地方院校仪器分析核心课程建设的实践

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　　[摘           要]  仪器分析是应用型本科化学专业的核心课程。从核心课程概念内涵出发，结合应用型人才培养的要求，对仪器分析核心课程教学的目标理念、授课内容的优化整合，实践教学与理论教学的衔接，网络教学资源建设、考核评价等几个方面进行探讨，以期更好地促进核心课程建设和仪器分析的教学实践。
　　[关    键   词]  核心课程;仪器分析;课程建设;实践
　　[中图分类号]  G642                [文献标志码]  A               [文章编号]  2096-0603（2019）34-0150-03
　　 “核心课程（Core Curriculum）”的概念最初起源于美国，是大学本科阶段通识教育领域的一种课程设计模式。1945年哈佛大学发表了《自由社会中的通识教育》
　　（General Education in a Free Society），构建了通识教育课程的基本框架。1978年在此基础上又提出了“核心课程报告（Harvard Report on the Core Curriculum）”[1]。哥伦比亚大学在20世纪60年代基本上完成了通识教育“核心课程”的主要体系建设[2]。《韦伯斯特新大学词典》中关于“核心课程”的定义是“一种综合传统独立学科中的基本内容，以向所有学生提供共同知识背景为目的的课程设置[3]”，即是将一些相关领域的重要基本论题予以重新组合的一种课程安排和设计，旨在为学生提供一个共同的学识背景，它主要针对通识教育课程，并不包含专业基础课程和专业课程。
　　 一、专业核心课程的概念
　　 高校课程教学是高等教育的基本单元和实现培养目标的主渠道，直接影响人才培养的质量[4]。当前，国内高校普遍开展专业核心课程建设，但这里的“核心课程”的含义与西方国家提出的核心课程的含义是有区别的。国内的专业核心课程是指在人才培养过程中，为实现培养目标，对学生掌握专业核心知识、培养专业核心能力和提高专业核心竞争能力起决定作用的课程[4]。
　　 对普通地方高校，其办学目标主要是通过加强专业知识教育和专业技能训练培养有一定专业特长的应用型人才。这些年来，由于高校招生规模不断扩大，地方院校教学资源欠缺现象较为普遍，同时，本科生需修读的课程数量有所增加，每门专业课程平均学时数明显减少。因此，如何让学生掌握专业核心知识、提高专业核心竞争力成为地方高校现阶段普遍面临的问题，而将有限的教学资源适当倾斜于专业核心课程，重点关注专业核心课程建设成为一种普遍的选择[5]。
　　 目前，大学本科专业核心课程建设对课程性质、定位、课程质量标准、考核指标体系、师资及相关教学资源等都有较为明确的规定。相比于专业主干课程，专业核心课程是专业主干课中的核心部分[5]。开展专业核心课程建设，有利于推进整体教学水平的提升，推动教学改革不断深入，使专业建设提质增效。本文结合我校化学专业仪器分析核心课程建设实践，从课程建设目标、理念和具体措施等方面进行探讨，为化学专业其他课程建设提供参考。
　　 二、教学目标和教学理念
　　 仪器分析方法是以测量物质的物理性质为基础的分析方法。随着时代和科学技术的发展，仪器分析在科学研究和应用中占有越来越重要的地位，是科学工作者必须掌握的重要手段。仪器分析课程内容涵盖光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法及某些新技术的应用，是一门理论性与实用性紧密结合的课程，对培养学生的实践能力、创新能力和综合应用能力具有重要作用。
　　 仪器分析课程的教学目标为通过对本门课程的学习，使学生对仪器分析方法的基本原理、仪器设备、方法特点及应用有较深入的理解和掌握;使学生初步具备根据分析对象选择合适的分析方法的能力，具有初步的处理分析数据的能力;理解近代仪器分析的发展趋势及新方法、新技术的概况，增强自身的创新意识和能力。
　　 由于仪器分析课程内容丰富，涉及面广，且课时有限，因此，本门课的教学理念为注重基础，强化实践，以提升教学实效为中心，增强学生自主学习的能力。
　　 三、课程建设的具体举措
　　 （一）注重学生对基础知识的理解
　　 仪器分析包含大量的基本概念、基本理论、分析原理和仪器构造，知识体系庞杂。因此，我们注重学生对基本概念的掌握，如光学分析法都涉及光的发射和吸收，能级的跃迁等基础内容，不同波段光辐射的测量和应用形成不同的分析方法：紫外-可见光谱来源于分子的价层电子能级跃迁，红外光谱来源于分子的振动能级跃迁，微波来源于分子的转动能级及电子自旋能级跃迁，核磁共振辐射吸收来源于原子核的自旋能级跃迁，X射线来源于原子的内层电子能级跃迁等。虽然在化学专业的其他基础课程如无机化学、有机化学和分析化学中对以上概念及相关知识有介绍，但根据我们讲授仪器分析课程的经验，学生对相关知识储备普遍较为薄弱。因此，我们对量子化、能级、跃迁、光的发射和吸收、朗伯-比尔定律、光电转化等相关知识进行集中梳理，并通过进一步的学习加深理解。
　　 引导学生将相关的分析方法进行比较，揭示不同分析方法的联系和区别，如原子发射光谱和原子吸收光谱、分子吸收光谱和原子吸收光谱、气相色谱与液相色谱等，促进学生对知识的融会贯通。在讲授原子吸收光谱和紫外-可见吸收光谱时，我们将两章内容联系起来，对两种分析方法进行比较。两者都是光的吸收测量，而且光波段范围也有重叠，仪器装置为何区别那么大？这引发了学生的思考。首先，紫外-可见光谱是分子光谱，分子在常温下可稳定存在，可以直接装在比色皿中测量，而原子在常温下一般不可能稳定存在，需要高温使分子离解为自由原子，而获得高温的手段是加热，比如用火焰或者用電加热。两种分析方法使用的光源也不同，原子吸收通常使用空心阴极灯，而紫外-可见光谱仪的光源通常是氘灯和钨灯。这是因为自由原子光谱是线状光谱，需使用锐线光源，而分子光谱是连续光谱，可使用连续光源。为什么原子光谱是线状光谱，而分子光谱是连续光谱？在讲授时可进一步和学生一起探讨，以加深学生对量子化以及光的发射和吸收的理解。另外，两类仪器上单色器位置也不一样，原子吸收光谱仪里样品吸收池亦即原子化器（火焰或者高温石墨管）也会发光，因此，单色器置于其后;而在紫外-可见光谱仪中，单色器直接安装在光源后面。这样的比较讲授法有利于学生抓住这两种分析方法的特点，更好地领会光学分析法的一般方法原理。 　　 （二）结合科学史讲课，增加课堂的趣味性和思想性
　　 我们在讲课时，可以先把一种仪器分析方法的基本原理讲清楚，然后讲讲科学家是如何发现和实现这一方法的，将仪器研制的难点提出来，再谈谈科学家是如何解决这一难题的，解决的过程经历了怎样的曲折，反映了科学的发展是“螺旋式上升，波浪式前进”。学生通过本门课程的学习后，能有效达成知识目标、能力目标和素质目标。同时，科学发展的历史比科学理论本身更生动，几乎每种仪器分析方法的背后，都有一段历史故事[6]。有针对性地插入一些仪器分析发展中的史实和轶事，提高学生的学习兴趣，调动他们的课堂积极性。仍以原子吸收光谱分析为例，由于原子光谱是线状光谱，使得原子吸收光谱分析理论虽然和分子吸收光谱类似，但实际应用却晚了很多年。分子吸收光谱定量分析在19世纪就应用了。如果用连续光源做原子吸收光谱分析仪的光源，则要求单色器的分辨率达到2pm，这在当时的技术条件下是不可能的。1955年Alan Walsh提出使用可直接发射线状光谱的锐线光源进行原子吸收光谱分析，使得这一技术得以走向商品化应用。但他仍然认为，连续光源无疑是多元素同时测定的最佳选择。世界各地的原子吸收仪器研究者和设计者也一直致力于用一个连续光源代替70余种元素灯，在对连续光源原子吸收的研究坚持不懈地进行了几十年后，终于在研制出高分辨率光栅和高灵敏度检测器基础上研制成功了连续光源原子吸收光谱分析仪，从根本上改变了原子吸收光谱法一个一个元素测定的现状[7]。
　　 （三）实践教学与理论教学相融合
　　 仪器分析课程内容多且抽象，需要把理论与实验相结合，让学生更好地理解和掌握，同时通过实验也能提高学生的学习兴趣。因此，仪器分析实验在本门课的教学中不可或缺。实践性教学的目的不仅仅是让学生验证理论和掌握实验技能，更重要的是提高学生理论联系实际的能力，培养学生的创新能力。本课程开展过的实验包括气相色谱实验、液相色谱实验、电位滴定、离子选择性电极实验、原子吸收光谱实验、红外光谱实验、紫外光谱实验等。在每讲授完一种分析方法理论课后，安排一次相应的实验课，做到有效衔接。
　　 地方院校由于建设经费不充足，且现代分析仪器价格通常比较昂贵。因此，一方面，不是仪器分析理论课上所有讲授过的仪器都能配备齐全;另一方面，即使实验室有配备，学生操作使用大型贵重仪器也会受到一定限制。为了学生能更好地学习本门课程，我们正在购置仪器分析仿真软件，以方便学生独立地进行学习和练习，增强学生的仪器操作能力。仿真软件可以自动提示错误操作，并让学生像玩游戏一样反复演练直至完成通关，有利于学生掌握正确的操作方法。对于实验室已有仪器，学生可先完成仿真实验，再进行实际操作，提高实验的成功率，也减少了对仪器的损害[8]。通过理论知识与实际操作的有机结合可提升教学效果。
　　 （四）改革教学方法，知识传授与能力培养并举
　　 仪器分析课程内容涉及众多学科理论，学生在学习过程中容易感到抽象难懂，逐渐失去学习兴趣。因此，本课程团队积极开展教学方法和教学手段改革，重视学生在教学活动中的主体地位，充分调动学生学习的积极性和主动性。
　　 根据课程特点和要求，鼓励以班级讲授课和小班讨论课有机结合、建立让学生成为学习主体的课堂组织模式。教师团队积极学习并尝试翻转课堂教学、混合式学习、“雨课堂”手机互动教学，参与微课制作等专题交流与培训，有效提升课堂教学水平，提升学生的学习效果。
　　 注重培养学生的自主学习能力。本门课程课堂理论讲授学时有限，且内容较多，教师在对基础和重要知识点充分讲解后，鼓励并引导学生进行自主学习。
　　 注重研究性和探讨性教学，密切教学与科研、生产实践的联系。课程教学团队把课堂学习内容与教师的科研有机地结合，把仪器分析方法与学生科研项目的内容联系起来，鼓励学生参与教师的研究项目，在课堂上与学生共同探讨科研中遇到的一些问题如何用仪器分析方法来解决，让学生参与思考、讨论解决方案。实践证明，此方法可活跃课堂气氛，增强学生的自主学习意识。
　　 （五）积极开展多媒体网络教学
　　 仪器分析课程内容涉及化学、光学、电学、数学、计算机科学等多个学科的相关知识，涵盖面广，跨度大，抽象难懂。我们利用多媒体技术，综合应用文字、图片、动画和视频等资料进行教学活动，对仪器的分析过程进行模拟，使复杂抽象的内容变得形象生动，有助于学生理解相关知识点，也使课堂教学活动更加活泼有趣。
　　 随着网络技术和智能终端的普及，发挥网络教学的优势愈显重要。仪器分析课程在超星平台上建立了学习网站，网站上提供教学大纲、授课计划、教材、电子教案、课件、参考书、拓展阅读文章等学习资源，满足学生自主学习的需求，学生在智能终端上安装“学习通”APP后，可以随时查看在线课程所有学习内容，方便地获取学习资源。教师可在平台上完成学习任务设置，作业布置、批改和成绩统计，发起讨论，在线答疑等，并通过网络及时了解学生的在线学习情况。
　　 我们把仪器的基本操作过程录成视频，配上文字说明，放到网络学习平台上，作为视频教学的资料。结合操作视频，学生更容易掌握仪器操作步骤，能更好地完成教学目标。另外，我们也利用互联网收集一些仪器分析相关的精品课件和视频充实平台的教学资源。
　　 （六）改革考核方式和评价体系
　　 从多角度综合评价学生的学习情况，注重对过程及能力的考核，包括考试成绩、实验成绩、平时作业成绩、课堂练习及回答问题情况等。期末考试为书面闭卷考试，以百分制记分。按期末考试成绩占60%、平时成绩（包括考勤，实验、课堂表现，课程作业和课程小论文）占40%的比例得出总评成绩。期末考试题包括选择题、填空题、谱图解析题、计算题、问答题等多种题型，既考查学生对基本概念、基本理论和基本计算的掌握，又考查学生运用基本理论分析问题、解决问题的能力。
　　 四、结语
　　 专业核心课程建设需要教学观念的更新、教学方法的改革和考核体系的完善，需要不断探索，相互借鉴，使课程资源能够更好地被学生所接受，以提高教学质量，在此基础上，形成具有特色的专业核心课程。
　　 参考文献：
　　 [1]李志艳.哈佛大学核心课程设计及其启示[J].长春师范学院学报（自然科学版），2007，26（5）：133-135.
　　 [2]乔戈，高建民.美国通识教育“核心课程”体系改革的理念及思考：以哥伦比亚大学和哈佛大学的教育方案为例[J].南阳师范学院学报（社会科学版），2012，11（10）：108-111.
　　 [3]德里克·C·博克.美国高等教育[M].乔佳议，译.北京：北京师范大学出版社，1991：34.
　　 [4]肖燕，俞宁，贾秋红，等.《人因工程學》核心课程建设与改革实践[J].教育现代化，2018（16）：75-76.
　　 [5]程冰.地方应用型高校专业核心课程体系建设研究[J].中国成人教育，2018（2）：109-111.
　　 [6]王瑞勇，季米娜，张璐，等.仪器分析理论课程教学实践与探索[J].光谱实验室，2011，28（1）：259-261.
　　 [7]汪素萍.连续光源原子吸收光谱仪：原子吸收光谱仪划时代的技术革命[J].生命科学仪器，2004，2（6）：50-51.
　　 [8]曹秀云.《仪器分析》课程在教学实践中的探讨及常见问题[J].江西化工，2017（5）：156-157.
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