耿 萍，徐志愛

（華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海 200062）

0 引言

立德樹人是教育的根本任務(wù)。教育事業(yè)不僅要傳授知識培養(yǎng)能力，還需要引導(dǎo)學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀和價值觀。儀器分析化學(xué)是分析科學(xué)領(lǐng)域必不可少的重要組成部分和發(fā)展方向，是以分析儀器為基礎(chǔ)，通過測定物質(zhì)化學(xué)組成、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和含量，從而進行科學(xué)研究與質(zhì)量監(jiān)控的重要手段，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢驗、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測、食品檢驗等諸多方面［1-3］。儀器分析實驗則是學(xué)生掌握各種儀器及其分析方法的重要環(huán)節(jié)。通過儀器分析實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以加深對基本理論知識的理解，而且培養(yǎng)了運用理論知識解決實際問題的能力，為繼續(xù)深造學(xué)習(xí)和未來就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

因此，以“立德樹人”為導(dǎo)向，通過不斷改進與完善實驗教學(xué)方法與教學(xué)模式，有助于學(xué)生更好地理解現(xiàn)代化大型精密儀器的基本理論和分析方法，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)思維［4-6］，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

儀器分析實驗教學(xué)中涉及的大型精密儀器較多且價格昂貴，不會像其他基礎(chǔ)實驗課一樣為每位學(xué)生提供1 臺儀器。盡管采用循環(huán)實驗的方式同時開動多種儀器的分析實驗課程，2 或3 人1 組做同一個實驗，但是每組學(xué)生每個實驗只有4 學(xué)時的時間，學(xué)生接觸儀器的時間有限。同時實驗教學(xué)具有空間壁壘，與理論課學(xué)習(xí)不同，實驗教學(xué)必須在實驗室中進行，除了課堂時間外，學(xué)生很難接觸到大型分析儀器，嚴(yán)重缺乏與實驗學(xué)習(xí)有關(guān)的材料和環(huán)境，也使課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)不免流于形式。

現(xiàn)代化大型儀器設(shè)備通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而儀器結(jié)構(gòu)幾乎全是封閉式，學(xué)生無法觀測到儀器的內(nèi)部構(gòu)造。同時，學(xué)生沒有接觸過這些大型分析儀器，難以在短時間內(nèi)快速有效地掌握分析儀器的操作要領(lǐng)和解決實驗過程中出現(xiàn)的問題。因此，這些分析儀器本身的特點迫切地需要儀器分析實驗教學(xué)有更直觀更有效的教學(xué)手段和方法。

課堂教學(xué)模式主要是采用教師先講解實驗內(nèi)容，演示具體操作步驟，然后由學(xué)生自己完成實驗，最后由教師進行評價。這種單純的授課方式存在很多弊端，例如：僅靠教師課堂講授實驗相關(guān)內(nèi)容，形式比較單一枯燥，而且有限的課堂時間使學(xué)生對理論知識的認識不夠深入；每個學(xué)生實際動手操作的實驗時間較短；學(xué)生在實驗過程中的個體差異較大，沒有足夠的時間解決這些個體差異問題；學(xué)生在實驗課堂上僅能按照實驗步驟操作儀器，得到儀器給出的實驗結(jié)果，實驗過程中缺乏思考的空間，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在長期的儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)過程中，通過總結(jié)和研究，根據(jù)當(dāng)前拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的理念，結(jié)合我校實際對儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)進行了改革和探索，堅持立德樹人，以培養(yǎng)學(xué)生的全面發(fā)展為目標(biāo)，改革實驗內(nèi)容和教學(xué)方式，完善考核機制，讓學(xué)生在實驗過程中切身感受理論與實踐的結(jié)合，擴大他們的眼界，激發(fā)他們獨立思考、自主學(xué)習(xí)的積極性及創(chuàng)新意識和科學(xué)思維。

2 儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)改革探索

2.1 堅持立德樹人，將思想政治教育貫穿于實驗教學(xué)過程

為了完善和深化課程思政教學(xué)改革，構(gòu)建思想政治教育與專業(yè)教育有機融合的課程體系，深入推動習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想進教材、進課堂、進頭腦，堅持把“立德樹人”作為中心環(huán)節(jié)，將思想政治教育融入儀器分析實驗教學(xué)全過程中，凸顯對學(xué)生的人文關(guān)懷、科學(xué)思維、專業(yè)倫理、服務(wù)觀念和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。①人文關(guān)懷方面，強調(diào)規(guī)范操作與實驗安全，引發(fā)學(xué)生關(guān)注生命健康；重視廢液回收，減少環(huán)境污染，引發(fā)學(xué)生對環(huán)境保護的關(guān)注。②科學(xué)思維方面的啟發(fā)，貫穿于實驗原理中，如電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，由此延伸到時間，每天24 h 的時間總量是不變的，引導(dǎo)學(xué)生合理安排每天的學(xué)習(xí)與休閑時間，不要虛度光陰。滴定實驗中確定滴定終點的方法有多種，引導(dǎo)學(xué)生了解各種方法的特點，在應(yīng)用時根據(jù)實際條件和要求，選擇適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。③專業(yè)倫理方面從實驗數(shù)據(jù)的處理方面進行引導(dǎo)，比如做平行實驗，對實驗結(jié)果進行科學(xué)記錄與計算，教導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)守道德誠信。④服務(wù)社會方面從儀器的發(fā)展歷程方面進行滲透，如滴定實驗由手動滴定到自動電位滴定儀的發(fā)展歷程，展示了人類創(chuàng)新思維與技術(shù)革新的能力，使滴定法成為一種精確、可靠、快速、簡便的分析技術(shù)，應(yīng)用于實際生活中樣品的檢測。⑤科學(xué)素養(yǎng)方面強調(diào)追求真理和團隊精神等，要求學(xué)生知其然，更要知其所以然，這樣才能使實驗教學(xué)成為理論與實踐的結(jié)合體。任課教師也努力將課程思政內(nèi)化為自覺的教學(xué)行為，將思想政治教育融入化學(xué)實驗教學(xué)的全過程，以不言之教達到育人效果，促進學(xué)生的全面發(fā)展。

2.2 改革實驗內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的實驗熱情

“立德樹人”要求發(fā)揮課程育人的吸引力，就需要對實驗內(nèi)容進行挖掘。儀器分析實驗教學(xué)的目標(biāo)是要求學(xué)生掌握儀器分析研究方法及儀器相關(guān)的實驗操作技能，從而達到提高學(xué)生的實驗動手能力、創(chuàng)新能力和分析解決問題能力的目的［7-9］。合適的實驗內(nèi)容對于儀器分析實驗教學(xué)有著重要的作用。實驗內(nèi)容如果設(shè)置不合理，驗證性實驗安排較多，學(xué)生按規(guī)定操作進行，無須更多思考，只是簡單驗證實驗結(jié)果，這樣做實驗興趣不強，積極性不高。因此，實驗內(nèi)容的設(shè)計和選取不僅要注重體現(xiàn)儀器的特點，更要注重學(xué)生的興趣和熱情，讓學(xué)生在實驗過程中充分展示其主動性和創(chuàng)造性。

在實驗研究對象選擇方面，充分考慮與實際生活的結(jié)合，以此激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和動力，有了內(nèi)在的驅(qū)動力，學(xué)習(xí)自然也就變?yōu)橹鲃拥男袨?，學(xué)生在完成實驗后就會有成就感，實驗興趣會更濃。比如開設(shè)的維生素B2含量測定、阿司匹林藥片的紅外譜圖測繪、礦泉水中鈣鎂離子測定、水樣中重金屬離子的電化學(xué)測定、自來水中氯離子含量測定、牙膏中氟離子含量研究等實驗，這類實驗內(nèi)容與實際生活密切相關(guān)，充分調(diào)動了學(xué)生實驗的積極性，激發(fā)了學(xué)生的實驗熱情，有效地培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)新，以及靈活應(yīng)用知識獨立分析解決問題的能力，有利于學(xué)生個性的發(fā)展，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。

2.3 實驗教學(xué)方式的改革

隨著教學(xué)理念的不斷創(chuàng)新和教育技術(shù)手段的不斷改革，傳統(tǒng)的一成不變的課堂教學(xué)遠遠不能滿足學(xué)生個性發(fā)展的需要。學(xué)生既要儲備深厚的知識，又要具備將知識轉(zhuǎn)化為實踐創(chuàng)新能力。教學(xué)模式不能再是單一的傳統(tǒng)講授，實驗教學(xué)方法必須要靈活變通，真正實現(xiàn)以“學(xué)生為中心”的人才培養(yǎng)目標(biāo)［10］。因此，將微視頻教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)中，探索立德樹人的多種實現(xiàn)途徑，使實驗課程更具活力，從而提高育人水平。

微視頻教學(xué)是一種為學(xué)生提供分層次學(xué)習(xí)的視頻教學(xué)方式，是傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的一種重要補充形式，滿足各個學(xué)生的自主學(xué)習(xí)需求［11-13］。我?！按笙膶W(xué)堂”是學(xué)校構(gòu)建的輔助課堂教學(xué)的在線課程教學(xué)平臺，教師將每個實驗的微視頻放在“大夏學(xué)堂”教學(xué)平臺上供學(xué)生預(yù)習(xí)使用，并設(shè)置了課前預(yù)習(xí)測試題，完成預(yù)習(xí)作業(yè)的同學(xué)才可以開展實驗。教師也可以跟蹤查看學(xué)生微視頻的學(xué)習(xí)次數(shù)、測試是否完成及得分情況，將這些具體的課前學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)化，作為學(xué)生實驗課成績考評的一部分。

學(xué)生通過實驗講義和網(wǎng)絡(luò)平臺完成預(yù)習(xí)，制作實驗海報，課堂上輪流講解實驗原理、實驗內(nèi)容和實驗操作，并將預(yù)習(xí)時不清楚的問題向老師提問，最后教師進行講解、提問、點評和總結(jié)。學(xué)生的課堂表現(xiàn)是實驗成績考核內(nèi)容之一，這樣可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。這種翻轉(zhuǎn)課堂模式是把知識傳授的過程放在課前，把知識內(nèi)化的過程放在了課上。學(xué)生在上課前就完成了對課程內(nèi)容的自學(xué)，課上教師只需對實驗相關(guān)內(nèi)容進行補充，有更充裕的時間來解釋實驗的疑點和難點。實驗結(jié)束后，學(xué)生依然可以利用手機電腦隨時觀看實驗視頻，從而對實驗內(nèi)容有更深刻的理解和認識。同時，在“大夏學(xué)堂”教學(xué)平臺上，還設(shè)立了討論交流區(qū)，同學(xué)們可以將實驗中遇到的疑難點和經(jīng)驗教訓(xùn)等發(fā)布在交流區(qū)，便于其他同學(xué)學(xué)習(xí)和借鑒。相對于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，微視頻和翻轉(zhuǎn)課堂的實驗教學(xué)模式，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，激活了學(xué)生的思維，更提高了學(xué)習(xí)效率和深度，真正實現(xiàn)了以“學(xué)生為中心”的因材施教和自主學(xué)習(xí)，提升了對學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練。

2.4 完善課程評價機制

實驗考核是規(guī)范實驗教學(xué)的重要組成部分，是反映學(xué)生實際掌握操作情況的最有效的手段，會直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)態(tài)度也起到重要的導(dǎo)向作用［14-16］。傳統(tǒng)的實驗考核中實驗報告是實驗成績評定的重要依據(jù)，重點在實驗報告數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確、格式是否正確、態(tài)度是否認真等，而對實驗過程的評定較少。有的學(xué)生對實驗原理一知半解，實驗過程中操作不認真，甚至違反一些基本的操作規(guī)范，而這些在實驗報告中都無法體現(xiàn)。實驗考核機制的不完善，使學(xué)生得不到客觀的成績，從而會挫傷學(xué)生做實驗的熱情，以及深入思考的積極性。因此建立客觀反映學(xué)生綜合實驗素質(zhì)的考核方法非常必要。根據(jù)儀器分析化學(xué)實驗的課程特點，調(diào)整了評分標(biāo)準(zhǔn)，更加強調(diào)過程性評價，突出對學(xué)生課堂討論參與程度的考核。單次實驗評分標(biāo)準(zhǔn)中包含了4 個部分：課前預(yù)習(xí)（20%，包含大夏學(xué)堂PPT 和操作視頻在線學(xué)習(xí)及在線測評），課堂學(xué)習(xí)（50%，教師考核學(xué)生課堂表現(xiàn)）；實驗報告（25%），在線參與度（5%，大夏學(xué)堂在線參與情況）。實驗過程中主要考查學(xué)生各種操作技能和遇到問題時解決問題的能力。實驗報告評閱中側(cè)重于學(xué)生對實驗結(jié)果的分析、對實驗過程的反思以及思考題的解答和歸納。實驗結(jié)束后，學(xué)生實驗期末總評成績是各實驗成績總和的平均值。增加實驗過程性評價比例的目的在于激勵學(xué)生積極參與討論，促進學(xué)生對實驗原理的理解和實驗過程的掌握，最終提高學(xué)生的實驗素養(yǎng)。幾年的實施表明，這一綜合評價標(biāo)準(zhǔn)得到了絕大部分學(xué)生的肯定，調(diào)動了學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生的實驗興趣和實驗?zāi)芰?，同時也充分體現(xiàn)了“實事求是”的德育滲透。

3 教學(xué)實施過程實例分析

以“原子吸收光譜法測定水樣中的銅離子”實驗為例，探討基于“立德樹人”理念的儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)改革路徑。

3.1 課前活動

（1）確定教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計實驗內(nèi)容，選擇學(xué)校內(nèi)櫻桃河水為檢測對象，提高學(xué)生的探索興趣和積極性。

（2）設(shè)計和制作帶有講解音頻的教學(xué)課件（包括實驗?zāi)康?、原子吸收光譜法實驗原理、實驗步驟，原子吸收分光光度計儀器結(jié)構(gòu)及操作），上傳至“大夏學(xué)堂”網(wǎng)站，供學(xué)生隨時隨地觀看學(xué)習(xí)。

（3）錄制微視頻，將儀器結(jié)構(gòu)、儀器操作和實驗操作具體內(nèi)容及注意事項錄制成微視頻，上傳至“大夏學(xué)堂”網(wǎng)站上，供學(xué)生反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。

（4）編制預(yù)習(xí)檢測題，根據(jù)本實驗課的教學(xué)目的編制了4 條預(yù)習(xí)測試題：①石墨爐原子吸收法和火焰法的優(yōu)缺點。②原子吸收光譜和原子發(fā)射光譜的對比。③原子吸收光譜法定量分析如何選擇使用工作曲線法或標(biāo)準(zhǔn)加入法。④闡述樣品的前處理方法及其優(yōu)缺點和適用范圍。

（5）提供學(xué)習(xí)資源，在“大夏學(xué)堂”平臺上提供一些學(xué)習(xí)資源供學(xué)生選讀，如有關(guān)原子吸收光譜儀的發(fā)展歷程，有關(guān)原子吸收光譜應(yīng)用的中英文文獻等。學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)的需求進行知識拓展。學(xué)生線上觀看教學(xué)課件和實驗微視頻，組內(nèi)討論，制作實驗海報，完成預(yù)習(xí)檢測，并將疑問反饋到“大夏學(xué)堂”交流區(qū)。根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)資源和參考文獻，學(xué)生自由學(xué)習(xí)，擴大知識面，為今后設(shè)計型實驗打下基礎(chǔ)。教師在“大夏學(xué)堂”平臺上對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進行查看，并對學(xué)生反饋的問題進行整理、匯總，有針對性地設(shè)計和調(diào)整后續(xù)課堂活動內(nèi)容。

3.2 課中活動

通過課件和微視頻的學(xué)習(xí)，學(xué)生在課堂上播放自己制作的實驗海報，并輪流講解實驗原理、實驗內(nèi)容和實驗操作，并將預(yù)習(xí)時碰到的疑難點進行交流討論。教師針對學(xué)生的疑惑進行講解，并設(shè)置提問環(huán)節(jié)，對以下問題進行討論：①在原子吸收分析中為什么要使用空心陰極燈作為光源？②灰化溫度和原子化溫度對吸光度值有怎樣的影響？如何選擇最優(yōu)實驗溫度？③原子吸收光譜法有哪些干擾，怎樣減少或消除這些干擾？④原子吸收光譜線為什么是有一定寬度的譜線而不是波長準(zhǔn)確等于某一值的無限窄譜線？試分析譜線寬度變寬的原因。

討論結(jié)束后，教師進行點評和總結(jié)，學(xué)生開始合作完成實驗，教師跟蹤指導(dǎo)，及時指出實驗中的不規(guī)范操作。實驗操作結(jié)束后，教師檢查學(xué)生實驗數(shù)據(jù)記錄和實驗結(jié)果。整個實驗教學(xué)過程中教師將思想政治教育貫穿其中。實驗前，拓寬理論知識內(nèi)容的深度和廣度，重視安全教育和規(guī)范意識的培養(yǎng)，這也是對學(xué)生的人文關(guān)懷。實驗中，①要求學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，端正的學(xué)習(xí)態(tài)度比完美的實驗結(jié)果更重要；②強調(diào)團隊合作意識，本次實驗為2 或3 人合作的小組實驗，實驗的成功需要每個人的努力和配合；③為了確保實驗數(shù)據(jù)真實可靠，教師要求每個樣品都要做平行實驗，教導(dǎo)學(xué)生實驗結(jié)果來不得半點虛假，必須嚴(yán)守道德誠信，灌輸實事求是、科學(xué)嚴(yán)謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度，這些都是今后個人發(fā)展和立足社會的基石。④在廢液處理方面，提醒學(xué)生重視廢液回收，減少、杜絕環(huán)境污染，引發(fā)學(xué)生對環(huán)境保護的關(guān)注。實驗后，提醒學(xué)生要重視每一次實驗課后的總結(jié)與反思，只有不斷思考和總結(jié)，才能逐步提高自己的能力。

3.3 課后活動

學(xué)生課后書寫實驗報告，并對實驗的得失成敗做總結(jié)和反思。教師根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)，對實驗過程，如溶液的配制，移液器的使用和進樣操作的準(zhǔn)確度等以及學(xué)生課堂討論參與程度進行評價。評閱實驗報告，并把實驗報告中存在的問題及時通過“大夏學(xué)堂”教學(xué)平臺反饋給學(xué)生，對共性問題進行歸納總結(jié)，形成新的教學(xué)資源，為今后該實驗教學(xué)活動的設(shè)計和調(diào)整提供素材。

4 結(jié)語

基于“立德樹人”教育理念對人才培養(yǎng)的要求，通過改革儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)模式，在實驗教學(xué)中融入思想政治教育，以學(xué)生發(fā)展為中心，注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，取得了初步成效。學(xué)生的實驗積極性和學(xué)習(xí)主動性明顯增加。從與學(xué)生的交流和反饋來看，新的教學(xué)體系的建立對于提高學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力以及團隊協(xié)作能力有著非常重要的現(xiàn)實意義。新的教學(xué)模式不僅強調(diào)學(xué)生技能的培養(yǎng)，對思維過程培養(yǎng)也起到了啟示作用，優(yōu)化了課堂教學(xué)效果，提高了儀器分析實驗的教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新性人才培養(yǎng)進行了有益的探索和實踐。