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

绘制示意图在材料学专业仪器分析课堂教学中的理论与探究〔〕:

摘要：针对材料科学与工程专业"根底仪器分析";课堂教学中强化学生工科素养的问题，探究施行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、深化化。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形式，激发了学生的创新潜力。经过5年的课堂教学理论与探究，新教学方法有效地进步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

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理论与探究[J].教育现代化,2022,6(68):198-199,208.

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，积极培养将来战略重点领域所需人才，是国家新型工科建立的时代要求。"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，主动探究新工科建立的新标准、新形式、新方法、新技术、新理念、新文化，从课程设置到详细施行策略、教学平台等多角度进展改革。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根底课程，也是分析科学的关键构成要素及开展方向。[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根底仪器分析课程，旨在培养学生〔1〕掌握各类常用仪器的根本分析原理、分析方法，以及仪器的构造原理；【4】〔2〕理解各分析仪器分析方法的侧重方面及分析的根本步骤；【4】〔3〕培养学生熟悉仪器操作流程以及分析数据的根本才能。【4】以增强学生分析问题和解决问题的才能，同时对迅速开展的新技术和新方法有初步理解。

为了到达以上教学目的，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，稳固学生对所学知识的理解，进步其综合运用知识的才能。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进步课堂教学质量。就详细施行方法而言，包括多种途径，例如：〔1〕要求学生在实际消费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化应用研究。【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展了教学理论探究等方式。【4】结合以上国内外教学经历报道，在本文中，我们讨论了一种绘制仪器构造示意图的学习方法。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。通过施行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、深化化，从而能深化理解分析仪器的构造及原理，这将对学生的学习效果、后继科研程度及就业开展大有裨益。

一环节设计与理论

〔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

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根底。【4】在课堂教学过程中，当教师对仪器的工作原理进展讲解后，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敏，学生愿意配合，可执行性强。通过对方框图的绘制，学生能更加深化地理解和掌握以下内容：1〕分析仪器的根本原理及主体构成零部件；2〕这些零部件的详细位置及次序；3〕它们的次序关系与功能发挥之间的联络。

〔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〕

在以上方框图的根底上，教师可进一步指导学生将方框图中的组成局部扩展为更详细准确的示意图。以下列图为学生利用CAD软件绘制的荧光光谱仪组成示意图。在示意图中，组装仪器所使用的详细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、检测器详细分别是指高压氙灯〔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详细元件的主要材质。

〔3〕关键零部件示意图〔ICP光源，空心阴极灯，玻璃电极等〕

学习绘制仪器关键零部件示意图可以帮助学生深化地理解仪器的功能。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，这有助于学生深化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。

〔4〕不同仪器的比拟方框图〔紫外-可见光谱、荧光光谱和红外光谱的光路比照方框图〕

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，防止因学习的仪器种类过多而造成的知识混淆。

〔二〕学生互动

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：

〔1〕所绘制的示意图是否符合科学原理，有没有错误之处。比方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〕示意图是否整洁标准。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，有些那么会使用标尺确保示意图严谨标准，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，也活泼了课堂气氛。通过学生分阶段性、分层次地练习绘制示意图，将根底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，到达了较好的教学效果。从该方法施行的5年来的教学理论中，学生们普遍反响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、网页阅读等等，继续关注所学到的相关仪器的构造原理以及在生活消费中的应用。

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、根本构造深化理解，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。教师可搜集较好的绘图作品，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，向将来的学生示范等，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，而且有助于进步学生的科研程度及为以后的就业开展奠定专业根底。

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,2022.

【2】朱明华,胡坪.仪器分析[M].第四版.北京:高等教育出版社.2022.

【3】Christian,G.D.AnalyticalC