呂燕

新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830000

現(xiàn)代科學(xué)儀器是支持科技創(chuàng)新活動(dòng)的物質(zhì)和信息保障，是一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新活動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)施[1,2]?，F(xiàn)代儀器分析是以利用現(xiàn)代科學(xué)儀器對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的一門科學(xué)，其應(yīng)用范圍涉及化學(xué)、材料、物理、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域，可促進(jìn)科學(xué)研究、助力科技創(chuàng)新跨越發(fā)展?，F(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程已被各高等院校和科研院所的化學(xué)專業(yè)或非化學(xué)專業(yè)列為研究生和本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程[3,4]。面向研究生，現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置主要以培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代儀器操作和分析的手段與方法，輔助學(xué)生有效開展科學(xué)研究，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力為目的。目前較完整的課程內(nèi)容包括儀器測(cè)試原理和構(gòu)造特點(diǎn)的理論講解與實(shí)際上機(jī)操作兩部分(簡(jiǎn)稱實(shí)操部分)[5,6]。其中，實(shí)操部分包括現(xiàn)場(chǎng)儀器介紹、樣品制備和操作流程的講解與示范等，是學(xué)生掌握理論與獨(dú)立操作應(yīng)用的重要橋梁。然而實(shí)操部分的教學(xué)質(zhì)量和效果依賴于儀器的開放程度和同時(shí)參與課堂的學(xué)生人數(shù)。隨著研究生人數(shù)的不斷增多和高新儀器的不斷更新，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式已不能滿足新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)[7,8]。如何在新形勢(shì)下提高課程教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)科學(xué)研究，值得我們?nèi)ヌ剿?。本文以新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究生現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程為例，分析近年來(lái)課程現(xiàn)狀和新形勢(shì)下的課程改革實(shí)踐。

1 現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)課程設(shè)置

新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院自2015年開設(shè)現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程以來(lái)，課程主要面向物理化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)碩士研究生一年級(jí)學(xué)生，以現(xiàn)有大型科研儀器為基礎(chǔ)，選取了具有普適性的九種大型儀器，每種大型儀器課時(shí)量為4課時(shí)，主要分為2課時(shí)的理論講授和2課時(shí)的儀器實(shí)操。具體課程設(shè)置如表1所示。

表1 新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置

其中，理論講授部分采取了PPT結(jié)合板書的授課方式，學(xué)生在教室內(nèi)統(tǒng)一聽課。內(nèi)容主要講授儀器原理、儀器所得數(shù)據(jù)處理與分析。實(shí)操部分主要是帶領(lǐng)學(xué)生在儀器室對(duì)現(xiàn)有型號(hào)的儀器構(gòu)造進(jìn)行介紹，對(duì)樣品的準(zhǔn)備、儀器的基本操作過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。有的儀器且要求學(xué)生完成一個(gè)樣品的測(cè)試，獲取數(shù)據(jù)并在課后完成數(shù)據(jù)分析(表1中帶*儀器)。然而，限于同類儀器的數(shù)量和上課時(shí)間，實(shí)操部分我們采取了劃分小組輪流上課的模式，每組上課時(shí)間約為10-20分鐘，大約在2個(gè)小時(shí)內(nèi)完成所有組的實(shí)操內(nèi)容。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，小組成員通常設(shè)為2-5人，課程效果較好。小組成員人數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致站在后面的同學(xué)看不見、聽不清，實(shí)操時(shí)不能參與動(dòng)手等現(xiàn)象，進(jìn)而造成課程質(zhì)量不高，課程流于形式。但隨著研究生的擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)成倍增加已成必然。

圖1是近五年來(lái)新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院物理化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)研究生人數(shù)統(tǒng)計(jì)?？梢钥吹窖芯可藬?shù)逐年增多，截至2020年已達(dá)到85人。若5人一組，將會(huì)有17個(gè)小組，若每組成員的上課時(shí)間為10-20分鐘，實(shí)操課程時(shí)間至少需要4小時(shí)。并且每組上課，授課教師都要進(jìn)行一次重復(fù)講解，極易造成教師授課疲倦，導(dǎo)致后期授課質(zhì)量不佳。除此，隨著表征手段的日益更新，大型科研儀器數(shù)量也翻倍增多。傳統(tǒng)的課程設(shè)置和上課方式已不能滿足新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)。根據(jù)近兩年的課程改革探索，筆者提出線上線下相結(jié)合和以需求為導(dǎo)向，有的放矢的課程改革和解決方案，并應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)，已初見成效，現(xiàn)歸納出來(lái)共同商討優(yōu)化新形勢(shì)下現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教育。

圖1 新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院物理化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)近五年研究生人數(shù)

2 課程改革一：線上線下相結(jié)合

課程理論講授部分仍采用線下教學(xué)，將課程實(shí)操部分中儀器構(gòu)造介紹和操作示范過(guò)程由線下現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)改為微視頻教學(xué)或直播教學(xué)的線上課程。線上線下相結(jié)合，解決新形勢(shì)下實(shí)操課程上課難題，提高課程質(zhì)量。進(jìn)行微視頻教學(xué)或直播教學(xué)的線上課程，選課學(xué)生仍可在教室內(nèi)同時(shí)集體聽課或拿出手機(jī)進(jìn)行掌上課程，避免了現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)參與人數(shù)較多導(dǎo)致聽不清和看不到的現(xiàn)象，同時(shí)避免授課教師長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)講解易疲勞狀況。其中，微視頻教學(xué)需要教師和助理提前完成視頻的錄制和剪切過(guò)程。為讓學(xué)生具有身臨其境的感覺，視頻需要在實(shí)驗(yàn)室真實(shí)環(huán)境拍攝，切記不要直接使用網(wǎng)絡(luò)公共資源。視頻的錄制要做到全面、細(xì)致、重點(diǎn)突出。操作示范過(guò)程可以涉及到實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生著裝要求、用水用電注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)操作過(guò)程、數(shù)據(jù)處理等各個(gè)方面。在特別需要注意的事項(xiàng)處，也可加入流行的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫視頻，提高學(xué)生的上課興趣，加深學(xué)生印象。在課堂上播放視頻的過(guò)程中，教師可以根據(jù)視頻額外做一些講解，加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。并且微視頻課程，只要視頻錄制、剪切的比較完善就可以存檔連續(xù)幾年使用。

所謂直播課程，就是在儀器實(shí)操過(guò)程中選取2-5名學(xué)生代表到現(xiàn)場(chǎng)參與教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容一樣，但需要助手進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)錄制且通過(guò)長(zhǎng)江雨課堂、騰訊課堂，或者流行的抖音、快手等新媒體進(jìn)行線上直播，其余選課學(xué)生可同時(shí)通過(guò)手機(jī)端或電腦端觀看直播課程。與微視頻教學(xué)相比，直播課程進(jìn)行的是現(xiàn)場(chǎng)演示過(guò)程，操作過(guò)程中會(huì)存在很多偶然現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象往往是學(xué)生日后獨(dú)立操作易發(fā)生的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)演示可以及時(shí)地分析原因和解決問(wèn)題，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，直播課程可與學(xué)生增加更多的課堂互動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)的學(xué)生代表上課環(huán)境與往常上課一樣，真實(shí)的環(huán)境會(huì)激發(fā)學(xué)生好奇心，進(jìn)而提出問(wèn)題與教師交流，可大大提高課堂質(zhì)量。除此，當(dāng)前好多學(xué)生往往在直面教師時(shí)不好意思開口提問(wèn)，顧慮自己的提問(wèn)會(huì)不會(huì)過(guò)于簡(jiǎn)單遭到嘲笑，或者礙于時(shí)間受限，教師不能接受太多學(xué)生的提問(wèn)，因此教師不能很好地把握學(xué)生對(duì)課程的需求點(diǎn)和掌握程度。而通過(guò)直播課程，學(xué)生可以消除顧慮在線上直接提問(wèn)，教師可設(shè)置特定時(shí)間予以解答。這個(gè)過(guò)程符合信息時(shí)代學(xué)生的交流方式，能有效提高課程質(zhì)量。當(dāng)然，為保證觀看直播學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量，需配備較專業(yè)的拍攝設(shè)備和技術(shù)人員，且直播課程不能像微視頻課程那樣重復(fù)使用，每年度上課都需要開設(shè)直播課程。

總之，微視頻課程和直播課程都可以解決當(dāng)下研究生人數(shù)多難以進(jìn)行線下實(shí)操課程的難題，但兩者各具優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)這兩年的實(shí)踐，對(duì)于只需觀摩的儀器，像X射線光電子能譜、熱分析儀、電子顯微鏡等，由于測(cè)試過(guò)程較長(zhǎng)，不能在課堂進(jìn)行完整的樣品測(cè)試過(guò)程演示，只是對(duì)儀器構(gòu)造、樣品的前處理和測(cè)試的注意事項(xiàng)進(jìn)行講解。對(duì)于這類儀器，采用微視頻教學(xué)即可以達(dá)到很好的教學(xué)效果。視頻的預(yù)先錄制可以涉及到儀器的各種細(xì)小環(huán)節(jié)，將儀器信息和注意事項(xiàng)呈現(xiàn)得更加全面。而對(duì)于紅外、拉曼、紫外熒光光譜儀以及X射線粉末衍射儀、色譜儀等可以完成測(cè)試流程的儀器則采用直播課程更為有效。正如上面分析的那樣，在現(xiàn)場(chǎng)的操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種偶然現(xiàn)象，授課教師可以實(shí)時(shí)講解，應(yīng)變測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。

在微視頻或直播課程教學(xué)之后，學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手操作訓(xùn)練將不受限于課程時(shí)間，可根據(jù)儀器使用情況，安排學(xué)生進(jìn)行上機(jī)實(shí)操。本校的儀器在上課周每天都有兩小時(shí)的時(shí)間用于學(xué)生上機(jī)操作，在下次上課前需完成前一周課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。所以課時(shí)設(shè)置由之前的2 + 2學(xué)時(shí)改為2 + 1 + X學(xué)時(shí)，即2學(xué)時(shí)理論講授，1學(xué)時(shí)線上課程(微視頻或直播課程)和一定學(xué)時(shí)的獨(dú)立測(cè)試時(shí)間。相比于傳統(tǒng)的2學(xué)時(shí)內(nèi)完成多個(gè)分組的重復(fù)講解，當(dāng)前1學(xué)時(shí)完成一次講解將有更寬裕的時(shí)間，講解內(nèi)容在涉及范圍，講解細(xì)節(jié)、深度上都會(huì)有相應(yīng)擴(kuò)展，同時(shí)避免了授課教師重復(fù)講解易疲憊造成的課程質(zhì)量損失。

3 課程改革二：課程選擇以需求為導(dǎo)向，有的放矢

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，材料表征手段逐漸增多，科研儀器日益更新。在限定課時(shí)量的前提下，完成所有儀器相應(yīng)課程存在難度。另一方面，各課題組研究課題存在差異，進(jìn)而常用的科研儀器也有所不同，強(qiáng)制學(xué)生學(xué)習(xí)課題需求外的儀器課程，學(xué)生積極性較差，課程考核結(jié)果也不理想。以課題需求為導(dǎo)向，將儀器課程劃分為必修、選修和自學(xué)三部分，讓學(xué)生學(xué)習(xí)自己想學(xué)的課程，一方面可大大提高學(xué)生積極性，提高教學(xué)質(zhì)量；另一方面可實(shí)現(xiàn)真正的學(xué)以致用、促進(jìn)科技創(chuàng)新，達(dá)到該課程設(shè)置目的。以新疆大學(xué)物理、無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)研究生為例，如圖2所示，位于中心的5個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為必修課程，進(jìn)行大課堂授課，所有同學(xué)均需參加。位于兩兩交匯處的6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為選修課程，學(xué)生可根據(jù)自身課題需求選修，選修項(xiàng)目為4-6項(xiàng)，即每人至少修夠9個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。當(dāng)選修該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的人數(shù)超過(guò)20人即可開課。這樣每位學(xué)生都可根據(jù)自己的課題需求進(jìn)行學(xué)習(xí)，真正做到以學(xué)生為主體，讓學(xué)生學(xué)到想學(xué)的課程。位于邊緣的課程往往是易學(xué)或者使用人數(shù)較少的內(nèi)容，學(xué)生若有課題需求，可自學(xué)或私下與教師交流學(xué)習(xí)，這部分內(nèi)容在課程考核中不做要求。在近兩年的嘗試性探索下，這樣以課題需求為導(dǎo)向的課程大大激發(fā)了學(xué)生上課興趣，因?yàn)橛行枨?，學(xué)生往往是帶著問(wèn)題上課，由往常的被動(dòng)接受改為主動(dòng)探索，且課堂互動(dòng)頻繁，學(xué)習(xí)的內(nèi)容也逐步加深，不再限于基礎(chǔ)知識(shí)的介紹，同時(shí)也在一定程度上促進(jìn)了教師對(duì)該儀器的深入研究。

圖2 現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容分類設(shè)置

經(jīng)過(guò)這兩年的實(shí)踐，在研究生現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課堂中引入微視頻、直播課程這樣具有時(shí)代特征的線上課程，可有效應(yīng)對(duì)研究生人數(shù)成倍增多給實(shí)踐類課程造成的諸多困擾。讓學(xué)生根據(jù)課題需求選擇具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更能突出以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，真正實(shí)現(xiàn)由知識(shí)學(xué)習(xí)向方法學(xué)習(xí)和能力學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。但如何根據(jù)不同院校情況，制作出效果出眾的微視頻或開展氣氛活躍的直播課程仍值得我們?nèi)ヌ剿?。同時(shí)大型儀器種類多，如何分類歸納設(shè)置既全面又實(shí)用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仍需思考。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程中，將儀器介紹和示范操作轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上課程(微視頻教學(xué)或直播課程)很好地解決了研究生人數(shù)增多造成現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)難度大的問(wèn)題。以課題需求為導(dǎo)向，講授對(duì)學(xué)生有用且學(xué)生感興趣的課程，可很好地拓展課程內(nèi)容。二者相互結(jié)合有效激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了課程質(zhì)量同時(shí)做到了有的放矢，很好地輔助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究進(jìn)而促進(jìn)科技創(chuàng)新。