基于移动互联设备的仪器分析课程教学改革研究

黄诚 刘媛媛 凡长坡

摘  要 针对高等院校仪器分析课程的教学特点和实际现状，基于移动互联设备对该门课程进行初步的教学改革探索，建立仪器分析仿真学习平台，给出具体架构和研究内容。通过该平台在教学中的实际应用，目前已取得良好成效，提高了教学质量，并且根据反馈，提出未来发展的思考和展望。

关键词 仪器分析;移动互联设备;教学改革;仿真学习平台;仿真实验

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）24-0033-04

Research on Teaching Reform of Instrumental Analysis Course based on Mobile Internet Devices//HUANG Cheng， LIU Yuanyuan， FAN Changpo

Abstract In light of the teaching characteristic and present situation of the Instrument Analysis course in colleges and universities， this paper explored a preliminary on the teaching reform of the course based on Mobile Internet Devices. An Instrument Analysis simulated learning platform has been established， the specific frameworks and research contents were supplied. Through the practical application of the platform in teaching， good teaching results have been achieved and the teaching quality has been improved. According to the feed-back of students， the reflection and prospect of future development were put forward toward this learning platform.

Key words instrument analysis; mobile internet devices; teaching reform; simulated learning platform; simulation experiment

1 前言

隨着科技的飞速发展，仪器分析技术已经被广泛应用于化工、制药、生物、生命科学和环境科学等多个领域。仪器分析课程是高等学校理工科教学中不可或缺的重要基础必修课之一，又是兼具实用性和实践性的学科[1]。通过本门课程的学习，要求学生能够熟练掌握相关仪器的基本原理、检测方法，并且强调实际操作技能的锻炼，这样可以快速融入未来各行业的工作、研究和深造之中，充分展现自身价值。

2 仪器分析课程教学现状

仪器分析课程教学经过多年的探索，已经开发出一些行之有效的教学方法[2-3]，然而在实际教学中仍然存在一些问题需要解决。当今社会对学生应用技能要求的驱动，使得仪器分析的实践要求成为教学主导。这就要求在仪器分析教学中不能仅仅传授原理，更要注重学生综合运用能力和创新意识的培养，兼顾理论教学和实验教学，使学生能够具有初步的就业、科研能力。同时，仪器分析涉及分析手段多，并且所依赖的原理不尽相同，操作方法更是各具特色。然而，在授课中面临教学课时少，学生普遍反映学习难度大，不能完全掌握所教授的知识点。此外，分析仪器价格昂贵，教学实验中可使用的仪器数量远远少于授课学生，很难人手一台，更难以对仪器内部结构和基本操作原理进行深入了解，使得学生的理论知识与实践难以真正融合，无法真正将所学知识内化为自己的专业素养。

基于以上问题，仪器分析课程教学就需要进行合理改革，使抽象的原理变得生动形象，使复杂的分析仪器变得清晰明了，最大限度提高教学质量。

近年来，国内一些高校根据仪器分析课程的特点，因地制宜地开展了多种教学改革，解决了教学过程中存在的问题[4-6]，但是关于研究性教学改革应用还都处于探索阶段，限制了理论联系实际，使得学生的创新能力提高有限。值得注意的是，在当前“互联网+”、大数据和人工智能等技术发展的驱动下，教学改革已经推进到一个新的发展阶段[7]，混合教学模式、虚拟仿真技术等手段融入仪器分析课堂教学中，为学生构建交互式学习、交流的平台，激发学生的学习积极性，提升仪器分析课程的教学质量。

目前，移动互联设备如智能手机、平板电脑等在高校校园中广泛使用，5G网络迅速普及，使得学生的学习不再受时空限制，可及时地接收多种形式的学习资源，大大增强了教学的互动性。因此，基于移动互联设备的仪器分析课程教学改革有着十分广阔的应用前景。

本课题组对仪器分析课程进行了基于移动互联设备的研究性教学方法探讨与实践，利用微信公众平台作为载体，将多种学习资源如课程课件、习题、视频和虚拟仿真仪器等进行有机融合，构建仪器分析仿真学习平台，其架构如图1所示，促使学生掌握理论知识的同时，增强对实验仪器的感性认识，促进教学质量的提升。

3 移动互联设备在仪器分析课程教学中的应用

根据东南大学成贤学院制药与化学工程学院专业人才培养方案，设立“仪器分析仿真学习平台”微信公众号，包括课程相关、课程资源和仿真仪器三个部分，栏目概览见图2。

课程相关部分为课程简介、教学大纲和教学成果，主要是仪器分析课程的教学目的、大纲和所取得的教学成果的展示。这些内容可让学生对课程有初步了解，知道所学知识在专业中的应用，并通过介绍学院教师、学生在仪器分析相关学科竞赛中所获得的荣誉，激发学生对仪器分析课程的学习兴趣，提升专业自信心。

课程资源部分由教学课件、课程题库、自我测验和慕课堂所构成。在原有线下教学的基础上，根据专业特点，依赖教学大纲，梳理教学内容，优选教学重点、难点，制作适合本学院学生的电子课件，包括气相色谱、高效液相色谱、原子发射光谱、原子吸收光谱、质谱、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱和核磁共振波谱等章节，介绍相关章节仪器的基本原理和应用。同时，编写围绕核心知识点的课程题库，并且在每次课后推送与章节内容契合的自我测验。此外，在微信公众平台引入慕课堂，选取中国大学MOOC网上的优秀教学视频，供学生补充课堂学习的不足。以上资源可帮助学生课后预习、复习和自学，更为虚拟仿真实验平台的构建提供了理论支撑。

在本学习平台上，虚拟仿真仪器的建设是重中之重，本环节包括仪器结构、分析原理和仿真仪器操作等三部分。仪器结构、原理部分采用3D动画的形式展现各仪器的内部结构，可看到仪器内部的主要部件，并且通过Flash的形式呈现样品进入仪器后的运行流程，使得原来封闭的仪器内部清晰地展现出来，使得抽象的原理变得生动形象，增强仪器的可视性，加深学生对仪器分析原理的理解。在仿真仪器操作栏目中，将国家虚拟仿真实验教学项目共享平台的仪器分析相关项目整合进学习平台，所选用的项目涉及气相色谱、质谱、原子吸收、核磁共振、电感耦合等离子质谱等多种仪器，并且每个仪器操作都是以实际科研问题作为依托，如高效液相色谱法测定蒙药制剂“森登-9”中盐酸小檗碱的含量、原子吸收法测定食品中微量元素、气相色谱法检测羊肉制品中风味物质等，具有鲜明的科研实践意义。

每个虚拟仿真实验主要包括仪器的基本结构和工作原理、基本操作方法等两大部分，其中有些仿真实验过程还具有逼真的开、关机操作、实验参数设置和谱图定性、定量分析过程，如图3所示的高效液相色谱仿真实验。在仿真实验中的操作练习，能让学生把整个实验操作过程基本熟悉起来，更能使得学生将理论知识与实验过程结合起来加深理解、触类旁通，提升学习效率。经过模拟实验后，学生在实验室中进行实际操作时就能做到心中有数，可以迅速完成分析目标，提高教学质量。

该平台于2019年8月上线，基于该平台在2018级化工与制药类班级开展了仪器分析课程的移动互联设备教学改革实践，共有61名学生添加关注了该平台，及时学习了推送的章节课件、测验等资源，进行了仿真仪器操作练习。根据后台统计，截至2020年5月，共有612次访问记录，说明该平台的构建调动了学生学习仪器分析课程的兴趣，在课后得到广泛使用，达到建立仪器分析仿真学习平台的目的。此外，该学习平台还具有互动留言板块，学生在使用过程中的疑问可以线上提问，教师再对问题进行针对性解答，增强了师生间的交流，弥补了课堂教学中提问较少的不足。教师通过这一互动环节不仅可以帮助学生解决疑惑，也可以促进自身对教学重难点的调整。

4 移动互联设备仪器分析教学平台建设中的思考和展望

在建设移动学习平台进行仪器分析教学改革过程中，越来越多的师生接受并习惯于这种虚实结合的学习方式，不仅掌握了仪器分析的理论知识，更在仿真仪器上熟练了操作技能，取得良好的教学效果。根据这一年多来的教学实践，有以下几点关于仪器分析课程教学改革的思考和展望。

整合仪器分析课程学习资源，促进学习平台建设  在构建仪器分析仿真学习平台过程中，需要将各方学习资源进行筛选、优化和整合，提高学生利用平台学习的效率，增强教学效果。近年来，开放、共享、共赢的思维广泛体现在线上教学中，利用这一思路，可以充分丰富仪器分析的学习途径，使学生可以博采众长、融会贯通地学习仪器分析课程。在学习平台上，除了本学院长期教学过程中积累的相关视频、课件和题库外，还链接了中国大学MOOC网上优秀的仪器分析教学资源，感受到名校教师的讲课风采，提高学生的学习激情。同时，本平台还引用了国家虚拟仿真实验教学项目共享平台上的仿真实验，充分地让学生在实践中掌握仪器分析理论知识，切实提高学生的动手能力和教学效率。这些仿真实验在共享后可无限制访问，大大降低了仿真仪器实验的开发成本，加快了学习平台的建设与推广速度。

增强仪器分析仿真实验针对性，满足学生专业发展需求  目前，仪器分析课程主要在化工与制药类专业中开设，是一门专业性、应用性很强的学科，需要熟练运用分析仪器解决科研、生产中的大量实际问题，采用的是国家虚拟仿真实验教学项目共享平台上已有的仪器仿真实验，可进行不同仪器的虚拟操作，但并不能完全贴合本专业特色开展深入研究。因此，在仪器分析学习平台建设过程中，要逐步开发适合本专业的仿真实验，满足学生专业发展的切实需求，如气相色谱—质谱串联法测定药用辅料中二聚甘油醚含量、原子吸收光谱法对化药中残留重金属的测定、电化学分析法测定离子液体中的噻吩等一系列紧密联系专业实践的虚拟仪器分析实验。通过这种虚实相依的教学模式，不僅可以充分发挥学生学习的主观能动性，培养学生分析、解决问题的能力，更锤炼了学生的科研能力，提高了创新思维和能力。

加强仪器分析教学改革研究，提升教师教学水平  建设一支高水平的教师队伍，是提高教学质量的有力保障。仪器分析课程涉及分析方法众多、知识点繁杂，而且仪器分析新技术手段层出不穷。这就要求教师必须具有相当丰富的背景知识，并应紧跟技术前沿，更新知识体系，努力提升教学水平。更为重要的是随着教育信息化进程的推进，基于“互联网+”理念的教学模式也对教师提出新的要求，需要及时将新技术、新成果应用到教学之中，以科研促进教学。在这一背景下，教师积极探索，将大数据、虚拟仿真和移动互联等现代化教育技术融合进仪器分析教学中，改变了传统单一教学模式，不断提高自己的教学能力。

5 结语

综上所述，基于“仪器分析仿真学习平台”的教学实践不仅是新教育技术在仪器分析课程中的有益尝试，更是对仪器分析课程教学质量提升的挑战。在构筑学习平台后，给学生的自助式学习提供了丰富的课程资料，突破了传统授课方式时间、空间的限制，增强了教学的互动性、灵活性。仪器仿真实验更是让学生在虚拟操作中掌握了理论知识和操作技能，提高了学生的学习积极性。仪器分析教学模式的革新将师生的教与学提升到新的层面，大大提高了教学质量，学生成绩有了较为明显的提高。总之，在“互联网+”背景下利用新技术、新手段进行创新教学模式探索，促进本科教学质量提升，为培养高素质、应用型本科人才助力，具有重要的理论和实践意义。

参考文献

[1]刘媛媛，张亚安，黄诚，等.仪器分析：药物分析课程群体系建设[J].中国教育技术装备，2019（20）：45-47.

[2]袁君，袁林，张海江.制药工程专业《仪器分析》课程教学改革初探[J].广州化工，2017（3）：114-115.

[3]罗小会，裘建平，肖珊美.仪器分析实验教学改革探索与实践[J].金华职业技术学院学报，2018（3）：45-48.

[4]黄明强，赖文强，杨天隆.微信公众号在环境工程专业仪器分析教学改革中的应用[J].教育现代化，2018（45）：69-70.

[5]黄福荣.仿真教学在仪器分析实践教学中的应用[J].农村经济与科技，2017（24）：254-255.

[6]柳鹏，张敏，程发良.《仪器分析》教学中化学软件的辅助应用探索[J].广东化工，2017（14）：285，305.

[7]熊荣园，王怀禹，罗通彪，等.仪器分析课程的实验信息化教学改革的研究[J].广州化工，2019（15）：176-177，185.