“雙一流”學(xué)科和專業(yè)聯(lián)動(dòng)下儀器分析課程教學(xué)的實(shí)踐與思考

唐偉卓 陳建榮

[摘 要]儀器分析是一門(mén)專業(yè)性、綜合性和交叉性很強(qiáng)的課程，是生物工程類專業(yè)的必修課。文章針對(duì)長(zhǎng)沙學(xué)院地方型本科院校的辦學(xué)定位，結(jié)合作者所在學(xué)院生物學(xué)湖南省一流應(yīng)用特色學(xué)科和生物工程湖南省一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，就生物工程類專業(yè)儀器分析課程的現(xiàn)狀、教學(xué)方案及課程考核等方面如何開(kāi)展實(shí)踐進(jìn)行深入分析，以此推動(dòng)課程教學(xué)的研究與改革。

[關(guān)鍵詞]生物工程類;雙一流;儀器分析;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目]2019年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“基于‘雙一流學(xué)科專業(yè)聯(lián)動(dòng)的生物工程類應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究與實(shí)踐”（949）

[作者簡(jiǎn)介]唐偉卓（1985—），男，湖南永州人，博士，長(zhǎng)沙學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院副教授，主要從事天然活性成分的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究;陳建榮（1973—），女，湖南溆浦人，博士，長(zhǎng)沙學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院教授，主要從事藥用植物的功能成分代謝研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）47-0-02[收稿日期] 2020-05-27

儀器分析是指采用復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來(lái)獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一門(mén)課程。生物工程類專業(yè)包括生物工程和生物制藥兩個(gè)專業(yè)。生物工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課程主要由生物學(xué)學(xué)科構(gòu)成，而生物制藥專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課程主要由藥學(xué)和生物學(xué)兩個(gè)學(xué)科方向的核心課程構(gòu)成。儀器分析已經(jīng)成為化學(xué)、藥學(xué)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域不可或缺的一門(mén)課程。本文以地方型本科院校長(zhǎng)沙學(xué)院為例，在現(xiàn)有生物學(xué)一流應(yīng)用特色學(xué)科和生物工程一流專業(yè)的基礎(chǔ)上，借鑒了國(guó)內(nèi)教師的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)[1-2]，就生物工程類專業(yè)儀器分析課程的教學(xué)研究和實(shí)踐做一些探索和思考。

一、儀器分析課程的定位

儀器分析是生物工程類專業(yè)本科專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)課。本校該課程面向三年級(jí)學(xué)生本科生開(kāi)設(shè)，以課堂講授為主，輔以相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)對(duì)儀器分析課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展及其各類分析方法的對(duì)象及應(yīng)用范圍，熟悉各類儀器分析的原理及其儀器的基本結(jié)構(gòu)、重要部件，掌握現(xiàn)代儀器分析的定性、定量實(shí)用技術(shù)，能根據(jù)不同的研究對(duì)象和要求選擇最合適的分析方法。同時(shí)，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)儀器分析知識(shí)結(jié)合生物學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生在生物及生物醫(yī)藥領(lǐng)域的專業(yè)能力，在實(shí)際工作中獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

二、儀器分析課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）課程理論和實(shí)踐課時(shí)安排不合理，實(shí)踐課時(shí)偏少

儀器實(shí)驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要學(xué)生在充分理解理論知識(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)地進(jìn)行儀器操作。現(xiàn)實(shí)情況中，與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)課程安排比例偏低。學(xué)生通過(guò)上機(jī)實(shí)踐，充分認(rèn)識(shí)和接觸儀器設(shè)備的機(jī)會(huì)不多，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際工作中儀器操作能力的缺乏。

（二）設(shè)備種類不全，數(shù)量不足

儀器分析課程的主要內(nèi)容可以分為色譜儀器分析和光譜儀器分析兩大塊。這些現(xiàn)代儀器設(shè)備一般價(jià)格較貴、維護(hù)成本較高。多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室在科研方面配置了相關(guān)分析儀器，而在教學(xué)中這些儀器設(shè)備的購(gòu)置和使用并沒(méi)有得到重視。使用的教學(xué)設(shè)備要么年代久遠(yuǎn)，要么耗損嚴(yán)重，導(dǎo)致理論課上涉及的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)法開(kāi)設(shè)實(shí)踐教學(xué)。另外，由于學(xué)生人數(shù)較多，很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是采取大組的形式進(jìn)行教授，無(wú)法保證每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)上機(jī)操作。

（三）實(shí)踐課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容和方案設(shè)置不科學(xué)

儀器分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程一般比較復(fù)雜，涉及樣品的前處理、儀器的參數(shù)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等。此外，還涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。多數(shù)情況下，為了減少實(shí)驗(yàn)的不可控性。儀器分析實(shí)踐課程項(xiàng)目選擇上，避重就輕現(xiàn)象就比較突出?；蛘咭粋€(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從實(shí)驗(yàn)樣品前處理到儀器參數(shù)設(shè)置等方面，主要都由實(shí)驗(yàn)老師提前準(zhǔn)備好。學(xué)生只是按程序簡(jiǎn)單地進(jìn)行一些操作，比如進(jìn)樣、打印報(bào)告等，缺乏對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的參與。

（四）實(shí)驗(yàn)課考核制度不完善

實(shí)驗(yàn)課的考核一般主要包括出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩方面。對(duì)于儀器分析這門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，其實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核往往只側(cè)重實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果，忽略儀器操作過(guò)程。這種考核難以整體上考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡睦斫?，?duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技術(shù)提高沒(méi)有產(chǎn)生良好效果，甚至容易導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告互相抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。這也促使有些學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課重視程度不夠，僅僅是走過(guò)場(chǎng)。

受上述幾個(gè)方面影響，容易導(dǎo)致儀器分析實(shí)際教學(xué)過(guò)程中理論與實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)。學(xué)生的學(xué)習(xí)不完整、不系統(tǒng)、對(duì)課程印象不深刻，部分學(xué)生學(xué)習(xí)完課程后，仍然不知道為什么采用這種儀器進(jìn)行分析，如何使用儀器進(jìn)行分析，更不知道如何利用該技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題。

三、儀器分析課程教學(xué)的解決方案

（一）結(jié)合行業(yè)實(shí)際、優(yōu)化教學(xué)大綱

目前，常規(guī)的儀器分析課程學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括色譜分析、電化學(xué)分析、光化學(xué)分析和熱分析四大部分。按教學(xué)大綱編寫(xiě)要求，每一章節(jié)都有需要學(xué)生掌握、熟悉、了解的知識(shí)點(diǎn)以及難點(diǎn)和重點(diǎn)部分，知識(shí)體系過(guò)于繁雜，容易忽視生物工程類專業(yè)學(xué)生未來(lái)就業(yè)后實(shí)際工作中的儀器使用情況。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園區(qū)進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)色譜分析（液相色譜、氣相色譜、液質(zhì)、氣質(zhì)聯(lián)用色譜）和原子分析儀器在實(shí)際工作中應(yīng)用較廣。因此，按照地方型高等學(xué)校的建設(shè)定位，我們對(duì)儀器分析的教學(xué)大綱進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化，重點(diǎn)側(cè)重講解氣相色譜、液相色譜、色譜聯(lián)用及原子吸收光譜章節(jié)內(nèi)容，并設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，力求實(shí)現(xiàn)把課本上學(xué)到的知識(shí)與地方企業(yè)的應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。同時(shí)，我們對(duì)儀器分析課程的實(shí)踐教學(xué)大綱也進(jìn)行了相應(yīng)修改，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，淘汰一些應(yīng)用程度不高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化液相、氣相和原子吸收色譜的實(shí)踐課教學(xué)。同時(shí)，學(xué)校也增加對(duì)教學(xué)儀器的購(gòu)置費(fèi)用，購(gòu)買數(shù)十套色譜分析儀器用于實(shí)踐教學(xué)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分組，保證每位同學(xué)都能夠上機(jī)操作。另外，針對(duì)生物制藥專業(yè)，我們還專門(mén)開(kāi)設(shè)了一周時(shí)間的綜合實(shí)訓(xùn)課程，用于儀器分析和藥物分析實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)一周的集中實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步強(qiáng)化儀器分析的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合性，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，為將來(lái)的就業(yè)奠定基礎(chǔ)。

（二）改革教學(xué)方法，提高課堂教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以老師授課為主，學(xué)生主動(dòng)參與性不高，而且多數(shù)老師會(huì)將教學(xué)課件分享給學(xué)生，容易導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際課堂教學(xué)過(guò)程中注意力不集中。為了改變這種情況，我們引入學(xué)習(xí)通在線課程教學(xué)。對(duì)于課程講解的內(nèi)容，提前發(fā)布在系統(tǒng)上，要求學(xué)生完成相關(guān)預(yù)習(xí)，同時(shí)設(shè)置考核指標(biāo)，監(jiān)督預(yù)習(xí)情況。通過(guò)這種方式，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，一定程度提高了教師和學(xué)生的互動(dòng)。此外，為了充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，改變單純以PPT形式教學(xué)的方式。筆者在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，會(huì)嘗試在課堂中適時(shí)播放相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的視頻內(nèi)容。比如，在介紹液相色譜范式方程內(nèi)容時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于書(shū)本和課件中的相關(guān)公式和具有應(yīng)用了解不夠透徹，且受限于PPT的教學(xué)形式，有的內(nèi)容無(wú)法立體的為學(xué)生呈現(xiàn)。因此，通過(guò)充分查找相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源，精心篩選了“色譜學(xué)堂”公開(kāi)課的視頻內(nèi)容，每個(gè)短視頻3—5分鐘。在用PPT講解完范式方程的知識(shí)后，為學(xué)生播放一次相關(guān)視頻內(nèi)容，在實(shí)現(xiàn)互相補(bǔ)充的同時(shí)，加深學(xué)生對(duì)該內(nèi)容的理解。筆者在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，這種“課件+視頻”結(jié)合教學(xué)的方法效果較好。

（三）改革考核方式，考試推動(dòng)教學(xué)

為了真正讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)，會(huì)實(shí)際操作和運(yùn)用儀器，除了優(yōu)化教學(xué)大綱、改革教學(xué)方法外，還要有一套符合實(shí)際的完整考核體系來(lái)督促學(xué)生學(xué)習(xí)。通常，儀器分析的理論課考試多側(cè)重基本概念、原理記憶和計(jì)算能力。題型一般為名詞解釋、選擇題、填空題、問(wèn)答題和計(jì)算題。為了適應(yīng)地方性應(yīng)用型大學(xué)的定位，我們改革了考核方式和考試內(nèi)容。理論考試?yán)锩娼档土藗鹘y(tǒng)以記憶為主的名詞解釋、填空題和問(wèn)答題的主觀題型比例，增加綜合應(yīng)用題型。該類題型以實(shí)際案例為基礎(chǔ)，考查學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的儀器分析相關(guān)問(wèn)題的能力。比如，綜合應(yīng)用題型要求學(xué)生按提供的實(shí)際案例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)分析方法或者提供解決儀器分析故障等方面的內(nèi)容，全面考核學(xué)生靈活運(yùn)用儀器分析方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。另外，儀器分析實(shí)驗(yàn)的考核也打破原來(lái)僅僅以實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?yōu)橹鞯那闆r，加入儀器的操作考核、改變學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程不重視的現(xiàn)象。儀器分析課程考核的分?jǐn)?shù)計(jì)算比例為：平時(shí)成績(jī)10%，期末卷面成績(jī)50%，操作考試40%。

參考文獻(xiàn)

[1]付翠翠，石文兵.從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2018（25）：111-112.

[2]張萍花，王紅艷，卓馨，等.新工科愿景下儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（2）：226-228.

Abstract： Instrument Analysis is a professional and comprehensive course and a compulsory course for biological engineering majors. This study aims to discuss the teaching model of the course based on the linkage of double first-class discipline and specialty in the local applied university namely Changsha University. It explores the teaching model of the course in terms of the current situation， teaching method， and course evaluation in order to promote the research and reform of the teaching model of Instrument Analysis course for biological engineering majors.

Key words： biological engineering; double first-class; Instrument Analysis; teaching reform