湖南文理學院 鄧愛華 謝 鵬 王 云

基于問題導向、學生主體下的儀器分析教學改革研究

湖南文理學院 鄧愛華 謝 鵬 王 云

儀器分析是高校相關專業(yè)的基礎課程，需要針對專業(yè)特點進行教學改革。本文論述了儀器分析的特點和教學目標，分析了教學中的問題，并且在問題導向和學生主體的理念下對儀器分析教學改革做出了探討。

儀器分析；問題導向；學生主體；教學；改革

隨著現(xiàn)代化進程的推進，對分析儀器的數(shù)據(jù)依托性不斷提高，要求各領域分析人員具有更高的理論基礎和操作技能，因此培養(yǎng)高素質的儀器分析人才，成為各高校急需解決的問題。要提高儀器分析教學的效果，就要以學生為主體，增強學生的自主學習能力，采用問題導向的教學理念對教學模式做出改革。

一、儀器分析概述

1.儀器分析的概念

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

2.儀器分析的特點

儀器分析作為一門學科，具有多領域交叉性、前沿性和發(fā)展性，儀器技術向精確、靈敏、快速和自動化發(fā)展。儀器分析具有很強的實用性，其中理論教學主要學習原理和方法，實驗教學主要學習實踐和應用。由于涉及到不同的學科和領域，加上原理比較抽象和枯燥，實驗課程需要學生具有較高的動手能力和觀察能力，因此儀器分析教學存在一定難度。另外，隨著科學技術的不斷發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的儀器分析理論和技術，知識的更新較快，要求教師與時俱進，動態(tài)發(fā)展，緊跟儀器分析技術前沿。

3.儀器分析教學目標

儀器分析根據(jù)專業(yè)的特點和需求，會側重于不同的分析儀器和技術，因此教學目標的制定需要充分考慮專業(yè)性，以專業(yè)性和實用性為教學目的。比如，資源循環(huán)科學與工程專業(yè)主要分析金屬元素，因此要側重于原子發(fā)射和吸收光譜等儀器的學習；化學工程與工藝專業(yè)主要需要分析鑒定有機物，因此要側重于紅外、紫外光譜和色譜等儀器的學習。儀器分析的理論課程要求學生掌握儀器的原理、結構、功能和方法，實驗課程要求學生能夠對儀器進行熟練操作，并且具備數(shù)據(jù)分析和撰寫報告的能力。

4.儀器分析教學存在的問題

首先，儀器分析的理論課程普遍采用“儀器概述、基本原理、儀器結構、分析方法和應用”的方式編寫教材，內容對學生來說太過于枯燥，另外，實驗教材一般由各高校自行編寫，考慮到儀器設備條件限制，實驗內容不能滿足專業(yè)需要；其次，相對于課程內容來說，理論課時不足，而儀器分析的知識點較多，結構零散，將各學科融會貫通有很大難度，教師很難把所有知識點講透；再次，實驗教學中，由于儀器價格昂貴，分析儀器的數(shù)量不能滿足學生實踐需求；最后，還是因為儀器數(shù)量的限制，學生在沒有接觸儀器的情況下學習，導致學生對儀器分析課程沒有清晰的認識，理論與實踐脫節(jié)，對知識的理解和記憶不深。

二、問題導向式教學模式概述

1.問題導向式教學的概念和特點

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

與傳統(tǒng)的“填鴨式”教學相比，問題導向式教學充分發(fā)揮了學生的主體作用，讓學生在自主探究中獲得知識，其優(yōu)勢包括：第一，能夠培養(yǎng)開拓式思維，通過對問題的資料查找和小組討論，學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，加深對問題的認識，學生需要對問題進行深入思考，并用自己的語言進行表達，這是一個知識分解再加工的過程，對知識有了更加深入的認識；第三，回顧已學知識，在探究和討論過程中，學生需要對已學知識進行復習和回顧，補充已經(jīng)遺忘的內容；第四，提高溝通能力，學生在與教師和小組成員的討論中，互幫互助解決問題。

2.問題導向式教學模式設計

興趣是最好的老師，儀器分析教學不僅需要掌握大量的基礎知識，還要時刻關注最新技術，這就需要學生具有主觀能動性，另外，大學的學習方式要從被動變?yōu)橹鲃樱瑢崿F(xiàn)接收知識到提出問題的轉變，教師在教學模式上也要從課本導向變成問題導向。因此，問題導向式教學模式應該從問題出發(fā)，在解決問題的過程中學習知識、進行思考，最終將知識轉化為解決問題的工具。在儀器分析課程中采用問題導向式教學模式，教師的教學步驟分為：提出問題—組織討論—布置課后思考題—總結；學生的學習過程一般有以下步驟：理解問題—獨立分析—查找資料—初步完成—小組討論—得出結論，在學生自主分析和小組討論的過程中會遇到新的問題和難點，需要重復以上步驟，從而最終解決問題。學生通過這種方式進行儀器分析，能夠將知識活學活用到實際使用中，并且能夠總結出解決類似問題的一套方法。

三、儀器分析教學內容的優(yōu)化

經(jīng)典儀器分析作為基礎學科，教學內容包括光分析、電化學分析、質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射線衍射無機材料晶型分析、石英晶體微天平質量分析、掃描電鏡/透射電鏡形貌分析等方法，內容涉及到電子學、物理學、化學、數(shù)學等多個領域，知識點非常復雜。因此，為了讓學生既能在學時內完成教學目標，又能掌握最全面、最前沿的理論和技術，必須對教學內容進行取舍和優(yōu)化。

1.優(yōu)化教學內容

儀器分析的通用教材通常與專業(yè)教學要求存在一定差異。比如，中藥學專業(yè)儀器分析中，電化學分析法應用較少，因此教材需要適當減少電化學分析內容，將重點放在其他方法上；色譜分析中，液相色譜法能夠對超過85%的中藥進行分析，而氣相色譜法僅能完成不到15%的重要分析，因此要適當減少氣相色譜分析課程，將重點放在液相色譜法和色譜基本理論上，并且適當介紹其他分析方法，比如毛細管電泳技術和超臨界流體色譜法。

2.補充新知識與新技術

教材的編寫存在滯后性，部分教材編寫時間早，其中的一些知識和技術已經(jīng)被更加高效的方法所取代，也無法通過教材了解最新的知識進展，要提高學生的專業(yè)素質，教學內容必須緊跟科技前沿，讓學生掌握當前的研究方向。比如，毛細管電泳技術和超臨界流體色譜法在分離方法上不斷出現(xiàn)進展突破，特別是毛細管電泳技術在DNA、蛋白質、有機物的分離、分析領域起到極其重要的作用，因此，需要在教學內容中補充這些先進技術，并且提供相關文獻作為輔助教材，豐富教學內容。

四、問題導向式教學在儀器分析教學中的應用

問題導向式教學的重點是培養(yǎng)學生的自主學習能力，但是由于學生本身知識面與實踐能力的限制，在問題的發(fā)現(xiàn)、研究和解決等方面還有著很大的缺陷。大部分學生習慣于被動接收知識，遇到問題時首先想到請教老師或者直接找答案，這種被動學習的慣性不容易改變，對教師的教學素質也有更高的要求。

1.肯定學生的主體地位

以學生為教學主體的思想需要從教師開始落實，教師要樹立師生平等的理念，本著與學生共同進步的觀念來主動改變自己的教學方法，以適應問題導向式教學的要求，從教學活動中的主動者變成輔助者，在學生的自主學習中起到引導作用，并且要善于設置問題來提高學生自主探究的興趣，尊重學生的自由化思維，把教學權利下放，同時掌控教學節(jié)奏。

2.教師需要有豐富的知識積累

教師不僅要準確掌握儀器分析教材上的內容，從內容到形式做到融會貫通，能夠結合工業(yè)檢測、環(huán)境檢測等專業(yè)講解知識點，還要涉獵相關文獻資料，并且要對前沿科技有所了解，能夠對知識點進行銜接，及時對學生做出指導。

3.合理設置問題

在問題導向式教學中，問題作為教學的核心，其質量好壞直接關系到學生的學習效果，好的問題能夠激發(fā)學生的積極性，并且能讓學生對教學內容進行有效的評價，同時能夠兼顧學生的基礎和狀態(tài)。教師在設置問題時，必須符合以下要求：

首先，問題要符合教學內容和教學目標，能夠引出所學專業(yè)的相關知識。比如，講到“紫外吸收光譜”時，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”，從而引出生色團與助色團的概念和作用；由于紫外吸收的B吸收帶具有精細結構，但這種結構并沒有在“廢水中苯酚測定”實驗中被觀察到，通過讓學生分析這種現(xiàn)象的原因，從而引出“溶劑對紫外吸收峰的影響”這一知識點。

其次，問題要層層推進，難度要適當。過于簡單的問題不能起到教學效果，但問題過難則會讓學生望而生畏，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，還要能讓學生根據(jù)已有知識層層推進，最終解決，不斷獲得成就感。比如，講到“色譜分離”時，向學生提問“怎樣讓色譜分離效果變得理想”，學生根據(jù)前面介紹的內容，回答“各組分具有足夠小的峰底寬度”和“組分的保留時間存在差異”，然后教師再提問“峰底寬度和保留時間的影響因素”，從而引導學生學習新的內容“分配系數(shù)”與“速率理論”。

再次，問題能激發(fā)學生的興趣。問題應該符合人們的思維規(guī)律，先遠后近，先縱深再拓展，能夠引起學生的興趣，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點，讓學生帶著問題學習，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，但核磁共振波譜機理告訴我們，在同一外加磁場中，氫核的分裂能相同。這兩種理論在這里出現(xiàn)矛盾，這時需要學習新的知識“化學位移”和“偶合裂分”來做出解釋，教師可以根據(jù)碘代乙烷的核磁共振氫譜圖對知識點做出講解，并提出問題“同一分子內的氫原子的化學位移為什么不同、化學位移的影響因素”以及“裂分發(fā)生的原因和規(guī)律”。

最后，問題能夠促進教學內容的系統(tǒng)化。教師不僅要在同一章節(jié)布置問題，還需要跨章設計問題，使學生對知識點能有系統(tǒng)的認識。比如講到“紫外吸收光譜”時，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”，學生在學習“熒光光譜法”時，就會自覺與前面的知識點聯(lián)系起來做出比較，這樣能夠讓學生盡快構建知識系統(tǒng)。

4.建立合適的小組討論形式

小組討論是問題導向式教學中的重要環(huán)節(jié)，關系到學生解決問題的效率和質量，特別是實驗課程需要進行分組。首先，改變單一的分組方式。每種分組方式都有各自的優(yōu)勢和不足，比如，按照學習程度分組，成員討論的知識點差別不大，利于溝通，但也導致不同的看法較少，較難擦出火花；按照學習成績分組，如果成績好的分為一組，成績差的分為一組，優(yōu)點是容易交流，缺點是后者的解題質量會比較落后，會打擊他們的積極性，如果成績高低搭配，優(yōu)點是能夠以點帶面，發(fā)揮優(yōu)秀學生的作用，缺點是會很容易的形成“一言堂”，解決問題的總是成績好的學生；如果讓學生自由搭配，優(yōu)點是關系好的學生在一起的合作效果好，缺點是性格內向的學生會收到冷落，不利于心理健康；如果按照性別分組，首先班組內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)點是教師能夠兼顧各方面因素，缺點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，因為固化的組織形式容易造成使小組的特質和思維也發(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，重新進行組合，這樣會給學生帶來新鮮感和刺激感，但也會不利于學習活動和小組效率。

五、結語

綜上所述，學生是教學活動的主體，在儀器分析教學中，需要樹立“問題導向、學生主體”的理念，針對儀器分析課程和學生的專業(yè)特點，選擇合適的教學內容，采用問題導向式教學方法，充分發(fā)揮學生的主體作用，引導學生學會逐步解決問題、獲取知識的能力。

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