大学化学, 2021, 36(1): 2007049-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202007049

专题

讨论式教学在仪器分析课程中的实践探索

张海霞,1, 纪永升2

The Exploration of Discussion Teaching in Instrumental Analysis

Zhang Haixia,1, Ji Yongsheng2

通讯作者: 张海霞, Email: zhanghx@lzu.edu.cn

收稿日期: 2020-07-14   接受日期: 2020-08-27  

Received: 2020-07-14   Accepted: 2020-08-27  

Abstract

In order to improve the quality of classroom teaching to better serve the purpose of cultivating talents, we explored the discussion teaching in instrumental analysis course based on its characteristics. In this paper, we summarized the teaching practice including introduction of course, teaching design, teaching process and teaching evaluation, which would provide experience for the exploration of classroom teaching in chemistry major.

Keywords: Instrumental analysis ; Discussion teaching ; Scientific thought ; Key competence

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张海霞, 纪永升. 讨论式教学在仪器分析课程中的实践探索. 大学化学[J], 2021, 36(1): 2007049-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202007049

Zhang Haixia. The Exploration of Discussion Teaching in Instrumental Analysis. University Chemistry[J], 2021, 36(1): 2007049-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202007049

近年来,我国社会经济高速发展进入转型阶段,高等教育也进入内涵提升与转型期,为适应社会经济发展需求、解决教育领域存在问题,改革探索一直在不断进行。根据2018年全国教育大会习近平总书记讲话精神,教育要坚持立德树人的育人根本,解决“为谁培养人、培养什么人”的问题,根本方向不能改变[1];通过思政课程与课程思政实现全课程育人,发挥专业课程的育人功能[2]。教育教学是一项复杂工程,需要社会、学校、教师、家长与学生多方参与完成,教育改革工作一直都在进行中[3]。不同的学科、课程千差万别,需要根据课程自身的特点,采用符合学科规律的教学方法,在实现育人的前提下完成知识传授与能力培养。

仪器分析是高校化学专业的核心基础课程,是以物质的物理、化学性质为基础,利用测量仪器对物质进行定性分析、定量分析、形态分析,主要包括色谱、光谱、电化学分析等内容[4]。由于该课程涉及到多种仪器和方法,各部分内容相对独立,各种仪器应用差别较大,很多学生感觉到该课程“凌乱”,不能建立知识点之间的联系,学习过程难以抓住重点。尽管各种仪器原理、应用有很大差别,但其对物质的定性、定量分析还是存在普遍规律,我们称为“分析化学思维”,而大多数学生往往不能掌握并建立这种思维模式。另外,化学学科的发展从来都是和社会发展密切相关,不断地为社会发展提供解决问题的方法,化学领域学术大师的研究都立足于解决社会发展的问题,作为化学专业的学生首当其冲是培养其家国情怀、责任担当、科学精神,从而使他们真正成长为促进社会发展的人才[5]。基于以上分析,我们探索在化学萃英班(拔尖班)开展基于科学思维与核心素养培养导向的仪器分析讨论式教学实践[5, 6],期望能通过仪器分析课程培养学生分析化学科学思维与自主学习、思辨精神、团队协作等核心素养,并加强学生家国情怀、责任担当、科学精神的培育。讨论式教学较传统的讲授式课堂教学,更注重发挥学生的主动性,是一种互动性较强的教学方式,通常由教师提出问题、小组讨论、各抒己见、总结确定结论等过程[7];讨论式教学将学习变被动为主动,更有利于培养学生的自主学习能力、创新思维等核心素养[8]。以下将从课程简介、教学设计、教学过程、教学评价等方面展开讨论。

1 课程简介

在国家“拔尖人才”计划[9]支持下,兰州大学在化学学科开设萃英班,旨在培养化学领域领军人才。一年级下学期选拔20名同学,这些学生学习能力强、基础好、学习态度积极,常规的教学内容不能满足其学习需求,也不符合萃英班的培养目标。这些学生更需要加强家国情怀、责任担当、科学精神的培养,使他们真正成为国家建设的有用人才。仪器分析课程为萃英班二年级必修课,学生已经学习了无机化学、有机化学与化学分析,有一定的化学基础知识,熟悉化学分析。由于仪器分析与其他化学课程相比有独特的规律与特点,大多学生尚未掌握分析化学规律并建立分析化学思维。仪器分析主要包括光谱分析、色谱分析、电化学与质谱等内容,随着科技进步,不断有新技术新方法出现,在有限的教学时间内不可能覆盖所有内容。另外,部分学生会出现重实验轻理论的现象和理论知识综合运用能力较弱的问题。基于上述分析,我们尝试在翠英班仪器分析课程中开展讨论式教学实践探索。

2 教学设计

以教学大纲为基础,培养目标为方向,基于学生的知识结构、理论基础,以及所存在问题的学情分析,结合本校的教学条件开展教学设计。一切教学设计以学生的学习、发展为中心,以教师为主导。教学设计主要包括教学目标、教学内容、教学方法、教学评价等模块。教学目标分为知识、能力、德育目标,其中要求学生掌握常用仪器原理并能够灵活运用;能够建立各知识点的相互联系并掌握其规律,建立分析化学思维;实现家国情怀、责任担当、科学精神的德育目标。为实现上述教学目标,本课程主要采用课堂讲授、课堂讨论与小组讨论相结合的教学方法[10]。其中教师课堂讲授30学时,重点讲授重点难点;教师组织课堂讨论5学时,主要对相关理论、知识点综合分析,帮助学生建立知识点的相互联系;学生组织小组讨论、课堂展示10学时,主要开展问题导向的分析、解答、方案展示。教学评价主要通过期中检测、期末检测、作业(含自学环节)、小组讨论来考核。本课程加强了讨论式教学在教学中的应用,小组讨论主要包括素材准备、问题发布、组织准备、课堂展示、师生质疑、考核评价等过程如图 1所示。小组讨论选择贴近生活、有代表性的社会热点问题,还要尽量覆盖仪器分析课程内容。问题内容如表 1所示,发布问题分为基础型、综合型和研究型,基础型问题考查所学知识的总结分析,综合型利用所学知识制定解决方案,研究型问题需要学生发现问题、制定解决方案并得出结论。课程发布以后学生小组内讨论,如有疑问可以随时与老师讨论,课堂展示后进行小组间质疑问答、师生问答,并进行教学反思。本课程所设置的讨论式教学贯穿于整个教学过程,问题的讨论分析、解决方案制定需要学生对所学知识归纳分析;所发布问题涉及社会民生热点问题,以这些问题为导向,教师全程组织、监督,可以实现对学生家国情怀、责任担当、科学精神的培养,同时提高学生自主学习、辩证思维、团队协作、总结归纳、表达交流等核心素养。

图1

图1   小组讨论示意图


表1   讨论题目

序号题目类型小组编号
A化学分析与仪器分析的差异是什么?基础1, 4
B电化学与原子光谱相比,异同点及各自的优缺点是什么?基础2
C某区域海水被污染,出现大量死鱼,请从分析化学角度分析原因?综合3
D针对新冠病毒疫情,结合分析化学知识,可以为应对疫情提供哪些技术支持?研究3
E敦煌壁画,刚描绘时肯定是鲜亮无比,现在却褪色发黑了,试用仪器分析方法进行解释?综合4
F亲戚家买了治疗鱼烂尾的药物,请你帮忙分析有哪些成分组成,请制定仪器分析相关分析方案。综合2
G药物发生作用,需要和蛋白质或DNA作用,你能利用仪器分析方法检测它们之间是否发生了相互作用?研究1

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3 教学过程

本课程内容较多不能详尽讨论,以具体实例展示教学过程,重点介绍讨论式教学执行情况。本课程讨论式教学分为课堂讨论与小组讨论,按照教学内容精心设计预设问题。在色谱、光谱、电化学等部分课程讲授后增加课堂讨论,主要讨论各部分知识点的相互联系及进行归纳分析。以色谱部分的讨论为例,在色谱概论、气相色谱、液相色谱等课程内容结束后进行课堂讨论,提出问题:“客户送来了一个混合物样品,要求利用色谱进行有机物A的定性与定量”,通过对该题目的讨论进行知识点的梳理。引导学生回忆、思考并讨论的同时,教师在黑板上列出色谱部分的知识架构(图 2),对该部分知识进行全面总结,勾勒出知识点之间的联系,以及对待一个真实样品需要考虑的问题。教师重点讲解不同方法的使用范围与操作注意事项,通过归纳整理,让学生对色谱法以及应用色谱法解决问题有了全面认识,为将来选择合适的色谱方法打下基础,同时让纷乱的知识点根据不同的分析要求和特点关联起来。通过课堂讨论,学生对理论知识有了更全面的理解;通过与实际问题相联系,课本知识“动”起来了。

图2

图2   色谱部分知识树示意图


本课程的小组讨论贯穿于课程始终,在课程的第一节课,布置了讨论题目(表 1),要求萃英班20名学生自行分为四组,每组选择两个题目,在期末讨论课上进行展示,组与组之间进行质询讨论。小组讨论考核按照PPT制作、讲授内容、小组协作、互动、讲解清晰程度、知识面等多因素综合评价。小组讨论课堂展示超过预期,大部分学生都非常认真地查阅了文献,精心制作了PPT。PPT制作过程中分工协作、小组内讨论、小组间讨论、师生互动,还有学生请教了外专业同学、高年级学长和校友。小组组长组织了小组讨论,小组成员进行课堂展示;讲解完后其他小组进行质询讨论,问题包括对该小组的组织方式、讲解是否偏离预设问题、是否有更好的思路、有何启发感想等展开讨论,讨论过程气氛热烈。其中17名同学的讲解都很到位,只有3名同学的讲解较差(其一是语言表达能力差,其二是基础知识不牢,另一个是不够努力没有达到考核要求)。被评价较差的其中一位同学主动要求重新制作PPT和讲解,另一位同学也主动要求自行寻找题目,重新查阅文献,希望老师再次进行考核。小组讨论结束后,每个小组进行总结反思,总结学习心得。通过小组讨论,学生不仅锻炼了自学、归纳总结能力,还拓展了课程之外的知识内容。如表 2所示小组讨论所涉及内容,有些内容属于大三“现代光谱分析”课程的知识;有些属于生物分析的范畴;在样品前处理上,学生也选择使用了课本外的知识点,掌握了无损分析的概念,对样品前处理的科学性进行了思考;有的同学总结了“无损分析与仪器改造必要性”“实验室仪器与快检设备”等观点。通过小组讨论,锻炼了学生的科学思维,也使学生对家国情怀、责任担当有了更具体的理解。

表2   讨论题目使用知识点总结

知识点及使用次数问题序号
ABCDEFG
紫外光谱11122
红外光谱1112
核磁共振13
质谱1213
原子光谱11211
电位分析111
库伦分析111
伏安分析11113
气相色谱(含气质)131
液相色谱(含液质)1214
其他仪器方法差分脉冲法气体分子吸收光谱各种扩增和酶联免疫方法粉末衍射,高光谱高效毛细管电泳法拉曼光谱,荧光光谱
样品处理方法液相微萃取、浊点萃取法、QuEchERs生物样品处理法、絮凝沉淀法、蒸馏法无损分析生物样品前处理,离心,显微镜,细胞计数板亲和纯化,超滤
定性定量方法外标,标准加入法外标,内标外标定性外标法,内标法,标准加入归一化,对比

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4 教学评价

任何教学活动都是以学生的发展和学习效果为中心,以完成教学目标为目的。本课程的最终考核由期中测试、期末测试、小组讨论考核、其他组成,如表 3所示,其中知识目标由测试考核,能力目标由测试和小组讨论考核,德育目标由小组讨论考核。小组讨论考核按照PPT制作、讲授内容、小组协作、互动、讲解清晰程度、总结感悟等多因素综合评价(图 3)。本课程的讨论式教学取得良好的教学效果,学生普遍反映通过讨论加深了对课程内容的理解,初步建立了分析化学思维,切实感受到化学领域科技工作者的家国情怀、责任担当。

表3   课程考核项目组成

序号考核项目比例考核目标
A期中测试30%知识、能力
B期末测试50%知识、能力
C小组讨论15%能力、德育
D其他5%能力、德育

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图3

图3   讨论部分考核指标


5 结语

结合仪器分析课程特点采用讨论式教学,以科学思维与核心素养培养为导向预设了讨论问题,讨论问题覆盖面广、难度水平适中,讨论活动贯穿于课程始终。通过小组讨论,学生不仅培养了自主学习、辩证思维、团队协作、总结归纳、表达交流等核心素养;同时加强了对学生家国情怀、责任担当、科学精神的培育;进一步加深了学生对课程知识的掌握,增强了其灵活运用能力,初步建立了分析化学思维。本课程以小组讨论式教学模式,在萃英班仪器分析课程教学中取得了良好的教学效果,对于提高教学质量、增强课堂育人功能有一定的借鉴意义。

参考文献

坚持中国特色社会主义教育发展道路培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人.[2018-09-11]. http://edu.people.com.cn/n1/2018/0911/c1053-30286253.html

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