“環(huán)境儀器分析”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究與實(shí)踐＊

周航，李科林，辜嬌峰，李蕓

“環(huán)境儀器分析”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究與實(shí)踐＊

周航，李科林，辜嬌峰，李蕓

（中南林業(yè)科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004）

“環(huán)境儀器分析”是高校環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程，其配套實(shí)驗(yàn)課程具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)多、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多以及側(cè)重儀器操作步驟與技能的特點(diǎn)。課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)創(chuàng)新性開展，有利于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的提高，從而提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。圍繞學(xué)生興趣和社會需求創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，基于“課前預(yù)習(xí)+研討式課程講解”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，多媒體輔助與現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，同時完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系，可保障課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高質(zhì)量開展。

環(huán)境儀器分析；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)體系；創(chuàng)新與實(shí)踐

環(huán)境問題是當(dāng)前全球關(guān)注的重大問題之一，國家對環(huán)境保護(hù)越來越重視，社會對環(huán)境監(jiān)測、管理人才的需求量也逐年增加。環(huán)境儀器分析方法是環(huán)境分析和監(jiān)測的重要手段，在國家層面頒布的大氣、水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目的150多種標(biāo)準(zhǔn)方法中，環(huán)境儀器分析方法是主要內(nèi)容[1]。高校在環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)均開設(shè)了“環(huán)境儀器分析”，并作為專業(yè)基礎(chǔ)課，希望通過課程理論知識的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作的訓(xùn)練，培養(yǎng)符合社會需求、具有創(chuàng)新意識的環(huán)境專業(yè)人才。然而，基于課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)及不同院校培養(yǎng)環(huán)節(jié)的不同，課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在一些問題亟待解決。不僅需要改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)意識和觀念、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，還需要加入新的技術(shù)手段、教學(xué)方法，充分調(diào)動師生積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識以及動手能力，構(gòu)建起適合“環(huán)境儀器分析”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

1 “環(huán)境儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)與問題

“環(huán)境儀器分析”課程實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)操作要求高的課程，具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)多、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)側(cè)重儀器的操作技能等教學(xué)特點(diǎn)。在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的最突出問題則是配套儀器設(shè)備少、學(xué)生獨(dú)立操作機(jī)會少、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少、學(xué)生參與度低[2-4]，側(cè)重儀器的操作技能、忽視實(shí)驗(yàn)前的樣品預(yù)處理[3-5]，學(xué)生對大型精密儀器的結(jié)構(gòu)和操作方法的直觀認(rèn)知少。這些問題的存在直接影響了學(xué)生對環(huán)境儀器分析技術(shù)的直觀印象和學(xué)習(xí)熱情，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，造成許多學(xué)生實(shí)際運(yùn)用能力不強(qiáng)、解決問題能力差、動手能力差[4-5]。

2 “環(huán)境儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

針對“環(huán)境儀器分析”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，許多綜合性大學(xué)融合現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與教學(xué)模式開展了一些試探性研究和改革，取得了一定的成效。首先，改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)的觀念，認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要組成部分，視實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)同等重要[6]。其次，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過省部共建實(shí)驗(yàn)室等各項(xiàng)措施引進(jìn)大型儀器設(shè)備，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供強(qiáng)有力的物質(zhì)支持[7]。第三，在實(shí)驗(yàn)課時和內(nèi)容設(shè)計(jì)上也有了新的實(shí)踐。例如，合理安排學(xué)時，加大實(shí)驗(yàn)力度，將實(shí)驗(yàn)設(shè)置為一門獨(dú)立的課程，并將課時量從16學(xué)時增加到32學(xué)時[6]。按照“分層次、模塊化”的教學(xué)設(shè)想，將實(shí)驗(yàn)課程分為基礎(chǔ)儀器分析、現(xiàn)代儀器分析和應(yīng)用分析檢測三個層次，促成學(xué)生既學(xué)習(xí)了儀器分析課程的專業(yè)知識，又提高了社會實(shí)踐能力[7]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中采用研討式教學(xué)方法，通過提問的誘導(dǎo)，鼓勵學(xué)生對知識進(jìn)行探究和懷疑，充分調(diào)動學(xué)生的積極性與參與度[8]。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)也應(yīng)用到教學(xué)過程中，建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，改革儀器分析實(shí)驗(yàn)，提高儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[9]。

3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)踐

3.1 豐富“環(huán)境儀器分析”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)院校對基礎(chǔ)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的要求，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案與目標(biāo)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時量，調(diào)整“環(huán)境儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，減少輔助理論教學(xué)的演示性、驗(yàn)證性、操作性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加能提高學(xué)生熱情和激發(fā)學(xué)生興趣的綜合性、研究性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生將“環(huán)境儀器分析”基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識靈活應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)課程中。在光學(xué)分析法的實(shí)驗(yàn)課程中，設(shè)計(jì)社會熱點(diǎn)問題對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如“市售大米中重金屬元素污染狀況調(diào)查”“校園水環(huán)境重金屬元素含量分析”等綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過檢測分析身邊環(huán)境污染和食品安全問題，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)儀器操作的熱情和興趣。一個綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能涵蓋光學(xué)分析法中的主要儀器設(shè)備，包括電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、石墨爐-原子吸收分光光度計(jì)（FAAS）和原子熒光分光光度計(jì)（AFS），使學(xué)生在使用和操作這些儀器設(shè)備過程中掌握操作流程、常規(guī)故障排除和維護(hù)保養(yǎng)方法，區(qū)分不同設(shè)備的分析原理和檢測適用范圍。此外，這些綜合性試驗(yàn)項(xiàng)目能將學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的過程往前延伸，使學(xué)生能夠從樣品采集、樣品預(yù)處理、試劑準(zhǔn)備、儀器操作、數(shù)據(jù)分析到報告撰寫的全過程參與到實(shí)驗(yàn)過程中來，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和科研素養(yǎng)。

3.2 構(gòu)建“環(huán)境儀器分析”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

大型儀器原理和操作相對復(fù)雜，課程的預(yù)習(xí)工作尤為重要。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)制度，教師提出詳細(xì)的預(yù)習(xí)要求，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、查閱相關(guān)資料的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，運(yùn)用啟發(fā)研討式的互動教學(xué)方法，積極引導(dǎo)學(xué)生，提升學(xué)生主體意識，提倡學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中提出問題、積極思考、獨(dú)立解決。如在色譜分析法的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于液相色譜儀操作流程較為復(fù)雜，通過引入實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)制度，要求學(xué)生了解和掌握梯度淋洗裝置的工作原理、色譜柱的選擇依據(jù)與構(gòu)成、流動相選擇應(yīng)注意的問題、不同流動相類型分析測定差異等一系列預(yù)習(xí)要點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中依據(jù)預(yù)習(xí)要點(diǎn)，操作和演示不同色譜柱類型、不同流動相類型對分析測試的影響，啟發(fā)學(xué)生深入思考液相色譜流動相和固定相選擇對樣品分析過程中靈敏度、檢測限、分離度的差異。

3.3 優(yōu)化“環(huán)境儀器分析”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

在實(shí)驗(yàn)講授過程中，引入多媒體教學(xué)（視頻、模擬軟件等），加強(qiáng)多媒體輔助與現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合的方式。同時，充分利用廢舊儀器便于拆卸的優(yōu)勢，同時使用廢舊儀器和教學(xué)儀器，將儀器的結(jié)構(gòu)和組成展示給學(xué)生，讓學(xué)生清楚、直觀地看到儀器各組成部分，了解儀器的原理和結(jié)構(gòu)，最終讓學(xué)生懂原理、知結(jié)構(gòu)、會操作。

3.4 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系

教學(xué)考核是對學(xué)生理論知識與實(shí)踐能力的評價。實(shí)驗(yàn)課考核應(yīng)包括學(xué)生的課堂表現(xiàn)、操作考察、綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考察、實(shí)驗(yàn)報告、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等多方面的量化打分，綜合計(jì)算出每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)“環(huán)境儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系建立了以操作考察、綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考察為主，以學(xué)生的課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報告為輔的考核體系，這4個考核指標(biāo)的權(quán)重分別為35%、35%、15%和15%。通過完善實(shí)驗(yàn)考核體系，扭轉(zhuǎn)了學(xué)生輕視實(shí)驗(yàn)操作過程、重視提交實(shí)驗(yàn)報告的顛倒式實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)觀念，提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的主觀能動性，增強(qiáng)了儀器設(shè)備操作能力和實(shí)踐能力，近3年來，中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)“環(huán)境儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了滿意效果。

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10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.045

2095－6835（2021）01－0120－02

該文系2016年度中南林業(yè)科技大學(xué)教學(xué)改革課題“《環(huán)境儀器分析》創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究與實(shí)踐”（編號：ZNLJG2016-A061）和2018年度中南林業(yè)科技大學(xué)校級教學(xué)團(tuán)隊(duì)科學(xué)基金項(xiàng)目“環(huán)境科學(xué)類學(xué)科基礎(chǔ)課群教學(xué)團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)”（編號：2018 No.7）研究成果

周航（1984—），男，湖南益陽人，博士，中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)田土壤環(huán)境污染與修復(fù)。

〔編輯：王霞〕