張騰騰，胡云飛，王 婕，沈 悅，湯 建

(亳州學院 中藥學院，安徽 亳州 236800)

儀器分析是一門融合化學、光學、計算機技術(shù)、數(shù)學、電子技術(shù)等多種學科的交叉學科，被廣泛應用于藥品鑒定、醫(yī)學檢驗、環(huán)境保護、化學分析、生物監(jiān)測等領(lǐng)域。因此，多所高校將“儀器分析”課程作為許多專業(yè)的基礎(chǔ)課程，使學生在學習儀器分析方法和工作原理的同時不斷提升自身的分析能力。PCIE(Project Circumstances Innovating Encouraging)教學模式將項目作為課堂教學主線，通過設(shè)置合理的教學情境，將教師和學生、學生彼此之間連接起來，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力為教學目標，采用激勵性教學方法，提升課堂教學中教師和學生、學生彼此間的交流效率[1]。將PCIE教學模式應用于“儀器分析”課程教學中，可激發(fā)高校學生的學習興趣，不斷提升學生分析問題、解決問題的創(chuàng)新實踐能力，進而提升“儀器分析”課程教學效果。

1 “儀器分析”課程教學中存在的問題

“儀器分析”課程交叉性強，具體指利用精密儀器對物質(zhì)化學性質(zhì)或物理性質(zhì)參數(shù)進行表征，并通過得到的參數(shù)確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、化學成分、含量等。“儀器分析”課程內(nèi)容復雜而抽象，在實踐操作中對學生的實踐能力和精確性要求較高，教學難度較大。

1.1 高等儀器有限

一般高等儀器價格都較為昂貴、結(jié)構(gòu)較為精密，操作難度大且儀器更新速度較快，但多數(shù)高校經(jīng)費有限，高等精密儀器的數(shù)量有限，開展“儀器分析”課程學習時一般會采取小組形式共同操作同一臺儀器，部分學生不能親自進行實踐操作[2]。此外，由于精密儀器操作難度較大且需要定期維護，因此多數(shù)儀器分析實驗都是由教師講解使用原理并示范操作，學生的課堂參與度較低，逐漸降低了學習“儀器分析”課程的積極性，學生創(chuàng)新實踐能力的發(fā)展受到限制。

1.2 教學內(nèi)容復雜

高校“儀器分析”課程教學課時有限，但“儀器分析”課程屬于交叉學科，理論知識較為抽象且教學內(nèi)容較多，學生只有在掌握充分理論知識的前提下才可進行具體實驗操作。教師將多數(shù)課時用于理論知識教學，減少了儀器分析實驗項目的教學課時，縮短了學生實踐操作的時間，由探索性、創(chuàng)新性的課程教學轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械化理論教學，忽視了“儀器分析”課程教學實踐的重要性。

1.3 課程教學形式單一

高校儀器分析理論課程教學內(nèi)容復雜、儀器資源有限，限制了學生的動手能力和學習空間，且“儀器分析”課程教學形式單一，學生學習過程中難以區(qū)分重難點知識，導致學生學習時注意力分散、缺乏學習興趣，且課堂教學過程中缺乏互動，降低了儀器分析教學效果。此外，隨著教育信息化進程的加速，教師一般會利用PPT課件進行授課，語速加快，學生理解和思考問題的時間不夠充裕，導致其實踐操作時難度增大，無法真正將儀器分析知識融會貫通[3]。

1.4 考核評價方式單一

受傳統(tǒng)教學模式的影響，以往的“儀器分析”課程考核評價方式較為單一，缺乏公平性。傳統(tǒng)考核評價主要包括實驗報告、課堂考勤和期末測試2個部分，但課堂考勤僅能確定學生到課率，無法判斷學生的課堂參與度。實驗報告和期末測試對理論知識的考察不夠全面和準確，忽略了對學生創(chuàng)新實踐能力的考察[4]，對學生的考核評價具有片面性，不利于教師根據(jù)考核評價結(jié)構(gòu)調(diào)整教學進度和教學方案，影響了儀器分析教學質(zhì)量的提升。

2 PCIE教學模式的特點與優(yōu)勢

PCIE教學模式將項目作為教學主導，以真實情境激發(fā)學生的學習熱情。教師根據(jù)“儀器分析”課程的教學目標和學科培養(yǎng)目標，將“儀器分析”課程中不同的板塊分成多個教學項目，分別引導學生學習儀器分析的具體內(nèi)容。PCIE教學模式以培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力為教學目標，在項目教學過程中向?qū)W生展示儀器分析知識中蘊含的創(chuàng)新思維，引導學生利用多角度、多層次的思維方式思考問題，在項目學習過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

2.1 PCIE教學模式的特點

PCIE教學模式是以學生為教學中心，在教師的引導下設(shè)計并執(zhí)行項目，進而掌握項目涉及的主要知識、技能、思維方式、能力等。PCIE教學模式以“儀器分析”課程理論值為基礎(chǔ)，通過引導學生自主學習并完成項目學習或探究，進而構(gòu)建出系統(tǒng)、完整的儀器分析知識體系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。

第一，PCIE教學模式具有情境性。學生在實施儀器分析項目的過程中，在探究新知識的同時要將自身儲備的經(jīng)驗、知識遷移到項目中，學習儀器的具體操作和應用方法，將理論知識和實踐應用有機結(jié)合，提升自身發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力[5]。由于儀器分析方法主要用來獲取物質(zhì)的成分含量、化學組成、化學結(jié)構(gòu)等信息，因而與生活實踐中的具體現(xiàn)象聯(lián)系密切。教師利用具體情境可激發(fā)學生學習儀器分析知識的興趣，提升學生分析問題、解決問題的能力，為其未來生活和工作中解決類似問題奠定基礎(chǔ)。

第二，PCIE教學模式具有項目引導性。項目包括借助儀器分析某一知識板塊為教學主題開展的系列學習和完成的作品，也包含提升學習的創(chuàng)新實踐能力和學科核心素養(yǎng)。項目引導是指開展項目學習時具體的教學方案、教學過程和考核評估均圍繞項目主題展開，本質(zhì)是通過完成項目來提升學生的創(chuàng)新實踐能力。

第三，PCIE教學模式具有系統(tǒng)性。學生在教師的引導下對某一“儀器分析”課程相關(guān)項目進行深入思考，逐漸掌握項目中個體與整體間、不同個體間存在的聯(lián)系及相互作用關(guān)系，確保項目能夠有序展開。為完成項目，學習小組需在項目組長的組織和引導下編寫PCIE教學學習計劃、明確任務分工、整合完成項目需要的其他知識和資源[6]，小組內(nèi)部確定實現(xiàn)子項目的具體步驟和項目結(jié)束時作品的最終呈現(xiàn)形式。在學生實施項目的過程中，PCIE教學模式將一系列與項目研究主題相關(guān)的碎片知識整合在一起，幫助學生形成完整的知識體系，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力。

第四，PCIE教學模式具有團隊協(xié)同性。“儀器分析”課程相關(guān)項目實施需要學習小組全體成員分工協(xié)作，需要學生彼此之間進行大量、詳細的溝通，從而提升學生的交流技能；需要學生共同探討項目的完成方式，分享彼此已有的經(jīng)驗和看法，加深學生對理論知識的理解；需要學生各自分工任務后協(xié)作完成最終作品，提升學生的協(xié)作能力。PCIE教學模式可幫助學生認識到團隊協(xié)作的重要性，培養(yǎng)學生的溝通能力。

第五，PCIE教學模式具有激勵性。PCIE教學模式采用探究式、任務驅(qū)動式等激勵性教學方法，激發(fā)學生學習“儀器分析”課程的興趣，調(diào)動學生自主學習的積極性[7]。課程考核評價要體現(xiàn)出學生的知識掌握程度、創(chuàng)新思維能力、實踐操作能力等，并合理分配不同考核要素的比重，以激勵式教學方法培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力，促進學生全面發(fā)展。

2.2 PCIE教學模式的優(yōu)勢

PCIE教學模式以建構(gòu)主義為理論指導，將實際研究項目作為研究對象，由教師對研究項目進行簡單介紹并聯(lián)系具體探究情境，然后引導學生分組，激勵學生進行自主學習，圍繞各自負責的項目展開討論學習，然后協(xié)作完成項目，并根據(jù)項目完成情況評價學生是否達到提升創(chuàng)新實踐能力的教學目的。PCIE教學模式的應用可以充分調(diào)動高校學生自主學習“儀器分析”課程的積極性，有利于培養(yǎng)學生的協(xié)作能力和實踐創(chuàng)新能力，使其合理利用課間時間，拓寬學生的學習視野。

第一，在教學形式方面，PCIE教學模式是在教師的引導下，學生分組自主完成項目，整個教學過程均以學生為中心，教師在項目實施的過程中只負責引導和激勵學生學習，學生通過自主學習活動完成項目，在潛移默化中掌握與之相關(guān)的儀器分析知識，可充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性思維[8]。

第二，在學習內(nèi)容方面，PCIE教學模式要求教師講授與項目相關(guān)的理論知識，學生需通過教師的引導及小組成員的協(xié)作完成項目，并掌握與項目相關(guān)的基礎(chǔ)知識及知識的實際應用方法，這樣可激發(fā)學生學習儀器分析相關(guān)知識的興趣，提升學生的課堂學習參與度。

第三，在教育目標方面，PCIE教學模式中不僅包含必要的知識目標，還包括培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力和學科核心素養(yǎng)，這些學習目標之間既相互獨立，又相輔相成，共同形成一個有機整體，以培養(yǎng)和提升學生的綜合實力。

第四，在課堂交流方面，PCIE教學模式中教師和學生的信息傳遞是雙向的，教師主要參與理論知識講授和指導，學生主要是掌握理論知識并參與項目活動，教師可根據(jù)學生完成項目的情況了解學生掌握相關(guān)知識的程度。此外，教師可幫助項目完成度較低的學生補充信息，直至學習小組完成項目。

第五，在考核評價方面，PCIE教學模式采取師生共同參與評價項目完成質(zhì)量和學習方法的方式，考核評價內(nèi)容不僅包括學生完成項目所必須掌握的專業(yè)知識和技能，還包括創(chuàng)新思維能力、交流能力、實踐能力、協(xié)作能力及分析問題和解決問題等綜合能力。

將PCIE教學模式應用于“儀器分析”課程課堂教學中有利于提升學生的綜合素質(zhì)，契合教學改革后的教學目標，最大限度給予學生獨立思考、自主學習、實踐應用的空間，充分調(diào)動學生探究“儀器分析”課程的積極性，并綜合鍛煉學生的交流、協(xié)作、實踐能力[9]。此外，PCIE教學模式展現(xiàn)出一種全新的教學理念，可幫助教師更深刻地理解教育本質(zhì)，尊重學生的主體性并激發(fā)學生的學習潛能，促進師生間的交流，有效提升“儀器分析”課程的教學效果。

3 PCIE教學模式在“儀器分析”課程教學中的應用

在PCIE教學模式中，教師根據(jù)教學目標和教學內(nèi)容設(shè)計項目，完整的項目必須包括咨詢、設(shè)計、選擇、實施、檢驗和考核評價6個步驟(見圖1)，且項目中理論知識和實驗設(shè)計應根據(jù)由基礎(chǔ)到系統(tǒng)的進階規(guī)則進行分布。PCIE教學模式在“儀器分析”課程中的具體應用從教學目標、教學內(nèi)容、教學實施和教學考核4個方面闡述。

圖1 PCIE教學模式項目

3.1 PCIE教學目標設(shè)計

“儀器分析”課程涉及學科較多，主要應用于化學、食品等企業(yè)的質(zhì)量檢測和品質(zhì)控制。學生僅憑借自己的理解難以掌握儀器分析知識，且極易失去學習興趣。不同崗位對儀器分析相關(guān)從業(yè)者的能力要求不同，一般要求從業(yè)者不僅要具備儀器結(jié)構(gòu)分析、工作原理、常用分析方法和數(shù)據(jù)處理等基本知識，而且要具備儀器操作能力、質(zhì)量標準理解能力、樣品采集處理能力、儀器維護能力、解決檢驗異常問題等的能力[10]。因此，高校教師設(shè)計教學目標時應將基礎(chǔ)知識和綜合能力培養(yǎng)相結(jié)合，注重項目的難易程度，以項目為教學主線，設(shè)計科學、真實的工作情境，激勵學生按照工作的形式完成項目。以“紫外—可見分光光度法測定金華火腿中亞硝酸鹽的含量”這一學習項目為例，其教學目標為了解紫外—可見分光光度計的構(gòu)造、工作原理和正確使用分光光度計的方法，要求學生掌握采用紫外—可見分光光度法測定金華火腿中亞硝酸鹽含量的基本原理和方法，并掌握數(shù)據(jù)處理的方法(制作標準曲線的方法)。

3.2 PCIE教學內(nèi)容設(shè)計

教師設(shè)計教學內(nèi)容時要以具體的教學目標為依據(jù)，注重教學內(nèi)容與實際生活情境或項目的聯(lián)系，將常用的儀器分析方法和分析對象有機結(jié)合，按照由易到難的形式引導學生完成項目。上述項目檢測金華火腿中亞硝酸鹽含量的方法為紫外—可見分光光度法，教師為學生講授紫外—可見分光光度法相關(guān)的基本理論知識后，具體的紫外—可見分光光度法操作內(nèi)容交給學生自主完成，在課堂教學過程中采取師生互動的形式檢查學生的項目完成度，并給予一定的糾正和完善。在完成課堂教學任務的基礎(chǔ)上，教師可引導學生將紫外—可見分光光度法的應用領(lǐng)域拓展到實際生活中。例如，紫外—可見分光光度計在大氣污染檢測中對臭氧含量的檢測；紫外—可見分光光度計在水體檢測中對含氮、磷物質(zhì)含量的檢測；紫外—可見分光光度計在大氣污染檢測中對臭氧含量的檢測，了解水體富營養(yǎng)化的原因；紫外—可見分光光度計在土壤污染檢測中對重金屬成分、含量的檢測，進而有效修復土壤。同時，教師還可讓學生自主設(shè)計利用分光光度法進行食品檢測的項目并實施，以激發(fā)學生的創(chuàng)新實踐能力，加深學生對項目相關(guān)知識的理解[11]。

3.3 PCIE教學實施過程設(shè)計

PCIE教學實施過程以學習項目作為主線，按照咨詢、設(shè)計、選擇、實施、檢驗、考核評價的過程展開，以“紫外—可見分光光度法測定金華火腿中亞硝酸鹽的含量”這一項目為例，介紹PCIE教學模式在“儀器分析”課程教學中的應用。

第一，咨詢，創(chuàng)設(shè)生活情境，導入學習項目。首先，教師為學生進行科普知識講解，人類食用的肉類制品中允許在標準范圍內(nèi)使用亞硝酸鹽作為發(fā)色劑，但食品中亞硝酸鹽含量超過標準后就會引起中毒甚至死亡。其次，通過分析相關(guān)案例，激發(fā)學生學習紫外—可見分光光度法的積極性，并引出學習項目的主題“金華火腿中亞硝酸鹽含量的檢測”。教師可要求學生自主搜集食品行業(yè)中亞硝酸鹽發(fā)色劑的使用現(xiàn)狀，并查閱食品安全國家標準中對亞硝酸鹽含量的要求。

第二，設(shè)計，幫助學生分成不同的項目小組，并引導學生進行項目分解，合理分工。首先，設(shè)計完成項目的實驗方案，根據(jù)查閱的國家標準檢測方法，設(shè)計檢測金華火腿中亞硝酸鹽含量的方案。其次，紫外—可見分光光度計檢測亞硝酸鹽含量的方法，通過資料和儀器使用說明，了解紫外—可見分光光度計的儀器結(jié)構(gòu)，掌握儀器的使用方法和工作原理。

第三，選擇，組內(nèi)成員分工合作，安排詳細任務。各組進行交流溝通并確定最終項目完成方案，教師給出相應的指導意見，各組成員根據(jù)教師的建議完善項目方案，選擇最佳實驗方案[12]。

第四，實施，各小組進行分工合作，協(xié)作完成項目。各小組根據(jù)組內(nèi)成員對基本知識和技能的掌握情況分工協(xié)作，項目組長負責協(xié)調(diào)組內(nèi)成員，小組自主完成學習項目，包括具體實驗操作、數(shù)據(jù)記錄和處理。在項目具體實施過程中，教師要根據(jù)項目完成情況有針對性地引導學生，并糾正實驗中的錯誤操作。

第五，檢驗及考核評價，各小組根據(jù)自己的項目完成度進行匯報，教師組織學生的進行組內(nèi)成員自評、互評，并對每個小組和每位學生表現(xiàn)做出評價。小組選出代表匯報項目完成情況，介紹實施項目過程中所涉及的理論知識，包括具體操作步驟、實驗原理和注意事項及實驗過程中遇到的問題和解決方法。學生綜合各方評價結(jié)果，完善自己的知識體系，擴展自身知識儲備。

3.4 PCIE教學考核評價設(shè)計

在PCIE教學模式中，對“儀器分析”課程教學成果的考核評價應采取形成性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合的形式。其中，形成性評價指在項目實施過程中學生各項知識和技能的表現(xiàn)，包括學生基礎(chǔ)知識掌握情況、創(chuàng)新實踐能力、專業(yè)技能等。其中，對于基礎(chǔ)知識掌握情況可采取隨堂測試的考核方式；對于創(chuàng)新實踐能力和專業(yè)技能的考核，需根據(jù)具體的儀器分析學習項目中涉及的實驗原理、分析方法，并設(shè)定相應的考核項目，最終綜合學生自評、組內(nèi)評價和教師評價的考核評價結(jié)果，充分了解學生的綜合能力和核心素養(yǎng)，從而根據(jù)考核評價結(jié)果進行針對性訓練[13]。形成性評價考核方式較為復雜，項目小組考核時的指標較難把握，且評價標準具有較強的主觀性，考核難度較大。總結(jié)性評價一般在學期結(jié)束時進行，主要內(nèi)容包括理論知識考核、專業(yè)技能考核等，在專業(yè)技能考核中教師可隨機選取幾個探究性儀器分析項目，讓學生隨機抽取項目并自主完成考核項目；在儀器分析理論知識考核中，主要考核學生對各種儀器基本原理、使用方法、基本知識等的掌握程度。此外，教師設(shè)計考核評價指標時應充分考慮學生的個性特征及其基礎(chǔ)知識掌握程度的差異性，并在之后的學習過程中關(guān)注不同學生的學習動態(tài)，對于基礎(chǔ)知識和技能較差、但學習能力較強的學生要積極鼓勵，以更好地體現(xiàn)出PCIE教學模式的激勵性特征，使學生保持學習動機。

PCIE教學模式是一種較為新穎的教學方法，但并不代表教師要完全放棄傳統(tǒng)的教學方法。其一，在“儀器分析”課程教學中，教師要將PCIE教學模式和傳統(tǒng)教學法有機結(jié)合，使學生掌握、理解理論知識，并掌握采用理論知識解決實際問題的技能，提升學生的創(chuàng)新實踐能力[14]。其二，教師要重視學習項目的選擇，選擇的學習項目不僅要與教學主要內(nèi)容貼切，還要與生活實際相關(guān)且符合時代發(fā)展背景，最好選擇社會熱點話題作為教學情境。其三，教師要轉(zhuǎn)變自身在教學中的角色，將學生作為教學主體、自身作為教學引導者，引導學生自主完成學習項目，學生可根據(jù)項目要求并在教師的引導下操作儀器，提升自己的專業(yè)技能，為今后的工作奠定實踐基礎(chǔ)。其四，高校要根據(jù)科學技術(shù)發(fā)展狀況適時完善并優(yōu)化學校的硬件設(shè)施和軟件環(huán)境，為學校教學改革提供物質(zhì)保障。

儀器分析是高等院校多個專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程，具有抽象、跨學科、理論性強等特點，如何提升儀器分析教學質(zhì)量和效果是許多高校教學改革的重點研究方向。將PCIE教學模式應用于高?！皟x器分析”課程教學，可大幅提升教學質(zhì)量并培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力和自主學習能力，進而獲得理想的教學效果。