环境科学专业《仪器分析》的改革与实践

2022-11-23

环境科学专业教学的任务之一, 就是使学生能够了解化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制原理和方法, 而仪器分析是用精密仪器测量表征物质的某些物理或物理化学性质的参数, 以确定其化学组成、含量及化学结构的分析方法, 是化学、物理、数学、光学、电学、机械、自动控制、计算机等多门学科相互渗透、相互促进的边缘学科。所以, 该课程在环境科学专业的设置与教学中尤为重要。

1《仪器分析》课程课堂实践

本人在环境科学专业《仪器分析》课程的教学过程中, 结合专业培养目标, 对当前教学中存在的问题进行了一些思考, 并在改进教学方法和教学内容方面做了一些工作, 收到了一定的教学效果。主要包括以下四个方面。

1.1 针对专业设置的特点, 精心筛选授课内容

针对环境科学专业设置的特点以及就业需要, 我们采用了教材结合专业的方法, 即在讲授教材的同时, 介绍各项仪器分析技术环境科学领域的发展的方法。在制定仪器分析课程大纲的时候, 突出专业的适应性以及实用性。例如, 我们重点讲授了气相色谱、液相色谱、原子发射光谱以及原子吸收光谱等部分, 因为这些技术在环境测评以及分析中应用的非常广泛;相反, 我们对于质谱、核磁共振的部分就只是介绍了应用而已, 主要是因为这些技术在环境科学专业的毕业生将来的工作中应用的相对较少。所以, 教学前, 根据专业特点, 精心筛选了授课内容, 并且制定教学大纲要求。同时, 适当减少仪器分析理论知识的讲解, 较大幅度增加仪器的使用、维护与保养方面的知识;补充一些前沿性知识, 使学生在学好基础理论的同时, 拓宽知识面, 提高科学文化素质和创新意识, 掌握最新科技信息。如讲授“气相色谱”一章时, 将定性、定量方法列为重点内容详尽讲解, 而固定相以及流动相的选择原理只作一般阐述;以国家标准方法和文献的内容为基础, 综合介绍气相色谱在环境方面的应用;重点介绍仪器的维护与保养以及新仪器、新方法、新进展。

1.2 传统教学方法与多媒体、专题讲座模式及实例教学模式相结合

仪器分析的理论部分比较抽象, 使用传统的教学方法学生不易接受, 而采用多媒体进行教学就可以将枯燥无味的理论文字变成显而易见的图片、动画, 给学生提供具体可感受的形象, 从而使学生进入主动学习、积极思维, 产生学习热情和动力。虽然多媒体教学有丰富的表现力、巨大的信息容量, 但对于公式推导过程等方面的内容由教师在“黑板”上边推导边讲解效果更好, 因为板书可以为学生提供充分的思维空间, 易于学生接受和吸收, 还可以避免学生的视觉疲惫, 提高教学效果, 达到传统教学模式与现代教学模式的完美结合。

同时, 我们还整合了现有的教师知识体系, 建立了“仪器分析及其技术”课程教学小组, 充分利用不同老师的专业优势, 采取多名教师进行专题讲座式的教学, 这样能使学生更多, 更快, 更深的了解“仪器分析及其技术”领域的最技术、方法以及发展动态, 实践中收到了同学们广泛好评。而在专题讲座之后, 主讲教师会给同学布置相关内容的专利以及文献查阅, 不仅增加了同学们的学习兴趣, 而且极大的扩宽了知识面。例如, 我们在讲授原子发射光谱法一章时, 先由主讲老师简单介绍了原理部分, 之后由几位长期从事原子发射光谱法测定重金属离子的老师来综述这项技术的应用与发展。

此外, 我们采用了“实例教学”的授课方法, 这是该课程改革的主要内容, 首先我们从重庆三峡学院环境监测中心承担的项目里精心挑选有代表性的一些实例, 如:长江消落带区域重金属离子的迁移与转化, 再由参加完成这些环境质量评价项目的教师进行专题讲座, 说明仪器分析在实践中的应用。通过这种丰富多彩的“实例教学”, 能让书本内容更贴近实际, 同学们的学习情绪也非常饱满, 使学生能更好地理解和掌握所学的理论知识, 培养了学生灵活利用专业知识解决问题的能力。

1.3 改革实验内容, 突出先进性和实践性

如何利用实验室条件进行实验教学、提高学生的学习兴趣是我们一直在探索的问题。我们针对环境科学的特点, 把常用的仪器分析操作为重点, 选择原子吸收光谱、原子发射光谱、紫外吸收光谱、红外光谱等常见的仪器分析技术作为实验内容, 按照“实践—理论—实践—理论”的认知规律, 由浅入深、由易到难的教学规律, 将理论作为实践的背景, 学中做, 做中学, 在学习中构建理论体系, 以分析方法的应用和仪器的使用作为教学的切入点, 实施理论与实践一体化的教学模式, 以仪器分析方法为依据构建教学模块。

虽然, 我们学校配备的仪器不一定是当前最先进仪器, 但是我们还注重仪器分析的先进性, 淘汰一些已经过时的分析仪器, 重点介绍自动化程度高、灵敏度高、分析速度快的仪器。我们在讲授仪器分析实验的时候, 尽量把仪器不同、特点比较以及发展介绍给同学们, 使其对所用的仪器有了全面的认识。

此外, 我们在加强实验操作和数据原始记录规范的基础上, 调整教学计划, 大幅度增加学生实验、设计性实验和现场分析的内容, 使学生有更多的时间动手操作, 面对问题情景, 动脑设计实验方案并亲自验证。如开设“头发中重金属含量的综合评估”“可乐饮料中防腐剂的高效液相色谱分析”等设计性实验。同时, 通过开放实验室作为学生课后实践的重要环节, 提高学生的实践能力和创新能力。开放实验主要包括: (1) 补做或重复计划学时内实验; (2) 筛选“实验”的研究性课题。

1.4 引入课程论文考核标准, 优化考评机制

我们在教学过程中探索了多样化的考核方式, 一方面, 平时成绩不再单纯由作业决定, 而是重视课程小论文。每章课程结束后, 布置与这章相关的题目, 要求学生充分利用图书馆, 数据库, 网络资源来了解课程基本原理的发展与应用, 然后运用所学的基本概念, 总结概括甚至是尝试性地解决一些书本之外的问题, 写出书面报告并进行口头报告, 在这个环节中, 学生通过查阅大量文献, 阅读科技期刊和学术专著, 不断地培养分析问题、解决问题以及“查、阅、写”的综合能力;制作PowerPoint电子讲稿, 每人做一定时间的学术报告, 锻炼和考查学生的表达交流能力, 鼓励学生提出问题, 并尝试运所学的基础知识解决书本之外的问题, 激发求知欲望和学习兴趣。大多同学为写出一份满意的报告, 可能查阅了几十文献, 然后提炼总结, 对基本概念与原理的掌握更深人。不仅如此, 学生在广泛进行文献调研的同时, 了解到了原理的实际应用, 将抽象的概念与成功的科研成果联系在一起, 使对原理的学习更感兴趣, 也加深了对专业的了解与热爱。实际上这一环节很能考查学生获得知识的能力, 可以真正考查和锻炼学生, 更重要是使学生自始至终处于主动学习状态;另一方面采取期中考核与期末考试相结合的方式来检测学习效果, 避免学生前松后紧, 克服期末一次考试定成败的弊端。期中考核以开卷的形式, 重点考察学生分析问题解决问题的能力, 并能够使教师有针对性地进行教学, 期末则采用闭卷的形式, 督促学生对所学知识进行全面系统地复习, 两者结合更能体现学生对所学内容的灵活掌握情况。

2 科研促教学, 增加学生的科研参与程度

根据我校地处三峡库区的特点, 我们主要在以下两个方面将教学与科研实践相结合。

2.1 将学生引入到学校的课题研究中, 进一步提高学生的动手能力

根据教学内容及学生学习情况和兴趣, 把部分学生分配到本学院各科研所内, 学生利用闲暇时间与有关教师一起从事各种科研工作, 切实感受各种分析仪器的应用, 为学生完成毕业论文奠定了良好的研究基础。例如, 我们在讲授紫外-可见吸收光谱一章的时候, 适当选取了水体污染常见的重金属离子分析作为重点来选讲, 利用金属离子与有机物可以形成配合物的性质, 使学生自主设计测定重金属的方法, 并遴选部分学生参与三峡库区水体重金属离子测定的科研项目, 最后写出实验结果报告, 从而培养了学生独立思考的能力。当然, 将最新科研成果引入教学应该适当掌握信息量, 可在课堂上恰如其分地插入, 不能过多, 否则, 学生的理解往往跟不上, 像是上了一堂“高级科普课”, 达不到预期效果。

2.2 实行学生科研创新活动

挑选部分优秀学生组成科研兴趣小组, 在《仪器分析》课程进行中以及结束后, 也就是在大学二年级和三年级的时候就参与到一些老师的科研项目中来, 成为科研小组成员并承担部分科研工作, 使他们在校期间就受到严格的科学研究实践的锻炼, 培养学生的基础实验操作技能和独立进行科研实验的能力, 发挥在《仪器分析》课程中所学的的知识, 进一步培养学生严谨的科学素养、实事求是的工作作风和科学研究方法, 增强动手能力, 提高综合素质。例如, 我们在课程讲授结束之后, 挑选了部分学生参加我们的重庆市科委以及教委的资助项目的研究, 参加的同学普遍反应得到了实际的锻炼, 为将来的就业以及深造打下了实践的基础。

总之, 我们通过对环境科学专业《仪器分析》课程的教学实践, 发现了现有教学体系的一些问题, 提出了我们的几点改革意见, 并在实践教学中予以实施, 获得了很好的效果。

摘要：针对了目前《仪器分析》课程教学的现状和问题, 结合环境科学专业的特点, 提出了有效授课内容的筛选、教学模式多样化、实验内容先进性和实践性、论文考核标准引入以及科研促教学等五方面改革, 并在本科教学的实践中获得很好的效果。

关键词：环境科学,仪器分析,改革,实践