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(一)现代社会学生新特点带来新机遇
当前高校的主体已逐渐转变为“00后”学生,这一代学生对现代信息技术、设备都能够灵活运用。随着现代科学飞速发展,网络时代逐渐到来,其中蕴含着丰富的资源,信息量巨大,但从整体上来讲质量参差不齐,如果学生无法对互联网信息科学、合理地筛选、分析、利用,很有可能会造成价值观的偏差,影响其思想发展,阻碍其创新。同时,“00后”学生受到家庭和社会环境的影响,更注重对现实的追求,希望实现自身的个性化发展。在课堂中,其敢于发言,勇于创新,思想前卫,要求与教师站在平等的角度上进行对话交流,也要求教师能够与时俱进,结合当前社会发展的趋势向其传递更具有实用性和创造性的知识、技能。
(二)教师缺乏对课程思政的系统认知
学生在入学之后,会由辅导员通过专门的思政课程提高其价值理念,树立正确的价值观,因此,在实践中,很多专业课教师认为学生的思政教学工作与自身并不相关,由辅导员完成即可,自己不应当过多地干涉,只需要引导学生掌握专业知识、技能。有的教师则认为专业课的内容较多,自己的工作任务极其繁重,没有多余的时间对学生进行思政教学。
(三)专业教学与课程思政脱节
立足于教学育人,课程思政并不是新增的课程内容,而是将思政教学的目标任务渗透到不同专业课程的教学过程中,以此实现全方位育人,打造教学新局面。根据实践调查研究,大多数高校的思政教师都是经过正规训练的教师,所掌握的思政课程内容全面,不管是备课还是准备素材都具有一定的优势。但专业课教师并没有受过系统化的训练,也没有专业课程与思政教学渗透、融合的相关教材,导致很多专业教师认为无法将思政教育有针对性地渗透到课堂中,本质上是缺乏对理论的全面掌握,不知道采用何种方式进行深度融合,无法实现思政与专业教学共同发展。
二、课程思政建设的主要目标
(一)政治思想目标
从某种意义上来讲,高校开展课程思政本质上是为了实现政治教育的目标,真正贯彻落实立德树人的宗旨,帮助学生坚定信念,树立美好理想。在课堂教学过程中,教师通过多种方式激发学生的爱国主义精神,使其在未来生活和工作中艰苦奋斗、积极进取,通过四项基本原则及社会主义教育引导当代大学生拥党、爱党,始终保持对社会主义的信仰,坚定中国特色社会主义信念,树立民族自信、文化自信、国家自信。因此,专业课教师必须将专业内容与思政课程有机地渗透、融合,将、列宁主义的思想方法融入自然及社会科学中。
(二)价值引领目标
大学时期是学生树立正确价值理念的关键时期。帮助学生养成良好的理想信念,使其坚定不移地朝着目标艰苦奋斗,利用信仰力量实现其成长、成才,并且在学习过程中获得荣誉感、自信心,是目前大多数高校教师的教学任务,也是思想政治教学工作的关键所在。为了对学生进行积极、正确的指导和帮助,教师首先应当提升自我、完善自我,利用自身丰富的知识、高尚的品德影响学生。具体而言,教师要以价值引领作为核心任务,以德立身、以德立学、以德施教,规范自身言行举止,将自身作为学生的榜样形象,在专业课程的教学过程中融入思政教学的相关内容知识,明确其重难点及关键。在培养、提高学生的科学精神、端正学习态度的同时树立起崇高的人生理想,使其自觉、主动地承担发展社会主义的重任,成为优秀的社会主义接班人。
(三)职业精神目标
现代科学技术的飞速发展使信息的传递收集和共享变得日益便捷,网络中充斥着各种信息及思想,都在一定程度上影响着当代学生的价值理念,久而久之,很多学生崇尚金钱主义,具有较强的功利观念,不愿意艰苦奋斗,缺乏理想支撑,认为自身只需要掌握课本知识就能够获得高分,这样的错误理念在一定程度上也是由于应试教育导致的。在这样的背景下,通过多元化的专业课程培养并提高学生的职业理念、职业精神及工匠精神,是课程教学的核心目标任务,也是目前国家及社会对优秀人才的本质要求。只有引导学生树立社会责任感,爱岗敬业,才能自觉、主动地承担发扬我国优秀历史文化的重任,最终成为国家和社会发展的根本动力。
三、课程思政在仪器分析教学中的渗透、融入方式方法
(一)仪器分析教学与爱国主义教育融合
仪器分析是目前为止推动人类社会进步发展的重要手段,其帮助人们更为全面、系统化地认知物质世界,了解世界的本质,并且人们能够拥有一个公平、公正的世界。例如,在进行色谱这一环节的教学时,教师可以引入2022年将在我国举办的冬季奥林匹克运动会,通过奥林匹克运动会积极引入色谱这一课程内容。众所周知,运动会的举办成功必须营造出公开、公平、公正的环境,通过色谱的运用可以对赛前兴奋剂进行有效的分析,利用高效分离效能的色谱实现检测。在具体的教学开展过程中,教师也可以有针对性地利用一些视频课件、PPT作为辅助教学工具,向学生介绍展示兴奋剂的相关知识及兴奋剂的检测方式方法,帮助学生更为系统化、直观地了解色谱相关知识内容。值得注意的是,教师也可以积极引入爱国主义精神。2022年冬季奥林匹克运动会的圆满成功,能够进一步提高我国的综合实力,对外展示强大的软实力,提高国际地位,从而巩固中华民族在世界的地位。基于此,教师应当引导学生将自身的成长、成才与国家的繁荣、富强紧密联系,使其正确认识中国梦、复兴梦的伟大历史任务,不断提高自身的综合素养。
(二)仪器分析教学与工匠精神融合
在传统的礼仪认知中,工匠具备一定的高超技能技巧,专注于自身的工作,愿意为了提高自身的综合能力、解决生活中的实践问题不懈追求技术的提升,热爱自身从事的行业,由此可见,工匠的特征在于具备高超的专业能力、良好的职业态度、高尚的人文素养。例如,在进行原子吸收光谱这一环节的实践教学时,教师可以采用任务教学法的方式,积极引入与学生生活息息相关的实际案例,即检测超市中大米的重金属铬镉(Cd)的含量。学生通过亲自操作的方式了解具体检测的过程及步骤,提高自身的职业意识,从真正意义上感受到专业学习与自身职业发展中的内在联系。再在具体的操作过程中对所有的原始数据必须第一时间进行可靠的、如实的记录,一切实验都应当以实事求是作为基础和原则,通过实操帮助学生提高自身的职业精神,以严格的要求提升自我,培养良好的工作态度及严谨的工作作风。与此同时,还应当在实践教学开展过程中有针对性地渗透、融入相关法律、法规,使学生意识到任何单位及个人都不能做出损害人民利益的事情,以此提高学生的责任意识。在这一环节中,教师必须立足于课程思政,引导学生实事求是、精益求精,在自身未来的工作中做到专业极致、不懈追求。
(三)仪器分析与环境保护融合
环境的污染会造成严重的生态破坏,危害人类的持续发展。近年来,国家明确提出了环境保护的重要举措,以科学发展、持续发展作为核心目标任务。在进行紫外可见吸收光谱这一环节的教学时,教师可以将水体苯污染检测事件作为案例,引入课堂教学中,使学生充分意识到现代城市化的不断发展以及工业化的发展都在一定程度上造成了严重的水污染。通过检测快速实现水资源的分析,促使国家大力研发循环利用技术。这一环节的教学,教师的目标任务在于培养学生的环保意识,使其充分意识到资源的循环利用也是社会持续发展的关键途径。
(四)仪器分析与社会主义核心价值观“诚信”融合
诚信是立身之本,如果一个人失去了诚信就不会获得他人的诚信,也无法在社会中实现持续发展。诚信是课程思政的主要教学内容,为了将其在仪器分析课程中有效渗透、融入,教师可以基于毛细管气相色谱这一环节的教学,向学生展示出当前社会中反映强烈的一些不诚实案例,鼓励学生在课堂中进行集中讨论,通过这样的方式加强其对专业知识的理解和掌握,同时在课堂思政中树立诚信的核心价值观。学生如果在未来从事检测分析工作就应当发挥自身的责任感和使命感。
参考文献:
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[3]温嘉.课程思政在药学专业《仪器分析》课程教学中的实践初探[J].广东化工,2020(21):196,205.
[4]肖新生,唐珊珊.基于课程中心平台的《仪器分析》课程思政研究与实践[J].广州化工,2020(6):184-185,194.
[5],孟瑾,赵变.课程思政在仪器分析教学中的实践探讨[J].中文信息,2019(12):72,92.
[关键词]
仪器分析;药物分析;综合性课程;教学模式;设计与探索
仪器分析是我校制药工程专业的基础课,其教学目的在于使学生掌握仪器分析的基本原理、基本方法和仪器操作技能。随着中成药成分分析、生物制剂、药物代谢、药物动力学等新型药物分析任务的不断出现,仪器分析方法在药物分析中扮演着越来越重要的角色[1-2]。药物分析是制药工程专业的专业课,其教学目的在于使学生利用多种仪器分析方法进行药物的鉴别、含量检测及质量控制,掌握常用代表性药物的分析方法并运用理论知识解决实际问题。从某种意义上讲,药物分析可以看成是仪器分析课程的实际应用和衍生[3]。仪器分析与药物分析是制药工程专业的必修课程,两者教学内容、教学方法具有深度交叉[4-5]。通过调查研究,结合在实际教学过程中积累的经验,笔者发现,深入探究两门课程的共同点和一般规律,对两门课程进行整合是必要且可行的。
1综合性课程教学模式设计与探索的必要性
目前,我校制药工程专业设置药物分析课程72学时、仪器分析课程81学时,我们在教学过程中发现诸多困惑和问题。首先,教材针对性较差,仪器分析教材多针对化学类专业,药物分析教材多针对药学类专业,对制药工程等工科专业无明显的针对性;其次,不同课程间教学方法、内容相对独立,教师多聚焦于某一门课程的教学,忽略与其他学科之间的联系,导致不同课程间授课内容重复、脱节,并未合理利用有限的学时。比如仪器分析、药物分析、波谱分析等多门课程重复讲解“紫外分光光度法”的内容;再次,实验课设置无连续性,药物分析实验一般强调药品功效、作用机理及待测样品的预处理和多种检测方法,难以具体介绍某种仪器的使用;仪器分析实验强调单一的仪器结构、使用方法,忽略测试对象。这种相对独立的实验课教学并未启发学生从制药过程入手,建立合适的药物分析和仪器分析方法进行综合性实验,导致实验课教学与日后的科研或就业工作缺乏衔接,难以实现对学生动手能力、实践创新能力的培养;此外,传统的考核方式多是教师出一张试卷,学生“考前突击、死记硬背”,教师根据卷面成绩对教学效果及学生成绩进行评价,评价指标单一,无法真实反映教学效果。针对以上情况,教师有必要深入开展课程调整及教学方法的研究,建立创新型课程教学模式,把零散的知识条理化、系统化,提高两门课程的教学效果,让学生普遍感到知识易于理解、易于掌握、易于运用,在学习的过程中达到综合能力的提升,从而满足学生需求,契合专业培养目标,适应学科发展。
2综合性课程教学模式实施的具体思路
2.1整合教学内容,提高教材针对性根据制药工程专业特点及学科特点,对教材取精去粕。适当调整教材内容,搭建合理的理论框架,把两门课程内容总体设计成三个教学模块:基本原理模块,包括仪器分析基本原理、大型仪器的使用和维护及药物分析基本方法;药物质量研究模块,包括药品质量标准、国内外药典、各种药物鉴别、药物杂质检查、含量测定方法;药物分析各论模块,包括常见药物的分析方法、常用的理化鉴别测定指标、药物质量控制的方法及一般规律。根据模块设置,将药物分析课程定位于药物的鉴别、杂质检查、含量测定及常见药物的分析,侧重介绍药物结构、作用机理、药品质量标准;将仪器分析课程定位于电化学、色谱分析、光学分析三部分内容,侧重介绍各种药品生产及开发过程中涉及的分析仪器原理及应用,比如与中药成分研究、复方制剂分析、生物样品分析等药物分析手段密切相关的色谱技术。在两门课程的整合中,形成“基本原理—仪器结构—药物分析—质量控制—综合运用”的科学化教材设计、知识传授模式。
2.2创新教学方法,注重知识融会贯通将讲授法、讨论法、探究法、演示法、任务驱动法等教学方法融入仪器分析与药物分析课堂中。通过以学生为主体、教师为主导的原则,合理安排教学进度,灵活运用教学方法,避免教学资源浪费和教学内容脱节。在药物分析教学过程中不断渗透仪器分析的基本方法、基本原理和仪器构造,例如介绍中药及其制剂分析时,引导学生思考不同分析对象所对应的仪器分析方法:重金属及有害元素分析对应原子吸收分光光度法,农药残留分析对应气相色谱法。在仪器分析教学中把药物分析案例贯穿始终,依托药物分析案例辅助仪器分析教学,例如介绍红外光谱时,以阿莫西林的红外光谱图为例揭示红外光谱法在β-内酰胺类抗生素分析中的应用。组织学生结合社会热点、医药领域前沿,以两门课程为内容建立讨论话题,课下完成调研,分小组讨论,自发地探究课程间的联系,达到熟练掌握、灵活运用。每节课前设置问题环节,结合现代药物分析发展趋势,提出问题并鼓励学生利用仪器分析知识解决药物分析问题;以药物分析为出发点,探究仪器分析方法,倡导“发现问题、探究问题、解决问题”的自主学习模式。
2.3调整实验课程设置,注重动手能力培养实验课程设计着重从常用药物的作用机理、合成提纯到含量检测、质量监控等一系列制药过程,把药物分析和仪器分析内容相衔接,形成“药物功效—基本结构—预处理方法—检测方法—仪器结构及使用方法—质量监控”的综合性、科学化教学流程。适当调整实验课教学进度,比如把仪器分析实验“高效液相色谱检测维生素C含量”与药物分析实验“维生素类药物的分析”合并,将各自的3个课时合并为6个课时,让学生对维生素类药物的功效、作用机制及质量标准,样品的预处理,紫外光谱法、高效液相色谱法仪器结构及应用有一个全局把握。由传统的验证性实验教学模式转向探究性实验教学模式,鼓励学生设计综合性实验,发挥实践课学习中的主观能动性。例如教师给出某一类药物的名称和化学结构,鼓励学生查找文献和资料,了解药物作用机理和预处理方法,充分利用仪器分析知识,设计合理的分析方法并分享设计思路。实验教学过程中,让学生全程参与动手操作,验证所设计实验的可行性。此外,将实验教学模式与制药工程专业导师制培养模式相结合,将科研方法、科研思路引入两门课程的教学,鼓励学生进入教师实验室参与科研活动,引导学生利用所学的药物分析及仪器分析理论知识指导实践,锐意创新。
2.4改革考核方式,切实反映教学效果建立多样化的考核方式,避免“应试性”教育,试卷考核兼顾闭卷与开卷两种形式,适当地将药物分析与仪器分析考核内容合并、相互穿插。仪器分析采取闭卷形式,考察学生对两门课程基本原理、基本概念、基本方法的掌握。药物分析采取开卷形式,考察学生的综合应用能力。同时,将实验课表现和实践能力考核纳入期末总成绩核算,并且覆盖综合性实验设计报告书写、文献阅读、课堂讨论发言、参与导师科研活动状况、实验操作技能考试等考核指标。提高考核方式的科学性,切实反映教学效果,同时引导学生重视实验课学习、注重团队协作能力、实践能力的锻炼,促进学生全面发展。
3结语
综合性课程教学模式的设计,将繁杂的知识点相互穿插、融会贯通,改变以往不同课程之间相对独立、知识传授零散、实验实用性差、学生接受知识困难、考核方式单一等状况,同时提高教师的整合教材能力、教学组织能力,达到教学相长的良好效果。今后有望推广到制药工程及其它相关学科,让课程教学更加系统化、科学化、有效化。
[参考文献]
[1]方惠群,于俊生,史坚.仪器分析[M].北京:科学出版社,2002:1-2.
[2]谢苗,蓝海.天然药物分析方法的研究进展[J].安徽农业科学,2014,42(29):10059-10062,10065.
[3]杭太俊,于治国,范国荣.药物分析[M].北京:人民卫生出版社,2011:144-152.
2重视实验教学,培养学生自主能力
《仪器分析》实验是理论教学在实践中体现的一个重要方面,通过实验可以锻炼学生分析问题、解决问题的能力,培养学生自主学习的能力。而实验教学,任务不在“教”,而在“学”,即要让“教师将知识传授给学生”转变为“学生自己去发现和学习知识”,从“教、授”向“学、创”进行转变。在进行实验教学时,本校主要选择了验证性、综合性、设计性3种性质的实验来供学生实验,通过验证性实验,理解、掌握仪器分析的基本原理;通过综合性实验,提高学生综合运用所学知识的能力;通过设计性实验,考查学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。通常在理论课教学开展一段时间后,开放实验室供学生参观学习,目的在于让学生对所学仪器有一个直接的感观认识,了解仪器的一些基本结构、性能,这样在理论课的讲授中就更加便于理解。一般实验教学大体都是实行“实验预习-课堂实验-课后完成报告-教师评阅”的模式,仍然是“教、授”的模式,因此如何向“学、创”转变呢?在实验课授课时,由于需要锻炼操作能力,因此,培养学生自主能力是主要目的,过多的讨论反而会影响教学效果。在实验时可以采用问题引导的方式,由学生针对问题进行相应讲解。如:“生物缓冲溶液的配制及pH值的测定和调校”这一实验为设计性实验,在实验前需要学生查阅生物缓冲液配制方面和pH计使用相关的资料,拟定相应的实验方案,而后由教师评阅后,提出修改意见,最后根据学生设计出的实验方案,安排实验、准备材料。在实验授课时,则可由学生亲自阐述自己设计的方案,讲明需要注意的地方,同组的学生可以相互讨论,而后由授课教师讲评,再根据学生方案开展实验。整个过程中以学生自主学习为主,通过这种模式培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力,同时锻炼了学生的操作能力和自主学习能力。《仪器分析》是一门不断发展的科学,随着时代的进步,分析仪器不断更新换代,性能、效能越来越高,但其基本原理是不变的,仪器的基本结构也不会发生变化。学习这门课程就是要掌握其不变的环节,用发展的、创新的眼光去看待仪器的更新。就医学院校的学生而言,学习好这门课程对于以后的专业学习以及实践都有很大的帮助,而如何教授好这门课程,提高教学质量则是重中之重。在面向医学类专业的教学过程中,本校已逐步开展了以“提高学生学习质量,使学生在知识、能力和素质上全面提升”为目的的教学改革,将以“教”为中心向“学”为中心逐步转变,对部分课程教学进行重新设计。对教师而言,需要密切关注仪器分析的发展方向和科研动态,补充能量,加强对学生的指导;对学生而言,要逐渐适应角色转变,在教师的引导下,开阔知识视野,掌握学科知识。
仪器分析实验课程是化学类及相关专业开设的主要基础课程之一,课程内容主要包括电化学分析法、紫外可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、色谱法、原子吸收光谱法、荧光光谱法等模块。通过这门课程的学习,学生可以加深对有关仪器分析方法基本原理的理解,掌握仪器的基本结构及使用方法,合理选择实验条件,正确处理实验数据和表达实验结果,为后续课程的学习及未来职业岗位的胜任奠定一定基础。
1仪器分析实验教学存在的主要问题
1.1硬件资源不足,学生缺乏实操训练
仪器分析实验所用大型仪器每台价格少则几千元,多则几万元,甚至几十万元。许多院校受到资金和场地的限制,无法配置课程所需的全部设备,或者仅有1~2台面向全体师生。因此,硬件资源的不足,导致仪器分析实验教学不能像基础实验那样,采用独立操作的方式,让每位学生都参与实验,只能靠教师演示或让学生做些辅的操作来完成教学任务。例如:在红外光谱实验中,学生可以进行的操作大多是固体样品的压片;在液相色谱实验中,学生的主要任务是配置溶液、用超声除去气体、用微孔滤膜过滤等。而仪器参数的设置、进样等涉及仪器操作的部分大多由教师演示,学生则少有动手操作仪器的机会。
1.2精密仪器的特殊性使学生使用受到限制
精密仪器的操作技术要求高,使用人员只有在熟悉仪器性能和熟练掌握操作规程的前提下,才能进行实际操作。一旦使用不当,不仅会造成仪器损坏,而且相对高昂的维护费用和相对较长的维护时间会给日常教学带来严重影响。因此,在仪器分析实验教学中,通常采用大循环方式组织教学。大多数任课教师为了保证设备处于良好的运行状态,避免或减少故障的发生,在课上只是亲自演示,不允许学生随意开启、关闭仪器,随意旋转仪器按钮,随意改变仪器工作参数。在这种情况下,学生只能走马观花地看演示,达不到理想的学习效果。
1.3注重培养操作能力,忽视介绍内部结构
仪器分析实验的教学目标为掌握实验原理,了解仪器构造、各部分功能,以及仪器的使用、维护和保养。多数学校在现有条件下,收获较为理想的教学效果也只是学生能在课程结束后掌握机械操作仪器的方法,而学生对仪器的内部结构和原理却了解甚少,也不懂常规维护和保养,能力自然不能得到充分锻炼。这对日后工作帮助显然不够,难以满足职业教育技能型人才培养的实际需求。
1.4辅助教学手段针对性不强
随着信息化时代的来临,在硬件资源不足的情况下,教师可以借助互联网上的教学视频来进行辅助教学,对学生掌握实验原理、仪器构造也能起到一定效果。但由于仪器设备型号不同,软件、硬件操作规程差别较大,学生观看互联网上的视频后,面对本校的实验设备可能还是无从下手。例如:利用百度搜索到的紫外可见分光光度计的教学视频多为721、722、752、UV756MC型号;气相色谱仪教学视频主要是GC120M、AGILENT6890N型;而液相色谱仪、原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、气质联用仪等仪器的网络教学资源十分有限。针对以上问题,根据实际条件,选择、开发适合本校的辅助教学手段,用来弥补教学资源的不足,不失为一条可行之路。
2辅助教学手段在仪器分析实验教学中的运用
2.1将仿真技术引入教学
分析仪器仿真技术是利用计算机技术、网络技术、仿真技术和信息技术,在计算机上建立一套与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统[1]。它能够借助图像、动画来描述设备的特性,显示实体的真实动作,模仿真实操作过程。国内大型分析仪器仿真技术现已成熟,以由北京东方仿真软件技术有限公司开发的大型分析仪器仿真操作系统系列软件为例,它涵盖紫外分光计、红外分光计、气相色谱装置、原子吸收光谱、高效液相色谱、色质联用分析仪仿真等内容。该系统采用计算机虚拟仿真技术进行开发。软件具备机理模型,虚拟场景逼真度高,且以真实实验数据库作为支撑,能够自动模拟相应的实验现象,得到与真实实验相似的实验结果。操作方式灵活真实,仿真操作过程与真实仪器操作过程极其相似。学生可以通过仿真技术在计算机上建立的虚拟实验操作平台,完成对昂贵分析仪器设备的模拟操作,就如同在真实的分析仪器上操作。它不仅能够满足日常训练、常规考核以及技能大赛等需求,也为剖析仪器的内部结构、原理提供极大方便。仿真实训室的建立可利用校内现有计算机机房进行扩充,购买相应操作软件。这与添置设备相比,仿真技术投入少、消耗低、使用周期长、维护方便。大型分析仪器仿真软件的引入,与传统的教学方式相比,不仅能满足设备数量与学生数量之间巨大差距的矛盾,弥补办学硬件资源的不足,还可对设备的内部结构、实验原理等相关知识进行形象剖析和立体化讲解。仿真仪器的反复操作不仅不会增加实验成本,遇到操作不当、参数设置不正确时,也不会损坏仪器、出现安全问题,能够帮助学生尽快、全面掌握仪器设备的操作技能。
2.2合理运用微课
针对仪器分析实验硬件资源不足的问题,如何把有限的实训资源整合到传统教学环境里来,使其最大限度地发挥作用,需要教师认真对待。从技术角度来看,微课这种灵活、主题突出的新型教学模式就是一个有效的方法。微课是以教学视频为主要载体,反映教师在教学活动过程中针对某个知识点或教学环节开展教与学的各种教学资源有机组合。开发仪器分析实验相关微课,借助网络与视频技术,通过视频、图片、PPT等形式,可形象直观地将实训项目操作技能视觉化,供学生反复观看,更有利于学生理解与掌握专业技能[2]。它还能将课堂教学延伸到课外,学生能够在课前、课后利用电子设备浏览实训课教学内容,有针对性地学习。教学视频是微课的核心组成部分,时长一般在5~8分钟,主题突出,经过后期制作的视频及配套辅助资源的总容量一般为几十兆字节,视频格式须是支持网络在线播放的流媒体格式(如rm,wmv,flv)等[3]。仪器分析实验的微课制作可采用“录像法”,把仪器部件、旋钮、操作方法、实训内容完整地展现出来。如对红外光谱实验中固体样品的压片过程、分光光度计的使用,均可全程录制。而对于大型设备,如气相色谱、高效液相色谱、原子吸收分光光度计等,一次完整的实验耗时较长,微课的制作可按动作节点把操作步骤碎片化成不同单元,针对碎片化后的知识点进行录制。步骤要连贯,不能轻易跳过。视频的后期制作中,加入关键词,以字幕的形式补充其不宜讲清楚的部分。以G5气相色谱仪的操作为例,可碎片化成以下几部分录制:一是仪器构造,主要介绍气路控制系统、仪器控制面板、进样器、色谱柱箱、检测器(包括控制电路)等;二是开机方法,介绍开机操作顺序及载气流量的调节;三是样品测定,主要介绍主菜单功能,设置温度、桥电流的方法,由于升温时间较长,过程省略;四是取样进样的操作;五是关机方法,介绍怎样返回至主菜单,设置桥电流,怎样关恒流源降温,最后关主机;六是软件操作部分,可使用“Camtasia”录屏软件,将软件操作过程完整录制下来。仪器操作的录制过程,既要有设备的整体画面,又要注重细节,让学生能够在整套设备中准确找到相关按键或旋钮,同时又能看清操作方法。
2.3建设网络教学平台
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中提出,要“加强网络教学资源体系建设,开发网络学习课程,创新网络教学模式”。网络教学平台是实现教育教学方法创新,促进优质教育资源普及共享的重要途径和基础保障[4]。网络教学支持平台是指建立在互联网的基础之上,为网络教学提供全面支持服务的软件系统的总称,包括支持网络教学的硬件设施和支持网络教学的软件系统。网络教学平台主要有点播式教学平台和互动式网络教学平台。点播式教学平台能够实现教学资源的快速传递,学生可以随时点播音频、视频课件,查阅电子教案等教学内容。而互动式教学平台可使师生通过网络进行交流,教师也可利用教学平台对学生的学习情况进行跟踪,并根据学生的学习情况有选择性地课程内容。网络教学平台建设包括硬件建设和软件建设。硬件设施主要有全方位的校园宽带网、功能完善的网络多媒体教室、服务器、多媒体教学材料和软件的存储设备。软件方面主要是教学系统平台。教师可将仪器分析课程的课件、教案、专业资料、仪器使用的微课程上传至平台,供学生自主学习。学生可先通过网络平台观看仪器操作的微课程,熟悉仪器结构和操作要领,然后上机操作,这使得教学更具有针对性。目前国内许多院校或公司研制和开发了适合自身需要的网络教学平台产品,如北京师范大学研制的Vcalss、上海交通大学的Answer教学系统平台,都可以引进使用。
2.4其他辅助手段的使用
根据仪器分析实验课程的特点,教师也可选择简单易行的辅助手段,如:制作大型仪器操作流程图,并将其打印、压膜塑封后放在仪器旁边,学生在使用之前需仔细阅读,按照说明进行操作;针对现在高校大学生几乎都有智能手机的现状,在没有网络教学平台的情况下,教师也可将微课、视频通过微信发送给学生;也可通过易企秀软件,生成二维码,学生通过扫描二维码的方式在课后观看相关教学视频进行自学等。
3结束语
仪器分析实验课程是一门实践性很强的课程,对分析仪器的需求较高。在教学资源有限的情况下,我们应当积极探索辅助教学手段的运用,帮助学生深入、直观地理解和掌握所学知识,提高动手能力和独立操作能力,为学生独立调试、使用仪器打下良好基础,从而达到提高教学质量的目的。
作者:柳意 单位:锦州师范高等专科学校
参考文献:
[1]田文德,丁辉,姚飞.分析仪器的计算机仿真[J].现代科学仪器,2001(3):41-49.
2生物仪器分析教学改革对策
针对生物技术仪器课程本身的特点,欲解决教学过程中实际遇到的问题,首先得明确生物仪器分析课程的教学目标:通过对常见的分析仪器的原理、结构和应用的讲解,使学生在掌握分析原理的基础上理解相应仪器的用途,了解仪器的基本结构,能在具体的仪器操作教学过程领会仪器的使用方法。针对这一教学目标,可从如下几个方面进行教学改革。
2.1理清主线,点、线、面有效整合针对生物技术仪器分析教学内容繁杂的问题,应该首先明确本课程主线,将课堂教学的有限的具体点有效串联,并启发学生将所学内容向更广阔的面进行扩展。譬如我们从一个细胞的解析为例。其中描述细胞的形态和结构可作为主线之一,则包含的内容包括普通光学显微镜、倒置显微镜、荧光显微镜、扫描共聚焦显微镜、扫描电镜、透射电镜等诸多仪器,在课堂教学中不可能面面俱到,但可重点介绍普通显微镜这一点,在点上将原理、仪器结构、使用方法、应用实例等详细介绍,通过启发思维引导学生思考如何在更小的尺度上描述细胞的精细结构,在学生自己有兴趣的情况下,即可通过同样的方法自学其它显微镜的内容,将描述细胞的形态和结构的内容可扩展到更丰富的面。再比如测定有机物分子的结构作为主线,则包括紫外、荧光、红外、核磁共振和质谱等。兼具分离和分析特点的仪器,如电泳和色谱。总之一定要有一条线将相应的仪器串联起来,选择具体的仪器作点上的介绍,通过问题启发学生作面上的扩展。
2.2引入多媒体,加强教学资源建设高校的仪器分析教材多为分析化学方向的指导教材,专门用于生命科学领域的生物仪器分析理论和实验教材并不多。化学类的仪器分析教材更偏重于化合物结构的解析,并不能完全适用于生物科学研究的特点,其直接作为生物仪器分析教材实用性受到限制,因此有必要编写通用的生物仪器分析教材。生物仪器分析教材应介绍生物分析仪器的构造、工作原理、分析方法等相关的理论知识。这些分析方法的原理抽象,难以理解,使用传统的教学方法很难讲述清楚,应该运用现代多媒体教学手段,将大型生物仪器的结构、工作原理以及操作技术以动画形式模拟出来,学生可以运用电脑、手机等多媒体终端直接观看,甚至可以采取游戏的方式提高学生的参与度,增进学生的学习兴趣,提高教学质量。这样既节约了课时,又使教师有充足的时间用于重点和难点的讲授。作为课堂理论教学的延伸,生物仪器分析的实验教学更应加强多媒体教学,在学生提前观看多媒体的情况下再进行试验操作的现场演示,必会有更好的效果。多媒体的制作应是实验室仪器分管人员针对自己分管仪器的基本工作,应避免多媒体上所演示的仪器与实际操作仪器的脱节问题。
2.3大班理论教学,实验教学循环开课生物仪器分析课与其他课程不同,内容包含理论教学和实验教学,因此要求教师不但要有专业理论知识,更要有丰富的仪器分析经验,只有这样才能保证理论与实践的有机结合,收到良好的教学效果。生物仪器分析课程理论教学可采用大班开课的方式,紧密结合生物科学生产研究的实际,介绍具体仪器的相关理论知识。实验教学应采取小班或小组教学的方式,以实际操作为核心,选取在生产和科研中具有先进性和实用性的生物分析仪器作为该课程的主要内容,应使每个学生都能参与具体实验操作。对于不具备操作条件的实验,演示过程可通过多媒体让学生自行学习。理论课老师与实验室负责仪器管理的实验技术人员共同商讨每台仪器需要讲授的内容,按时进行备课,编写教案,由实验室统一检查备课效果,以充分确保备课教案的质量和实用性。根据每台仪器的实际使用情况,具体安排讲课人员名单,让精通每种仪器的教师、研究生和仪器技术管理人员担任实验室仪器的实验教学任务。每台仪器可根据实际需要,每周或每月开课1-2次,循环教授,让学生通过预约的方式,根据自己的安排选择上课时间。
2.4引导学生关注热点,知用合一生命科学仪器的种类及仪器分析方法繁多、学科跨度大,往往会让学生感觉难以抓住重点,提不起兴趣。因此在讲解各种仪器的分析使用方法之前,必须做一个引导性的介绍,通过社会热点事件(如新的研究发现、食品安全等)或日常现实生活、生产中的应用,激发学生的学习兴趣。此外,通过各种渠道介绍学院教师使用该仪器及分析方法取得的最新科研成果,并展示教师科研成果的图片或结果给学生,使学生感受到科学研究就在身边,仪器分析无处不在,从而激发他们的亲近感。最后,也可以聘请相关专家、仪器厂家的工程师、学术专家、本院教师等以专题或学术讲座的形式介绍实验室拥有的仪器及生命科学领域相关仪器发展的前沿知识,激发学生对科学研究的热情。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)14-0014-02
一、仪器分析课程的特点
《现代仪器分析》课程是一门要求综合能力很强的应用型课程,与其它应用学科相比,有其显著的特点:既有很强的理论性,又需要大量实验作为课程的支撑。而现代科学仪器已成为许多发达国家未来发展的战略重点,人类基因组计划之所以能提前完成,也是得益于先进分析仪器的应用。仪器分析课程渗透着大量力学、光、电、磁和计算机等交叉学科的基本理论与前沿性技术,它涉及到的化学学科知识,理论性强、内容广泛,几乎涵盖了所有的化学学科专业及与各专业相关的新领域和边缘学科。因此,仪器分析课程起点较高。如何用发展的眼光看待仪器分析教学,做好教学的改革,构建现代分析仪器中的认知结构,有效灵活地利用启发式教学,合理利用实践教学环节,将理论教学与实验教学很好地衔接,为国家培养有一定创新能力的专门人才,是当今课程教学改革的重点。
在工科大学中,许多课程的教学包含两个教学过程,即理论教学和实验教学。但由于各方面的原因,许多课程的理论教学和实验教学不能很好衔接,造成理论教学和实验教学的严重脱节,其教学效果受到一定影响。为了探讨仪器分析课程理论教学和实验教学的关系,以我院环境科学专业学生的专业基础课《现代仪器分析》为试点,探讨了多模式的课堂教学方法,并结合实验教学,研究其与理论教学的合理衔接及促进作用。
二、教学方法的探索
教学是高等院校培养人才的基本途径,而教师则是教学活动的设计者和组织者,在教学过程中起着主导作用。教师的教学思想更新将会导致教学方法的变革,教学方法的改变必然会让学生的学习能力和学习兴趣提高。长期的教学实践并结合仪器分析课程特点及学生的学习特点,在教学过程中注重如下教学环节,收到了良好的教学效果。
1.根据专业特点,明确课程定位,优化教学内容。仪器分析课程内容烦杂、枯燥难懂,并且随着通识课程课时的增加,专业课不断压缩,所以课时相对较少。若每一种分析技术都平分课时讲授,学生对各种分析方法便只能肤浅掌握,教学效果往往事倍功半。为了更好的培养合格的以有机污染与防治为主的环境专业人才,精选必备的知识,优化教学内容,提高教学质量,在课堂讲授内容上进行整合,以适应人才培养的实际需要。对于我校学生来说,掌握有机物分析技术是主要目的。如:色谱分析、质谱分析、红外光谱及核磁共振波谱等是以后的相关专业的工作中均会经常用到,这就要求教师在讲课过程中有所侧重,将这些内容的课时数增加,对于技术相对简单和落后的极谱分析法等则改用自学的方式,而像紫外光谱、原子发谢光谱等这些不常用的方法课时数适当减少,仅作简单介绍即可。
2.丰富教学手段与方法,提高教学质量。前苏联教育家巴班斯基的教育理论认为:“教学方法的最优化程序中一个最重要的、也是最困难的问题是合理地选择各种教学方法并使之达到合理的结合,即在有限的时间内获得最好的教学效果。”随着信息和网络时代的到来,现代教育技术已成为新世纪教师必备的职业技能,多媒体教学可以改变过去一成不变的单一教学方法,以其信息存储量大、图文声并茂、形式新颖,博得广大教学参与者的厚爱。因此,在有限的学时条件下,根据教学大纲的要求,设计丰富多彩,内容合理的多媒体课件进行仪器分析课堂教学就显得尤为重要,另外,现代仪器分析课程所涉猎的学科知识面广,特别是在讲解一些仪器组成、结构和比较各种分析方法的异同点时,借助多媒体技术教学可以更形象和直观了。而为了让学生明了各仪器物理原理时,用Flash制作丰富的视频、声音、图形和动画,达到事半功倍的效果。
3.用灵活多样的授课方式,激发学生的学习兴趣。课堂授课方式除了正常的课堂讲授、提问外,课堂讨论式教学模式是我们进行教学改革的重要内容之一。课堂讨论教学属于启发式教学,更适于在仪器分析课程这样高年级学生中开展,我们不仅设定了讨论这种教学形式,更要求在每章课堂讲授完成后,专门开辟时间让学生自主思维、提出本章内容中的疑问和难点,通过全班或分组讨论的方式对问题进行深入讨论,最后由老师进行总结和点评。从几年的试验效果来看,学生通过这种教学模式,不仅能系统地掌握学科知识,而且能获得独立学习与更新知识的能力。因此,在教学过程中尝试着不断地扩充教学方式,适当地多安排一些讨论课是很有必要的。
三、实验课与理论教学的合理衔接与促进作用
实验教学是仪器分析教学的一个重要环节,开展实验课的目的就在于使学生更直观的了解现代分析仪器的结构特点和技术关键,体验其使用方法,巩固课堂理论知识。为了充分发挥实验课的作用,我们在完成基本教学内容的同时,按照创新型人才培养模式,明确目标,积极探索,全面地推进仪器分析实验教学改革,并取得了较好的效果。
根据课程内容和实际条件,我们安排了25%的演示实验,对高端精密仪器的工作过程进行直观演示。50%综合性验证性实验,让学生在实验技能和实验方法上进行综合训练。着重培养学生的实验动手能力、综合分析能力及数据处理能力的能力。在实验教学中发现除了掌握基本的学习方法与学习能力,综合性实验更能激发学生对科学研究的兴趣,使学生对实验充满了自信和积极性。
对于仪器原理和操作较简单的方法,我们安排了25%的设计性实验,结合课程教学或独立于课程教学而进行的一种探索性实验,既考察每个学生的综合能力,也挑战他们团队协作的能力。实验过程不但要求学生综合运用所学知识设计实验方案,且要求学生能在实验过程中发现问题、分析问题、解决问题,培养学生独立解决实际问题的能力,探索创新能力及组织管理能力。在整个实验中,小组的同学要协作共同设计、分工完成实验,对实验中产生的问题要及时独立或协商解决;通过设计性实验教学,我们发现不仅提高了学生个人素养,培养他们创新能力,提高他们团队合作精神,最重要的是增加了对课程的兴趣并加深理论教学内容的理解。事实证明,实验课程对理论教学内容有很大的促进作用。
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根据企业化学检验工和分析工工作岗位对仪器分析课程的要求,确定本课程目标如下:
(一)知识目标1.掌握紫外—可见分光光度法、原子吸收分光光度法、电位分析法、气相色谱法等方法的基本原理、基本概念;2.掌握紫外—可见分光光度计、原子吸收分光光度计、电位分析仪器、气相色谱仪等仪器的使用方法;3.掌握常用的仪器分析的定性定量方法;4.了解其他仪器的检测方法。
(二)能力目标1.能够熟练规范地操作紫外—可见分光光度计、原子吸收分光光度计、电化学分析仪器、气相色谱仪等仪器;2.能够根据测定要求选择适宜的测定手段;3.能够根据样品情况确定测定方法和设计测定步骤;4.能够规范地记录检测数据、处理检测数据、评价检测结果、提交检测报告。
(三)素质目标1.培养分析检验工作人员(如实记录实验过程中所有数据和实验现象)基本职业道德;2.培养学生的安全意识,建立成本节约化职业意识;3.培养团队合作意识、环境保护意识;4.培养学生发现问题解决问题的能力,具有初步的科学研究能力。
二、课程教学设计
(一)课程设计的理念和思路本课程在教学过程中采用“模块式教学,项目化场景设计”的教学方式。在课程设计中,理论知识以够用为度,注重实际操作能力、技术应用能力、自主学习能力、创新能力、岗位适应能力和综合职业素养的培养。设计以分析工、检验工工作岗位的职业能力培养为重点,以岗位职业标准和工作任务为依据,通过职业技能分析与课程能力分析使教学过程与工作任务一一对应,突出学生的职业能力培养;授课过程中灵活应用教室、实训室等教学场所,实施讨论、汇报、实践操作、结果评价等教学环节的教学任务,教学模式模拟真实工作场景,营造良好的职业氛围和环境,把“教、学、做”有机结合起来,达到课程设计的职业性、实践性、开放性的要求。
(二)课程设计过程1.理论学习:课题组经过长期的教学实践,并选派教师考察澳大利亚职业教育模式,学习国内的“项目化”教学模式,引进先进的教育教学理念。2.企业调研:团队教师到内蒙古农科院农产品检测中心、环境监测站、清水河蒙西水泥股份有限公司等单位参观、学习、培训,参加企业分析岗位的工作。通过企业调研做岗位职责分析,清晰企业岗位设置,在教学中引入企业员工规范培养学生职业素养。3.与企业专家研讨。在我系举办的校企专业共建研讨会上,“模块式教学,项目化场景设计”作为一个专题在校内外专家中间进行讨论论证,这种教学模式得到企业的认可。老师们结合多方面的信息,结合我校生源情况、软硬件条件、教学任务的理论教学目标和实践教学目标,引进适合在教学中开展的工作项目,加以设计,应用到教学工作中。
(三)课程教学内容的组织与安排这些项目分为基础项目、自主项目和综合项目,基础项目的设置目的是让学生初步掌握检测方法的基本原理,仪器设备的工作原理,能够熟练掌握仪器设备的操作方法,学会记录数据、分析数据、处理数据和开出合格检测报告的方法。这个过程需要教师采用“启发式”教学方法,创设问题情景,充分调动学生求知欲,激发学生的探究心理,逐步使教学过程成为学生的学习过程。第二部分是自主项目,自主项目在难度上和方法上体现了与基础项目的递进性和互补性,比如说都是紫外—可见分光光度法,从基础项目到自主项目的项目设计一是要增加难度,比如考虑测定条件的选择,二是要改变定量处理的方法,由标准曲线法—标准加入法,单组份体系-多组分体系。通过这些项目的设置使学生逐步全面掌握每种检测手段的检测过程。自主项目的教学过程中,注意在探究问题时留给学生充分的时间,让学生自主研究,领会常见仪器分析方法内涵,培养学生的探索能力和创造性,最终达到“教就是为了不教”的教学效果。最后设计了综合项目,将仪器分析课程重点讲述的分析方法体现在一个综合项目中,培训学生在综合项目实施过程中,从查阅国标、制定方案、实施检测、数据处理到出具报告,完成每一个工作环节的任务,提高实战能力。难易程度逐级递增的项目有利于训练学生逐步从“变化”中掌握“不变”,抓住这门课程的核心,构建坚实的理论基础指导实践工作,使他们能比较从容地应对未来各种领域的分析检测工作,能够适应各种岗位需求,具备可持续发展能力。
(四)课堂教学设计1.项目场景设计:结合企业调研,岗位设置分析,转换学生角色为企业员工角色,由组长、资料员、检测员组成分析测试小组,承担检测任务。同时转换教师角色为测试中心主任对检测工作组的工作过程进行监督和指导。2.教学过程设计:总的来看,教学过程分为以下几个环节:任务布置—资料查询—方案制定—检测实施—检测报告—项目汇报—结果评价,每一项目的设计都要融入理论和实践操作技能。
三、课程考核方法
课程考核由终结性评价与过程性评价相结合、定性评价与定量评价相结合、学生自评、互评与教师评价相结合。我们以第一学期课程所用评价表格为例(见表2),项目考核50%、教师评价20%和最终的理论考核30%相结合,从而确定学生本课程最终成绩。以项目为单位开展以下评价:资料评价、工作方案评价、检测过程评价、检测报告评价、汇报材料评价、自评,组内互评,组长评组员(或主任评组长)几个部分。这个考核评价体系全面而充分,为我们设定的课程体系总目标服务,分别考察锻炼学生查阅文献,制定检测方案的能力,实施检测方案、规范操作的能力,科学记录、处理数据的能力,语言表达能力,团队合作精神和领导协调沟通能力,正确评价自己,评价他人的能力。这样的考核体系促进学生的全面发展,实现职业教育、素质教育的教学目标。
二、应用多媒体技术,优化教学手段
仪器分析涉及的学科较多,知识面很广,实践性很强,课时又有限。再加上实验仪器设备不足等原因,在学习过程中,学生很容易造成理论和实践想脱节的窘境。因此,要拜托这种困境,我们将多媒体技术引入课堂,利用生动的画面来展示仪器设备的构成和运行原理,学生可很容易理解枯燥的概念和抽象的设备原理。
三、借助科研活动,促进课堂教学
要使课堂有活力,有感召力,有深度,教师不仅要渗透一些学科信息,还要将的自己的科研成果融入课堂。比如,作者利用化学发光仪开展了光生物传感器的研究,江虹老师利用紫外分光光度计开展了很多光谱的研究工作,张树琼老师用液相色谱开展了环境、生物和药物的研究工作,杨季冬老师用荧光仪开展了共振锐利散射的探索研究,刘艳老师利用电化学工作站开展了许多电化学传感研究工作,研究成绩显著。因为我们有科研,在课堂上才讲得更生动,更具体,更自信。此外,我们还鼓励学生跟老师或者自己申报学生课题做相关的科学研究,亲身感受各种大型仪器的使用,为其后期的毕业论文打好基础。然而,我们要注意科研成果的引入要恰如其分,不能太多,不能太深奥,否则,学生难于理解,脱离了教学的初衷。
四、强化综合设计,增强学生创新能力
我校在人才创新能力的培养上出台了诸多措施,如鼓励学生提早介入教师的科研项目研究,积极参加国家举行的大学生“挑战杯”,参加市级和校级各类型的大学生创新创业大赛以及申请校内的学生科研项目。实践证明,这些举措能够很好的锻炼学生的创新能力。然而,由于教师数量、教师科研项目、学校学生课题项目以及各级学科竞赛的有限性,不能保证所有的学生都能有机会参与这些项目,最终只能使一部分同学得到了训练,而大部分同学没有机会参与创新项目研究。为克服这一难题,本教学团队提出了在仪器分析实验中强化综合设计型实验的开设,使学生在正常的课堂教学中得到创新能力的锻炼。随着社会的发展,对学生综合素质要求越来越高,所以在新的人才培养方案中,大大削减了专业课课堂教学的学时数,然而又要求学生的培养规格和培养质量不能降低。为此,我们提出在仪器分析实验教学过程中提出“一体化”教学。所谓的一体化即将仪器分析所涉及到各类仪器分析方法的基本原理、仪器的基本操作和基本应用都考虑进来,设计一个大综合的实验,要含盖光谱分析、电化学分析、色谱分析、波谱分析及其他的表征手段(如电镜、能谱等)。以前学生做分析化学实验是按照实验项目来做的,比如光谱分析主要做分光光度法对混合物中铬、锰含量的同时测定、荧光法测定维生素B2片剂中核黄素含量、苯甲酸红外吸收光谱的测绘-KBr晶体压片法制样、流动注射-化学发光分析法测定维生素B1和火焰原子吸收光谱法测定水中钙、镁的含量,电化学分析中主要做溶液中pH的滴定、离子选择性电极F-离子的测定,在色谱分析中主要做高效液相色谱法测定碳酸饮料中的苯甲酸、气相色谱法测定乙醇中乙酸乙酯的含量等。这些实验项目虽然设计合理,但是学生是在不同的时间分别完成这些实验项目的,出现做完了把实验报告写好了交给实验老师,没有统筹考虑这些实验项目之间的联用,不能能够全盘解决实际问题。比如,拿到一个纳米材料要学生来表征,它不知道要表征哪些项目,所以导致学生思维的不够开阔,能力得不到提高。基于此,我们教学团队通过设计一个课程大综合的实验来把仪器分析实验的绝大多数类型的分析方法连接起来,学生完成了这个实验以后能够把绝大多数分析方法都利用到。比如,聚丙烯酸修饰纳米二氧化铈的制备及其催化H2O2降解环境水样中的罗丹明B。通过这个实验学生首先要学会纳米粒子的合成方法、纳米粒子的表征方法、罗丹明B降解前后的测定方法。在纳米粒子的合成过程中学生要涉及到溶液的配制、合成过程中仪器设备的选择、合成参数的优化、合成纳米粒子的后期表征(用红外光谱、透射电镜、X-光电子能谱、ICP原子发射、热重分析法等)等,在纳米粒子催化H2O2降解罗丹明B的过程中,学生要涉及到降解酸碱环境的选择(pH计)、催化剂和氧化剂用量的选择、催化产物量的确定(用紫外可见分光光度法、荧光分光光度法和化学发光法等)和种类的确定(紫外可见分光光度法、荧光分光光度法、液相色谱-质谱联用法、元素分析法等)。通过这一综合性实验的训练学生基本上可以将仪器的所有方法联系起来,达到融会贯通的效果,对提高创新能力具有极大的帮助。
药物分析是医药类高职高专院校药学专业一门重要的专业必修课程,也是国家执业药师资格考试科目之一,要求学生能够按照药品检验工作岗位要求,掌握《中国药典》中常见分析方法的基本原理和基本操作技能,初步具备运用现代分析技术对药物进行全面质量控制能力[1]。仪器分析是药物分析课程重要的前置课程,是以物质的物理或化学性质为基础,利用特殊的仪器设备,对物质进行定性、定量和结构分析的一门课程[2]。对于高职高专药学专业学生,其要掌握各类仪器分析方法适用范围及操作方法,能熟练应用各类仪器分析方法检验药品。将仪器分析与药物分析整合为一门课程进行教学,可以减少课时,加强知识连贯性,提高教学质量,提升学生动手能力和综合分析能力。
1仪器分析与药物分析课程教学现状
高职高专学生在校学习时间为两年,课程繁多,课时紧张。我校仪器分析课程安排在第二学期,药物分析课程安排在第四学期。仪器分析课程侧重介绍各类仪器分析的基本理论、仪器组成、仪器操作方法,简要介绍仪器分析在药物分析中的应用。高职高专学生学习基础较差,加之仪器分析理论知识晦涩、抽象,学生普遍感觉枯燥,不易理解。而此时药物分析课程教学尚未开始,学生对于仪器分析应用没有直观感受,难以将所学仪器分析知识与药物检测工作相结合,学习目标不明确,学习兴趣不高。药物分析课程教学内容一般分为总论和各论两部分,总论主要介绍质量标准、鉴别、检查、含量测定基本方法,各论主要介绍各类典型药物分析方法。药物分析课程教学中有相当部分内容涉及仪器分析知识,但由于课程间隔时间较长,学生很难将之前学习的仪器分析理论和操作应用到药物分析中。因此为了达到较好的教学效果,教师需要重复讲解仪器分析内容,造成药物分析课时紧张,教学效果不好。药物分析各论内容按照药物的化学结构分类,总结结构相近的药物分析方法的规律,涵盖内容多,知识点琐碎,但与仪器分析手段类似。学生在学习这部分内容时往往感到枯燥,掌握不了学习重点,难以建立药品质量控制整体思路,教学效果不尽如人意[3]。
2仪器分析与药物分析课程整合步骤
(1)“绪论”内容融合讲授,介绍药物分析的主要研究范围和相应的职业岗位要求,同时介绍需要学生掌握的仪器分析技能,明确仪器分析技能的应用目的,激发学生求知欲和学习兴趣,增强课程整合认同感。
(2)第一部分讲授药物分析基本知识,主要包括药品质量标准和药品质量检测工作程序。重点介绍《中国药典》及常见国外药典的使用,鉴别、杂质检查、含量测定的意义、目的,一般鉴别试验和一般杂质检查相关内容。
(3)第二部分整合药物分析各论中典型药物分析实例,讲授药物分析中常用的仪器分析方法,分为光学法、色谱法、电化学3部分。在讲授仪器基本原理、组成和操作方法后,围绕典型药物分析实例讲解仪器分析在药物鉴别、检查和含量测定中的应用,并安排相应实验。
(4)第三部分综合实例分析,以四大类典型药物为主线,引导学生掌握根据药物结构和性质推测药物鉴别、检查和含量测定方法的思路,培养综合运用仪器分析知识进行药物整体检测、全面控制药品质量能力。采用小组学习教学法[4],教师布置任务,学生分组讨论,查阅《中国药典》质量标准,设计完整的质量检验方案;师生共同讨论,各组相互评价,制定最终方案;按照制定方案实施实验操作,统计数据,撰写检验报告。
3仪器分析与药物分析课程整合存在的问题及解决途径
课程整合后教材缺乏,给教师备课和学生课前预习带来一定困难。这需要任课教师花费大量时间进行摸索,综合考虑专业实用性和学生水平选取合适的案例,根据教学内容制成阅读材料清单,以电子稿形式提前一周发放给学生。设计相应问题,学生分组进行讨论,并通过班级群上传讨论结果,各组相互评分并作为成绩评价的重要组成部分。课后,教师记录教学笔记,对课堂教学内容进行概括,对关键知识点进行梳理、归纳和总结,发放给学生。当然,尽快形成统一规范的课程整合教学大纲和教材势在必行。高职高专学生基础较差,学习主动性差,如何调动学生学习积极性、提高课堂参与度是一大难题。本教研室主要从两方面入手,一方面进行职业教育,充分阐述这两门课程对药物检测工作岗位的重要性,并邀请在药物检测岗位实习和就业的学生进行现场讲解,激发学生学习兴趣;另一方面改革考核评价方案,提升平时成绩和实验成绩的比重,有效督促学生按教师要求完成相应任务,培养学生独立思考、分析问题、解决问题能力,以更好地适应实习和工作岗位。
4仪器分析与药物分析课程整合的思考
仪器分析与药物分析课程的整合,打破了两门独立课程的界限,结合药品检测实例讲解仪器分析知识,使学生能更好地对理论进行理解和贯通,激发了学习热情和积极性;同时能更好地结合检验工作实际,使仪器分析与药物分析知识真正有机结合,有利于学生更好更快适应实习、工作要求。课程整合后,第二部分结合典型药物分析实例讲授药物分析常用的仪器分析方法,强调各大类仪器分析方法在药物分析中的实际运用,符合高职高专培养应用型药物分析人才的要求。第三部分综合实例分析减少了典型药物的类别,挑选四大类典型药物进行分析,强调建立药物分析方法的思路,避免学生陷于琐碎知识点记忆,有利于培养药品质量控制整体思路。实验是本课程的重要组成部分,传统分课程教学时,学生主要按照实验指导手册要求,简单重复实验操作,不利于独立解决问题能力培养。课程整合后,减少药物分析中验证性实验内容(已在药物化学中涉及),选择部分典型药物设计综合实验。采用项目驱动式教学法,学生分组设计实验方案,分组时注意以学习积极性高的学生带动学习积极性低的学生[4]。师生共同讨论分析后确定实验方案,再按照实验方案进行质量检测,并给出检验结果,侧重培养学生运用所学理论知识、仪器分析方法解决药物检测实际问题能力以及独立设计检验方案能力。
学生参与程度高,学习积极性被充分调动,分析问题、解决问题能力明显提高。学生在实践过程中能感到自己知识缺乏,促使其学习更多理论知识,从而提高独立学习能力,无形中将理论与实践紧密结合[5]。仪器分析课程与药物分析课程整合,按照实际岗位需求重组教学内容,体现了知识的整体性和综合性,节省了教学时间和教学资源。教师也不再局限于独立学科的教学,树立了整体观念,更多地思考将教学与工作岗位相结合,有利于培养生产一线需要的高素质技能型人才。
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一、教学改革思路
“在线分析仪器”课程以工业上在线应用的分析仪器为主线,包括电化学式、热学与磁学式、光学式在线分析仪器、在线物性分析仪器、网络化在线分析仪器、现场总线式在线分析仪器、虚拟仪器化在线分析仪器等仪器的检测原理,以及基于各种原理的在线分析仪器的应用,并介绍了自动取样和试样预处理装置。课程内容涉及了光学、机械、电子、计算机等知识,课程教和学的难点在于课程“内容多、发展快、理论深、技术高、应用性强”。因此改革教学模式和方法,以培养学生工程意识为目标,提高学生自主研学能力,提高学生分析问题解决问题能力,是提高教学质量的重要举措。
作为工科院校,我们的培养目标是基础知识扎实、工程意识强的高素质应用型技术人才。在专业教学计划指导下,积极开展“在线分析仪器”课程教学方法改革,完善课程体系和教学内容凝练,建立一套包括理论讲授、计算机辅助教学、强化训练、自主研学在内的全方位的课程教学新模式;培养学生分析问题解决问题的能力,注重培养学生的工程意识,全面提高课程的教学质量和学生的自主研学能力。
二.注重培养工程意识的教学方法
1.注重先进的教育理念,强化工程意识培养
(1)专业授课过程注重提出问题,强调研究性学习,强化学生的问题意识,培养学生思考问题和解决问题的能力。
在知识的传授中给学生留下思维空间,以培养学生获取知识的能力。在课程的教学中,除了采用先进多媒体技术扩大课堂的信息量,把更多的知识教给学生即“教会”外,更重要是让学生“学会”。课堂教学中着重讲清在线分析仪器的基本概念、检测原理、设计思路、方法和工程应用中的难点,有意识地留下一些疑问和自学内容,而这些疑问通过针对性的习题得出其结论。针对某些内容有准备的课堂讨论,也是一种行之有效的获取知识的方式。而这些知识的获取不再是只靠教师“教会”的,而是通过学生的努力自己“学会”的,且又达到了“研学”能力的培养。同时,课程中留有设计性的题目,让学生当堂及课后完成,培养学生分析问题解决问题的能力,调动学生学习的主动性、积极性和创造性。
(2)在知识的传授中注重工程背景、技术前沿、工程应用的引入,所讲授的各种分析仪器均具有工业应用背景和实例。
专业课程设置的目的,不仅是要求对这门课程知识的掌握,更重要的是掌握在各行业中的具体工程应用。因此,在教学的全部过程中注重分析仪器在工程中的具体应用,并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中;向学生介绍在线分析仪器的前沿和热点以及工程中的应用,以使学生学会寻找并去开创新的结合点,从而培养学生应用知识的能力和创新的能力。
2.立体化教学模式,丰富的课程内容
(1)设计了课程教学CAI课件、电子教案,用于课堂教学。利用flas、ppt软件的一些功能,将复杂的原理用动画、图形讲解,起到了事半功倍的作用。形象生动地讲解在线分析仪器的原理,并将工程实例应用视频、图片演示给学生,使学生通过观看直观了解其工作过程。例如在“在线分析仪器”讲授色谱技术、质谱技术等内容时,采取讲授、flash演示相结合方式,同学们观察并思考检测原理,进而展示在线分析仪器的相关设计步骤和实际应用视频、图片,环环相扣,使学生既掌握理论基础,又建立感性认识,深入体会到在线分析仪器的原理和作用。进一步激发学生创新思维和学习热情,使学生在运用新技术、创造新成果方面有强烈的创新意识。
(2)课程多媒体课件和教学大纲、习题答案等全部资料,已上载到校园网络教学,学生可通过校园网下载课程资料,用于教学学习,与课堂授课构成立体化教学模式。并可通过教学网络进行答疑。
3.启发式、强化训练的教学方法
(1)阐述课程的重要性,激发学生的学习兴趣和主动性。一般而言,学生对某门课程的重视程度直接影响了他们对该课程的学习兴趣和学习主动性,而学习兴趣和主动性又直接影响教学效果。当学生刚接触一门课的时候,并不清楚课程的主题及内涵。因此在教学实践中,采用了以下几种方法来增强学生学习课程的兴趣和主动性。
① 在第一堂课——在线分析仪器的概述中,通过介绍在线分析仪器的发展历史和在工业部门、高科技领域的广泛应用,提高学生学习的兴趣,同时把该课程的学习和学生将来的择业联系起来,使学生懂得学好了这门课程,可以拓宽就业渠道;且与国家的发展强盛有极大关系,从而提高了他们学习该课程的兴趣和主动性。
② 通过介绍在线分析仪器的发展趋势,研究热点以及科学仪器领域方面的尖端研究工作,使学生懂得该课程是他们将来继续深造的基础,提高了学生对该课程的重要性认识。
(2)精选教学内容提高教学质量。随着专业口径的不断加宽和技术的发展,在线分析仪器课程的教学内容也不断膨胀和加深,课程内容多,学时少的矛盾越来越突出。为了解决这一矛盾,采用精选教学内容的方法,不仅较好地解决了这一矛盾,而且还进一步提高了教学效果。对教学大纲中的重点内容,讲深讲透;而对有些与先修课程相同的内容,在课堂上也只对课程的不同之处进行讲授,略去重复内容。至于教学大纲中规定的了解内容和一般性的了解内容,则少讲或者不讲,作为学生的自学内容,让学生课余自学。
(3)讲授与提问并存。在每次授课之前都有一个前次课程内容回顾,通过提问加深学生的认识。
在讲授新内容,涉及的原理都请同学们先回忆学过的基本原理再启发学生考虑这些基本的物理、化学的原理如何与被测量建立关系这种关系如何用检测器来实现如何设计分析仪器,层层递进层层启发,使同学们对所学知识充满兴趣。例如讲解热导式气体分析仪器时,其检测原理是气体热导率与气体浓度成正比气体热导率通过热量体现出来热量通过热敏电阻可以测量热敏电阻的改变量就与气体浓度建立了关系热导检测器的核心元件就是热敏电阻热导检测器的结构设计是提高测量精度的关键设计电气处理电路,实现气体浓度测量。每一步同学们都很清楚,但形成一个体系同学们还有一定的难处。通过层层递进层层启发,使同学们豁然开朗,有助于提高学生的积极性和工程实践能力。
每章之后都有总结和测验,每章测题都有开放性、设计性的题目,全面检验学生的学习效果和设计能力。
(4)改革考核方式,促进学风转变。在教学过程中,将提问、测验作为平时成绩,并和自主研学的成绩计入总成绩。这样,要取得好的学习成绩,在平时的学习过程中就要下工夫,仅靠最后的考试前冲刺难以取得理想成绩。
4. 自主研学
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(b)-0054-02
随着工业化进程的加快,环境污染已经由点源污染转向面源污染,由单一的环境介质转移到大气、水体、土壤以及生物体等多介质,发生了不少震惊世界的污染事件,如举世闻名的“公害”事件。20世纪80、90年代,又发生了一些突发性的严重公害事件,如印度博帕尔农药事件和前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事件等[1]。这些事件无疑给人类的生产生活带来了巨大影响。隐藏在这些事件背后的环境问题直接或间接的与化学物质有关。究竟哪些是污染物质、有毒物质?这些物质从何而来?其进入环境之后会发生什么变化?可靠的仪器分析技术能为上述系列问题的正确解答提供依据,也能为环境标准的制定和科学研究、环境管理提供技术支持。
1 课程开设的必要性
在现代分析化学和分析仪器及其功能不断完善、高灵敏度的新型分析仪器不断涌现的今天,伴随着全球环境问题、污染事件频发,大型分析仪器在污染源解析、污染扩散途径追踪、污染与健康关系以及在环境污染治理效率评价、工艺技术路线改进等多领域发挥着越来越重要的作用,先进高效的化学、生物分析手段已成为环境分析科学的重要工具。这些技术手段涵盖了微量和痕量污染物的识别、污染物形态、价态、结构分析(表面和微区)分析。因此,培养具备先进仪器分析能力是环境教育领域人才培养的重要环节。
同济大学环境科学与工程学院承担着国家、省部级重点科研攻关项目,作为科研一线主力群体的研究生都将在导师的指导下,独立完成某个研究方向上的论文实验研究。为了使学生能够顺利开展论文研究并提升论文质量,掌握分析方法的基本原理和应用技能十分重要,这也是在研究生学习阶段开设环境仪器分析课程的重要原因。
2 课程建设的特点
“环境仪器分析”是同济大学环境类专业研究生专业学位课程,始于1999年。伴随着环境科学研究的需求,经过十多年课程内容和形式的与时俱进,2011年成为同济大学首批研究生精品课程。本课程重点介绍如何运用现代仪器分析和样品预处理的理论与技术来鉴别和测定环境介质中化学物质的种类、含量、结构和状态。通过本课程的学习,可以使学生依据待测环境样品中各组分的物理、化学性质的不同,选择合适的仪器分析方法进行目标物的分离与富集,建立起准确的“定性”及“定量”的概念,并掌握与此相关的基本理论、测定原理及实验技术,为后继的论文科研和质量提升打好基础。另一方面,研究生在学习本课程后,可以增强对近代仪器分析的发展趋势以及新方法、新技术的理解,掌握环境分析方法和技术的研发技能。
2.1 组建教学团队,丰富教学资源
该课程教学团队有教师7人,其中教授3人,副教授等年青教师4人,其中实验教师2人。教师学历、年龄及学缘结构合理、教学任务分工明确,理论教学与实验教学人员配备合理,为理论教学和实验教学的顺利开展奠定了坚实的基础。各位任课教师的研究领域各具特色,兼顾环境领域多学科融合,因此,在教学中能够突出重点。
污染控制与资源化研究国家重点实验室拥有各种光谱类、色谱类和生物类大型仪器,如GC/MS、HPLC/MS、ICP/MS和实时荧光定量PCR等,并且拥有网络平台,可以为学生提供相关课件以及实验室仪器的操作、维护及实验讲解录像。实验教学课程由骨干教师承担,开设有光谱实验、色谱实验和生物实验,可以满足教学需求。由研究生可依据今后论文研究方向选择实验内容,共享国家重点实验室的各类分析仪器的丰富资源,实现了学有所用,学有专用。该课程深受学生欢迎,成为论文实验研究的“预备”课,学生们受益匪浅。
2.2 理论应用相结合
依托同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室的丰富资源,该课程的教学按理论授课和实践相结合的方式进行,更注重分析仪器的基本原理、操作使用要点以及在环境科学研究、环境监测等领域的应用价值。
在学习掌握了相关仪器分析理论后,学生有机会面对分析仪器,训练操作技能,旨在培养学生掌握仪器基本操作技术和基本实验技能。通过实践课程的开展,让同学亲身体验各种分析仪器的功能,以理论指导实践,彰显理论的重要性。动手实践,也能充分调动学生学习基础专业知识的积极性,让学生更有目的地进行理论学习[2~3]。这样的教学方法,不但减少了学生在学习基础知识时的盲目感,也大大提高了学习的主动性,对学生的动手能力也是很好的培养。
2.3 尊重自主,注重实效
鉴于学生兴趣点的不同以及论文研究的需要,该实验课程分光谱、色谱和生物分析技术三个模块供学生自主选择。这在一定程度下,实现了小班教学,使得每个学生都能接触操作自己迫切需要使用的仪器。另一方面,尊重学生自主性,有利于学生的学习兴趣培养。在大方向区分的基础上,又进行了小组模式,使得每位同学参与到其中,并且可以互相讨论,共享不同途径捕获的信息。
通过本课程的学习,使研究生对仪器分析这一领域有较全面的了解,基本掌握仪器分析的各类方法,初步具备根据分析对象选择合适的分析方法及理解相应问题的能力,从而顺利开展科学研究。据研究生反馈,该课程强化了学生的理论基础知识,提高了学生自主分析设计实验的能力,并且减少了研究生论文研究中实验方面的问题。
2.4 撰写教材重实用
随着计算机技术的飞速发展,分析仪器的面貌日新月异,仪器的更新周期越来越短,但是目前教材内容的更新远远落后于新型仪器的更新速度[4]。为了把最先进的内容和教学科研的需求和特色相结合,我们在自编实验讲义的基础上,撰写并于2008年由科学出版社出版了《现代环境分析技术》,并于2013年6月更新出版了《现代环境分析技术》(第2版)。环境分析涉及的分析仪器种类多,面对的环境样品也十分繁多和复杂。因此,该教材根据我国环境领域的实际需求和应用现状,重点围绕环境领域应用范围广、理论与技术相对成熟的方法,具体包括四个方面的内容:(1)环境样品分析中常用大型分析仪器的基本原理及其应用;(2)环境样品预处理技术的基本原理及其应用,如高效富集、分离方法等;(3)多种仪器和方法的联合技术;(4)环境分析技术的发展,包括新理论、新方法和连续自动化技术等。教材编写过程中注重先进方法的理论性与应用性相结合,科学性、适用性强,更贴近学生的实际需求。
2.5 学习考核多方位
考核是对教师的教学效果和学生的学习效果的检验,而考核方式也起着引导学生改变学习方式的作用,科学的考核方式会推动学生的学习向最佳方向发展[5]。本课程的期终考核成绩由平时参与和期末考试两部分组成。平常参与通过学生课堂表现(随堂考试、课堂提问)或实验情况(实验操作、实验数据处理等)等各方面综合评定。针对目前大学课程知识容量大,容易出现满堂灌,老师又很难及时、准确了解每一个学生对当堂课所授知识点的掌握情况的现状,我们在随堂考试中引入了同济大学自主研发的“智能交互反馈系统”。该系统可以在课堂上即时了解学生对知识点掌握程度,以减轻学生在学期末的考试压力。期末考试包括基础理论知识考试和实验部分考试。基础理论知识考试旨在考查学生对仪器分析基础理论知识的掌握情况;实验部分考试重在考查学生掌握仪器操作的能力。这种多元化的考评体系,更加注重评价学生主动参与的过程、善于思考的能力,可以科学合理、全面公正地反映学生课程学习的真实水平。
3 结语
针对环境类专业研究生开设的“环境仪器分析”课程,为硕士研究生论文质量的提升打下了坚实的基础。“师资队伍多元化,教学模式多样化”是课程教学质量提升的根本保证,充分挖掘和利用高校大型仪器实验平台,为教学服务,是不断提高教学质量的重要举措。
参考文献
[1] 陈玲,郜洪文.现代环境分析技术[M].2版.科学出版社,2013.
[2] 白雁,潘瑾,李永强,等.研究生现代分析仪器课程教学改革的探索[J].实验技术与管理,2011,28(9):22-24.