绘制示意图在材料学专业仪器分析课堂教学中的实践与探索
沈淑坤，李美静，宋子璇
（陕西师范大学 材料科学与工程学院，陕西 西安）
摘 要： 针对材料科学与工程专业 “基础仪器分析”课堂教学中强化学生工科素养的问题，探索实施随堂绘制分析仪器示意图新型教学方法，将学生对分析仪器的抽象认识直观化、深刻化。本文提出的教学方法采用了“图像记忆”的学习方式，学生之间小组讨论过程中伴随着“教别人”的环节，符合团队学习、主动学习和参与式学习的教学理念，实现了教师为主导、学生为中心的课堂教学模式，激发了学生的创新潜力。经过5年的课堂教学实践与探索，新教学方法有效地提高了学生的学习兴趣和教学效果。
关键词： 仪器分析；工科素养；示意绘制；图像记忆
增强对新兴领域工程科技人才的重点培养，加快传统工科专业的提升和转型，积极培养未来战略重点领域所需人才，是国家新型工科建设的时代要求。“新的工科专业、工科的新要求”，笔者所在的陕西师范大学材料科学与工程学院，主动探索新工科建设的新标准、新模式、新方法、新技术、新理念、新文化，从课程设置到具体实施策略、教学平台等多角度进行改革。以仪器分析课程为例，众所周知，该课程是化学、化工、制药、材料、农学、食品学、医学检验、环境科学、地质勘探等诸多专业必修的专业基础课程，也是分析科学的关键构成要素及发展方向。[1-3]针对材料学院的办学特点和专业要求，学院为材料化学专业与新能源材料与器件专业的本科生开设了基础仪器分析课程，旨在培养学生（1）掌握各类常用仪器的基本分析原理、分析方法，以及仪器的构造原理；[4]（2）了解各分析仪器分析方法的侧重方面及分析的基本步骤；[4]（3）培养学生熟悉仪器操作流程以及分析数据的基本能力。[4]以增强学生分析问题和解决问题的能力，同时对迅速发展的新技术和新方法有初步了解。
在变电站设备运行的过程中，经常会出现问题，如果工作人员不能科学开展设备缺陷的处理工作，将会导致人们生活与日常工作受到影响，一旦出现问题，将会导致人们的用电受到影响。在此期间，如果不能保证管理工作的全面性，将会对变电站设备的运行造成一定影响，无法满足当前的服务工作要求，一旦出现事故问题，将会影响其长远发展。[1]
为了达到以上教学目标，针对本科生在分析仪器学习中存在的困难，国内外教育界同行在课堂教学中注意重点与难点的透彻讲解，并结合课堂上一定数量的习题练习及对所教授内容的归纳总结，巩固学生对所学知识的理解，提高其综合运用知识的能力。此外，为了辅助课堂教学，教师们采取传统教学方式与多媒体教学技术相结合的教学手段，或者启发式教学等多种方法用以提高课堂教学质量。就具体实施方法而言，包括多种途径，例如：（1）要求学生在实际生产生活中调研某一类型仪器。[4]（2）通过学生提出问题的方法来实现，这有利于学生对多种类型仪器的深入应用研究。[4]（3）通过学生小组合作学习仪器使用方法。[4]（4）分配组内学习任务。[4]（5）课堂小游戏。[4]（6）多媒体辅助教学。[4]（7）通过构建分析仪器标本实物学习平台并进行了教学实践探索等方式。[4]结合以上国内外教学经验报道，在本文中，我们讨论了一种绘制仪器结构示意图的学习方法。这种方法是为全体学生设计的，需要每位同学独立绘图，然后学生之间互相评阅来实现。通过实施这种形象的教学方式，以学生为主体，将学生对分析仪器的抽象认识直观化、深刻化，从而能深刻理解分析仪器的构造及原理，这将对学生的学习效果、后继科研水平及就业发展大有裨益。
一 环节设计与实践
（一）示意图
根据由简单到复杂的教学规律，要求学生们分阶段性、分层次地练习绘制示意图，主要包括如下内容：
（1）简单方框图
社会资本视角与“社工+义工”的组织化发展具有理论的契合性。从专业化发展路径来看，社工与义工关系大致经历了平等合作——专业分离发展——重建合作的道路。从志愿服务自始至终的包容性发展反观社工追求专业化和职业化的曲折路径发现，在多元福利服务背景下重建社工与义工平等合作关系具有现实的必要性。为了进一步明确社会工作与志愿服务的关系，接下来将简单梳理二者关系发展脉络以及研究现状。
在以上方框图的基础上，教师可进一步指导学生将方框图中的组成部分扩展为更详细准确的示意图。下图为学生利用CAD软件绘制的荧光光谱仪组成示意图。在示意图中，组装仪器所使用的具体零部件的名称应被标出。例如，荧光光谱仪中使用的光源、单色器、样品池、检测器具体分别是指高压氙灯（或汞灯）、光栅单色器（凹面）、比色皿（石英或玻璃、高分子材质等）、光电倍增管。针对笔者所在材料科学与工程学院二年级本科生的专业特点，教师进一步引导学生写出示意图中制作具体元件的主要材质。
（2）仪器组成示意图（紫外可见分光光度计，荧光分光光度计，红外光谱仪等）
图1 荧光光谱仪组成示意图（CAD软件制作）
绘制不同光谱仪的光路图有利于学生理解不同仪器的工作原理、功能的差异，从而区分不同光谱仪的类型及应用对象，避免因学习的仪器种类过多而造成的知识混淆。
教材中的方框图给出了仪器的主要部件，同时一目了然地反映出主要部件之间的组成关系，是初级的简单的仪器示意图，为学生理解分析仪器奠定了基础。[4]在课堂教学过程中，当教师对仪器的工作原理进行讲解后，即可引导学生在白纸上手绘方框图。这样的随堂练习机动灵活，学生愿意配合，可执行性强。通过对方框图的绘制，学生能更加深刻地理解和掌握以下内容：1）分析仪器的基本原理及主体构成零部件；2）这些零部件的具体位置及次序；3）它们的次序关系与功能发挥之间的联系。
在随堂手工绘制好示意图之后，学生们互相评阅，写下评语并签名提交。教师引导学生主要从两个方面评价作业：
（4）不同仪器的比较方框图（紫外-可见光谱、荧光光谱和红外光谱的光路对比方框图）
学习绘制仪器关键零部件示意图能够帮助学生深入地理解仪器的功能。针对材料科学与工程学院的学生而言，教师重点从物理原理和材料构成方面阐述核心部件的功用。例如，教师引导学生在示意图中标出线圈磁场的方向、高频感应电流的方向，这有助于学生理解等离子体的形成过程。又如，要求学生标出空心阴极灯的阴极是由待测元素的金属或合金制成，这有助于学生深入理解原子吸收光谱每测定一种元素就需要更换相应光源的原因。
（3）关键零部件示意图（ICP光源，空心阴极灯，玻璃电极等）
酒对于中华民族有着特殊的意义，酒文化在我国上下五千年的历史长河中扮演着特殊而重要的角色，白酒业自古以来就是我国的一个重要行业。中国白酒业层级分化显著，名酒企业核心产品独占鳌头，区域龙头品类创新强化品牌历史，小微企业在求新求变中谋求发展。自2012年下半年开始，白酒进入第三次行业调整期，行业遇冷，领导白酒消费潮流的那股“高端、大气、上档次”的热潮，一夜之间销声匿迹。①白酒开始从“名酒”向“民酒”理性回归，品类市场消费需求发生明显变化，小酒以卖萌的新形象打入市场，兴起了一股小酒热。江小白便是其中的佼佼者。
（二）学生互动
推荐理由:本书以国家通讯社记者的专业视角，将太平洋彼岸“一剑封喉”的制裁事件，还原到中国改革开放的历史长周期和多国在高技术领域激烈博弈的坐标系上，深刻、主动、客观地再现中国创新发展的艰难历程与艰苦卓绝的努力，多维度解读中国芯片困境，不仅是对芯片之路道阻且长的冷静评判和剖析，更是对创新发展规律的总结提炼与再认识。
（1）所绘制的示意图是否符合科学原理，有没有错误之处。比如学生是否可能混淆双光束和双波长紫外可见分光光度计的光路设计，会不会将红外光谱的透射光路和荧光光谱的垂直光路弄混等。
（2）示意图是否整洁规范。有些认真的学生绘制的示意图横平竖直，具有工艺图表的整洁美观，有些则会使用标尺确保示意图严谨规范，当然，也有些学生潦草马虎了事。针对以上情况，教师可要求学生在自己的图纸下署名，然后请评阅人写出简单的评语，并写上评阅人的名字。这种方式有利于学生之间互相交流，互相学习，查漏补缺，彼此促进。
（三）教学效果
根据“学习金字塔”教学理论，文章中提出的方法采用了“图片记忆”的学习方式，学生之间小组讨论过程中伴随着“教别人”的环节，符合团队学习、主动学习和参与式学习的教学理念，有效地补充了教学课堂的“讲授”环节，丰富了课堂内容，也活跃了课堂气氛。通过学生分阶段性、分层次地练习绘制示意图，将基础仪器分析课程中抽象的难于理解的仪器构件及作用，转换为直观的易于掌握的知识，使这门课程内容更加“平易近人”，减弱学生的畏难心理，达到了较好的教学效果。从该方法实施的5年来的教学实践中，学生们普遍反馈对仪器分析课程越来越感兴趣，会主动利用各种方式：如查阅文献、读书、看视频、网页浏览等等，继续关注所学到的相关仪器的构造原理以及在生活生产中的应用。
二 结论
本文倡导的随堂绘图教学法能有效地培养学生对仪器工作原理、基本构造深入理解，尤其是针对工科专业背景的学生而言，具备一定的绘图功底是一项需要强化的技能要求。教师可收集较好的绘图作品，通过微信、QQ等平台向全院的师生展示他们所绘制的示意图；或者保存原版绘图，向未来的学生示范等，用以鼓励学生们认真学习、精益求精的态度。笔者认为此项随堂练习不仅有利于学生掌握仪器分析这门课程的知识，而且有助于提高学生的科研水平及为以后的就业发展奠定专业基础。
本次在渠道两侧设压顶板，压顶板为现浇混凝土板，规格30cm×6cm×98cm，混凝土采用C20普通硅酸盐混凝土；施工时将压顶板嵌入渠堤顶，与堤顶在同一平面上。每两块板间设1道缝，缝宽2cm，用M15砂浆填缝。
参考文献
[1] 华中师范大学, 东北师范大学, 陕西师范大学, 北京师范大学,西南大学. 分析化学(下册) [M]. 第4版. 北京： 高等教育出版社, 2011.
[2] 朱明华,胡坪.仪器分析[M]. 第四版. 北京：高等教育出版社.2008.
[3] Christian, G. D. Analytical Chemistry[M], 6th ed.; John Wiley and Sons Inc.： New Jersey, USA, 2003.
[4] Daniel King, Writing Instrument Profiles for Mastery of Instrumental Analysis J[J]. Chem. Educ. 2012, 89, 728-731.
本文引用格式： 沈淑坤,等.绘制示意图在材料学专业仪器分析课堂教学中的实践与探索[J]. 教育现代化 ,2019,6(68)：198-199,208.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.68.068
基金项目： 本文系陕西师范大学2019年“教师教学模式创新与实践研究”专项基金项目（项目编号：JSJX2019Z49）；中央高校基本科研业务费（项目编号：GK201803040）的研究成果。
作者简介： 沈淑坤，女，天津人，陕西师范大学材料科学与工程学院，副教授；李美静，女，陕西人，陕西师范大学材料科学与工程学院，研究生；宋子璇，女，陕西人，陕西师范大学材料科学与工程学院，研究生。
标签：仪器分析论文; 工科素养论文; 示意绘制论文; 图像记忆论文; 陕西师范大学材料科学与工程学院论文;