湖南文理學(xué)院 鄧愛華 謝 鵬 王 云

基于問題導(dǎo)向、學(xué)生主體下的儀器分析教學(xué)改革研究

湖南文理學(xué)院 鄧愛華 謝 鵬 王 云

儀器分析是高校相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，需要針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革。本文論述了儀器分析的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，分析了教學(xué)中的問題，并且在問題導(dǎo)向和學(xué)生主體的理念下對(duì)儀器分析教學(xué)改革做出了探討。

儀器分析；問題導(dǎo)向；學(xué)生主體；教學(xué)；改革

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)分析儀器的數(shù)據(jù)依托性不斷提高，要求各領(lǐng)域分析人員具有更高的理論基礎(chǔ)和操作技能，因此培養(yǎng)高素質(zhì)的儀器分析人才，成為各高校急需解決的問題。要提高儀器分析教學(xué)的效果，就要以學(xué)生為主體，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，采用問題導(dǎo)向的教學(xué)理念對(duì)教學(xué)模式做出改革。

一、儀器分析概述

1.儀器分析的概念

儀器分析是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要分支，是化學(xué)理論與實(shí)際問題的重要研究手段，涉及到物理、光學(xué)、化學(xué)、電子、制造科學(xué)等理論，主要以電化學(xué)分析、熱分析、色譜分析、光譜分析為支柱，在基礎(chǔ)化學(xué)、環(huán)境學(xué)、生命科學(xué)、新材料學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，在化工、環(huán)境、生物、醫(yī)藥、材料等專業(yè)中作為一門基礎(chǔ)課程開設(shè)。

2.儀器分析的特點(diǎn)

儀器分析作為一門學(xué)科，具有多領(lǐng)域交叉性、前沿性和發(fā)展性，儀器技術(shù)向精確、靈敏、快速和自動(dòng)化發(fā)展。儀器分析具有很強(qiáng)的實(shí)用性，其中理論教學(xué)主要學(xué)習(xí)原理和方法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要學(xué)習(xí)實(shí)踐和應(yīng)用。由于涉及到不同的學(xué)科和領(lǐng)域，加上原理比較抽象和枯燥，實(shí)驗(yàn)課程需要學(xué)生具有較高的動(dòng)手能力和觀察能力，因此儀器分析教學(xué)存在一定難度。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的儀器分析理論和技術(shù)，知識(shí)的更新較快，要求教師與時(shí)俱進(jìn)，動(dòng)態(tài)發(fā)展，緊跟儀器分析技術(shù)前沿。

3.儀器分析教學(xué)目標(biāo)

儀器分析根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)和需求，會(huì)側(cè)重于不同的分析儀器和技術(shù)，因此教學(xué)目標(biāo)的制定需要充分考慮專業(yè)性，以專業(yè)性和實(shí)用性為教學(xué)目的。比如，資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)主要分析金屬元素，因此要側(cè)重于原子發(fā)射和吸收光譜等儀器的學(xué)習(xí)；化學(xué)工程與工藝專業(yè)主要需要分析鑒定有機(jī)物，因此要側(cè)重于紅外、紫外光譜和色譜等儀器的學(xué)習(xí)。儀器分析的理論課程要求學(xué)生掌握儀器的原理、結(jié)構(gòu)、功能和方法，實(shí)驗(yàn)課程要求學(xué)生能夠?qū)x器進(jìn)行熟練操作，并且具備數(shù)據(jù)分析和撰寫報(bào)告的能力。

4.儀器分析教學(xué)存在的問題

首先，儀器分析的理論課程普遍采用“儀器概述、基本原理、儀器結(jié)構(gòu)、分析方法和應(yīng)用”的方式編寫教材，內(nèi)容對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)太過于枯燥，另外，實(shí)驗(yàn)教材一般由各高校自行編寫，考慮到儀器設(shè)備條件限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能滿足專業(yè)需要；其次，相對(duì)于課程內(nèi)容來(lái)說(shuō)，理論課時(shí)不足，而儀器分析的知識(shí)點(diǎn)較多，結(jié)構(gòu)零散，將各學(xué)科融會(huì)貫通有很大難度，教師很難把所有知識(shí)點(diǎn)講透；再次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于儀器價(jià)格昂貴，分析儀器的數(shù)量不能滿足學(xué)生實(shí)踐需求；最后，還是因?yàn)閮x器數(shù)量的限制，學(xué)生在沒有接觸儀器的情況下學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)儀器分析課程沒有清晰的認(rèn)識(shí)，理論與實(shí)踐脫節(jié)，對(duì)知識(shí)的理解和記憶不深。

二、問題導(dǎo)向式教學(xué)模式概述

1.問題導(dǎo)向式教學(xué)的概念和特點(diǎn)

問題導(dǎo)向式教學(xué)是一種以學(xué)生為教學(xué)主體，以探究為主要方式的教學(xué)方法，也就是教師在教學(xué)過程中采用問題誘導(dǎo)，由學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)和合作討論，解決所提問題的教學(xué)模式。在問題導(dǎo)向式教學(xué)中，解決問題是目的，而最終用意則是使學(xué)生在解決問題的過程中，掌握相關(guān)知識(shí)和方法，創(chuàng)造出不同的答案。

與傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)相比，問題導(dǎo)向式教學(xué)充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生在自主探究中獲得知識(shí)，其優(yōu)勢(shì)包括：第一，能夠培養(yǎng)開拓式思維，通過對(duì)問題的資料查找和小組討論，學(xué)生可以接觸到大量教材外的信息，拓寬了視野和思維，激發(fā)求知欲；第二，加深對(duì)問題的認(rèn)識(shí)，學(xué)生需要對(duì)問題進(jìn)行深入思考，并用自己的語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，這是一個(gè)知識(shí)分解再加工的過程，對(duì)知識(shí)有了更加深入的認(rèn)識(shí)；第三，回顧已學(xué)知識(shí)，在探究和討論過程中，學(xué)生需要對(duì)已學(xué)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和回顧，補(bǔ)充已經(jīng)遺忘的內(nèi)容；第四，提高溝通能力，學(xué)生在與教師和小組成員的討論中，互幫互助解決問題。

2.問題導(dǎo)向式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

興趣是最好的老師，儀器分析教學(xué)不僅需要掌握大量的基礎(chǔ)知識(shí)，還要時(shí)刻關(guān)注最新技術(shù)，這就需要學(xué)生具有主觀能動(dòng)性，另外，大學(xué)的學(xué)習(xí)方式要從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，實(shí)現(xiàn)接收知識(shí)到提出問題的轉(zhuǎn)變，教師在教學(xué)模式上也要從課本導(dǎo)向變成問題導(dǎo)向。因此，問題導(dǎo)向式教學(xué)模式應(yīng)該從問題出發(fā)，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)知識(shí)、進(jìn)行思考，最終將知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決問題的工具。在儀器分析課程中采用問題導(dǎo)向式教學(xué)模式，教師的教學(xué)步驟分為：提出問題—組織討論—布置課后思考題—總結(jié)；學(xué)生的學(xué)習(xí)過程一般有以下步驟：理解問題—獨(dú)立分析—查找資料—初步完成—小組討論—得出結(jié)論，在學(xué)生自主分析和小組討論的過程中會(huì)遇到新的問題和難點(diǎn)，需要重復(fù)以上步驟，從而最終解決問題。學(xué)生通過這種方式進(jìn)行儀器分析，能夠?qū)⒅R(shí)活學(xué)活用到實(shí)際使用中，并且能夠總結(jié)出解決類似問題的一套方法。

三、儀器分析教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

經(jīng)典儀器分析作為基礎(chǔ)學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容包括光分析、電化學(xué)分析、質(zhì)譜分析和色譜分析四部分，另外還要加上新興的表面等離子體共振分析、X射線衍射無(wú)機(jī)材料晶型分析、石英晶體微天平質(zhì)量分析、掃描電鏡/透射電鏡形貌分析等方法，內(nèi)容涉及到電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，知識(shí)點(diǎn)非常復(fù)雜。因此，為了讓學(xué)生既能在學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)目標(biāo)，又能掌握最全面、最前沿的理論和技術(shù)，必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍和優(yōu)化。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

儀器分析的通用教材通常與專業(yè)教學(xué)要求存在一定差異。比如，中藥學(xué)專業(yè)儀器分析中，電化學(xué)分析法應(yīng)用較少，因此教材需要適當(dāng)減少電化學(xué)分析內(nèi)容，將重點(diǎn)放在其他方法上；色譜分析中，液相色譜法能夠?qū)Τ^85%的中藥進(jìn)行分析，而氣相色譜法僅能完成不到15%的重要分析，因此要適當(dāng)減少氣相色譜分析課程，將重點(diǎn)放在液相色譜法和色譜基本理論上，并且適當(dāng)介紹其他分析方法，比如毛細(xì)管電泳技術(shù)和超臨界流體色譜法。

2.補(bǔ)充新知識(shí)與新技術(shù)

教材的編寫存在滯后性，部分教材編寫時(shí)間早，其中的一些知識(shí)和技術(shù)已經(jīng)被更加高效的方法所取代，也無(wú)法通過教材了解最新的知識(shí)進(jìn)展，要提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，教學(xué)內(nèi)容必須緊跟科技前沿，讓學(xué)生掌握當(dāng)前的研究方向。比如，毛細(xì)管電泳技術(shù)和超臨界流體色譜法在分離方法上不斷出現(xiàn)進(jìn)展突破，特別是毛細(xì)管電泳技術(shù)在DNA、蛋白質(zhì)、有機(jī)物的分離、分析領(lǐng)域起到極其重要的作用，因此，需要在教學(xué)內(nèi)容中補(bǔ)充這些先進(jìn)技術(shù)，并且提供相關(guān)文獻(xiàn)作為輔助教材，豐富教學(xué)內(nèi)容。

四、問題導(dǎo)向式教學(xué)在儀器分析教學(xué)中的應(yīng)用

問題導(dǎo)向式教學(xué)的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，但是由于學(xué)生本身知識(shí)面與實(shí)踐能力的限制，在問題的發(fā)現(xiàn)、研究和解決等方面還有著很大的缺陷。大部分學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)接收知識(shí)，遇到問題時(shí)首先想到請(qǐng)教老師或者直接找答案，這種被動(dòng)學(xué)習(xí)的慣性不容易改變，對(duì)教師的教學(xué)素質(zhì)也有更高的要求。

1.肯定學(xué)生的主體地位

以學(xué)生為教學(xué)主體的思想需要從教師開始落實(shí)，教師要樹立師生平等的理念，本著與學(xué)生共同進(jìn)步的觀念來(lái)主動(dòng)改變自己的教學(xué)方法，以適應(yīng)問題導(dǎo)向式教學(xué)的要求，從教學(xué)活動(dòng)中的主動(dòng)者變成輔助者，在學(xué)生的自主學(xué)習(xí)中起到引導(dǎo)作用，并且要善于設(shè)置問題來(lái)提高學(xué)生自主探究的興趣，尊重學(xué)生的自由化思維，把教學(xué)權(quán)利下放，同時(shí)掌控教學(xué)節(jié)奏。

2.教師需要有豐富的知識(shí)積累

教師不僅要準(zhǔn)確掌握儀器分析教材上的內(nèi)容，從內(nèi)容到形式做到融會(huì)貫通，能夠結(jié)合工業(yè)檢測(cè)、環(huán)境檢測(cè)等專業(yè)講解知識(shí)點(diǎn)，還要涉獵相關(guān)文獻(xiàn)資料，并且要對(duì)前沿科技有所了解，能夠?qū)χR(shí)點(diǎn)進(jìn)行銜接，及時(shí)對(duì)學(xué)生做出指導(dǎo)。

3.合理設(shè)置問題

在問題導(dǎo)向式教學(xué)中，問題作為教學(xué)的核心，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，好的問題能夠激發(fā)學(xué)生的積極性，并且能讓學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，同時(shí)能夠兼顧學(xué)生的基礎(chǔ)和狀態(tài)。教師在設(shè)置問題時(shí)，必須符合以下要求：

首先，問題要符合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，能夠引出所學(xué)專業(yè)的相關(guān)知識(shí)。比如，講到“紫外吸收光譜”時(shí)，由于苯和苯酚的紫外吸收光譜圖的吸收帶相同，可以提出問題“化合物中的羥基是如何影響紫外吸收光譜圖的”，從而引出生色團(tuán)與助色團(tuán)的概念和作用；由于紫外吸收的B吸收帶具有精細(xì)結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)并沒有在“廢水中苯酚測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中被觀察到，通過讓學(xué)生分析這種現(xiàn)象的原因，從而引出“溶劑對(duì)紫外吸收峰的影響”這一知識(shí)點(diǎn)。

其次，問題要層層推進(jìn)，難度要適當(dāng)。過于簡(jiǎn)單的問題不能起到教學(xué)效果，但問題過難則會(huì)讓學(xué)生望而生畏，最終又演變成教師的講解，因此問題不僅要有一定難度和挑戰(zhàn)性，還要能讓學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)層層推進(jìn)，最終解決，不斷獲得成就感。比如，講到“色譜分離”時(shí)，向?qū)W生提問“怎樣讓色譜分離效果變得理想”，學(xué)生根據(jù)前面介紹的內(nèi)容，回答“各組分具有足夠小的峰底寬度”和“組分的保留時(shí)間存在差異”，然后教師再提問“峰底寬度和保留時(shí)間的影響因素”，從而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新的內(nèi)容“分配系數(shù)”與“速率理論”。

再次，問題能激發(fā)學(xué)生的興趣。問題應(yīng)該符合人們的思維規(guī)律，先遠(yuǎn)后近，先縱深再拓展，能夠引起學(xué)生的興趣，問題可以是一些奇異的現(xiàn)象，也可以是看似自相矛盾的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，提高上課的積極性。比如，核磁共振氫譜分析法的原理是氫核能夠吸收不同頻率的電磁輻射，但核磁共振波譜機(jī)理告訴我們，在同一外加磁場(chǎng)中，氫核的分裂能相同。這兩種理論在這里出現(xiàn)矛盾，這時(shí)需要學(xué)習(xí)新的知識(shí)“化學(xué)位移”和“偶合裂分”來(lái)做出解釋，教師可以根據(jù)碘代乙烷的核磁共振氫譜圖對(duì)知識(shí)點(diǎn)做出講解，并提出問題“同一分子內(nèi)的氫原子的化學(xué)位移為什么不同、化學(xué)位移的影響因素”以及“裂分發(fā)生的原因和規(guī)律”。

最后，問題能夠促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化。教師不僅要在同一章節(jié)布置問題，還需要跨章設(shè)計(jì)問題，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)能有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。比如講到“紫外吸收光譜”時(shí)，我們知道了光譜分析法中，靈敏度是熒光＞紫外＞紅外，其中紫外吸收法的靈敏度大于紅外的原因是兩者的原理都是依靠分子吸收光譜，并且遵守朗伯比爾定律，而摩爾吸光系數(shù)為紫外大于紅外，因此紫外吸收法靈敏度高。講完紫外與紅外的分析差異后，提出問題“熒光光譜法靈敏度大于紫外吸收法的原因是不是與上述原因相同”，學(xué)生在學(xué)習(xí)“熒光光譜法”時(shí)，就會(huì)自覺與前面的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)做出比較，這樣能夠讓學(xué)生盡快構(gòu)建知識(shí)系統(tǒng)。

4.建立合適的小組討論形式

小組討論是問題導(dǎo)向式教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到學(xué)生解決問題的效率和質(zhì)量，特別是實(shí)驗(yàn)課程需要進(jìn)行分組。首先，改變單一的分組方式。每種分組方式都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足，比如，按照學(xué)習(xí)程度分組，成員討論的知識(shí)點(diǎn)差別不大，利于溝通，但也導(dǎo)致不同的看法較少，較難擦出火花；按照學(xué)習(xí)成績(jī)分組，如果成績(jī)好的分為一組，成績(jī)差的分為一組，優(yōu)點(diǎn)是容易交流，缺點(diǎn)是后者的解題質(zhì)量會(huì)比較落后，會(huì)打擊他們的積極性，如果成績(jī)高低搭配，優(yōu)點(diǎn)是能夠以點(diǎn)帶面，發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的作用，缺點(diǎn)是會(huì)很容易的形成“一言堂”，解決問題的總是成績(jī)好的學(xué)生；如果讓學(xué)生自由搭配，優(yōu)點(diǎn)是關(guān)系好的學(xué)生在一起的合作效果好，缺點(diǎn)是性格內(nèi)向的學(xué)生會(huì)收到冷落，不利于心理健康；如果按照性別分組，首先班組內(nèi)的男女比例不是教師能掌控的，容易分配不均；如果教師自行分組，優(yōu)點(diǎn)是教師能夠兼顧各方面因素，缺點(diǎn)是面臨性別分組相同的問題，教師不能掌握一些客觀因素。不管按照哪種方式分組，必須避免小組形式的固話，因?yàn)楣袒慕M織形式容易造成使小組的特質(zhì)和思維也發(fā)生固化，不利于創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，分組的形式要定期做出改變，重新進(jìn)行組合，這樣會(huì)給學(xué)生帶來(lái)新鮮感和刺激感，但也會(huì)不利于學(xué)習(xí)活動(dòng)和小組效率。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，在儀器分析教學(xué)中，需要樹立“問題導(dǎo)向、學(xué)生主體”的理念，針對(duì)儀器分析課程和學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，采用問題導(dǎo)向式教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)逐步解決問題、獲取知識(shí)的能力。

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