基于“立德树人”的仪器分析化学实验教学改革探索

耿 萍，徐志爱

（华东师范大学化学与分子工程学院，上海 200062）

0 引言

立德树人是教育的根本任务。教育事业不仅要传授知识培养能力，还需要引导学生形成正确的世界观、人生观和价值观。仪器分析化学是分析科学领域必不可少的重要组成部分和发展方向，是以分析仪器为基础，通过测定物质化学组成、状态、结构和含量，从而进行科学研究与质量监控的重要手段，已被广泛应用于医学检验、药物分析、环境监测、食品检验等诸多方面［1-3］。仪器分析实验则是学生掌握各种仪器及其分析方法的重要环节。通过仪器分析实验课程的学习，学生不仅可以加深对基本理论知识的理解，而且培养了运用理论知识解决实际问题的能力，为继续深造学习和未来就业打下良好的基础。

因此，以“立德树人”为导向，通过不断改进与完善实验教学方法与教学模式，有助于学生更好地理解现代化大型精密仪器的基本理论和分析方法，激发学生自主学习的热情和潜力，培养学生的创新精神和科学思维［4-6］，提高人才培养质量。

1 仪器分析化学实验教学现状

仪器分析实验教学中涉及的大型精密仪器较多且价格昂贵，不会像其他基础实验课一样为每位学生提供1 台仪器。尽管采用循环实验的方式同时开动多种仪器的分析实验课程，2 或3 人1 组做同一个实验，但是每组学生每个实验只有4 学时的时间，学生接触仪器的时间有限。同时实验教学具有空间壁垒，与理论课学习不同，实验教学必须在实验室中进行，除了课堂时间外，学生很难接触到大型分析仪器，严重缺乏与实验学习有关的材料和环境，也使课前预习和课后复习不免流于形式。

现代化大型仪器设备通常结构复杂，而仪器结构几乎全是封闭式，学生无法观测到仪器的内部构造。同时，学生没有接触过这些大型分析仪器，难以在短时间内快速有效地掌握分析仪器的操作要领和解决实验过程中出现的问题。因此，这些分析仪器本身的特点迫切地需要仪器分析实验教学有更直观更有效的教学手段和方法。

课堂教学模式主要是采用教师先讲解实验内容，演示具体操作步骤，然后由学生自己完成实验，最后由教师进行评价。这种单纯的授课方式存在很多弊端，例如：仅靠教师课堂讲授实验相关内容，形式比较单一枯燥，而且有限的课堂时间使学生对理论知识的认识不够深入；每个学生实际动手操作的实验时间较短；学生在实验过程中的个体差异较大，没有足够的时间解决这些个体差异问题；学生在实验课堂上仅能按照实验步骤操作仪器，得到仪器给出的实验结果，实验过程中缺乏思考的空间，不利于创新能力的培养。

在长期的仪器分析化学实验教学过程中，通过总结和研究，根据当前拔尖创新人才培养的理念，结合我校实际对仪器分析化学实验教学进行了改革和探索，坚持立德树人，以培养学生的全面发展为目标，改革实验内容和教学方式，完善考核机制，让学生在实验过程中切身感受理论与实践的结合，扩大他们的眼界，激发他们独立思考、自主学习的积极性及创新意识和科学思维。

2 仪器分析化学实验教学改革探索

2.1 坚持立德树人，将思想政治教育贯穿于实验教学过程

为了完善和深化课程思政教学改革，构建思想政治教育与专业教育有机融合的课程体系，深入推动习近平新时代中国特色社会主义思想进教材、进课堂、进头脑，坚持把“立德树人”作为中心环节，将思想政治教育融入仪器分析实验教学全过程中，凸显对学生的人文关怀、科学思维、专业伦理、服务观念和科学素养的培养。①人文关怀方面，强调规范操作与实验安全，引发学生关注生命健康；重视废液回收，减少环境污染，引发学生对环境保护的关注。②科学思维方面的启发，贯穿于实验原理中，如电导率是电阻率的倒数，由此延伸到时间，每天24 h 的时间总量是不变的，引导学生合理安排每天的学习与休闲时间，不要虚度光阴。滴定实验中确定滴定终点的方法有多种，引导学生了解各种方法的特点，在应用时根据实际条件和要求，选择适当的解决方法。③专业伦理方面从实验数据的处理方面进行引导，比如做平行实验，对实验结果进行科学记录与计算，教导学生严守道德诚信。④服务社会方面从仪器的发展历程方面进行渗透，如滴定实验由手动滴定到自动电位滴定仪的发展历程，展示了人类创新思维与技术革新的能力，使滴定法成为一种精确、可靠、快速、简便的分析技术，应用于实际生活中样品的检测。⑤科学素养方面强调追求真理和团队精神等，要求学生知其然，更要知其所以然，这样才能使实验教学成为理论与实践的结合体。任课教师也努力将课程思政内化为自觉的教学行为，将思想政治教育融入化学实验教学的全过程，以不言之教达到育人效果，促进学生的全面发展。

2.2 改革实验内容，激发学生的实验热情

“立德树人”要求发挥课程育人的吸引力，就需要对实验内容进行挖掘。仪器分析实验教学的目标是要求学生掌握仪器分析研究方法及仪器相关的实验操作技能，从而达到提高学生的实验动手能力、创新能力和分析解决问题能力的目的［7-9］。合适的实验内容对于仪器分析实验教学有着重要的作用。实验内容如果设置不合理，验证性实验安排较多，学生按规定操作进行，无须更多思考，只是简单验证实验结果，这样做实验兴趣不强，积极性不高。因此，实验内容的设计和选取不仅要注重体现仪器的特点，更要注重学生的兴趣和热情，让学生在实验过程中充分展示其主动性和创造性。

在实验研究对象选择方面，充分考虑与实际生活的结合，以此激发学生自主学习的热情和动力，有了内在的驱动力，学习自然也就变为主动的行为，学生在完成实验后就会有成就感，实验兴趣会更浓。比如开设的维生素B2含量测定、阿司匹林药片的红外谱图测绘、矿泉水中钙镁离子测定、水样中重金属离子的电化学测定、自来水中氯离子含量测定、牙膏中氟离子含量研究等实验，这类实验内容与实际生活密切相关，充分调动了学生实验的积极性，激发了学生的实验热情，有效地培养学生的思维创新，以及灵活应用知识独立分析解决问题的能力，有利于学生个性的发展，是提高学生综合素质的有效途径。

2.3 实验教学方式的改革

随着教学理念的不断创新和教育技术手段的不断改革，传统的一成不变的课堂教学远远不能满足学生个性发展的需要。学生既要储备深厚的知识，又要具备将知识转化为实践创新能力。教学模式不能再是单一的传统讲授，实验教学方法必须要灵活变通，真正实现以“学生为中心”的人才培养目标［10］。因此，将微视频教学和翻转课堂教学模式应用于仪器分析实验教学中，探索立德树人的多种实现途径，使实验课程更具活力，从而提高育人水平。

微视频教学是一种为学生提供分层次学习的视频教学方式，是传统课堂学习的一种重要补充形式，满足各个学生的自主学习需求［11-13］。我校“大夏学堂”是学校构建的辅助课堂教学的在线课程教学平台，教师将每个实验的微视频放在“大夏学堂”教学平台上供学生预习使用，并设置了课前预习测试题，完成预习作业的同学才可以开展实验。教师也可以跟踪查看学生微视频的学习次数、测试是否完成及得分情况，将这些具体的课前学习过程数据化，作为学生实验课成绩考评的一部分。

学生通过实验讲义和网络平台完成预习，制作实验海报，课堂上轮流讲解实验原理、实验内容和实验操作，并将预习时不清楚的问题向老师提问，最后教师进行讲解、提问、点评和总结。学生的课堂表现是实验成绩考核内容之一，这样可以充分调动学生学习的主观能动性。这种翻转课堂模式是把知识传授的过程放在课前，把知识内化的过程放在了课上。学生在上课前就完成了对课程内容的自学，课上教师只需对实验相关内容进行补充，有更充裕的时间来解释实验的疑点和难点。实验结束后，学生依然可以利用手机电脑随时观看实验视频，从而对实验内容有更深刻的理解和认识。同时，在“大夏学堂”教学平台上，还设立了讨论交流区，同学们可以将实验中遇到的疑难点和经验教训等发布在交流区，便于其他同学学习和借鉴。相对于传统的实验教学，微视频和翻转课堂的实验教学模式，充分调动了学生学习的能动性，激活了学生的思维，更提高了学习效率和深度，真正实现了以“学生为中心”的因材施教和自主学习，提升了对学生科学思维的训练。

2.4 完善课程评价机制

实验考核是规范实验教学的重要组成部分，是反映学生实际掌握操作情况的最有效的手段，会直接影响学生学习的积极性，对学生的学习方法、学习态度也起到重要的导向作用［14-16］。传统的实验考核中实验报告是实验成绩评定的重要依据，重点在实验报告数据是否准确、格式是否正确、态度是否认真等，而对实验过程的评定较少。有的学生对实验原理一知半解，实验过程中操作不认真，甚至违反一些基本的操作规范，而这些在实验报告中都无法体现。实验考核机制的不完善，使学生得不到客观的成绩，从而会挫伤学生做实验的热情，以及深入思考的积极性。因此建立客观反映学生综合实验素质的考核方法非常必要。根据仪器分析化学实验的课程特点，调整了评分标准，更加强调过程性评价，突出对学生课堂讨论参与程度的考核。单次实验评分标准中包含了4 个部分：课前预习（20%，包含大夏学堂PPT 和操作视频在线学习及在线测评），课堂学习（50%，教师考核学生课堂表现）；实验报告（25%），在线参与度（5%，大夏学堂在线参与情况）。实验过程中主要考查学生各种操作技能和遇到问题时解决问题的能力。实验报告评阅中侧重于学生对实验结果的分析、对实验过程的反思以及思考题的解答和归纳。实验结束后，学生实验期末总评成绩是各实验成绩总和的平均值。增加实验过程性评价比例的目的在于激励学生积极参与讨论，促进学生对实验原理的理解和实验过程的掌握，最终提高学生的实验素养。几年的实施表明，这一综合评价标准得到了绝大部分学生的肯定，调动了学生的积极性，提高了学生的实验兴趣和实验能力，同时也充分体现了“实事求是”的德育渗透。

3 教学实施过程实例分析

以“原子吸收光谱法测定水样中的铜离子”实验为例，探讨基于“立德树人”理念的仪器分析化学实验教学改革路径。

3.1 课前活动

（1）确定教学目标，设计实验内容，选择学校内樱桃河水为检测对象，提高学生的探索兴趣和积极性。

（2）设计和制作带有讲解音频的教学课件（包括实验目的、原子吸收光谱法实验原理、实验步骤，原子吸收分光光度计仪器结构及操作），上传至“大夏学堂”网站，供学生随时随地观看学习。

（3）录制微视频，将仪器结构、仪器操作和实验操作具体内容及注意事项录制成微视频，上传至“大夏学堂”网站上，供学生反复观看学习。

（4）编制预习检测题，根据本实验课的教学目的编制了4 条预习测试题：①石墨炉原子吸收法和火焰法的优缺点。②原子吸收光谱和原子发射光谱的对比。③原子吸收光谱法定量分析如何选择使用工作曲线法或标准加入法。④阐述样品的前处理方法及其优缺点和适用范围。

（5）提供学习资源，在“大夏学堂”平台上提供一些学习资源供学生选读，如有关原子吸收光谱仪的发展历程，有关原子吸收光谱应用的中英文文献等。学生可以根据自身学习的需求进行知识拓展。学生线上观看教学课件和实验微视频，组内讨论，制作实验海报，完成预习检测，并将疑问反馈到“大夏学堂”交流区。根据教师提供的学习资源和参考文献，学生自由学习，扩大知识面，为今后设计型实验打下基础。教师在“大夏学堂”平台上对学生的预习情况进行查看，并对学生反馈的问题进行整理、汇总，有针对性地设计和调整后续课堂活动内容。

3.2 课中活动

通过课件和微视频的学习，学生在课堂上播放自己制作的实验海报，并轮流讲解实验原理、实验内容和实验操作，并将预习时碰到的疑难点进行交流讨论。教师针对学生的疑惑进行讲解，并设置提问环节，对以下问题进行讨论：①在原子吸收分析中为什么要使用空心阴极灯作为光源？②灰化温度和原子化温度对吸光度值有怎样的影响？如何选择最优实验温度？③原子吸收光谱法有哪些干扰，怎样减少或消除这些干扰？④原子吸收光谱线为什么是有一定宽度的谱线而不是波长准确等于某一值的无限窄谱线？试分析谱线宽度变宽的原因。

讨论结束后，教师进行点评和总结，学生开始合作完成实验，教师跟踪指导，及时指出实验中的不规范操作。实验操作结束后，教师检查学生实验数据记录和实验结果。整个实验教学过程中教师将思想政治教育贯穿其中。实验前，拓宽理论知识内容的深度和广度，重视安全教育和规范意识的培养，这也是对学生的人文关怀。实验中，①要求学生端正学习态度，端正的学习态度比完美的实验结果更重要；②强调团队合作意识，本次实验为2 或3 人合作的小组实验，实验的成功需要每个人的努力和配合；③为了确保实验数据真实可靠，教师要求每个样品都要做平行实验，教导学生实验结果来不得半点虚假，必须严守道德诚信，灌输实事求是、科学严谨的实验态度，这些都是今后个人发展和立足社会的基石。④在废液处理方面，提醒学生重视废液回收，减少、杜绝环境污染，引发学生对环境保护的关注。实验后，提醒学生要重视每一次实验课后的总结与反思，只有不断思考和总结，才能逐步提高自己的能力。

3.3 课后活动

学生课后书写实验报告，并对实验的得失成败做总结和反思。教师根据评分标准，对实验过程，如溶液的配制，移液器的使用和进样操作的准确度等以及学生课堂讨论参与程度进行评价。评阅实验报告，并把实验报告中存在的问题及时通过“大夏学堂”教学平台反馈给学生，对共性问题进行归纳总结，形成新的教学资源，为今后该实验教学活动的设计和调整提供素材。

4 结语

基于“立德树人”教育理念对人才培养的要求，通过改革仪器分析化学实验教学模式，在实验教学中融入思想政治教育，以学生发展为中心，注重学生实践能力的培养，取得了初步成效。学生的实验积极性和学习主动性明显增加。从与学生的交流和反馈来看，新的教学体系的建立对于提高学生的动手能力、创新能力、综合设计能力以及团队协作能力有着非常重要的现实意义。新的教学模式不仅强调学生技能的培养，对思维过程培养也起到了启示作用，优化了课堂教学效果，提高了仪器分析实验的教学质量，为创新性人才培养进行了有益的探索和实践。