现代仪器分析教学方法与课程内容设置探索

［摘 要］ 现代仪器分析是一门集化学、物理、生物、数学等多学科为一体的综合性学科，需要学生从基本的测试数据中获取有价值的信息，最终解决问题。该课程所涉及的分析方法主要是针对光、电、磁、热等物理和化学特性展开结构、组成、表征测量与分析。现代仪器分析课程对于大学多个专业的学生有着十分重要的应用价值。通过对现代仪器分析课程进行探讨，分析现代仪器分析课程开展现状，从教学方式与课程内容两个方向进行调整，利用科学的改革提升策略使现代仪器分析教学质量获得提升。

［关键词］ 现代仪器分析；教学方式；课程内容

［基金项目］ 2022年度郑州大学校级教育教学改革研究与实践项目“现代仪器分析教学方式与课程内容设置探索”（2022ZZUJG168）

［作者简介］ 葛 佳（1983—），男，河南汝州人，博士，郑州大学化学学院副教授，主要从事分析化学与仪器分析理论研究；陈玉汝（1988—），女，河南郑州人，学士，河南省公平竞争审查事务中心工程师，主要从事大数据分析、云计算等研究。

［中图分类号］ G642.0；O657-4 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）29-0121-04 ［收稿日期］ 2022-09-27

现代仪器分析是一门多学科交叉的应用性基础课程，这一学科目前在诸多领域都有极高的应用价值。在化学和材料专业教学过程中，现代仪器分析更是帮助学生获得职业技能与专业素养的主干课程。基于传统教学模式中教学方式不够深入、教学内容不够全面等问题应进行系统性的改革创新，以适应现代教育发展为目标，展开科学的教学规划，提高教学内容的影响力和教学方法的渗透力，使学生在现代仪器分析课程学习过程中能够获得良好的应用能力与创新能力，培养更多有利于促进现代社会发展的高水准人才。

一、现代仪器分析课程教学现状分析

随着我国经济及科学技术的健康发展，现代科学仪器在各领域都得到了广泛应用，现代科学仪器是检测功能也正在向精确高效的方向发展。在现代人才培养体系中面对社会及科学技术的持续进步，如何能够培养高水准创新型人才成为各大高校关注的重点。这门课程更新速度较快，课程内容会跟随社会发展不断扩充和更改。由于现代仪器分析的发展逐渐趋向于联用化，以促进各种仪器设备能够应用在多个领域，所以课程内容也更加广泛，如荧光分析法已经逐渐演变为常规的荧光分析法、同步荧光分析法、三维荧光光谱分析法、时间分辨和相分辨荧光分析法、荧光偏振测定、低温荧光分析法、固体表面荧光分析法、动力学荧光分析法、空间分辨荧光分析技术、单分子荧光检测、荧光免疫分析法和导数荧光分析法多个分支。这也就意味着现代仪器分析教学所涉及的范围和内容更加广泛，对教师的教学工作提出了更加严格的要求。教师在教学过程中不能单一侧重某方面的技术教学，而应该将更多的新技术、新方法和新仪器全部纳入教学环节当中，在系统性讲授知识的同时，让学生了解现代仪器分析技术的发展，最终有效提高教学质量，塑造学生的专业能力和技术修养［1］。

当前的现代仪器分析教学正处于教学改革的重要时期，教学重点是让学生掌握分析仪器的使用方法及应用范围，培养学生的科研水准和技术素养。但是在课程方法和课程内容方面并没有突出本课程的特色，如教学方法缺乏创新，仍旧停留于讲授式教学和“灌输式”教学，没有启发学生的探索能力和技术修养。教学内容较为陈旧，没有强调现代仪器分析教学的科学性和前沿性，使得学生难以主动学习，缺乏良好的自主学习意识和学习思维。再加上大部分学生在校期间缺乏接触大型分析仪器的机会，对各种仪器的认识和使用基础十分薄弱，难以取得理想的教学成果。

二、现代仪器分析教学方式创新调整策略

现代仪器分析教学传统的教学方法方面主要以讲解式教学和“灌输式”教学为主，其目的是让学生掌握足够全面知识基础，同时辅助学生进行实践。但是这种教学方法并不符合现代教学要求，大部分学生缺乏学习积极性与自主性，因此必须对现代仪器分析教学方式进行创新调整，以适应现代教育事业改革、提升学生学习意识为方向，打造全方位一体化的高效教学模式，最终提高教学质量。基于传统教学模式中存在的不足，及现代教学改革契机，可主要通过以下几个途径进行创新调整。

（一）多教师协同授课，强化理论与实践教学基础

随着现代科学技术的发展，现代分析仪器众多，内容复杂，为了保障教学质量，教师必须具备全面充实的理论和实践经验，然而在教学过程中一名教师很难对所有现代仪器设备及课程内容教学方式有系统性的认识。受教师个人研究领域所限，容易导致教学内容不全面，影响教学质量。为解决这一问题，在教学过程中可由多名专业教师同堂授课，可由现代仪器分析领域的专业教师与一线教师组成专业教学团队，由一线教师讲解基础性知识，专业教师对课程内容进行补充。使现代仪器分析教学能够做到深入浅出，有效提高教学质量［2］。也可由一线教师与行业精英共同组成教学团队。由一线教师讲解基础知识，行业精英介绍现代仪器分析在各领域中的应用现状及应用方法，强调知识理论教学与实践技能教学有机融合，使得教学过程更加生动翔实，促使有关领域的热点深入课堂教学，提高教学效率和学生学习热情。

（二）学生自主授课，提高学生专业能力

在传统的教学模式中主要是以教师为主体进行课程讲解。教师把握了课堂教学的主导权，使得学生在课堂中缺乏主体性和自主性，也限制了学生的学习意识和学习思维。在此背景下基于现代教学改革的实际要求，应以提高学生的主体地位为目标进行教学方法创新。比如让学生成为课堂教学的主体，参与到课堂授课过程当中。在课程规划时，教师可将课程内容进行划分，如将荧光分析法分为不同主题教学项目，将学生分为小组，自主选择感兴趣的主题教学项目进行研究，以小组为单位制作授课课件，教师进行指导与修改，最后在课堂上进行授课。学生完成授课之后，由教师进行点评，并在学生授课的基础上进行补充，使学生对学习内容的理解更加透彻。此过程不仅能够强调学生的主体地位，让学生参与整个知识的学习过程，启发其学习思维，培养其学习能力；也有利于促进生生互动与师生互动，使课堂教学更加生动有趣，让学生在授课的同时获得良好的语言表达能力与沟通交流能力。

（三）落实现代双语教学，促进学生国际化发展

随着经济全球化发展，在现代仪器分析领域也有共同的研究项目，因此在教学过程中培养学生的跨国交互能力是当前高等教育强调的重点教学目标。现在仪器分析教学应构建双语教学模式，培养学生的专业外语知识和交互能力，让学生成为有利于促进国家现代化、国际化发展的专业人才。如在教学过程中可采用双师同堂教学，由专业英语教师和现代仪器分析一线教师共同组成教学团队。一线教师讲解现代仪器分析的基础知识，专业英语教师对教学内容进行翻译补充，构建良好的国际化学习环境。在课程设计时也需要建立良好的双语教学氛围。在课堂中可帮助学生阅读最新的科研进展和英文研究论文，让学生站在国际一线专业科研人员的视角了解现代仪器分析相关知识的应用范围和应用现状，进一步强化学生的专业素养。

（四）开展观摩实验教学，提高学生实践操作能力

现代仪器分析是一门实践性极强的学科，在教学过程中应重点培养学生的实践操作能力，让学生学会正确的仪器使用方法。这就需要教师将理论教学与实践教学有机结合，营造良好的学习环境，促进学生在学习中能够以理论带动实践，以实践强化理论。在理论教学过程中，首先应基于行业发展现状及现代仪器分析技术的应用现状设置相应的理论课程，帮助学生在实践之前掌握扎实的理论基础，强化理论知识的导向性和指导性功能。其次，可以组织学生进行校内观摩实验教学，利用学校拥有的仪器组织学生进行观摩实验，由专业教师或一线科研人员进行仪器操作，让学生直观地感受现代分析仪器的应用方法和应用过程。此过程不仅有利于强化学生的专业能力，让学生获得丰富的实践经验，也可以让学生在理论与实践结合的环境中获得良好的感性认知，更加系统地消化自己所学的理论知识，并在实践中强化自己的理论认知，促进学生获得更加扎实的专业能力与专业素养。

（五）加强现代技术应用，构建现代化全方位教学环境

随着信息技术的广泛应用，各种信息技术已经成为现代教学中必不可少的教学工具。在现代仪器分析教学过程中教师可以充分利用各种现代化教学工具打造全方位教学环境。可利用多媒体制作教学动画或视频文件，将复杂的仪器结构、仪器操作过程、仪器分析过程用生动立体的动画展示出来；可以运用动态模型、二维、三维动画技术，缩短客观事物与学生之间的距离，提高教学成果，活跃课堂氛围，使整个知识教学更加清晰［3］；可利用微课以及各种现代化教学平台构建菜单式学习，教师可将各种微课资料上传于教学平台，学生自主选择学习内容进行学习，帮助学生利用课下时间查缺补漏；可以利用VR技术以及网络实验室等现代教学工具给学生提供更多模拟实践契机。比如组织学生进行线上模拟实验，让学生在虚拟的环境中体验真实的实验过程，体会各种分析仪器的使用方法，帮助学生累积实践经验，有效提高实验教学成果。

三、现代仪器分析教学课程内容调整创新策略

在传统的教学过程中，现代仪器分析教学主要以教材教学为主，需要学生系统地掌握教材知识后根据教材展开实践学习。但是由于我国科学技术发展迅速，现代仪器分析教学也会不断地拓展与更新，仅依照教材进行教学很难帮助学生进行知识更新与完善，因此在教学过程中必须保障课程内容具有前沿性，及时进行课程内容调整与创新。基于现代教学改革契机，课程内容调整创新策略如下。

（一）课程内容模块化，帮助学生建立学习信心

一般来讲，在课堂中学习的知识深奥难懂，学生在没有学习课程之前就会产生畏惧心理，不利于学生建立良好的学习态度。因此在教学过程中，教师需要对课程内容进行重新规划，让知识由易到难，逐步递减。比如可将教学内容规划为荧光分析法—同步荧光分析法—动力学荧光分析法—荧光分析法综合应用。这种方式将教学内容进行模块化设计，以基本的荧光分析法教学促进学生学习同步荧光分析法和动力学荧光分析法，以扎实的理论基础进行荧光分析法综合应用教学，真正做到深入浅出，帮助学生掌握系统性的理论知识，建立良好的学习思维。这就需要教师在教学之前对课程内容进行重新调整，依照课程大纲和课程整体目标设置符合当前教学现状的课程模块。另外，也可以根据学生的学习现状和实践现状进行模块设计。比如展开基础理论教学—模拟实验—理论巩固—真实实验的课程教学模块，帮助学生以理论指导实验，以实验促进理论［4］，促进学生的知识水平和实验能力能够逐步提高。

（二）以应用为中心，强调重点课程讲解

现代仪器分析课程内容覆盖较广，学生不仅需要掌握分析仪器的原理、结构、特点，还需要获得熟练的分析方法和操作能力。所以培养学生的应用能力是本课程教学重点。但是传统的教学模式中仍旧存在许多问题，比如学生对各种仪器设备的使用经验不足、化学基础较差都会影响学生的应用能力。基于这一现状，教师应结合教学实际对课程内容进行适当的补充与扩展，以培养学生的应用能力为中心让学生获得良好的知识基础。比如学生缺乏仪器使用经验，教师就可以多组织一些模拟实验课程，让学生不断地感受仪器的使用方法，了解仪器的结构、应用、原理等多个基本知识，丰富学生的使用经验，提高学生的应用能力。如果学生化学基础较为薄弱，就可以在原本的教学基础之上适当地增加一些化学课程，夯实学生的化学基础。这就需要教师系统地了解教学现状及学生的应用能力，结合学生的实际情况进行课程内容规划，以提高课程内容的适应性，进而有效培养学生的应用能力。

（三）案例辅助教学，促进知识深度内化

仪器分析教学需要强调学生掌握的专业知识和实践能力，而案例是帮助学生进行实践分析的有效方式，通常案例教学法指的是教师选择与学生学习相关的经典案例进行剖析，组织学生有目的地对案例进行研究，帮助学生逐步根据案例掌握课程原理及课程结构，从而有效内化知识。首先，在教学过程中教师需要根据教学现状选择对学生学习有帮助的经典案例。比如教师可以选择国内外经典案例带领学生进行分析讨论与总结，用经典案例加强学生对基础知识的学习。其次，挑选具有争议性的案例与学生进行分析辩论，也可以组织学生进行小型辩论赛，鼓励学生在辩论中积极表达自己的观点，让学生站在不同的角度对案例进行分析，进一步强化学生的自主学习意识。最后，选择比较具有争议性的案例，组织学生进行讨论，比如荧光分析法与UV的应用，组织学生针对这一问题进行分析讨论，帮助学生在讨论的过程中认识到荧光分析法在各个领域的应用现状，进一步强化学生对相关理论知识的学习。