两个课时,如能在第一节课时进行理论知识传授后,随堂或下一节课时即带领学生进入仪器实验室进行演示性实验教学,则效果会好很多,能使学生在理性认识的基础上增加许多感性认识。例如,在课堂上向学生讲授了高效液相色谱(HPLC)背景知识、分离原理、仪器构造等后,立即带领学生进入HPLC实验场地,对照仪器实物进行观摩教学,向学生重点介绍仪器的工作原理,对照仪器讲述仪器各部分模块的功能特点,并讲述仪器的应用领域和典型的应用实例,如可分析奶制品中的三聚氰胺,从而引起学生的学习兴趣。然后,任课老师再从头到尾做一次演示性操作,在仪器各部分运行的同时,再次讲解各部分构造及其功能,使学生能够获得更多的感性认识,印象也会更加深刻,如可以请经验丰富的仪器操作人员按标准程序进行演示操作,并制作成光盘资料后放至该课程网络共享资料空间,供学生反复观看学习,在加深理解的同时也降低了学生操作仪器不当的风险。
由于仪器分析课程内容涵盖面广,仪器种类较多,而理论课往往只有30―40个学时,如将所有内容向学生讲授既不现实又无必要,学生的学习效果也不会好。地方高校主要为地方培养应用型人才,因此应根据不同专业的学科特点,充分考虑相关企业的实际需求,向学生选择性地讲授某种仪器的理论知识,并开设一些代表性地实验内容。如环境工程专业的学生,主要培养的是城市和城镇水、气、声、固体废物、给排水工程等污染防治和控制规划专业人才[4],应重点向其讲授高效液相色谱、气相色谱、原子吸收光谱等相关仪器的分析技术及方法应用。同时,削减与环境工程专业学生在实际工作中应用甚少的相关仪器分析理论,如伏安分析法、紫外、红外、分子发光、激光拉曼、核磁共振波谱、质谱分析等,与环境工程专业贴合度不高,应以学生自学为主。
以往的实验教学方式采用的是“三定式”,即在实验手段上采用规定好的实验线路和步骤,使用规定的仪器并在规定时间内完成实验。采用这种教学方式,学生只是机械单调地重复实验过程,其思维能力和创造能力均受到局限,不利于学生创新能力的培养和综合素质的提高。此外,理论教学与实践教学相脱节也是仪器分析课程的一个主要问题。如教师在原理部分通常会花上5―6个学时才能讲透彻,而线学时。因此,应在课余时间向高年级学生实行开放实验室制度,对一些价格昂贵的仪器,规定学生必须在观看标准操作视频后或由有经验的学长带领下进行实验,以避免发生误操作。
地方高校可以将课程实验、开放性设计实验、课外科技活动实验、毕业论文设计实验有机地结合在一起,逐层递进,这样有利于提高学生综合利用所学知识分析问题、解决问题的能力,是培养学生实践动手能力的有效途径,同时拓宽了学生的知识面,提高了学生的综合素质,培养了学生的创新能力[5]。在实际从事课外科技活动或毕业设计的过程中,教师应因材施教,根据每个学生的实际情况,为其量身选定难度适宜的并具有一定水平的课题,认真指导学生利用相关仪器设备完成实验。如实验设计难度太大,在实施过程中常会让学生产生挫折感,以致产生厌烦心理,从而失去发现问题和解决问题的兴趣。
通过专业侧重式教学和综合实验体系的构建,学生主动汲取知识的能力将得到提高。后进生在先进生的带动下,也能逐步加入到开放性设计实验、课外科技活动实验、毕业论文设计实验中来。学生通过自己的实践,将书本上“死理论”变成“活应用”。这使学生能够触类旁通,点面结合、温故知新,充分体现学生在学习中的主体地位和教师的主导作用,充分调动学生学习的积极性、主动性,可以在较短的时间内提高学生学习和应用知识的能力,以及创新能力。
仪器分析是一门实践性很强的课程,地方高校应针对学生能力基础和专业特点,充分培养和调动学生的学习兴趣,重视仪器分析的实践应用,加大开放性设计实验、课外科技活动实验、毕业论文设计实验的比重,使学生既具备扎实的理论基础和较强的仪器操作技能,又具有较强创新意识及创业能力,进一步增强学生就业和发展的竞争力,初步实现培养应用型人才的目标,为地方经济建设作出贡献。
[1]李德亮,王岩.浅谈《仪器分析》教学中学生兴趣的培养[J].开封大学学报,2009,23,(2):74-75.
[2]尚永辉,岳立志.仪器分析课程教学的思考[J].食品工程,2009,(1):11-14.
[3]曹红,刘红,陈思羽,薛梅.关于仪器分析教学改革和大学生创新培养的探讨[J].兵团教育学院学报,2009,19,(1):82-84.
随着网络教育资源的发展和应用,网络教学成为了现代教育中非常热门而实用的教学方式。相对于传统的教学模式,网络教学不但可以促使学生的学习效率更加高效。尤其是在仪器分析课,这种理论性和实践性较强,实验分析方法较多,先进设备更新快,设备种类杂,分析内容涉及面广,而且不同的分析方法原理相对独立,连贯性不强,显得庞杂、难学的课程。网络教学发挥了巨大的优势作用,它可以通过视频、动画、等形式生动、直观地把仪器操作、分析方法等学习资源呈现在学生面前,对学生起到了很大的帮助,不容忽视。鉴于此,本文就针对仪器分析网络课程的建设研究,从以下几个方面谈谈自身的体会。
仪器分析课程涉及的内容较多,如光谱、色谱、电化学等多个领域。由于该课程具有理论知识丰富、专业实践性强的双重特点,而传统的课堂教学由于缺乏相应的实践做支撑,使得学生对仪器原理及仪器的操作分析,就谈不上消化吸收和应用到专业检测中。随着科学技术的发展,仪器分析技术日新月异,新仪器、新技术不断出现,是一门更新速度较快的学科,因此给当前仪器分析课程赋予了更多的新内容,同时给教学带来了新的挑战。毕业生从事检测分析工作时,既要求理解掌握仪器分析的理论知识,最新的仪器设备的新技术特点,还要求具备一定的实践操作技能。如果在校学习期间,学生只掌握丰富的理论知识而毫无实际操作技能,仪器分析课程也就失去了存在的意义。而网络教学的运用对于仪器分析课程无疑是至关重要的。这时我们就可以利用多媒体网络技术,通过图像、声音、影像、视频等多媒体技术直观、清晰、真实、形象地把仪器的构造、原理、使用流程、检测图谱以及结果数据分析等知识展现出来,而且可以通过动画、视频、流媒体等形式将枯燥不易理解的内容变得一目了然,激发学生学习的热情,进一步提高学生的学习效果。
1.学与用分离。仪器分析课程是一门专业基础课程,学生只有在掌握丰富理论知识的基础上具备过硬的实践操作技能,才能在以后的仪器相关工作岗位上得心应手。但是在我国以往的网络课程教学过程中,并没有将网络教学的作用真正发挥出来。学生们仅仅是将网络作为一种简单的下载工具而已,即通过网络下载一些相关的资料以及考试题型,根本不会涉及到实践操作技能,学与用完全分离。至于掌握实践技能更是一句空谈。
2.课程设计内容缺失。作为近年来新兴起来的教学模式,网络教学有其独到之处。但很多老师在网络教学的过程中很难把握教学内容的深度和广度,导致在教学组织上存在不足,课程设计内容严重缺失,致使老师通过网络教学的课程内容过于简单,理论和实践技能严重脱节,学生学不到应有的技能。鉴于此,老师只有按照课程教学大纲的要求,充分利用网络教学的优势,重新规划课程内容,才能为有效教学带来可能性。
3.课程体系及内容不完善,资源过于陈旧,网络课程缺乏与生产实际的联系,实用性不强。课程体系和内容陈旧,更新慢,缺乏对先进的生产技术和设备的敏感性,知识跟不上时代的需求,导致学生们的知识与现实脱节。网络课程中的教学内容要求表现形式多种多样,如文本、图片、视频等等,但是以往的网络课程中的教学内容表现形式相对单一,不够丰富,大部分是把课本内容照搬到网络上,以至于没有体现出网络课程教学的多样化,难以发挥网络教学资源的优势。另外,仪器分析课程要求学生掌握实践动手操作技能,即使没有足够的设备及时间供学生操作,那么在网络课程教学中就需要大量的视频、动画、流媒体等形式展示检测实践知识,便于学生通过观看生动形象的视频等形式的课件深入知识体系,方便学生学习。
基于以上不足,考虑网络课程主要是学习者通过该类课程独立自主地学习,即独立性、自主性学习是这类网络课程设计者所要考虑的主要问题。从这个特性出发,以实用性、以学生自学为中心、增强学习效果为目的,设计了仪器分析网络课程,课程以教材为依据,将符标准化的多媒体资源与技术应用于网站制作中去,设计了仪器分析网络课程,主要内容有三大部分:课程管理、教学资源、教学活动。
1.课程管理包括课程介绍、教学大纲、教学日历等3大内容,其中课程介绍主要介绍本课程的性质、定位及研究领域;教学大纲包括教学目标、课程内容、教材及参考书、课程特点、考核办法等。
2.教学资源包括细化到每一章、每一节的知识点、重点、难点,以及每一章节相应的课件、授课视频、有助于学习的视频资料、思考题等其他相关内容;根据需要可以上传多种教学资源,如多媒体资源库、文献资料库、职业技能资源库等。(1)多媒体资源库:主要是与仪器分析相关类课程教学所用的多媒体素材,包括各种文本、图形图像、音频视频、动画等,重点在各类仪器的结构、原理、操作流程、检测图谱及检测数据结果处理等方面建立不同形式的资源。(2)文献资料:主要包括色谱仪、光谱仪、电化学仪器等的使用、检测方法、新技术、新设备等相关文献、相关政策与法规等。(3)职业技能资源:包括食品检验工、化学分析工等相关职业的国家职业标准、职业培训教材、培训题库、考核题库等。
3.教学活动包括答疑讨论、课程问卷、教学邮箱、教学笔记、课程作业、试题试卷库及在线测试等内容。通过答疑讨论及时与学生交流学习,实现师生的互动交流,还可以通过教学邮箱、教学笔记等方式进行交流互动。
仪器分析作为专业性较强的学科,实施网络教学能够对教学效率的提高起到事半功倍的效果。而如果将网络教学与课堂教学进行融合,达到的教学效果更是出乎意料。那具体如何实施呢,首先知识点的预习要通过网络课程来进行,让学生对所要讲授的内容做到心中有数,主次分明;其次通过课堂教学授课,让学生多所预习的知识进行深层次的理解和掌握;再次运用网络教学对所学知识进行总结,加深巩固,并通过在线作业进行实践练习,同时老师要对实践练习过程中学生提出的疑惑进行详细解答,直至学生完全掌握即可。实践证明,这种师生通过网络相互交流的授课方式是十分有效的。结合本人的实际教学经验,就从以下几个方面谈谈仪器分析网络课程实施中的体会。
1.仪器分析教学可分为两大教学,即网络教学和课堂教学。两者相辅相成,不可分割。学生在课堂学习的过程中,难免会有一些知识难于理解和掌握。而这些知识大部分是重点内容,不能轻易放弃,这就需要通过网络课程的学习来弥补课堂教学的不足,让学生在网络学习的过程中体会到学习的乐趣,还能不断加深学生对知识点理解的深度。
2.在网络教学的过程中,教师双重角色的定位是至关重要的。既在传统的课堂教学中扮演教的主体,学生学习道路上引导者的角色,又要在网络教学中发挥学生学习主体的作用,和学生共同学习的“学生”角色,在这一过程中,教师要关心和爱护每一位学生,对学生提出的疑难问题要耐心、认真地解答,并积极地和学生进行交流探讨,提高学生参与度,让学生体会到教师对他们的感情关注是十分深刻的,进而拉近师生之间的距离,从而增强教学的效果。
3.改革学生评价考核方式。在我国以往教学的过程中,主要是通过评价和反馈两大途径对学生进行考核。主要体现在以下几个方面,如将总成绩按照百分制来计算的线%的权重,作业完成度占20%的权重,相对于平时课堂表现、作业来说,期末考试成绩则重要得多,占到60%的权重。可见成绩的重要性。而进行网络教学以后,则要根据根据网络课程学习的特点,利用网络的在线统计工具,统计学生的作业情况、在线测试情况、学习情况、讨论区的表现以及教学资源的利用情况综合给出成绩。本课程实施过程中采用的考核方式为:课堂学习占20%(主要课堂表现10%,作业完成情况10%)、网络学习占总成绩的30%(主要包括在线%。
进入新世纪以来,我国高校网络课教学的进程逐步加快,对于提升学生的学习能力以及掌握更多知识等方面起到了十分重要的作用,不容忽视。尤其是在仪器分析这样重在实践的专业性较强的科目上使用网络教学,不仅可以增强教学的趣味性,改善枯燥无味的教学环境,激发学生学习兴趣,还可以大大提高教学的效率,最终带来教学改革的真正突破。
[1]肖新生,袁先友.食品质量与安全专业《仪器分析》课程教学的讨论[J].湖南科技学院学报,2008,29(12):47-49.
[2]张蕾.网络教学经验初探[J].河北广播电视大学学报,2015,20(5):72-74.
[3]秦燕妮,聂建文.论高职计算机网络课程建设[J].教育与职业,2012,(9):143-145.
[4]戴明礼.关于建构网络课程评价体系的思考[J].甘肃科技,2014,30(3):55-56.
改革的第一个举措就是修订教学内容,重点突出两个环节的教学,一是大型仪器的引入,二是狠抓实验教学的“两头”。
1.1大型仪器的引入近年来,越来越多的学生反映在就业面试中经常会被询问到在校期间对各种分析仪器尤其是大型分析仪器了解、掌握和应用的情况。原因在于,大型仪器代表着先进的测试技术,它和学科前沿知识、高水平的研究成果密切相关,能否操作大型仪器是体现理工科学生科研素质及创新能力的一个重要标志。因此,在内容设置上,我们把大型仪器的教学作为内容改革的一个重点,课程中除了保留红外、紫外、荧光等相关实验外,还引入了全自动顶空-固相微萃取(SPME)-气相色谱仪、液相色谱-质谱联用仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等大型仪器的教学内容,这种引入不是“纸上谈兵”式的理论讲解,而是真真实实让学生去做,去动手操作。围绕这些仪器专门开发了一系列实验项目,比如“全自动顶空气相色谱法建立木材指纹图谱”、“无机盐晶体及水溶液的拉曼光谱检测”、“固相微萃取-气相色谱法分析苯系物”、“液相色谱-质谱法分析邻苯二甲酸酯类物质”等。通过实验教学,学生熟悉了大型仪器的操作技术,对大型仪器的分析方法有了更为深刻的认识,这为其进行后续课程的学习、参与科技创新活动及完成本科毕业论文打下良好基础。
1.2抓实验教学的“两头”仪器分析实验的特点是以仪器操作为主,自动化程度高,尤其是大型仪器,往往是傻瓜式的,只要预先设置好测定参数,放入样品(有些还是教师做的),学生就无所事事,坐等结果了。针对这一情况,我们把教学的重点落在了实验的“两头”,一是样品的前处理;二是实验结果的数据分析。以“全自动顶空气相色谱法建立木材指纹图谱”实验为例[9],我们在教学中有意识地增加了室内空气采样、固相萃取、固相微萃取等动手环节,让学生自己进行气体样品的采集,及复杂样品中待测物的萃取富集等预处理操作,通过结果对比,学生发现样品预处理的好坏对检测结果的准确性、灵敏度和重现性有非常大的影响[10-11],因而对完整的样品分析过程有了更为切身的体会。在数据处理环节,教学中除了要求学生掌握一些与仪器配套的数据处理软件外,还指导学生利用化学计量学的知识对复杂图谱进行解析。比如在木材指纹图谱实验中要求学生首先利用Excel对待测树皮与标准样品的谱图数据进行相关性比对,然后再采用主成分分析(PrincipleComponentAnalysis,PCA)投影法对树皮进行模式识别与分类。再比如“紫外光谱法在线测量连串反应动力学过程”实验,先通过残差优化-减秩法对化学反应动力学谱和吸收光谱数据进行分析,计算各反应的速率常数,然后再利用最小二乘法回归解出包括中间体在内的各组分的吸收光谱。数据处理涉及到仪器分析、线性代数、数理统计、计算机应用等诸多领域的知识,通过这一环节的教学,学生的知识面得以拓展,知识的综合运用能力得到提高。
大型仪器的教学是“仪器分析实验”课程教学的重点和难点,有两个地方非常关键,一是要让学生真正了解并掌握大型仪器的工作原理;二是要提供足够的机会让学生上机实习,熟悉仪器的操作技术。为了达到上述目的,我们对教学方式进行了改革,采用开放实验开展大型仪器的教学,具体开放形式有以下三种。
2.1仪器开放课内学时有限,为了使学生获得更多的动手机会,将课程中涉及的光谱、色谱等大型仪器在课外对学生开放,考虑到这类仪器通常承担有繁重的科研任务,开放的时间一般安排在周末(每周保证一个整天)。学生通过实验中心的网络预约系统进行仪器预定,获得批准后,学生2~3人一组,在给定时间内进入实验室,完成规定内容或自选内容的实验操作。期间,教师(或研究生助教)给予必要的指导。通过仪器开放,学生有了更多的机会接触仪器、使用仪器。一个学期下来,班上有不少学生可以独立操作HPLC、红外、紫外、GC-MS等大型仪器,部分学生技术熟练,甚至还获得了某个大型仪器的操作上岗证。
2.2内容开放除了教材规定的实验内容外,还鼓励学生根据实验室条件和自身兴趣,自主设计实验。比如学生做完“全自动顶空气相色谱法建立木材指纹图谱”实验后,依据顶空气相色谱仪能够检测挥发性成分的原理,选定花露水、修正液、黄酒、水果、茶叶等为研究对象,自行设计实验方案,待教师审核批准后,利用仪器开放日,对这些样品进行检测,得到了很多有趣的结果;再比如学生通过“无机盐晶体及水溶液的拉曼光谱检测”实验,熟悉了拉曼光谱的测定原理,随后收集了各式各样的翡翠、玉石、首饰等样品进行检测,通过和标准物拉曼光谱图的对比,以鉴别这些物质的真伪和品质。由于开放实验涉及大型仪器,其内容又贴近生活实际,趣味性强,学生的参与热情非常高。
2.3网络开放在仪器开放、实验内容开放的基础上,我们还在化学实验中心网站交流平台上开设专栏,用于仪器分析方面的拓展性教学。任课教师担任栏目的版主,引导学生就实验过程中碰到的问题进行探讨。讨论的问题由浅入深,从最初的样品准备、参数设置、条件优化、数据传送等,逐步过渡到仪器故障处理、原理解释、拓展应用及新实验设计等。由于网络论坛不受时间、空间的限制,这种开放式的交流方式深受学生欢迎。教师将学生提出的问题归纳总结,在下一轮次的实验教学中进行针对性训练,通过“实验—交流—实验”的不断重复,学生的理论基础得到提高,操作技术也日渐娴熟。
在课程考核方式上,打破了原先“唯实验报告论”的传统模式,将开放实验纳入考核内容,建立多元化的考核机制。具体而言,我们将学生的课程成绩分为4个部分,即平时成绩(30%)、实验报告(30%)、开放实验(30%)和笔试成绩(10%)。平时成绩主要考查学生预习报告、课堂提问、动手操作等情况;实验报告主要考查学生的实验记录、报告规范性及数据处理与分析、问题讨论等完成情况;开放实验侧重学生综合素质的考核。课程结束前,组织开放实验答辩会,要求学生以小组形式采用PPT进行答辩汇报,教师和学生代表担任评委,从课题设计、仪器操作水平、实验结果、PPT讲稿制作、演讲效果等方面对学生的表现进行综合评分;笔试着重考查学生对仪器分析相关理论的掌握情况,包括实验原理、操作要点、注意事项等。实践证明:改进后的考核方式更加客观、公平、全面地反映了学生的学习状况,符合“以人为本”的现代教学理念。
从教学内容、教学方式和考核机制等方面对仪器分析实验课程实施综合性改革,经数年实践,在以下几个方面获得了良好的教学效果。(1)改变了“仪器分析实验”课程的传统教学模式。以大型仪器的教学为突破点,开发出了一批有特色实验项目,比如围绕紫外-可见漫反射仪就先后开发了定性实验“紫外-可见漫反射光谱法比较手的黑白”、“各种纸张的颜色与漫反射的强度比较”,及定量实验“紫外-可见漫反射光谱法检测颜色的CMYK参数”等,这些实验充实了课程的教学内容,使得大型仪器的教学从原先的“教师演示性”教学转变为以学生为主体的“自主实验”模式。(2)培养学生自主性学习能力。通过课程的开放实验教学,学生的自主意识得到加强。以蔡劼凯等学生为例,该小组3名学生在实验室开放时段重点学习了大型仪器液质联用仪,然后就利用Solid-works和AdobeFlash软件自行制作了一个模拟离子阱液质联用仪原理和分析蛋白质过程的学习动画。今年10月,3位学生携此项目到北京参加了第一届“卓越联盟杯”创新实验大赛,经现场答辩和演示,该项目获得比赛的二等奖。(3)激发学生的科研兴趣。在了解和熟悉了大型仪器的测试手段、表征方法后,不少学生希望寻找一些目标和靶子来一试身手,由此对科研产生了兴趣并逐步融入到科研当中。比如,顾丽凤等学生做完“拉曼光谱法定性研究翡翠实验”后产生联想,能否在此基础上实现翡翠成分的定量检测呢?通过查阅文献及向教师请教,学生将XPS和拉曼光谱结合起来,采用拉曼位移法,最终实现了各种翡翠的定量检测及模式识别,并撰写了论文[12]。
“仪器分析”课程是我校为国家理科基地开设的主干基础课之一,是化学、应用化学等专业的一门必修专业基础课。自1980年教育部将仪器分析首先列入综合性大学化学专业的必修基础课以来,我校从1982年起开始为79级本科生开课。多年来仪器分析课程组认真规划,深化教学改革,初步形成了具有自己特色的教学体系。该课程1999年被教育部批准列入“国家理科基地名牌课程创建项目”,2006年被教育部评为国家精品课程。
为了不断提高人才培养质量,针对培养目标和培养模式,围绕课程体系、教学内容、教学方法和教学手段等方面,对“仪器分析”课程进行了系列改革。
实行课程负责人制,注重课程负责人在实际教学工作中的引领和骨干教师的传帮带作用,保证青年教师培养工作严谨规范。秉承“以人为本,教学第一,治学严谨,求实创新”的教学传统,促进教学团队结构的完善和水平的提高。课程组现具有年龄、职称、学位合理的教学梯队,形成了一支朝气蓬勃奋发向上的教学科研创新群体。
按照化学学科对人才培养的要求,构建以一级学科架构的“平台(公共基础和学科基础)+模块(专业交叉、专业实验和实践教学)+课程群(素质教育、学科前沿和专业方向)”的课程体系,体现了“宽口径、大专业”的通才教育模式,为人才专业知识掌握、专业特长培养和个性发展创造条件。
郑州大学是我国第一所省部共建高校,也是河南省唯一的“211工程”重点建设大学。我校的化学专业也是国家理科基础科学研究和教学人才培养(化学)基地、国家级特色专业建设点。化学专业按照“理科基础科学研究和教学人才培养基地”的教育模式,培养少而精、高层次的科学研究与教学人才。实行单独编班、单独上课、动态管理的滚动竞争机制,进行重点倾斜和培养,在推荐免试研究生、提前进入硕士研究生阶段学习方面,享有优惠待遇。应用化学专业则注重培养基础扎实,知识面宽,具有系统的化学基础理论知识,良好的试验、开发研究、工艺设计技能,优良的科学素养和科技、生产管理才能的复合型人才。
根据建立的“平台+模块+课程群”的课程体系,课程按层次化教学体系实施。仪器分析面对化学类专业不同类型的班(拔尖创新人才实验班、理科基地班、应化班和六年制本硕连读班)分别授课;同时,对于非化学类专业,制订单独的教学计划,开设分析化学课程(含化学分析与仪器分析)。
从2008级本科生开始,选拔组建拔尖创新人才实验班,单独编班开课。自2011年开展仪器分析课程的双语教学试点,启用被国际著名学府普遍采用的教材作为基本教材,结合使用自编的教材,使学生受教育的层次得到更大的提高。课程采用全英文课件授课,教学语言根据课程难易和学生理解程度中英文并行。实验班同学具有良好的基础知识和学习热情,双语教学的开展为发掘他们的学习潜能提供了较好的发展渠道。2011年又新增开设学科前沿课程群的“今日化学III”(物理化学和分析化学学科方向内容),讲授学科及课程的发展状况,确保教学内容的前沿性。
教学方法的改进根据课程的总体要求体现在如下几个环节:讲课、习题及讨论课、专题报告、作业、课程论文和检测等。在教学方法和手段上相互呼应,多种形式与多种手段配合使用。
分别按照化学类及近化学类基本教学内容,讲课时在突出基础的同时,对每一种仪器分析方法的建立和演变过程予以介绍,把仪器分析研究领域的最新研究成果和发展动向引入授课内容,适当反映现代进展水平;并注意时时传输学习方法。
要求学生撰写课程论文,在学生熟练掌握基本理论知识的基础上,通过查阅相关资料,就自己感兴趣的问题给出专题研究结果。通过撰写课程论文,使学生归纳了知识,总结了概念,学到了思维的方式,提高了学习能力和独立获取知识的能力,为将来的毕业论文创作做好准备,为以后撰写科研论文打好基础。对于撰写课程论文这一教学改革尝试,多年来坚持至今。同学们在论文写作过程中充分发挥自己的主观能动性,出现了一批具有一定创新观点的论文。
安排课堂讨论,学生根据仪器分析所学内容,结合相关课程知识进行准备,以组为单位推选代表在课堂上发言,教师进行针对性讲评。通过课堂讨论,激发了学生的学习兴趣,活跃了课堂气氛,这种方式既锻炼了学生的语言组织能力和表达能力,同时增强了对教学内容的理解,也加强了师生之间的交流。
建立了考核成绩综合评价办法,各项考核要求均占有一定的成绩比例。采取将笔试成绩作为一部分,与作业、课程论文、习题讨论等成绩相加,计为课程的总成绩。总的思路是增大平时学习成绩评价的比重,将考试尤其是期终考试的要求与平时的学习过程结合起来。该项教学成果通过省教育厅鉴定,获得河南省教育科学管理研究优秀成果一等奖,并加以推广。
根据课程特点开发和应用高质量的多媒体教学辅助课件,建设了网络课件资源库。将课程内容采用模块化的组织方法,以章节为基本单元,以知识点教学单元为单位,根据具体的知识要求以及重点、难点,采用文本、声音、图像、动画等多种形式表现,提供多层次的学习内容。媒体素材的建立在使用中经过不断测试、修订。CAI网络版课件可在标准浏览器中运行。
同时,我们还建设了“仪器分析教学网站”,学生可利用教学网站,进行课程的预习和复习,并且还可进行在线自我检测,及时理解和掌握在课堂上所学内容。根据需要在教学中合理使用多媒体辅助教学软件,满足课程的教学需要,在教学中发挥了作用。
将教学内容改革、教学方法和手段创新、教材建设、队伍建设、课件资源库建设,作为一个综合系统工程,实现课程体系的整体优化。
事实上,精品课程建设本身就是一项重要的研究课题。在仪器分析课程教学和课程建设的基础上,将教学研究与教学实践相结合,长期坚持进行教育教学研究工作。课程负责人参加的由高等学校化学教学研究中心组织的“多功能综合性高等化学试题库的研制和应用”,获国家级教学成果二等奖。由课程负责人参与承担的河南省高等教育教学改革研究重点项目“化学类专业创新人才培养模式的研究与实践”,获郑州大学教学成果特等奖和河南省教学成果一等奖。近年来,课程组还发表了近20篇教学研究论文。
仪器分析理论课与实验课各自独立开课,又相互紧密配合。利用构建的适应理、工、医等各专业的化学教学大平台,开设综合性、创新性和研究性实验。设立了加强基础、循序渐进、突出重点、全面提高的目标。
仪器分析实验分为基础、提高和设计三个层次。开始的基础实验以基本内容为主,逐步扩大范围和难度,设计实验由学生独立查找资料、设计方案、选择仪器来完成。
课程组教师积极参加国家理科(化学)基地建设项目的实施,通过国家基金委人才培养基金“科研训练及科研能力提高项目”和“人才培养支撑条件建设项目”,改善人才培养环境。
实行本科教学导师制,课程主讲教师同时任基地班导师。结合课程教学,让学生提前进入导师实验室。广泛吸收本科生参加项目训练,开展“师-研-本”互动式科研训练模式。鼓励学生个性发展。使学生了解科学研究前沿,开阔了视野,提高了学生的动手和创新思维能力。近年来,课程组指导化学系本科生参与公开30余篇。
课程建设的重点是内涵建设,最终目标是打造优质教学资源,全面提高本科教学质量,真正使学习者受益。
在开展课程建设的过程中,要注意处理好传统与特色、规范与创新、内容与方法、基础与专业、教学与科研、点与面的关系,切实认识到“质量工程”和精品课程建设对于提高人才培养质量的重要作用。根据自身定位与特色,合理规划,做好长期建设的准备,树立精品课程资源建设可持续发展的观念。
分别按照“研究型”和“应用型”的人才培养思路,进行因材施教。既要培养少而精高层次的化学“研究型”人才,又要根据经济建设尤其是中原经济区建设和社会发展需要,培养知识面宽、适应能力强的“应用型”人才。
针对课程内容及课程体系改革,综合协调分析化学学科建设与课程建设、本科生教学与研究生教学、教学与科研的关系。按照新的人才培养模式组织教学,要更加细致地修订教学内容,逐步优化。处理好理科基地班、拔尖创新人才实验班、本硕连读班和应化班的关系,确定不同的培养重点,确立切实合理的人才培养目标,进一步探索具有特点的人才培养模式。
例如本硕连读班的培养在一定程度上受基地班推免的影响,据此,一方面增设“本硕班”奖学金;另一方面,使其可自由选择到基地班或双语班上课,激励学生自主学习、努力成才。不过,由于涉及本科生与研究生的培养衔接问题,仍待进一步整合。
2012年年末,举行了郑州大学与中国科学院合作共建“卢嘉锡化学菁英班”签约揭牌仪式。这是贯彻落实教育部、中科院“科教结合协同育人行动计划”精神,提升我校人才培养质量的重要举措。“卢嘉锡化学菁英班”的设立,对于探索院、校联合培养人才的新模式,提高高等教育人才培养质量,带动高等学校与科研院所在教育和科研工作方面的相互配合、相互支持、共同发展,会起到积极作用。这同样也是需要认真研究和解决的新课题。
计算机辅助教学(CAI)是在20世纪90年代多媒体技术兴起后迅速发展起来的。多媒体课件的开发、研制以及在网络教学平台上的应用,为教学方法和手段的改革开辟了重要的途径。但是,课件开发是一个系统工程,课件资源库建设、实施和维护,需要投入很大的时间和精力。这是一种对教学内容再创造的过程。既需要扎实的专业基础、丰富的教学经验,又需要具有较好的计算机技术,更需要付出艰辛的劳动。要进一步对网站内容、形式补充完善,为广大师生在获取网络资源的同时提供更加全面的帮助。
要创建“一体化、多层次、开放式”的实验教学模式,更新实验教学内容,改革教学组织形式,加大设计性和综合性实验项目的比例。
同时,必须注重科学研究对人才培养的促进作用,适时将科研成果转化为实验教学项目。
“当代分析化学是一个丰富多彩、内容繁多的知识宝库”。作为专业的基础知识支撑,仪器分析、化学分析的理论和技术为分析化学学科的人才培养打下基础,也为相关学科提供了学科发展的重要保障。我们要充分利用现有的国家理科基础科学研究和教学人才培养基地、国家精品课程、国家级教学团队、国家级高等学校特色专业及国家级化学实验教学示范中心等平台,结合化学博士后流动站、化学博士点,国家级重点(培育)学科(有机化学)和河南省重点学科(分析化学)建设,培养和造就基础扎实、知识面宽、能力强、综合素质高、勇于参与国内国际竞争的优秀基础科学研究与教学后备人才。
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目前,地方院校转型既是经济社会发展的需要,也是高等教育自身发展的需要。而地方院校要实现转型发展,需要进行理念转型、学科专业转型、人才培养模式转型和课程转型,其中最难也是最核心的问题是课程转型。现阶段地方院校的课程以学科本位为主,难以满足应用技术型人才培养要求。应用型大学食品检测专业仪器分析课程也是如此。作为一门理论性和实践性都很强的课程,仪器分析现有的教学方法难以满足应用型人才培养要求。目前大多院校仪器分析实践教学仅仅依靠演示性实验教学,学生缺乏实际操作和动手能力,使仪器分析知识仅停留在理论学习阶段,这与企业要求毕业生能快速熟练掌握各种分析仪器相矛盾。加之各高校课程考核方式单一,很难监控学生掌握仪器分析的实际情况,导致学生学习的主要目的是期末考试,不利于学生应用能力的培养和创新意识的养成。而模块化课程是能力本位的体现,具有优化课程体系、理论和实践融为一体,教学更有针对性,教学安排灵活,有利于拓展学生个性等特点。为此,本文试通过对该课程进行模块化教学研究,为实现食品检测专业转型发展提供参考,这对解决越来越多的食品检测专业人才就业及专业自身发展亦具有重要的现实意义。具体说来,应用型大学仪器分析课程模块化教学可从以下六个方面展开。
仪器分析不仅是一门理论性很强的课程,也是一门实践性很强的课程,它也注重培养学生的动手能力、创新能力和综合素质。该课程并非48学时教学就能掌握,需要在前期课程如分析化学、有机化学等向学生灌输分析仪器的概念及作用,激发学生学习仪器分析的兴趣;在后续课程如食品分析、现代食品检测技术、食品综合分析实训等课程中不断扩增仪器分析相关知识,强化仪器分析在食品检测中的重要性;更应在实习实训课程中进一步强化分析仪器操作。构建以仪器分析为核心的一体化教学体系,是实现课程模块化的重要保障。以广西科技大学鹿山学院为例。该校食品检测专业仪器分析一体化教学体系构建如图1所示。
通过该教学体系,可形成以仪器分析为核心、食品检测能力为导向的应用型人才培养,为仪器分析课程模块化教学提供重要保障。无论是在前期基础课程――无机及分析化学(光谱学知识)、有机化学(光谱学、色谱学和质谱知识)、食品生物化学(荧光分析、含量测定等),还是在后续课程――仪器分析、食品分析、现代食品检测技术、食品检验检疫学、食品综合分析实训、食品专业生产实习以及毕业实践环节中的毕业论文中,都应深度强化仪器分析的重要性,加强应用,以有效地实现仪器分析教学体系一体化教学。
如何更有效地整合仪器分析教学内容,构建成符合模块化教学要求的教学内容,使课程注重理论与实践统一,形成模块化教学教案,是教好该课程的重点亦是难点。以社会需求为导向,在尊重本课程系统性、科学性的基础上,可对教学内容进行重新编排,初步形成基础理论(28学时,8个模块)、实验实训(16学时,5个模块)和综合应用(4学时,4模块)三大模块内容,可有效地针对普通本科学生特点,整合课程内容和资源,满足地方院校教学要求。
上好每一节课是每一位大学教师必修的一门课程,好的教学方法可达到事半功倍的效果。传统以教师和课本为主的满堂灌、填鸭式教学难以满足模块化教学的要求。研究表明:大部分学生听课注意力最集中的时间为15-30分钟。然目前大学均以40分钟一节为标准,且通常两节或三节连排,学生学习效率不高,容易困。教学试验发现:将教学内容制作成约20分钟的教学片段,各片段均具有完整的教学设计,再结合电子双板教学,能有效解决学生听课疲劳问题。因此,研究如何制作符合模块化教学要求的教学片段以解除学生听课疲劳,是实现课程模块化教学的重中之重。仪器分析课程特别适合教学片段的模块化教学。以笔者的教学实践为例。笔者结合广西科技大学鹿山学院教学实际,将基础理论内容的8个模块又细分为10-20分钟不等的70个教学课件,并将20个教学课件录制为微课视频,从而实现教学过程模块化,大大缓解了学生听课疲劳,有效地提高了听课效率。
模块化教学更强调学生主动学习和师生互动过程,不应该仅通过期末考试来进行考核,应结合多种考核指标与手段如“教学做评”一体化考核,针对课程模块化教学的特点,对教学过程进行模块化考核,按综合评定方法给分,使学生不仅重视期末考试,也关注学习过程,从而提升教学效果。总之,研究更行之有效的考核方法,是实现课程模块化教学的重要保障。本文结合广西科技大学鹿山学院实际,将该课程的考核分为平时成绩、实验成绩和期末考试成绩三个部分,并对这三个部分进行更细的模块化考核,详细见表1。通过该考核方式,极大地提高了学生的学习兴趣和自主学习能力。
为使学生更好地接受抽象的仪器分析方法,将师生科研与仪器分析相关的实例融入模块化教学,使抽象问题具体化,对实验实训模块化教学具有非常重要的促进作用。通过讲述或重现师长的创新实验和毕业论文更能激发学生对仪器分析的学习兴趣,亦可培养学生科研创新思维,为今后从事科研工作奠定基础。研究如何有效地将科研融入教学,是实现模块化教学的重要手段。笔者将多年来从事科研用到的分析仪器作为实例进行讲解,更重点讲解所带学生的科研成果,以师兄师姐的科研成果作为实例讲解,给学生更亲近的感觉,消除了学生对仪器分析的陌生度,极大地提高了学生的学习兴趣。
产学研合作是应用技术大学最显著的教育模式,构建基于“互惠、互利、共赢”的校企所长效合作模式是实现应用技术型人才培养的重要保障。企业、研究所等有大量先进的分析仪器却无人使用,而广西科技大学鹿山学院食品检测专业共20多周的实习和毕业环节,为仪器分析教学贯穿校企所合作提供了可能。研究如何有效地将课程教学融入校企合作,也是实现模块化教学的重要手段。
综上,本文从教学体系、教学内容、教学过程、考核方式、师生科研以及校企合作六个方面对仪器分析课程模块化教学进行探索,可基本实现地方院校食品检测专业仪器分析课程模块化教学,该模块化教学方法可推广到其他课程,为地方院校转型为应用型大学的课程模块化教学提供参考依据。
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【基金项目】广西教育科学“十二五”规划课题(2015C530);广西高等教育教学改革工程项目(2016JGB514、2015JGA428、2013JGB449);广西职业教育教学改革立项项目(201504)
随着科技发展和经济实力的大幅提升,仪器分析已经成为现代实验化学的重要支柱,其应用越来越普及。基于仪器分析在现代化学中的重要地位及我校仪器分析的受众广泛,为切实培养适应社会发展的人才,课程组将问题学习法引入《仪器分析》课程教学。问题学习法(Problem-Based Learning,PBL)是一种新的教学模式[1-2],它是在学生掌握初步的课程基础知识下,由教师给学生构建一些现实社会生活中重要的结构不良问题,并根据问题情境为学生提供一定的学习资源和理论指导,通过让学生以学习小组形式合作解决真实情境中的问题,来学习隐含于问题背后的科学知识,并掌握解决问题的技能,形成自主学习、分析问题、解决问题以及团队合作等能力。问题是问题学习法的核心,学生进行探究讨论等学习形式都是围绕着问题来开展的,问题构建至关重要。我们在根据仪器分析课程特点[3],以兴趣引导性、问题导向性、专业相关性、问题开放性为问题构建的基本原则,以各种仪器分析方法为学习单元,进行单元问题构建的探索研究。
《仪器分析》课程涉及光谱分析法、电化学分析法、色谱法及其他仪器分析方法等。一方面,不同类别的仪器分析方法从方法基本原理、仪器结构特点、应用范围到操作技术,均有很大区别,各成体系,不具有逻辑性;另外,学习《仪器分析》课程重在应用,其教学目标根本在于要求学生具备根据不同分析对象选择适宜分析方法的能力。根据《仪器分析》课程这种特点,我们将仪器分析课程章节体系重新构架,以仪器分析方法不同类别为学习单元,以此为基础构建单元学习问题。
1.兴趣引导性。从教育心理学的角度来说,兴趣是一个人倾向于认识、研究获得某种知识的心理特征,是可以推动人们求知的一种内在力量。学生对某一问题有兴趣,就会基于这个问题持续地专心致志地钻研它,直到找出解决问题的方法,在寻找解决方法的过程中必然要掌握相关的科学知识,从而达到积极主动学习的效果。食品安全问题和环境污染问题是当今现实社会别令人关注的问题,把这样的问题带入课堂中,学生特别能引起共鸣。比如,在仪器分析课程第一单元的绪论的学习时,我们引入了震惊中外的“毒奶粉”事件,由于食品安全问题牵动着无数国人的心,当代大学生也不例外,甚至他们比一般群众有更多的疑惑,他们更有兴趣利用知识找出问题的根源,通过课前对毒奶粉事件的资料准备,学生们不仅剖析了三聚氰胺冒充蛋白质的前因后果,更明白了用化学分析法和仪器分析法(色谱分析法)的原理上的差异和特点,激起学生们对仪器分析法的兴趣,该问题也自然成为下一单元色谱分析法的引子。从这个具有广泛的社会关注性的问题学习中,学生不仅受到了仪器分析的有关技术性知识的教育,还受到了法律和道德教育,更是培养了他们的社会责任感。
2.问题导向性。PBL教学法采用问题式学习形式,其根本目的是引导学生更加主动地学习隐藏于问题背后的科学知识,这就要求所构建的问题必须将学生导向该单元所有的重要知识点,即问题具有导向性。这不但要求教师要进行有选择的讲授,要把具有迁移价值的重点知识传授给学生,更要精选问题,问题要将学生导向所要学习的知识和方法。例如,在气相色谱法单元的学习时,我们给学生提出一个“假酒致盲事件”的单元问题,并给出下列学习提纲:①假酒为什么会致盲?白酒中有哪些主要成分?国家标准是如何规定的?②目前,分析白酒成分的方法有哪些?你选择什么方法进行分析?③气相色谱法分析白酒成分的分离原理?④气相色谱仪的基本结构?检测器?⑤色谱条件及操作条件?⑥影响柱效及分离度的因素?⑦定性分析方法有哪些?本题中如何进行定性?⑧定量分析方法有哪些?本题中如何进行定量?⑨气相色谱法的适用范围等。
3.专业相关性。《仪器分析》课程覆盖了我校化学、化工、生物、食品、轻化等专业,是一门专业基础课,考虑到仪器分析在专业学习及今后工作中的重要性,问题构建宜与专业密切相关。为此,我们在构建单元问题时一般会在化工、农药、医药、食品添加剂、环境监测等专业相关性比较紧密的领域内,选择既有代表性又能引起学生兴趣的问题。这种考虑在后续课程中得到了很好的反馈效果。
4.指定问题与开放式问题相结合。在构建单元问题时,我们在某些单元的学习时指定2~3个具有代表性单元问题由学生任选一个进行探究学习,务求达到学习的深度;而在有些单元的学习时,我们在某一范围内让学生自主选题,希望达到学习的广度。例如,在学习原子吸收光谱单元时,我们并没给出一个具体的问题,而是要求学生在专业相关领域内选择感兴趣的重金属元素进行测定。这样一个开放式的思路,在教学中起到了意想不到的效果。第一,几乎每个学生的选题都不一样,完全杜绝雷同和抄袭现象;第二,问题来自不同的领域,在小组讨论学习和大班汇报时,学生开阔了原子吸收光谱分析的应用眼界;第三;有部分同学通过查阅文献,跳出了原子吸收光谱分析方法,认为用其他方法更好,如采用未讲授的原子发射光谱分析和原子荧光分析,这样他们不但自己通过自学提升了自身学习能力、增加了知识,又通过大班汇报把这些方法介绍给其他同学,扩大了其他同学的知识面。
1.要构建结构不良问题。结构良好问题的解决方法具有唯一性,不利于学生的探究学习。结构不良问题由于其结构上的不明确性,可能存在多种解决方法,学习者要利用一定的知识对多种方法进行比选,最终确定解决方案。显然,问题学习法中要构建结构不良问题。
2.把握问题的层次顺序。为了让习惯了传统教学的绝大部分大学生,顺利接受问题学习法,构建问题时要注意先易后难,先简单后复杂。让学生有兴趣进入问题学习法,并因此取得成就感,实践证明,循序渐进能取得较好的效果。
3.开放性问题对教师的要求。开放性问题有益于开阔学生的视野,但也对教师有了更高的要求。由于问题的开放性,学生需要的指导和答疑也更广更深,这就要求教师要不断的加强专业素养,能真正起到指导的作用,否则开放性问题可能就成了放开的问题,失去了问题学习法的意义而达不到教学目标。
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cal analysis)是主要对生物检材中的毒物进行定性和定量检测,为确定是否中毒或中毒致死提供法律依据的一门应用性科学[1]。法医毒物分析为澄清当事人在事件中是否负有法律责任提供依据,同时也为急救和预防制定措施提供依据[2]。
目前,我国法医毒物分析发展水平与日本、美国等发达国家存在一定的差距,并且国内各法医毒物分析实验室间的技术水平也相差较大。随着全球化学物质以每年700~1000种的速度增加,毒物的种类也日益扩增。除传统的毒物(如安眠镇静药、虫剂类)外,滥用物质、新型除草剂、新型鼠剂、生物碱、治疗药物、性罪药物(如河豚毒素、抗凝血鼠剂、高毒性除草剂、百草枯等)已出现在人们的生活中。同时,由于法制建设的需要,对法医毒物分析的要求也越来越高,毒物分析工作逐步从定性检识为主转入到应用现代技术进行痕量未知毒物的鉴别和含量测定,这对法医毒物分析提出了更高的要求[3]。因此,如何提高我国法医毒物分析水平,如何培养出优秀的法医毒物分析工作者是摆在面前亟待解决的问题。笔者认为提高法医毒物分析的教学质量是行之有效的办法之一。结合笔者自身的教学经验及本校的课程安排,发现在实际教学中法医毒物分析存在以下几点问题。
(1)现在法医学专业开设课程较多,但是法医毒物分析课时偏少,在规定的课时内学生接受毒物分析专业知识是有限、粗浅的。
(2)法医毒物分析的课程中绝大部分的课时是各类毒物成分、毒性、检验方法理论知识的介绍,对涉及现代分析仪器深层次内容介绍较少,现代分析仪器的工作原理、使用、方法开发、维护等知识掌握不全面是法医毒物分析实验室间的技术水平相差较大的重要原因。
(3)教学科研经费少,实验条件紧张,实验课程以基础性实验偏多,学生对现代分析仪器缺乏科学的思维,在实验过程中实际动手操作能力不强。
针对法医毒物分析教学面临的现状,试将现代仪器分析课程与法医毒物分析合并教学,来提高教学质量与分析人员综合素质,现对其优势进行探讨,并提出以下几点可行性。
(1)法医毒物分析是建立在分析化学(特别是现代仪器分析)基础之上的。由于分析技术和分析方法的巨大变化,法医毒物分析发生了历史性地突破。在液质联用技术出现以前,生物检材中药物由于其含量很低,检测方法落后,没有引起人们的重视[4]。在解决了液相色谱和质谱联用的接口装置和电离装置之后,液质联用进入了快速发展的时代。由于极高的灵敏度,液质联用技术现已广泛应用于大分子化合物、强极性化合物、热不稳定化合物及非挥发性化合物的分析检测[5]。随着生物技术与毒理学的发展,会有越来越多新的药品引起社会的广泛关注。因此,开拓新的分析方法,提高毒物分析水平离不开对现代分析仪器掌握。
(2)法医毒物分析课程设置的最终目的就是要求分析者能够利用现代仪器分析手段对各种复杂的检材中毒物进行快速、准确的定性、定量检测。目前法医毒物分析课程较常用的教材是由人民卫生出版社出版的《法医毒物分析》。教材中主要分章节介绍了各种毒物的理化性质以及检测原理与检验方法,主要包括有毒气体、挥发性毒物、合成药毒物、天然药毒物、虫药、金属毒物和水溶性毒物等[6]。系统地理论学习是为了更好地指导于实践。要想提高分析者的检测能力,仅靠毒物分析的理论知识是远远不够的。将现代仪器分析课程融入到法医毒物分析的课程之中,在接受现代仪器分析地系统理论学习之后,学生一方面可以巩固对各种毒物的理化性质的理解;另一方面可以培养学生创造性的思维,针对不同基质的检材或者从未接触过的毒物,也会从分析理化性质出发,利用现代仪器的分析原理,刷选出合适的检测参数,开发出具有选择性的检测方法。
(3)法医毒物分析可以作为现代仪器分析的案例。该校法医专业的现代仪器分析课程主要是从波谱(紫外、红外、核磁、质谱)、光谱以及色谱来开展的。教学主要分为两部分:理论学习与实验。理论学习侧重于分析方法的发展历史、原理;而实验则侧重于基础性实验,注重理论以及个别物质的验证。仪器分析缺少生动形象的案例,这必然导致学生学习兴趣的下降以及缺乏科学思维和自主创造能力。将现代仪器分析融入法医毒物分析课程,将毒物分析的检材作为现代仪器分析的案例,可以使学生更加直观地将毒物分析的理论知识与仪器分析操作结合起来。如在气相色谱的教学实验中,可以以血液检材为分析对象,测定血液中乙醇含量,来讲授气相色谱的操作步骤,方法条件的选择原则。可以以小组为单位,通过加标的方法,对其进行考核,将毒物分析与现代仪器分析有机的结合起来。
由此可见,由于法医毒物分析与现代仪器分析的内在联系以及在教学目的上的一致性,使得将两者合并教学成为可能。但是由于两门课程在内容上存在一定差异以及课程时间上的限制,不可能亦无必要将现代仪器分析中所有的分析手段都运用到法医毒物分析中。因此,在有限的课时内,在保证教学质量的前提下,以怎样的方式将两门课程有机的结合起来,是现在面临的另一个问题。笔者结合自身的现代仪器分析专业背景和多年的法医毒物分析教学经历,提出采取阶段性、选择性的方式将现代仪器分析融入到法医毒物分析课程中,来提高教学质量。
所谓阶段性,就是仍以法医毒物分析课程为主线,将现代仪器分析的内容分阶段地融入到法医毒物分析的各个章节中。按照大纲,首先讲授绪论中毒物与毒物分析的基本概念、毒物分析的发展历史等。在第二章讲授各种检材以及检材的处理方法时,可以适当地插入现代仪器分析中的样品前处理的内容。如非挥发性毒物检材前处理所用到的液-液萃取法和固相微萃取等都是现代仪器分析前处理的重要方法。按照教材第三章会讲授分析方法的概述,这是毒物定性和定量分析的基本知识,也是建立分析方法,进行方法可靠性验证的基本理论知识。接下来的章节是法医毒物分析的重要内容,教材首先总的介绍了法医毒物的仪器分析方法,然后分不同章节展开介绍了各种毒物的理化性质及其检测方法。按照检测方法可以将其大致分为两类:光谱分析和色谱分析。如合成药毒物、天然药毒物、、虫剂及除草剂、鼠剂等可归为一大类,它们所用到的检测方法一般都是色谱技术;气体毒物和挥发性毒物、金属毒物、水溶性无机毒物等可归为一大类,它们所用到的检测方法一般都是光谱技术。在讲授药毒物时,除了介绍其理化性质、毒性、检材处理等毒物分析的知识点以外,在介绍检测方法时可以穿插介绍现代仪器分析中色谱分析的理论知识(主要是气相色谱和液相色谱)以及检测条件的筛选、仪器设备的操作方法和维护等。同时可以借助现代仪器分析实验教学平台,将不同的毒物检材(血液、尿液、肝脏、头发等)作为实验教学分析对象,并将现代仪器分析条件的刷选办法,方法验证等知识系统地讲授给学生(亦可结合第三章中分析方法的概述)。通过阶段性的融入可以对法医毒物分析中的常见毒物进行系统性的概括和总结,更有助于学生深入掌握这些毒物的理化性质和检测手段。
所谓选择性,是针对现代仪器分析而言的。由于现开设的现代仪器分析内容是比较广泛的,并且并不是所有的现代仪器分析的内容都与法医毒物分析有关,因此没有必要全部将现代仪器分析的内容插入到毒物分析教学中来,毕竟要在有限的课时内使学生掌握最多、最实用的法医毒物分析技能。所以该研究者结合了法医毒物分析的教学重点,采取选择性,重点融入的方式,尽量在有限的课时内使得法医毒物分析这门课程显得更加立体。如色谱分析和光谱分析技术是与毒物分析联系最紧密的两种现代仪器分析方法,所以应重点将这两种分析技术引入到相关毒物教学中来。当然这两大类分析技术中,也应该有选择性地重点介绍与毒物分析检测相关的分析手段(如气相色谱、分光光度法等)。通过选择性的融入可以提高教学水平,突出法医毒物分析的教学重点,使学生在有限的课程掌握更多相关知识。
综上所述,是结合笔者多年法医毒物分析教学经验的一些探讨。通过阶段性、选择性地将现代仪器分析融入到法医毒物分析教学中,势必会提高教学质量与学生综合能力。随着生物技术的不断发展,要求研究者在今后的教学工作中,要不断研究探讨,为提高我国法医毒物分析水平、培养高素质法医工作者而不懈努力。
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[2] 柳晓川,王彦吉,刘耀,等.刑事技术学[M].北京:群众出版社,2001.
[3] 沈敏.法医毒物鉴定的发展及其问题分析[J].中国司法鉴定,2012(5):66-70.
[4] 金英.液质联用技术在药物分析中的应用[J].河北化工,2009(32):67-68.
课 题:本研究论文系江苏省淮安技师学院课题(课题编号201506,课题主持人王静,课题组成员殷勇、叶萍萍、吴滢)研究成果。
仪器分析课程是职业院校化工专业普遍开设的一门专业基础课程。根据企业调研,仪器分析在化工生产中有广泛的应用。仪器分析是一门重要的理论实践一体化课程,它的教学效果直接影响职校学生在走上分析检验工作岗位时能否迅速适应,该课程的教学已经受到越来越多学校的重视。近年来很多职业院校对仪器分析进行了理实一体化课程改革实践,本文将以江苏省淮安技师学院化学工程系仪器分析一体化课程教学改革为例,探讨在仪器分析一体化课程教学改革中普遍存在的问题,并通过研究给出改善对策和建议。
本课题研究有以下几个目的:了解学院在仪器分析课程教学中存在的问题;分析导致问题的原因;研究切实可行的改革策略和建议。
包括访谈研究法、问卷调查法、比较研究法等。对学院化工系2012级、2013级在校生,2011级、2012级部分实习生和2010级毕业生发放调查问卷,对部分学生、任课教师和企业人员进行深度访谈。共发放问卷200份,收回有效问卷155份。
调查发现,化工分析与检验专业学生有53.5%以上“想要从事分析检验岗位的工作”,应用化工技术专业占34.3%,化工工艺专业30.8%,药物制剂专业只有13.8%。其中大部分为女生,占56.8%。选择“想要从事分析检验岗位的工作”的学生占83.6%,他们认为“仪器分析课程很重要”。不想从事相关职业的实习生和毕业生比在校生对仪器分析课程的学习更加重视。
调查表明,所学专业对学生有明显的心理暗示作用。在职业规划不明确的情况下,学生往往认为学什么专业将来就会从事什么方面的工作,而仪器分析课程具有很明显的专业性,虽然是针对各专业都开设的专业基础课程,但是对于没有学过该课程又不想从事分析岗位的学生而言,未给予足够的重视。
从10级学生“对照教材顺序教学”到11级、12级“模块化教学”,学生“对仪器分析教学内容和手段很满意”比例有了大幅提高。在调查的学生中,愿意“采用模块化项目化教学”的学生达到了65.2%,说明模块化教学方式逐渐得到学生的认可。但是“对仪器分析教学内容和手段很满意”的不到15%,“对老师布置的实验内容很感兴趣”的只占16%,说明教学内容和教学手段还有待改进。模块后教学内容只是简单根据传统教材上的实验实训项目进行项目化设计,很少结合企业实际、专业特点、社会热点,迎合学生兴趣。在教学手段上也有所匮乏,不同项目学生学习特点不同、难易程度不同,不能针对不同的项目教学采用不同的教学手段。
有82.6%的学生对“企业实际分析检验项目”感兴趣,64.5%的学生对“自行设计的分析课题”感兴趣,仅有17.4%的学生对“教材上的实训内容”感兴趣。传统教材上的实训项目已经不能引起学生的学习兴趣,学生更加关注具有专业特色、紧密结合企业生产、有趣味性的实训项目,并且不排斥能体现学习主动性的自行设计分析项目。学生中超过38%的人认为“使用教材不贴合教学需要”。在访谈中,任课教师一致认为“使用教材不贴合教学需要”。
分析认为,职业教育侧重技能教育,职业学校学生主要针对技能知识进行学习,对理论知识学习兴趣不大,这一点从只有19.4%的学生“对原理知识感兴趣”可以看出。传统教材虽然内容全面,但是理论内容和实验实训内容分开,实验实训内容也多为理论和方法验证性,很少贴合企业的实际应用,没有体现专业特点,没有项目化教学设计,不适合模块化教学的需要,并且使用仪器很难与学校现有仪器完全匹配,缺少相应的项目化实训报告,在模块化教学过程中仅起到参考书的作用。
有6.4%的学生“经常思考并向老师提出问题”,“很少”甚至“没有”向老师提问的学生达到42%,表明学生学习主动性差。职业院校的学生往往语文、数学等文化基础课成绩较差,阅读理解、逻辑思维和计算应用能力相对较弱,主动学习困难。传统的教学模式没有使学生形成主动学习的习惯,“对所学内容能够自学掌握”占11.6%,有74.8%的学生“需要和别人讨论”才能掌握,“愿意分组学习完成老师布置的作业或课题”达到76%以上,由此可见学生学习有依赖心理。报告不能独立完成,抄袭现象严重,学习效果差,仅有11.6%的学生“在动手操作前对原理或操作规范理解透彻”。但是学生“愿意分组学习”和“需要与别人讨论自学”也说明学生仍具有学习潜力,需要根据学生的特点进行教学手段的创新。
从10级在“有时在教室,有时在实验室”,到11级、12级“在实验室”上课,为理实一体化教学需要,教学场地现已全部安排在实验室。但是现有的仪器分析实验室面积小,各种类型的仪器放置其中,而仪器分析课程使用的仪器多为大型仪器,如气相色谱、原子吸收分光光度计等,一旦安装到位便无法挪动,教学场地的灵活性差,并且缺少实验台、试剂台、水槽等,需要借用其他实验室,学生跑来跑去十分不便,教师课堂管理困难。目前缺乏符合课程特色的一体化教学场地设计,并且部分种类的仪器生均数量少,学生练习时间短,动手能力难以提高。由于仪器设备价格昂贵,运行维护费用高,仪器得不到及时的维修保养,影响教学效果。
虽然任课教师都具有一定的专业知识和相应的技能等级证书,但是毕业于普通高校的任课教师传统教育教学观念根深蒂固,理实一体化教学理念更新慢,除教学比赛外,很少在实际教学中应用一体化教学。能完全掌握仪器使用维护的老师少,仪器一旦出现故障不能第一时间维护,影响课堂教学。教师进企业学习机会少,企业实际分析检验经验少,教师并未真正达到“双师型”教师的要求。一名教师授课不能很好地管理课堂,学生纪律较差,影响学习氛围,在学生训练过程中不能及时发现问题,不能给予及时的指导。
针对以上问题及分析,笔者根据以下原则提出对策和建议:教学内容应紧密联系生产实际,以学生为主体,以技能教育为核心,采用模块化教学模式,从基本能力到综合能力培养与训练,注重对学生的职业能力培养和创造性思维的培养。
引导学生对本专业加强了解,包括专业课程设置、课程体系,就业方向等。目前在这一方面学校做得还不够,很少有学生会主动问这些问题。具体可以在职业素养、职业规划等课程教学中,结合专业特点、岗位需求,联合校企合作,开展第二课堂,学生进校企合作企业参观并学习企业文化,了解岗位工作内容等。班主任在班会课中也可以大力宣传课程特点与以后就业之间的联系。本课程授课教师应将课程学习内容、学习方式与以后就业之间的联系介绍清楚,并在教学过程中根据不同的专业制订授课计划,教学内容与专业特点相结合,比如对化工分析与检验专业的学生,重点针对化工原料、中间产品、最终产品的质量检测等进行教学,对药物制剂专业针对药物分析进行教学等。使学生认识到课程学习与自己专业之间的紧密联系,即使将来不从事分析工作,该课程也是一门十分重要的课程,应该从内心线.成立教学团队,系统进行理实一体化课程设计
参加过教学比赛的老师都知道,要想赢得比赛就要有好的教学设计。一堂高质量的课往往需要花费大量的时间和精力,更何况一门课程的教学仅凭教师个人的单打独斗很难考虑全面。所以要成立专门的课程教学团队,对课程教学进行研究,可以改善这种情况。教学设计内容包括教学内容的选取、教学目标的设立,教学手段的运用,实验报告的设计、学习过程的评价等部分内容。笔者学校已经确定采用模块化教学,如按照使用仪器的不同,将教学内容分为可见分光光度计模块、紫外分光光度计模块、气相色谱模块、液相色谱模块、原子吸收分光光度计模块、pH计模块等。
针对不同的教学模块,根据总的学习目标设定不同的子目标,通过下企业调研,优选具有专业特色、与岗位工作实际内容紧密结合的教学内容,系统化设计项目任务,做到层层递进、从简单到复杂、从基本到综合,运用不同的教学手段如任务驱动法、分组学习法、微课教学、翻转课堂、仿真教学等进行项目化教学设计。在设计过程中,注意各项目内容的衔接与整体性、方法使用的合理与可操作性、实验报告的实用性、学习评价的合理性和可操作性等,针对以上内容对教学大纲和教学计划进行修改。
传统教材与经过理实一体化教学设计的课程不配套,只能作为参考书使用,所以需要编写一本与教学设计配套的仪器分析课程实训教材,使学生学习能够更加轻松,教师上课更加方便。教材编写首要考虑实用性、配套性,既要包括相关的原理和技能知识,又要体现教学设计。具体可包括学习目标、学习背景、任务通知书、相关原理、仪器组成及使用、分析方法、使用仪器和试剂、步骤、练习题、讨论题、实验报告、评价表等。
一体化教学需要真正的一体化教学场地。合理补充仪器和仿真软件,对教学场地进行理实一体化改造,使之真正适应理实一体化教学的需要。场地除传统的多媒体设备外,每个工位应有一台电脑适应仿真教学的需要,还要考虑实验操作和大型分析仪器摆放安装,要有试剂柜、玻璃仪器柜、文件柜。半岛体育 半岛官网
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