蔣莉，曹豐，袁妍，江璠，張錢麗

（蘇州科技大學 化學與生命科學學院，江蘇 蘇州）

一 引言

“教育興則國家興，教育強則國家強”。高等教育是教育體系中的重要一環(huán)，肩負著培養(yǎng)社會主義建設者和接班人的重要任務。習近平總書記指出，高等教育應把立德樹人作為中心，把思政工作貫穿全程[1]。課程思政，即通過在非政治類的課程中引入思想政治元素，將思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，以便更好地發(fā)揮課程的育人作用，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。將思政元素潤物細無聲地嵌入課程的教學過程中，可使學生潛移默化地接受思政思想，激發(fā)學生學有所用的使命擔當[2]。

隨著科技的發(fā)展以及信息碎片化趨勢的加劇，互聯(lián)網(wǎng)和移動終端技術的發(fā)展和普及對傳統(tǒng)課堂教學產(chǎn)生了越來越深遠的影響，傳統(tǒng)的課堂教學方式在維持學生的積極性和參與度方面都受到了一定沖擊，因此，探索適合當前學生認知特點并能夠充分調(diào)動學生學習熱情的教學方式是保證課程教學質(zhì)量所必須思考的問題[3]。在以學生為中心的教學理念的基礎上，利用微課、線上課程、線上線下相結合的教學方式，是提升學生學習興趣、提高教學質(zhì)量的重要手段。尤其是在現(xiàn)階段疫情的影響下，充分發(fā)揮線上教學的優(yōu)勢，實現(xiàn)課程教學在空間和時間上的拓展，進而為實現(xiàn)教學目標提供可靠保障。微課，最初是在2008年由一位美國的教學設計師David Penrose所提出，指按照認知規(guī)律運用現(xiàn)代信息技術，以教學視頻為核心載體，對教學內(nèi)容、學習過程及擴展素材的結構化數(shù)字資源進行碎片化展示[4]。微課主要通過在線課程的方式呈現(xiàn)，可利用學習通、慕課、騰訊課堂等網(wǎng)絡授課平臺讓學生觀看學習。微課通常針對一個集中的知識點進行講解，視頻較短，知識集中，目的是通過讓學生利用碎片化的時間對知識點進行學習和鞏固[5]。

儀器分析是測定物質(zhì)化學組成、狀態(tài)、結構和進行科學研究及質(zhì)量監(jiān)控的重要手段，《儀器分析》課程是面向高等學校中化學、化工、藥學、環(huán)境、生物、材料等理工科專業(yè)的一門重要課程，學生通過學習和理解各類分析方法的基本原理，可以掌握現(xiàn)代分析儀器的使用方法，以便在面對實際問題時可通過設計實驗，運用現(xiàn)代分析儀器解決問題[6]。對測試結果準確性的評價是《儀器分析》課程中的一個重要內(nèi)容，也是設計實驗、通過分析儀器解決實際問題的前提。由于《儀器分析》課程通常開設在大二或大三學年，在此之前學生已經(jīng)掌握了分析化學的基礎知識，已對定量分析中結果準確性的評價指標有所了解，因此，學生比較容易掌握將準確性的評價指標與分析儀器中檢測器性能有機結合，進而達成儀器分析測準目的這一知識點。該部分內(nèi)容重難點集中，適合以微課的形式呈現(xiàn)。

二 《儀器分析》課程特點和微課的互相適應

《儀器分析》課程的特點是盡管整個課程體系具有較強的系統(tǒng)性，但是各個獨立的儀器體系如光學、電學、色譜學之間關聯(lián)性不強，存在相對的獨立性。同時，各個章節(jié)中存在許多碎片化的知識點，恰好符合集中一個知識點進行詳細講解、重點突破的微課形式。因此對于《儀器分析》課程中一些重要的知識點，利用微課輔助教學，將更有助于教學目標的達成。

儀器分析測“準”這一知識點具備豐富的思政資源，教師在授課過程中易于合理穿插所挖掘的思政案例，通過合理地設計教學內(nèi)容、教學手段、教學過程和教學思路，讓思政元素以潤物細無聲的方式融入到課程內(nèi)容中，激發(fā)學生的學習熱情，提升教學效果。

三 儀器分析如何測“準”微課教學目標和制作思路

利用分析儀器獲得準確的測試結果，是開展分析測試的前提。在前期的課程學習中，學生已經(jīng)掌握了分析儀器中檢測器的原理、特點等背景知識，利于后續(xù)對儀器分析測“準”相關內(nèi)容的學習。在此基礎上，本文通過設計儀器分析如何測“準”的微課，對如何制作《儀器分析》微課的思路和方法進行了探討。

（一） 儀器分析測“準”教學目標設計

本文在進行微課教學內(nèi)容設計之前，首先明確了教學目標。如圖1所示將教學目標設置為知識目標、能力目標和情感目標，三者相互聯(lián)系，相互促進。其中知識目標包括：掌握精密度與準確度的關系、掌握儀器檢測器的評價指標以及掌握儀器分析中保證測試結果準確性的條件。能力目標為：培養(yǎng)學生的判斷和思考能力以及邏輯推理能力、培養(yǎng)學生理論應用與實踐能力。情感目標的達成則通過課程思政的引入，引導學生維持嚴謹、積極的學習態(tài)度，樹立強烈而牢固的社會責任感，并進一步激發(fā)學生科技報國的使命擔當。

圖1 教學目標示意圖

（二） 儀器分析測“準”微課設計思維導圖

微課時長相對較短，教學內(nèi)容集中，需要在較短的時間使學生掌握該章節(jié)的知識點。任何一個問題的闡明都涉及提出問題、解決問題以及獲得結論三個部分。為了提高學生的學習熱情、增強學習效果，根據(jù)本節(jié)課的教學內(nèi)容，本微課設計了三個環(huán)節(jié)，包括問題的引入、主要內(nèi)容的講解以及課程小結與課后思考。如圖2所示，采用“導入案例，拋出問題、講授重點知識、總結重難點內(nèi)容”的思路逐步展開，各個環(huán)節(jié)緊密相關，環(huán)環(huán)相扣，層次分明，同時兼顧趣味性，使學生在學習重點知識的同時能夠維持學習興趣，學以致用。

圖2 儀器分析測“準”微課設計思維導圖

（三） 問題的引入

作為基礎課程，《儀器分析》課程中晦澀的原理性內(nèi)容較多，相對于專業(yè)課程而言趣味性有所欠缺。興趣是最好的老師，在學生學習過程中，如何使學生產(chǎn)生學習興趣、維持學習熱情并形成愛好，是《儀器分析》課程教學中的一大挑戰(zhàn)。因此，在新的課程內(nèi)容開始時，首先應找準引入課程的切入點，激發(fā)學生的學習興趣，讓學生帶著興趣迅速進入新課程的學習。對于微課而言，由于課程時長有限，課程內(nèi)容的引入需快速且高效。

為了快速吸引學生的注意力，通過引入動畫、拋出問題的方式導入課程內(nèi)容。二戰(zhàn)時期創(chuàng)立的“大力水手”動漫形象是不少同學的童年回憶，該動漫的靈感來源于菠菜含鐵量高的說法。菠菜含鐵量高，是19世紀由一位德國化學家首次指出，認為菠菜中鐵的含量幾乎與紅肉中的鐵相當。然而后來的檢測發(fā)現(xiàn)，每100 g菠菜中僅含有2.9 mg的鐵，甚至遠低于黑木耳中的鐵含量。溯本求源發(fā)現(xiàn)最初測出來的菠菜中鐵含量并不準確，因此，菠菜含鐵量高是個謬論[7]。所謂“一言九鼎”，分析工作者理應對測試的結果負責，需提供準確、可靠的測試結果，那么，如果我們是分析工作者，怎么樣才能保證測試的結果是可靠、準確的？以此為出發(fā)點，可以激發(fā)學生對此問題的興趣，并產(chǎn)生進一步探索的渴望，快速進入學習狀態(tài)，并由此引入課程的第一個知識點：精密度和準確度。

（四） 主要內(nèi)容設計

該部分是微課的重點內(nèi)容。測試結果準確與否，首先需要對測試結果進行評價，對結果的評價離不開兩個度，即精密度與準確度。在之前的分析化學課程中，學生已經(jīng)掌握了精密度和準確度的概念，而理解二者之間的關系是對測試結果進行評價的前提。因此，在微課內(nèi)容設計上，本節(jié)第一個知識點便是精密度與準確度的關系，由此引出儀器分析測“準”的條件。

（1）精密度與準確度

今年的東京奧運會上，我國第一枚金牌誕生在射擊項目上。對射擊項目感興趣的學生應該比較熟悉一位美國射擊老將——馬修·埃蒙斯。然而在北京、雅典和倫敦的三屆奧運會上，埃蒙斯均因為最后一靶的失誤與即將到手的獎牌擦肩而過，也就是埃蒙斯打靶的結果不夠準確。以此為例，如圖3所示，以幾種打靶結果的形象示意圖，給學生講解精密度與準確度之間存在何種關系時可以保證測試結果的準確性，即一組數(shù)據(jù)精密度好，且消除了系統(tǒng)誤差，那么所獲得的測試結果就是準確的。

圖3 由射擊運動員埃蒙斯打靶的例子分析精密度與準確度之間的關系

（2）分析過程中的“準”

如果使用分析儀器進行測試，所測得的結果準確與否，一方面與分析方法有關，另一方面與儀器自身性能有關。此時可以通過問題引導的方式，引導學生思考，儀器分析應該如何獲得準確的測試結果？使用分析儀器進行測試時，首先需要選擇分析方法。分析的一般過程包括測試前、測試中和測試后，三個過程均需要分析工作者的參與，因此，測試結果準確與否在整個分析過程中與方法及操作有著極大關系。結合所引入的測試過程的GIF動畫，可以進一步強調(diào)如何在分析的各個階段保證測試結果的精密度與準確度?？梢酝诰虻乃颊刂饕獮槟_踏實地、嚴謹務實的科學精神。作為分析工作者，在實驗過程中應時刻保持嚴謹?shù)膽B(tài)度，飽滿的精神狀態(tài)，仔細認真，避免因自身問題導致測不準的情況。

（3）檢測器的性能指標與測“準”

系統(tǒng)誤差中包括了儀器誤差，顯然，利用儀器進行分析測試時，提高測試結果的準確性，除了要保證分析過程中分析方法和操作過程的準確性之外，還需要盡量減少儀器帶誤差，同時要保證儀器的精密度[8]。分析儀器中檢測器的作用是實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)化，從而可以進行定性和定量分析。因此，檢測器的性能決定著檢測的精密度，是可以評價檢測結果準確性的指標。本文在針對微課內(nèi)容的設計上，這一部分將對分析儀器檢測器的幾種主要的性能指標做重點講解，包括靈敏度、檢出限、線性范圍和響應時間。通過圖示和動畫，使學生理解各個性能指標的含義。如靈敏度，即儀器的響應值，是檢測器區(qū)別具有最小濃度差異待測物的能力，即響應信號對檢測量的變化率，表達式如圖4所示，學生通過直觀的圖像展現(xiàn)及基本表達式極易理解靈敏度的實質(zhì)。

圖4 靈敏度定義及氣相色譜檢測器靈敏度表達式

然而對于分析儀器而言，操作條件很大程度上也會影響儀器的靈敏度，以氣相色譜的檢測器為例，對于不同類型的檢測器，響應信號的表達方式也有差異。在前期課程中，學生已經(jīng)學習了四種類型的濃度型和質(zhì)量型檢測器，即熱導檢測器、氫火焰離子化檢測器、電子捕獲檢測器和火焰光度檢測器，并熟悉了各類檢測器的工作原理。由圖4可見，濃度型檢測器的靈敏度表達式為Sc=qV,0·A/m，而質(zhì)量型檢測器靈敏度為Sc=qV,0·A/m，可見濃度型檢測器靈敏度與載氣流量有關。因此，借助靈敏度的表達式，可以將測“準”與實驗條件的控制聯(lián)系起來。例如，在進行氣相色譜分析時，如果氣相色譜檢測器為濃度型檢測器（如熱導檢測器），需控制載氣流速恒定，不能忽高忽低，否則將影響檢測器靈敏度，進而對測試結果準確性造成影響。

隨后依次對檢測器的其他評價指標進行介紹。對于檢出限和限行范圍，在微課中通過動畫、實例的呈現(xiàn)方式，使學生理解檢出限與靈敏度的關系，理解線性范圍寬的檢測器有利于準確定量。同時引導學生以辯證的思想看問題：靈敏度過高的分析儀器也會使噪聲信號增強。最后介紹響應時間的概念，強調(diào)響應時間與電路系統(tǒng)的滯后性有關。介紹完檢測器的性能指標之后，讓學生討論總結出對檢測器性能的要求：靈敏度高、響應快、檢出限低、線性范圍寬。這樣檢測器的精密度便得以保障。

（五） 總結儀器分析如何測“準”

在知識點講解完畢后，課程接近尾聲時，呼應課程開始時所引入的問題（儀器分析如何測“準”），解釋檢測器性能與儀器測準的關系，幫助學生進一步掌握課程的重難點。檢測器精密度高，因儀器帶來的系統(tǒng)誤差也將顯著降低，便滿足了儀器測“準”的自身的條件。同時，利用儀器開展研究時，所有的測試都只是對物質(zhì)信息的客觀描述，儀器只是工具，使用性能好的檢測器自然可以獲得較為準確的客觀數(shù)據(jù)，但是分析思考能力是目前任何儀器都取代不了的，需要分析工作者自己不斷強化。至此，引導學生總結儀器分析測準的兩點要求：（1）分析過程中要保持嚴謹務實的科學精神，避免因自身問題而導致的“測不準”情況；（2）使用高精密度的分析儀器。此時的測試結果精密度高并且消除了系統(tǒng)誤差，便可獲得準確的結果，也就是“一言九鼎”。

（六） 課程小結與課后鞏固

當課程內(nèi)容較多時，能夠囊括知識點的課程小結可幫助學生進一步掌握課堂上所呈現(xiàn)的重、難點內(nèi)容?！秲x器分析》課程中涉及較多的原理性知識，內(nèi)容豐富，那么在每次課程之后，進行條理清晰的課程小結必不可少。此外，根據(jù)學習規(guī)律，讓學生在課下進行復習和鞏固也十分必要。因此，本文設計的微課內(nèi)容在課程的最后，將針對重、難點內(nèi)容進行課程小結，并布置課后思考題，讓學生結合本次課程中所學到的精密度與測“準”之間的關系，以色譜分析為例，探討氣相色譜中的四類檢測器哪種更適用于痕量分析。通過理論聯(lián)系實際， 進一步強化學生對本次課程中知識點的強化。

（七） 課程中思政元素的挖掘與嵌入

如圖1所示，本次課程情感目標的達成建立在教學過程中潛移默化的思政元素的引入。同前文所述，在分析過程中的“準”課程內(nèi)容中，可挖掘思政元素主要有兩點，即（1）培養(yǎng)學生積極思考的學習態(tài)度和嚴謹務實的科學精神。（2）增強探索未知，追求真理，勇攀科技高峰的責任感。此外，論語有言：“工欲善其事，必先利其器”。在科學研究領域，分析儀器就好比科學家的眼睛，科學技術的進步離不開各類儀器的使用。我國儀器儀表專家、兩院院士王大珩先生也曾經(jīng)說過：“儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的倍增器，是科學研究的先行官，是軍事上的戰(zhàn)斗力，是現(xiàn)代生活的物質(zhì)法官”?？梢?，儀器在各行各業(yè)都具有重要地位。分析儀器目前朝著微量、高效、微型化、低成本的方向發(fā)展，學生在學習《儀器分析》這門課不能只滿足于學會儀器的操作方法，更重要的是要理解儀器背后的原理、存在的不足和原因，進而發(fā)揮自己所學知識，結合不斷進步的科學技術，來指導儀器的更新與發(fā)展。同時，我國自主研發(fā)儀器起步稍晚，盡管目前已經(jīng)有了很多性價比較高的國產(chǎn)儀器品牌，然而還有較大的發(fā)展空間。因此，可進一步挖掘思政元素。（3）科技報國的家國情懷和使命擔當。以島津、安捷倫等國際知名的色譜儀器品牌為例，引導學生樹立強烈而牢固的社會責任感，為我國自主研發(fā)的高精密度的儀器獻智獻力，以提高國產(chǎn)儀器的市場競爭力，打破高精度儀器的國際壟斷。

四 結語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的進步，微課作為輔助教學的方式意義重大。作為高校教師，授課過程中在課程的呈現(xiàn)方式上需與時俱進，并要不斷完善教學理念，豐富教學方法和教學內(nèi)容，以便充分利用不斷進步的現(xiàn)代技術，設計完善的微課輔助課程教學。同時，將思政工作潤物細無聲地貫穿于教育教學的全過程，可潛移默化培養(yǎng)學生細致嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，并激發(fā)學生學有所用的使命擔當，達成教書育人的目的。制作一堂好的微課并恰到好處地嵌入思政元素，需以學生為中心，在遵守教育教學規(guī)律的前提下進行全方位的設計和制作，并兼顧教學的知識性、趣味性以及思政內(nèi)容的合理性，最終達成課程教學的知識、能力和情感目標。