张毅 孙秀兰 王文龙

[摘 要] 高校研究生“仪器分析”课程具有理论性强、实践性强、综合性强、创新性强且涉及面广等特点，由此带来了教学安排困难和课程内容滞后等问题。并且，随着相关领域科学技术的高速发展，这些问题日益凸显。在教学实践中的改革探索主要体现在：创新性尝试硕博士同堂授课及学分互认，在教学内容和考核方式上以培养认知能力重于传播知识的理念进行设计，破除学生的记忆依赖，以及在教学过程中融入中国传统文化中的哲学思想，培养学生的分析和创新能力。

[关键词] 认知能力培养;研究生教育;“仪器分析”课程

[基金项目] 2020年度江南大学研究生教育教学改革研究与实践课题“《高级仪器分析》硕博共享课程体系的构建与优化研究”

[作者简介] 张 毅（1982—），女，黑龙江绥化人，博士，江南大学食品学院分析食品安全学研究所副教授，主要从事食品质量与安全、分析化学研究;孙秀兰（1976—），女，山东聊城人，博士，江南大学食品学院副院长，教授，博士生导师（通信作者），主要从事食品科学和食品质量与安全研究;王文龙（1982—），男，辽宁抚顺人，硕士，江南大学食品学院分析食品安全学研究所工程师，主要从事食品质量与安全、有机化学研究。

[中图分类号] G423   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）49-0064-05    [收稿日期] 2021-01-19

一、研究生“仪器分析”课程现状分析

（一）研究生教育与“仪器分析”课程

随着我国国民经济的高速发展，科学和教育取得了长足的进步，国家对研究生教育日益重视，投入也不断加大。习近平总书记强调，研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务经济社会发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用;李克强总理也批示，研究生教育肩负着高层次人才培养和创新创造的重要使命，是国家发展、社会进步的重要基石[1]。研究生是科研工作的一线工作者，是研究生教育的核心，对其创新能力的培养已成为高等教育的一项重要目标[2]。研究生教学应着重培养学生的科学素质、解决问题的能力、对前沿技术的洞察力等。“仪器分析”作为分析化学学科的重要分支，对基础化学、食品科学、环境科学、生物化学、生命科学、医学、药学和材料科学等学科发展具有非常重要的促进作用[3]，各种大型高价值的精密仪器也已经大量应用于科研工作[4]，因此，多所高校已开设了“仪器分析”课程，甚至列为研究生教育的学位课程[3-5]。

（二）研究生“仪器分析”课程特点

与其他专业课程相比，“仪器分析”课程具有鲜明的特点[2，3]：一是具有很强的理论性与实践性，仪器原理抽象且各不相同，且仪器操作复杂，不同种类甚至相同种类不同品牌型号的仪器，其操作方法也可能差别巨大;二是综合性、交叉渗透性强，儀器种类繁多且需要物理学、数学、生物学、计算机等学科知识作支撑，并涉及电学、光学、磁学、数据处理、自动化等学科的技术;三是创新性强，新技术、新方法不断涌现，仪器更新换代迅速。而研究生阶段的“仪器分析”课程与本科阶段相比，具有如下特点[2-6]：首先，学生经过本科阶段相关课程的学习，掌握了一定的知识基础;其次，经历过本科毕业论文的历练，甚至在一些学生已经开始参与科研的情况下，学生对新知识的理解、领悟，以及将所学应用于实践的能力均强于本科课程学习阶段;再次，研究生来自不同的高校，知识结构和基本实验技能差别较大，而研究生阶段的研究领域和方向等学术背景也各有不同，故而学生本身的学习需求也不尽相同。

（三）研究生“仪器分析”课程存在的问题

研究生“仪器分析”课程的特点致使其与传统的教学理念和课程组织方式产生矛盾，进而导致课程教学存在一些问题，引起了一线教师的关注与研究。

1.课程综合性强、知识面宽、仪器各类繁多的特点与课时有限之间的矛盾，给授课内容筛选带来挑战[7-9]。若求全则势必无法深入，而如果要深入讲解则内容范围会大大受限，难以满足学生多维度、个性化的学习需求。

2.仪器更新快速的特点和课程内容滞后之间的矛盾，给课程的实用性带来挑战[7，8]。一些学校的课程，尤其是实验课，在内容上仍与本科生课程相差无几，而即使一些教师能够在课上引入最新的、前沿的内容，待学生进行毕业课题研究及毕业工作时，仍会面临跟不上仪器及技术的更新问题。

3.仪器复杂庞大且数量有限的特点与学生规模不断扩大及实验课少之间的矛盾，给学生动手能力的培养带来挑战。学生上机机会不足，操作生疏，甚至所学与所用相脱节。

4.研究生“仪器分析”课程的教学侧重于知识讲授而轻视认知能力培养[8]。学生应对课程考核仍以死记硬背为主，遗忘率高。这与上述三点矛盾相互作用、相互影响。

5.缺少适用于研究生“仪器分析”课程的教材。市场上的相关教材多适用于本科生课程或为综合性大学所著，内容滞后、以解题为目标，且对研究领域的针对性不强。

二、研究生“仪器分析”课程教改成果

研究生“仪器分析”课程所存在的问题在近年研究生教育快速发展的背景下日益突显。随着研究生教育改革的不断深入及教学资源的日益丰富，很多从事研究生“仪器分析”教学工作的教师对课程改革进行了大量的探索。

（一）更加强调技术的发展历程与应用

传统的“仪器分析”课程重在讲解仪器原理与数据解析，而对于仪器和技术的发展历史、相应的仪器分析技术在社会生活中的应用等方面只是简单提及。而对于仪器和技术的发展历程和实际应用的讲解不应只局限于科普性的介绍，更应该使学生认识到所学知识对与生产生活密切相关的诸多领域的迫切性和重要性，进而引发学生的好奇心，增强学生的责任感，从而激发其学习热情。在课程内容的调整过程中，通过个性化教学大纲设计处理授课内容繁多与课时有限的矛盾是研究的重点[9]。

（二）多媒体教学技术的应用更加灵活多样

信息和电子技术日新月异的发展对教育行业的变革产生了深远影响。多媒体教学已经广泛应用于从小学到大学、从学历教育到课外辅导培训、从线下教育到线上教育的各个方面。由于多媒体的介入，很多仪器原理抽象、实物不便于课堂展示、操作方法动态性强、图谱不便于板书等制约传统课堂教学效果的问题得到了很好的解决，图像、视频录像、动画、专业软件、虚拟技术等在“仪器分析”课程中早有介入[5，9，10 ]。

（三）组合授课模式日益受到青睐

教师有各自的研究领域，面对知识面宽泛的课程内容难以精通所有方面，并且对于具体的仪器操作技巧和注意事项等内容可能认识略有欠缺。一些学校尝试多位教师合作授课的方式，将教师只分班不分课时的授课方案改为分别讲授自己最精通的领域，并启用管理仪器的实验专业技术人员参与教学活动中，在学生中均获得了很好的反响[ 11 ]。

三、课程组对课程改革的创新性探索实践

（一）硕博同堂授课，学分互认

本课程组所在的江南大学食品学院面向研究生开设“高级仪器分析”课程，作为硕士生和博士生的学位课程。由于课程大纲相同、内容相近，难免使在本校攻读硕士学位的博士研究生重复听课，出现上课积极性差、考勤困难的现象。于2019年起，在学院和学校研究生院的支持下，本课程组试点尝试将硕士生和博士生课堂合并，并推进研究生院对二者的学分互认工作，即硕士阶段获得本课程学分后，若在本校继续攻读博士学位，仍然认可本门课程的学分，以此提高学生的学习时间利用效率。

（二）培养认知能力重于传播知识

进行硕博同堂授课所面临的最大挑战是：我们到底要教学生什么？通过对目前国内研究生“仪器分析”课程所存在问题的分析：课程综合性强、知识面宽、仪器种类繁多的特点与课時有限之间的矛盾，仪器更新快速的特点和课程内容滞后之间的矛盾，仪器复杂庞大且数量有限的特点与学生规模不断扩大及实验课少之间的矛盾。这些问题共同导致教学仍侧重知识讲授而轻视认知能力培养，试图在有限的课程条件下向学生传授尽量多的知识点，然而学生在应试思维的惯性下，虽然能通过课程考试，但在未来的科研实践中仍难免不知所措。因此，本课程组认为，相比于传授知识点，授课重点应更侧重于对学生认识能力的培养和视野的拓展，而所谓的知识点只是载体而不应成为学习的主体。认知能力是创造力的基础，而创造力是对研究生能力培养的重点。达沃斯世界经济论坛在2018年发布了未来5年的人才趋势报告《未来的工作》，汇总了全球各行业的领军人物对未来人才核心能力的投票预测。在2018年被选为第一大能力的“分析和创新能力”在2020年依然位居首位[ 12 ] （P177）。另外，课堂上的知识点可能无法应用于学生日后的科研工作中，即使用到也很可能是“过时”的;而在学生进行科研工作时，如果具备较强的认识能力，即使遇到课上没讲到的知识也能够进行自主学习，即使用到更新型的仪器或技术也能够迅速掌握，即使面对从零开始的实验操作也能够很快熟练。

（三）破除记忆依赖

为使学生转换多年以来养成的应试学习思维，在教学时本课程组明确不要求学生死记硬背。

1.学生学习知识是为了应用。而基于仪器的特点，将来在应用这些知识时不会处于闭卷考试的状态，而是具备充分查阅信息的条件。现如今，依托高度发达的互联网和学生获取信息的能力，课堂上死记硬背并非必要。

2.随着科学技术和相关知识体系的发展，所讲授的内容会不断进行动态调整。未得到充分理解的记忆，反而可能会给学生在知识运用方面带来不利的影响。

3.对于学生个体而言，课程特点决定了一些仪器知识在以后的工作中并不会用到，仅为课程考核而强行记忆并无必要。

4.对于学生确有必要记住的底层知识点，要求任课教师做到多次提及、前后呼应、多维解读，使学生在不断加深理解的过程中自然而然地记住知识。

5.在评阅试卷过程中，对于涉及基础知识、基本概念的题目，如果学生作答与教师课上所讲完全一致，并不会给予学生高分，而对于加入个人理解的作答，则会给予较高的分数。这一评分原则在开课之初即明确告知学生。

（四）教学内容设计

基于上述教学目的和教育思路，我们对教学大纲的内容安排进行了大胆改进。

首先，对相关课程进行整合并大量缩减仪器种类。将原学术型硕士研究生学位课“图谱解析”和“色谱分析”合并为“高级仪器分析”，并选取最具代表性的色谱、质谱、光谱仪器及相关技术为依托，通过所讲仪器和分析技术，使学生掌握仪器分析的一般思路，并培养举一反三的能力。

其次，涉及仪器及技术原理的内容大多枯燥抽象，不利于培养学生的学习积极性[ 13 ]，因此，在讲授相关内容时，引入大量历史小故事以吸引学生的兴趣，并引发学生对科学家如何将科学思想和创新意识应用于新工具、新方法的思考。虽然技术会“过时”，但这种科学思维和解决问题的思路却不会过时，几十年甚至几百年前的故事依然能带给学生很大的触动。正如王立群教授所言，历史，不论是用现在解释过去，还是用过去解释现在，与现在都脱不了干系，历史从来就没有离开当下[ 14 ]。自然科学的历史亦是如此。

再次，在课上分享往届学生的科研实例。作为一门应用性课程，“高级仪器分析”在学生日后的科研生涯中发挥着巨大的作用。学生在科研实践中遇到问题也非常愿意和任课教师探讨解决之道。这种剥茧抽丝般揭开谜团的过程对科学思维的培养远远超越了刷题的效果，是非常宝贵的教学素材。将近几届学生解决科研实际问题的案例在课上与学生进行分享，既使学生感到亲切，又能使学生体会到课程的价值并不仅仅是为了考试，培养了学生“不唯书、不唯上”的辩证思维和方法论，对研究生将来更好地参与科研工作具有非常积极的意义。

最后，培养学生自主学习的能力。为解决课上讲授知识有限的问题，要求学生准备一个多媒体课件作为平时作业，并抽取一定比例的学生在课上对自己的课件进行展示。课件内容仅要求与课程相关而并不局限于教师所讲的内容，因此，学生可以通过查阅资料、请教师长等途径，对课上教师没有讲授但自己可能会用到的仪器及技术进行自主学习。而这种通过讲给别人而学习的效果，要大大好于被动接受式的学习[ 12 ] （P13）。

（五）中国传统文化的科学哲学思想

近现代自然科学知识结构系统建立于西方，中国传统文化体系虽与之大相径庭，但传统文化中有很多哲学思想对于科学研究工作仍具有指导意义。教育部在高校招生改革措施中所推出的“强基计划”[ 15 ]大力提升人文科学的分量、加速建设文化强国。近年来，国内很多学者在科学研究中不忘中国传统文化，在世界一流期刊发表的科研论文用中国古代传说作为封面文章[ 16-20 ]，努力向世界讲好中国故事。

本门课程虽是工科研究生学位专业课程，但对学生人文素养的培养非常重视。对于课程中涉及的一些费解的现代物理学知识，尝试引入中国传统文化中的部分哲学思想。比如，将现代物理学概念与程朱理学思想进行对比;在讲授量子力学时，引用《老子》第四十一章的“上士闻道，勤而行之;中士闻道，若存若亡;下士闻道，大笑之。不笑，不足以为道”以帮助学生正确面对不理解的内容;在讲解测不准原理时，介绍诸子百家“飞鸟之景未尝动也”的辩题引发学生思考;通过《庄子·齐物论》“其分也，成也;其成也，毁也。凡物无成与毁，复通为一”的思想，帮助学生正确面对实验失败及数据异常等问题，既能调节课堂气氛，又能帮助学生多维度地理解科学精神与科学思想。

（六）课程考核

本课程的考核以平时成绩和期末考试相结合的方式进行，平时成绩重在培养学生的学习能力和提升自我价值，对这三种学生给予加分：一是在平时作业中能够认真思考并有独到见解的学生;二是能够对教师讲授内容提出质疑并能进行论证的学生;三是积极参加公益活动对社会有所贡献的学生。

期末考试采取闭卷笔试的形式。我们认为学生对开卷考试往往不够重视，不利于认知型培养理念的落实。但如前文所述，为破除学生的记忆依赖，我们应在命题和阅卷过程中遵循以下两点：一是命题以开放性题目为主，不设标准答案，给予学生发挥的空间;二是对于涉及的基本定义、概念解释等内容，对能自己组织语言作答者的给分将高于完美背诵者的分数。以上两点需在考前辅导课上均充分、明确地告知学生，这样才能在整个教学过程的最后一环依然贯彻“认知能力重于知识点”的教学理念。

四、结语

本课程组对本单位研究生学位课“高级仪器分析”基于认知能力培养的教学理念进行了大胆的改革，使授课过程能够帮助学生理解、引发学生思考，改变学生依赖于记忆的应试学习习惯。在此基础上精心设计授课内容和考核方式，突出科学历史、研究实践和传统文化哲学在授课中的作用，并创新性地尝试硕士生和博士生同堂授课及学分互认。这些改革措施较好地解决了研究生“仪器分析”课程中一直存在并日益凸显的问题。比如，内容宽泛与课时有限、更新快速与内容滞后、实践性强与实验课不足、能力培养与应试惯性等矛盾问题，为未来科研人才的科学素养培养，做出了积极的贡献。

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Course Reform of Instrumental Analysis for Postgraduates Based on the Cultivation of Cognitive Ability

ZHANG Yi， SUN Xiu-lan， WANG Wen-long

（School of Food Science and Technology， Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu 214122， China）

Abstract： The Instrument Analysis course for graduate students in colleges and universities has the characteristics of strong theory， practicality， comprehensiveness， innovativeness and covering a wide range， which causes difficulties in teaching arrangement and leads to outdated course content. With the rapid development of science and technology in related fields， similar problems have been increasingly emerging. The reform and exploration in teaching practice are mainly embodied in the following aspects： the innovative attempt to teach master and doctoral students in the same class and the mutual recognition of their credits; the design of the teaching content and evaluation methods following the concept that cultivating cognitive ability should be more emphasized than spreading knowledge so as to help students get rid of their dependence on memory; integrating the philosophy of Chinese traditional culture into the teaching process and cultivating students’ analysis and innovation ability.

Key words： cognitive ability cultivation; graduate student education; Instrumental Analysis course

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