环境科学与工程专业仪器分析课程教学改革初探

刘静

[摘           要]  仪器分析课程是化学、药学和环境等相关专业学生的必修课程之一，专业培养方向的差异导致其学习的主要内容和重点各不相同。在环境科学与工程专业学生的培养过程中，过去的教学无论在教学大纲、教学内容和教学方法等方面都存在一定的局限性，不利于学生研究、开发和创新能力的培养。因此，对本课程的教学进行改革具有重要的意义。

[关    键   词]  仪器分析;教学内容;教学方法;探索

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2020）07-0192-02

仪器分析是一门以物质的物理和化学为基础，应用精密仪器来对物质进行定性、定量和结构分析的一门课程。其课程的内容包含了光分析法、电化学分析法和色谱分析法，涵盖了约10种主要相关仪器的组成、原理和使用的教学内容。作为环境科学与工程专业学生的一门专业必修课程，在教学过程中学生常反映教学内容过多、原理混淆不清、仪器组成较复杂难懂等现象[1]。作为仪器分析教学的教师，如何让学生在教学中能充分地掌握仪器的基本组成、原理以及熟练使用是我常常思考的一个问题。因此，本文将以环境科学与工程专业学生的专业方向为基础，充分考虑在教学中出现的主要问题，针对这些问题提出相应的改革方案，以提高教学质量和学生的学习效果。

一、存在问题

（一）教学内容过于繁杂

仪器分析课程是一门交叉学科，其内容涉及物理化学、有机化学、无机化学等多个学科的内容。不仅如此，各个章节之间相对较独立，没有逻辑上的连接。此外，每一种大型仪器都包括多种结构原件，其适用范围、预处理方法、检测原理等。因此，常常导致学生难以理解、内容混淆。

（二）教学方法过于陈旧

在教学过程中，该课程相应的理论教学课时量较少，但需要让学生全面掌握6～8个常用精密仪器的结构组成、检测原理、使用方法等。由于講授内容多、任务重，教师往往马不停蹄地赶教学进度而忽视了学生对课程的学习，从而导致学生对教学内容常常理解不深刻、内容不熟悉、原理混淆，最终在实践的应用中不知如何选择仪器设备[2]。当前常用的教学方法是，教师口若悬河地讲授，学生无精打采地被动接受，学生和教师之间缺乏互动，课堂氛围较沉闷，学生在课堂中的参与度和积极性较差，这不利于学生集中精力学习。

（三）对仪器原理和使用方法不清楚，导致实践中不能选择正确的检测仪器

学习目的是为了在今后的实践中能学以致用。在仪器分析的教学中，由于学生对仪器原理理解较浅显，对仪器的使用也不够熟练，常导致在实践过程中不知该如何设计实验，如何使用仪器以达到检测的目的。

二、教学改革方法

（一）有针对性地选择教学内容

不同专业的培养方案中，对学生的培养方向略有差异，对基础课程的要求也不尽相同，因此不能一味地按照相同的教学大纲设计教学内容。在教学内容的设计中，需要一方面对专业的学习有所帮助，另一方面需要对后继专业课程有益。如环境科学与工程专业，对学生的培养主要将该课程应用到环境监测中。在环境监测的过程，主要针对大气、土壤和水体中各种潜在的污染物质进行含量和结构的鉴定。但环境中大气、土壤和水体中的成分自身的组成较复杂，因此，首先，涉及需要将待测样品制备成需要检测的液体或者固体的状态;其次，需要从复杂的组分中，分离出所需检测的样本;再次，需要鉴定出待测样本中各组成成分;最后，进一步确认其结构。整个过程常常用到原子吸收光谱、原子发射光谱、红外光谱、紫外-可见光光谱、高效液相色谱、气相色谱、色谱-质谱联用等仪器。因此，可以在教学过程中重点讲述上述章节的内容，而弱化如库伦仪和极谱分析仪等的讲授。在课堂中，对常用仪器的原理、组成和使用要重点、反复地讲。

通过有限的教学课时，高效地完成教学内容并提高学生的学习效率是教学改革的重要内容之一，因此，注重网络课程的建设意义重大。通过上述内容的描述，有针对性地选择重点的教学章节是必不可少的，但是部分学生可能对其他的内容也兴趣浓厚，所以通过网络课程的建设，一方面可以补充课堂上涉及较少的内容，另一方面也可以弥补学生在课堂理解不透彻的内容，使得整个教学得以完善。

不仅如此，在教学过程中，教师可以对同种仪器不同的型号进行简要的介绍。当前的仪器设备，更新速度快，每一种仪器都有多种不同的型号，教师可以在教学过程中，将相关的仪器以课后作业的形式布置给学生，学生通过自我学习了解不同型号同种仪器差别的点，如原理、检测器、样品预处理等，以及在应用过程中可能存在的局限性进行分析讲解，以期让学生熟练掌握仪器的原理和功能，便于在以后的工作中能得心应手使用不同型号的同种仪器。

（二）有针对性地选择教学方法

在过去的课堂上，是以教师为主体的教学，学生作为听众，被动地接受知识[3]。该方法只是死板地将知识输出给学生，学生是否有效地掌握知识尚不可知，对知识的掌握也不够全面、不够完整。因此，针对这些问题，可以采取以下的教学方式进行改善。

1.参与式教学方式

让学生通过讲授PPT的方式参与到教学中，如可将学生分为每组4～5人，教师给定教学的其中章节，让学生自行查阅资料，预习课本内容，认真准备PPT内容，最后在课堂上进行讲解。该过程学生做到了提前预习，深入了解，再脱稿讲解，这个方法，一方面可以让学生主动地预习课本，查阅资料理解难点;另一方面教师可以通过学生的讲解补充其中存在的知识漏洞，有效地提高了教学质量，加强学生对课程的学习。

2.加强网络资源在教学中的应用

在仪器分析课程的教学中，各种仪器组成复杂，简单的讲解难以让学生对抽象的仪器有所了解，因此通过网络视频或者网络动图对所讲解的仪器进行内部分解和仪器运行的分解，视觉上的冲击可以极大地提高学生学习的积极性，并提高他们对仪器组成的直观了解。

3.在课堂上设置讨论环节

随着社会的发展，网络信息传播迅速，因此可以在课堂上将学生从新闻中看到的环境热点问题引入课堂中进行讨论。如教师给出热点问题，并表明其中存在的问题，将学生分为多个小组后，通过多方讨论的方式让学生应用仪器分析的知识，对问题提出解决的方案以及分析可能存在的问题。该方法，不仅可以改善课堂的氛围，提高学生对课堂的参与度，还可以使得学生有效地利用已学习的知识解决当前的环境问题，以便达到学以致用。

4.增加课前提问

当前的学生认为大学课程的学习都是为了应付考试，而忽略了其适用性，所以课堂的参与度不够，也不关心课堂讲述的内容。可以在课前增加提问的环节，并将成绩纳入成绩考核的范畴，以此来要求学生参与到学习中。课前提问，不仅达到了对上次课程的简单复习以及承接本次课程的目的，且达到课前让学生集中精力的效果。

5.增加实例的讲解

单纯的理论内容的讲解往往让学生在课堂上昏昏欲睡，因此，可以在课堂上增加实例的分析。如可以增加环境中重大的污染事故，然后对事故的原因和检测分析过程进行抽丝剥茧的讲授，可以有效地让学生学习到如何对环境的污染源进行分析，从而增加学生学习的积极性和兴趣。

（三）注重學生动手能力和独立思维的培养

学习的目的是为了今后的工作或科研服务。学生动手能力和独立思维的培养，在仪器分析课程中主要体现在能独立地完成相关的实验设计，并顺利完成相关的实验内容。过去的教学，仅仅是“填鸭式”地完成课程内容而忽视了学生学习后独立思考能力的培养。虽然也设计了相应的实验用于对理论知识的巩固和学习，但实验课程的开设仅仅是让学生通过一些重复性实验照葫芦画瓢地熟悉仪器的简单操作即完成了本门课程的教学。此种教学学生从中收效甚微，学生得到的知识较片面，学生难以全面地熟练掌握，不能达到真正的学以致用。针对上述情况，可以采取以下方式。

1.布置设计性的课后作业

理论知识的掌握是为实践服务的，因此只有通过对实验内容的设计才能体现出学生对理论课程熟练掌握的程度。因此，在教学中，应该注重对学生实践能力的培养。课后作业的布置中，教师可以就当前的环境问题，如空气颗粒物、水污染等，让学生通过已学习的仪器分析的知识，对这些待测样本中的物质进行分析鉴定，来巩固他们所学的理论知识。

2.验证性实验和设计性实验相结合

即教师提前给出题目，学生通过课后查阅文献等自行设计实验。该过程可以锻炼学生的自我思考能力，通过学到的知识，将其应用到实验设计中来，该过程不仅较全面地考验学生的自我学习能力，同时达到对已有知识的巩固作用。

仪器分析是一门多学科交叉的课程，不同专业学生在基础学科的学习中对知识掌握程度和要求不同，不同专业对仪器使用的目的也不尽相同，因此需要因地制宜地制订合时宜的、高效的、有针对性的教学内容和教学方法。作为仪器分析课程的教师，只有对教学的内容进行有目的的讲解，并改善陈旧的教学方法，并着重培养学生独立思考的能力，才能有效地提高学生在学习中的积极性和主动性，学生才能全面地掌握本门专业基础课，从而学以致用。

参考文献：

[1]赵东宇.仪器分析课程教学方法的创新与实践[J].高教学刊，2017（4）：64-65.

[2]孟娜，郭莉.仪器分析教学改革：评《仪器分析》[J].高教发展与评估，2018，34（6）：123.

[3]徐守芳，陆宏志.以问题为导向 以学生为主体的仪器分析教学改革[J].实验室科学，2015，18（5）：112-114，118.

◎编辑 原琳娜