“环境仪器分析”创新实验教学体系研究与实践＊

周航，李科林，辜娇峰，李芸

“环境仪器分析”创新实验教学体系研究与实践＊

周航，李科林，辜娇峰，李芸

（中南林业科技大学 环境科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

“环境仪器分析”是高校环境科学等相关专业基础课程，其配套实验课程具有实验次数多、验证性实验多以及侧重仪器操作步骤与技能的特点。课程实验教学环节创新性开展，有利于学生综合应用能力的提高，从而提高专业人才培养质量。围绕学生兴趣和社会需求创新实验教学内容，基于“课前预习+研讨式课程讲解”创新实验教学方法，多媒体辅助与现场教学相结合优化实验教学手段，同时完善实验教学考核体系，可保障课程实验教学的高质量开展。

环境仪器分析；实验教学；教学体系；创新与实践

环境问题是当前全球关注的重大问题之一，国家对环境保护越来越重视，社会对环境监测、管理人才的需求量也逐年增加。环境仪器分析方法是环境分析和监测的重要手段，在国家层面颁布的大气、水质监测项目的150多种标准方法中，环境仪器分析方法是主要内容[1]。高校在环境科学等相关专业均开设了“环境仪器分析”，并作为专业基础课，希望通过课程理论知识的学习、实验操作的训练，培养符合社会需求、具有创新意识的环境专业人才。然而，基于课程实验教学的特点及不同院校培养环节的不同，课程实验教学中还存在一些问题亟待解决。不仅需要改变传统实验教学意识和观念、优化实验教学内容，还需要加入新的技术手段、教学方法，充分调动师生积极性，培养学生的创新能力、创新意识以及动手能力，构建起适合“环境仪器分析”的创新实验教学体系。

1 “环境仪器分析”实验教学的特点与问题

“环境仪器分析”课程实验是一门实践性强、实验操作要求高的课程，具有实验次数多、验证性实验多、实验环节侧重仪器的操作技能等教学特点。在当前实验教学过程中存在的最突出问题则是配套仪器设备少、学生独立操作机会少、设计性和创新性实验少、学生参与度低[2-4]，侧重仪器的操作技能、忽视实验前的样品预处理[3-5]，学生对大型精密仪器的结构和操作方法的直观认知少。这些问题的存在直接影响了学生对环境仪器分析技术的直观印象和学习热情，降低了实验教学质量，造成许多学生实际运用能力不强、解决问题能力差、动手能力差[4-5]。

2 “环境仪器分析”实验教学的实施

针对“环境仪器分析”的实验教学，许多综合性大学融合现代实验教学理念与教学模式开展了一些试探性研究和改革，取得了一定的成效。首先，改变实验教学附属于理论教学的观念，认识到实验教学质量是人才培养质量的重要组成部分，视实验教学与理论教学同等重要[6]。其次，重视实验教学，通过省部共建实验室等各项措施引进大型仪器设备，为实验教学提供强有力的物质支持[7]。第三，在实验课时和内容设计上也有了新的实践。例如，合理安排学时，加大实验力度，将实验设置为一门独立的课程，并将课时量从16学时增加到32学时[6]。按照“分层次、模块化”的教学设想，将实验课程分为基础仪器分析、现代仪器分析和应用分析检测三个层次，促成学生既学习了仪器分析课程的专业知识，又提高了社会实践能力[7]。在实验教学的过程中采用研讨式教学方法，通过提问的诱导，鼓励学生对知识进行探究和怀疑，充分调动学生的积极性与参与度[8]。计算机辅助教学也应用到教学过程中，建设虚拟实验室，改革仪器分析实验，提高仪器分析实验教学质量[9]。

3 创新实验教学体系构建与实践

3.1 丰富“环境仪器分析”创新实验教学内容

根据院校对基础专业课程实验教学环节的要求，结合专业培养方案与目标，提高实验教学课时量，调整“环境仪器分析”实验教学内容，减少辅助理论教学的演示性、验证性、操作性实验项目，增加能提高学生热情和激发学生兴趣的综合性、研究性、创新型实验项目，使学生将“环境仪器分析”基础理论和基础知识灵活应用到实验课程中。在光学分析法的实验课程中，设计社会热点问题对应的实验，如“市售大米中重金属元素污染状况调查”“校园水环境重金属元素含量分析”等综合性实验项目，通过检测分析身边环境污染和食品安全问题，提高学生参与实验仪器操作的热情和兴趣。一个综合性的实验项目能涵盖光学分析法中的主要仪器设备，包括电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-AES）、石墨炉-原子吸收分光光度计（FAAS）和原子荧光分光光度计（AFS），使学生在使用和操作这些仪器设备过程中掌握操作流程、常规故障排除和维护保养方法，区分不同设备的分析原理和检测适用范围。此外，这些综合性试验项目能将学生参与实验的过程往前延伸，使学生能够从样品采集、样品预处理、试剂准备、仪器操作、数据分析到报告撰写的全过程参与到实验过程中来，提高学生的实践操作能力和科研素养。

3.2 构建“环境仪器分析”创新实验教学方法

大型仪器原理和操作相对复杂，课程的预习工作尤为重要。在传统的实验教学中，引入实验预习制度，教师提出详细的预习要求，培养学生独立思考、查阅相关资料的能力。在实验教学过程中，运用启发研讨式的互动教学方法，积极引导学生，提升学生主体意识，提倡学生在实验中提出问题、积极思考、独立解决。如在色谱分析法的实验教学中，由于液相色谱仪操作流程较为复杂，通过引入实验预习制度，要求学生了解和掌握梯度淋洗装置的工作原理、色谱柱的选择依据与构成、流动相选择应注意的问题、不同流动相类型分析测定差异等一系列预习要点。在实验教学过程中依据预习要点，操作和演示不同色谱柱类型、不同流动相类型对分析测试的影响，启发学生深入思考液相色谱流动相和固定相选择对样品分析过程中灵敏度、检测限、分离度的差异。

3.3 优化“环境仪器分析”创新实验教学手段

在实验讲授过程中，引入多媒体教学（视频、模拟软件等），加强多媒体辅助与现场教学相结合的方式。同时，充分利用废旧仪器便于拆卸的优势，同时使用废旧仪器和教学仪器，将仪器的结构和组成展示给学生，让学生清楚、直观地看到仪器各组成部分，了解仪器的原理和结构，最终让学生懂原理、知结构、会操作。

3.4 完善实验教学考核体系

教学考核是对学生理论知识与实践能力的评价。实验课考核应包括学生的课堂表现、操作考察、综合性设计实验考察、实验报告、实验总结等多方面的量化打分，综合计算出每个学生的实验成绩。中南林业科技大学环境科学专业“环境仪器分析”实验教学考核体系建立了以操作考察、综合性设计实验考察为主，以学生的课堂表现、实验报告为辅的考核体系，这4个考核指标的权重分别为35%、35%、15%和15%。通过完善实验考核体系，扭转了学生轻视实验操作过程、重视提交实验报告的颠倒式实验课程学习观念，提高了学生在实验教学过程中的主观能动性，增强了仪器设备操作能力和实践能力，近3年来，中南林业科技大学环境科学专业“环境仪器分析”实验教学取得了满意效果。

［1］钱沙华，韦进宝.环境仪器分析［M］.北京：中国环境科学出版社，2011：5-6.

［2］武俐，邰超.环境工程专业“仪器分析”实验教学现状及改革探讨［J］.中国电力教育，2012（5）：108-109.

［3］张惠欣，王家喜，周红勇，等.加强仪器分析实验教学改革，促进学生综合素质的培养［J］.化工高等教育，2014，31（5）：61-64.

［4］杨理，闫清华，苏晓，等.普通高校仪器分析实验教学改革和实践探究［J］.广州化工，2014，42（11）：248-250.

［5］樊玉清，赵越，洪波.基于培养环境类专业学生综合检测能力的“仪器分析实验”课程改革［J］.实验室科学，2014，17（2）：134-136.

［6］赵艳芳，徐鲁斌.农业院校仪器分析实验教学改革探讨［J］.大学化学，2014（1）：37-39.

［7］袁霖，李尊华，袁先友，等.生物工程专业《仪器分析实验》课程教学改革探索［J］.广州化工，2013，41（19）：137-138.

［8］冯素玲，陈粤华，李全民.仪器分析实验的教学改革与探讨［J］.教育教学论坛，2014（4）：31-33.

［9］孙建华，刘玉海，徐培苍.仪器分析实验教学模式改革初探［J］.江苏技术师范学院学报，2006，12（6）：90-94.

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.045

2095－6835（2021）01－0120－02

该文系2016年度中南林业科技大学教学改革课题“《环境仪器分析》创新实验教学体系研究与实践”（编号：ZNLJG2016-A061）和2018年度中南林业科技大学校级教学团队科学基金项目“环境科学类学科基础课群教学团队专项”（编号：2018 No.7）研究成果

周航（1984—），男，湖南益阳人，博士，中南林业科技大学环境科学与工程学院副教授，研究方向为农田土壤环境污染与修复。

〔编辑：王霞〕