張雅珩 唐江宏 連 寧 劉玉海 王聞達 王 欣

(江蘇理工學院 化學化工學院,江蘇 常州 213001)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,創(chuàng)新型、復合型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是高等學校教學工作的重點[1,2]。江蘇理工學院應(yīng)用化學專業(yè)旨在培養(yǎng)能在化工、食品、環(huán)保、醫(yī)藥、檢驗檢測等相關(guān)領(lǐng)域從事化學分析、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、化學檢測、現(xiàn)代儀器分析,并能參與分析方法的選擇、改進和制訂等工作的特色應(yīng)用型化學工程技術(shù)人才。教師需在培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力方面多下功夫,最終達到提高學生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力[3,4]、快速適應(yīng)崗位需求的目的。作為一門專門針對應(yīng)用化學專業(yè)本科生開設(shè)的課程,“分析方法選擇及方案設(shè)計”課程開課時間不長,教學尚處于探索階段。作者對該課程的教學情況進行了梳理,可為進一步提高課程教學效果提供借鑒和參考。

1 課程教學情況

1.1 課程特點

“分析方法選擇及方案設(shè)計”是應(yīng)用化學專業(yè)的專業(yè)必修課,旨在指導學生運用理論知識解決實際問題,是培養(yǎng)該方向?qū)W生核心能力的一門課程。課程的主要任務(wù)是使學生在面對分析項目時,能夠選擇適合的分析方法和手段,并設(shè)計合理的分析方案,通過實驗得到分析數(shù)據(jù),完成鑒定物質(zhì)體系的化學組成、測定其中的有關(guān)成分的含量和確定體系中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)等分析工作,從而為后續(xù)企業(yè)實習、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)或研究生階段的繼續(xù)學習打下基礎(chǔ)。

該課程授課采用“任務(wù)驅(qū)動型項目教學法”[5,6]、“翻轉(zhuǎn)課堂”[7]、“理實一體化”[8]的方式。學生在分析項目的驅(qū)動下,通過自學理論、自行設(shè)計分析方案、課堂討論、教師講解、實驗驗證等多個步驟掌握分析方法的選擇及方案設(shè)計,獨立完成一個分析項目的設(shè)計分析及實施,以培養(yǎng)全面、科學的思維方法,在實踐中鍛煉分析問題、解決問題的能力。整個課程以學生學習為中心,以實際應(yīng)用能力培養(yǎng)為引領(lǐng)。

1.2 學情分析

“分析方法選擇及方案設(shè)計”開設(shè)在大三第二學期,學生已經(jīng)具備了四大化學、計算機技術(shù)、高等數(shù)學、分析化學實驗、儀器分析實驗等理論知識和基礎(chǔ)實驗?zāi)芰?。但是對大部分學生來說,如何靈活運用這些基礎(chǔ)知識去解決實際應(yīng)用問題仍是一個難題。分析化學實驗和儀器分析的實驗內(nèi)容大多參照實驗課本或講義,實驗步驟和注意事項明確,很少有未知情況發(fā)生,重在實驗操作能力的基礎(chǔ)訓練。而“分析方法選擇及方案設(shè)計”課程的實驗需要學生在進實驗室之前根據(jù)實驗項目的特點以及實驗室的具體情況自行設(shè)計實驗方案,制定詳細的具有可操作性的實驗步驟,然后在實驗室驗證完成該實驗方案的可行性。對學生來說,基本常規(guī)的實驗操作及常見分析儀器的正確使用是應(yīng)具備的基礎(chǔ)能力,實驗問題的解決和實驗方案的合理優(yōu)化是課程的培養(yǎng)目標。如何保障學生的學習質(zhì)量,實現(xiàn)培養(yǎng)目標的達成是教師需要關(guān)注的問題。此外,如何合理利用好互聯(lián)網(wǎng)巨大的、優(yōu)異的教育及學習資源[9],實現(xiàn)更高效、更具有深度和廣度的教學效果,也是教師需要考慮的問題。

2 課程教學探索

2.1 課程目標定位

基于應(yīng)用化學專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具有的知識、能力與素質(zhì),制定了如下課程目標:(1)掌握常用分析方法的種類、原理、特點、應(yīng)用范圍,了解常見分析儀器的原理、使用方法、適用范圍以及各類樣品的常用預處理方法。(2)具有文獻調(diào)研和信息收集加工的能力,掌握分析方法的選擇思路、分析方案的設(shè)計思路。(3)基于安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素,針對不同分析項目,不同樣品類型,能夠運用相關(guān)基礎(chǔ)理論知識及文獻研究選擇適當?shù)姆治龇椒?設(shè)計合理的分析方案。(4)具有實驗方案的比選能力及實驗的實施能力,掌握基本的分析實驗技能,能夠正確使用各種儀器和裝置開展相關(guān)實驗,能夠系統(tǒng)地整理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果,并得到合理有效的結(jié)論。(5)在方案實施的過程中能夠辨別方法選擇和方案設(shè)計中存在的問題,有發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,并能夠針對現(xiàn)有分析方案提出合理的優(yōu)化措施。(6)在整個教學過程中,培養(yǎng)分析能力、設(shè)計能力、創(chuàng)新意識、良好的溝通表達能力和團隊合作精神。

2.2 精選教學內(nèi)容

以塑造應(yīng)用型人才、提高創(chuàng)新能力為目標,該課程采用理實一體項目化教學。理論教學16學時,配套課內(nèi)實驗教學32學時。理論教學內(nèi)容主要有:項目1為分析方法的建立,主要回顧總結(jié)常見分析方法的種類、功能及應(yīng)用,介紹分析方法的選擇思路,分析方案的設(shè)計思路,包括分析方法的選擇原則、選擇依據(jù)、選擇要點、分析方案設(shè)計的具體要求、要素、評價等,分析技術(shù)的發(fā)展及趨勢,現(xiàn)代分析實驗中常見的分析儀器及其使用方法介紹。后續(xù)項目2～7主要涵蓋了食品、環(huán)境、日用品中幾類不同類型、不同性質(zhì)的有機小分子、陰陽離子及多種無機元素的分析以及不同材料和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與形貌表征分析,都是不同類型分析項目的代表性實例,如,果蔬表面農(nóng)藥有機殘留物分析、土壤pH值及重金屬元素含量測定等,難度適中,適合學生作方法選擇和方案設(shè)計。在方案的課堂討論中,教師穿插一些該類項目的檢測新技術(shù)、新設(shè)備、新方法。由于學生在樣品前處理方面的知識非常薄弱,針對每個項目的樣品特點,教師補充該類型樣品基質(zhì)的樣品制備、前處理方法、常用及新開發(fā)的前處理儀器技術(shù)與設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容。在課堂講授過程中,還可以結(jié)合近年來發(fā)生的食品安全事件(如蘇丹紅鴨蛋、孔雀石綠魚蝦、三聚氰胺奶粉等)中有毒有害物質(zhì)檢測以及核酸檢測,實例講解現(xiàn)代分析技術(shù)的進步及分析方法的選擇。實驗教學部分與理論教學的項目2～7相對應(yīng),依據(jù)理論課上討論出的實驗方案,進行具體實施和優(yōu)化驗證,獲得分析結(jié)果。課下選取其他有代表性的分析項目作為作業(yè)布置給學生,使學生進一步熟悉和掌握分析方法的選擇思路,分析方案的設(shè)計思路,加強對課程知識的理解鞏固。

該課程的方案設(shè)計以具體分析項目為中心,主要考查學生對常用的分析方法、常見分析儀器相關(guān)基礎(chǔ)知識點的掌握及靈活運用情況,以培養(yǎng)學生面對分析任務(wù),解決問題的思維能力和表達能力。課程里面開設(shè)的實驗為驗證性實驗,主要是為了驗證理論課討論方案的合理性和可行性,同時使學生熟悉各類樣品前處理的實際操作過程,對學生的能力提升上了一個臺階,進一步培養(yǎng)學生的動手能力、解決問題的應(yīng)變能力、關(guān)鍵因素及結(jié)果的分析能力。

2.3 創(chuàng)新教學方法

該課程基于“任務(wù)驅(qū)動型項目教學法”。課前提前布置分析項目,學生3～5人一組,每組學生在分析項目的驅(qū)動下,采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學模式。每個學生通過理論自學、查閱文獻書籍資料后形成自己的思路,然后經(jīng)過小組成員討論,確定本小組的分析方案,制作成PPT匯報材料,上課之前發(fā)送給教師。教師選取問題多、有共性代表性、創(chuàng)新性強、考慮合理全面的小組方案在課堂上開展全班討論。先由小組成員進行方案設(shè)計講解,然后展開交流,最后由教師講解沒有解決的問題,進行設(shè)計思路的梳理,補充強調(diào)關(guān)鍵要素和注意事項。同時,教師拋出一些實驗中可能遇到的問題,以激發(fā)學生的興趣和思考。每個學生都要針對該項目制作自己的實驗方案以作業(yè)的方式提交。

課程采取先理論課后實驗課的順序,同個項目的理論課和實驗課排課間隔不超過1周。每個項目在理論課上確定合理方案。實驗課前,以小組為單位,每組做好實驗人員分工。學生自行查找相關(guān)資料對實驗過程及操作進行學習,教師也推送一些相關(guān)操作視頻幫助學生熟悉樣品處理過程。在實驗課上對所選取的方案進行實施驗證。驗證過程中遇到的問題,由小組成員自行解決,最終解決不了的也可求助于其他小組或老師。實驗結(jié)束后所有學生均提交實驗報告,分析匯報實驗結(jié)果,總結(jié)實驗心得,對本小組的方案設(shè)計給予評價及優(yōu)化改進。下一次理論課每組對上一次項目的實驗情況進行反思和總結(jié),全班分享,教師補充。

2.4 優(yōu)化考核方式

作為一門理實一體課程,考核中應(yīng)注重過程性評價。該課程考核分理論考核與實驗考核兩部分。理論部分含期末考試成績及方案設(shè)計成績。實驗部分成績=實驗平時成績(50%)+實驗報告成績(50%)。課程最終成績=期末考試成績(50%)+方案設(shè)計成績(30%)+實驗成績(20%)。實驗平時成績一部分是實驗操作規(guī)范性、實驗記錄正確完整性、實驗態(tài)度情況、實驗結(jié)果滿意程度、儀器的正確使用、安全清潔情況等常規(guī)實驗?zāi)芰εc表現(xiàn)的評價;另一部分是具體的實驗過程中分析問題、解決實際問題及實驗方案變通優(yōu)化的能力與表現(xiàn)的評價。方案設(shè)計成績包括小組制作的PPT質(zhì)量、小組討論表現(xiàn)(由錄制視頻獲得)、課堂匯報表現(xiàn)、課堂討論表現(xiàn)、方案設(shè)計作業(yè)幾個方面。PPT質(zhì)量主要從方法選擇及方案設(shè)計的要素是否齊全、邏輯是否清晰、內(nèi)容是否正確合理、有無科學性原則性錯誤、PPT畫面的簡潔美觀等方面進行評價。討論及匯報表現(xiàn)主要從對方案內(nèi)容及相關(guān)知識的掌握是否到位、條理是否清晰、表達是否流暢、回答問題的正確性、參與討論的態(tài)度是否積極活躍等方面進行評價。

2.5 實施教學反饋

每完成2個教學項目,請學生提交教學反饋,提出存在的問題,對教學效果進行評價,教師和學生共同查找短板,探討改進措施。在不斷反思和總結(jié)中,對教學內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整,對教學質(zhì)量進行持續(xù)改進,保證教學活動的良性循環(huán)。同時教師也要不斷督促自我,努力提高自身專業(yè)水平和教學能力、完善教學策略和教學技巧。

3 結(jié)語

作為應(yīng)用化學專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課,“分析方法選擇及方案設(shè)計”能夠鍛煉學生靈活應(yīng)用所學理論知識解決實際問題的能力,鍛煉學生的創(chuàng)新思維能力和實際動手能力,更好地適應(yīng)和滿足現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展需要和當今企業(yè)的用人需求。將該課程的教學經(jīng)驗進行總結(jié),以期對其他相關(guān)課程的開設(shè)、促進高等教育教學改革和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量提供參考。