改革儀器分析實驗教學(xué) 培養(yǎng)應(yīng)用型人才

王修中+呂海濤

[摘 要]儀器分析實驗是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題能力的重要環(huán)節(jié)。項目組結(jié)合目前儀器分析實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，從改進實驗裝備、精選實驗內(nèi)容、定時開放實驗室、以科研促教學(xué)及多元化考核體系等方面對儀器分析實驗教學(xué)進行改革和探索，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識，有利于面向地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

[關(guān)鍵詞]儀器分析實驗；教學(xué)改革；第二課堂；應(yīng)用型人才

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）12-0122-03

儀器分析實驗涉及化學(xué)、物理學(xué)和電子技術(shù)等相關(guān)學(xué)科，作為儀器分析課程教學(xué)的重要組成部分，是一門實踐性較強的課程，因此是高等院?；瘜W(xué)化工類、生物醫(yī)學(xué)類、食品類等相關(guān)專業(yè)的必修課程。[1-4]該課程不僅培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)化工產(chǎn)品從原材料到出廠成品的質(zhì)量的分析檢測能力，對提高學(xué)生的動手能力以及科研素養(yǎng)的培養(yǎng)同樣至關(guān)重要；同時該課程所學(xué)的內(nèi)容與高級化學(xué)分析工和食品檢驗工等職業(yè)資格考證緊密相關(guān)，其重要性不言而喻。

與化學(xué)分析實驗相比，儀器分析實驗具有更強的理論性和實用性。[5]它不僅包括實驗方案的設(shè)計、基本操作技能的訓(xùn)練，還包括對實驗譜圖的解析及數(shù)據(jù)處理。這就需要學(xué)生熟悉儀器方法原理，掌握儀器設(shè)備的操作步驟和方法，尤其是在實驗中要培養(yǎng)學(xué)生實事求是的作風(fēng)，增強理論聯(lián)系實際的能力，進一步提升學(xué)生提出問題和解決問題的能力，使這些能力與課堂上所學(xué)到的理論知識相得益彰。

然而，儀器分析實驗教學(xué)現(xiàn)狀不容樂觀：（1）由于儀器分析設(shè)備價格高，同類儀器設(shè)備數(shù)量偏少，大多數(shù)儀器分析實驗僅有一臺設(shè)備供學(xué)生使用，即使學(xué)生分小組進行，相對儀器數(shù)量，人數(shù)仍然相對較多，教學(xué)效果較差。（2）現(xiàn)有的儀器分析實驗內(nèi)容大多以驗證性實驗為主，雖然方法成熟，但內(nèi)容陳舊，不能做到與時俱進，難以激發(fā)學(xué)生的興趣。[6，7]（3）受學(xué)時數(shù)的制約以及為保護大型貴重分析儀器考慮，測試樣品大多是由任課老師預(yù)先準備好，學(xué)生很少參與或基本不參與樣品的預(yù)處理；實驗內(nèi)容也很少涉及實驗條件的優(yōu)化，學(xué)生只能被動地按照實驗教材和指導(dǎo)老師設(shè)定的實驗條件與步驟機械地完成實驗，學(xué)生分析、解決實際問題的能力和創(chuàng)造力得不到培養(yǎng)和提高，不利于學(xué)生創(chuàng)造性和個性的發(fā)展。因此，亟須對儀器分析實驗教學(xué)進行改革。項目組結(jié)合農(nóng)林院校的專業(yè)設(shè)置特點，對儀器分析實驗教學(xué)進行了一系列改革，取得了一定的成效。

一、改進實驗室裝備，加大對多媒體的應(yīng)用

利用山東省特色名校建設(shè)經(jīng)費購置多臺大型儀器設(shè)備，構(gòu)建學(xué)科科研平臺的同時對現(xiàn)有儀器分析實驗教學(xué)設(shè)備進行補充，保證每個儀器設(shè)備至少兩臺，以緩解當(dāng)前學(xué)生多儀器少的矛盾。同時考慮到學(xué)生對儀器組成及內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺少直觀感覺，我們專門裝修一間實驗室作為儀器分析實驗室多媒體教室，借助多媒體技術(shù)模擬儀器的工作原理，在每個實驗開始前將實驗原理和操作過程及注意問題演示給學(xué)生。充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”優(yōu)勢，建立計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，通過信息共享，為任課教師和學(xué)生提供資源，使實驗教學(xué)的效果隨之不斷提高。

二、精心編寫教材，革新實驗內(nèi)容

儀器分析實驗在教學(xué)內(nèi)容上要體現(xiàn)應(yīng)用性和實踐性，現(xiàn)有的實驗項目大多陳舊落后，不能適應(yīng)現(xiàn)代分析化學(xué)的要求。[8，9]因此，在實驗教材選用上，我們考慮到實際教學(xué)條件及不同學(xué)生層次，同時在結(jié)合本校化學(xué)化工類專業(yè)培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)上自編了一套儀器分析實驗教材。在編纂教材過程中，盡量結(jié)合青島當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)實際及化學(xué)化工行業(yè)的需求，選取那些應(yīng)用性強、與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)的實驗項目，切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和解決實際問題的能力。如結(jié)合青島地區(qū)流行的地方病，本實驗課程開設(shè)“離子選擇性電極法測定地下水中的碘和氟離子含量”的實驗，不僅讓學(xué)生了解平時的飲用水是否符合要求，還幫助學(xué)生走出青島屬于海濱城市，有較長的海岸線，為何還會缺碘的誤區(qū)；結(jié)合地方經(jīng)濟的快速發(fā)展過程中排放大量污水導(dǎo)致的水污染，開設(shè)了“紫外可見分光光度法測定廢水中微量酚”；結(jié)合日常生活中人們接觸到的食品、藥物，開設(shè)“氣相色譜法測定白酒中甲醇的含量”、“反相色譜測定飲料中咖啡因的含量”以及“逆流色譜法純化甘草中的甘草甜素”等實驗。這些實驗大都與社會生活密切相關(guān)，可以讓學(xué)生在掌握儀器使用方法的同時，還體會到儀器分析的實際應(yīng)用。

三、定時開放實驗室

在縮減課時的大背景下，在教學(xué)實踐中，為了應(yīng)對有限的實驗課時，我們先讓學(xué)生預(yù)習(xí)實驗課本上的內(nèi)容，為了提高學(xué)生預(yù)習(xí)效果，我們充分利用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)，建立了自己的課程網(wǎng)頁，編排了電子教程和視頻輔導(dǎo)資料。每個學(xué)期初，針對不同專業(yè)和班級分別建立儀器分析實驗QQ群和飛信群，實驗指導(dǎo)老師為管理員。每次實驗之前，任課老師在群內(nèi)發(fā)布通知提前告知學(xué)生本次實驗課內(nèi)容，學(xué)生可以先進行預(yù)習(xí)，了解儀器的工作原理、操作方法及注意事項等內(nèi)容，可以與指導(dǎo)老師在線交流，以方便教師對學(xué)生存在的問題做到心中有數(shù)，保證現(xiàn)場實驗教學(xué)的有的放矢。

為使學(xué)生有更多的時間參與上機操作，掌握更多的主動權(quán)，實驗室管理者通過協(xié)調(diào)學(xué)院內(nèi)部資源，對儀器分析實驗室建立了定時開放制度[10]，以方便那些沒能完成實驗或者實驗失敗的學(xué)生。采取這樣的措施可以讓學(xué)生有足夠的時間去思考失敗的原因，進一步總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，大大提高了學(xué)生參與儀器分析實驗的興趣，使學(xué)習(xí)活動由被動的接受轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動的探索。我院自2010年開始，對本科生實行導(dǎo)師制。我院要求自大二學(xué)年開始，學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好與導(dǎo)師進行雙向選擇，進入導(dǎo)師的科研室，參與老師的科研課題，這樣就促使學(xué)生自己到圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查文獻、找資料，制訂實驗方案，設(shè)計實驗步驟，獨立完成實驗數(shù)據(jù)，使實驗室成為第二課堂。以筆者親身經(jīng)歷為例，兩名2012級應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生在大二學(xué)期伊始即進入筆者所在的科研室，經(jīng)過近一年的科研訓(xùn)練，該兩名同學(xué)為主持人，在大三上學(xué)期獲批一項國家級大學(xué)生創(chuàng)新立項“分子與牛血清蛋白的相互作用研究”，項目結(jié)題時在中文核心期刊上發(fā)表科研論文三篇。其中一位學(xué)生的本科畢業(yè)論文《基于金納米擴增高靈敏的電致化學(xué)發(fā)光DNA分子生物傳感研究》，被評為學(xué)?！皟?yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文”。通過采用這種開放式實驗教學(xué)活動，學(xué)生從以前被動的“要我做”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“我要做”，學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新思維能力都得到了啟發(fā)和提高。

四、以教師科研促實驗教學(xué)

我院的大型測試儀器均由教學(xué)科研一線的教師負責(zé)管理，上課過程中，任課教師能讓學(xué)生較多地了解相關(guān)儀器分析方法的最新進展，開闊學(xué)生的視野。同時我們會將教師承擔(dān)科研課題的部分內(nèi)容融入儀器分析實驗教學(xué)內(nèi)容中。[11]例如做電分析化學(xué)測定離子含量的實驗時，我們從我院教師承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金項目“均相光致電化學(xué)生物傳感新方法研究及其在重大疾病生物標志物分析中的應(yīng)用”中篩選出一部分內(nèi)容作為儀器分析實驗內(nèi)容。如此，不僅凸顯學(xué)生所做的實驗非常前沿，有利于增強學(xué)生的自信心，進一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，而且可以幫助教師們完成科研課題的研究任務(wù)，可謂一舉兩得。

五、建立多元化的考評體系

在儀器分析實驗課程考核方面，改變以往唯實驗報告定成績，以“既重結(jié)果，更重過程”為指導(dǎo)思想，建立多元化的考評制度。[12-14]對成績的考評主要考慮以下幾方面內(nèi)容：實驗前的預(yù)習(xí)、實驗中的操作、實驗后的報告。實驗前，對學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)情況進行檢查，通過師生相互提問的形式進行現(xiàn)場考察，增強實驗教學(xué)的互動性及學(xué)習(xí)的主動性，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。在實驗中要求每位學(xué)生認真操作，遇到問題，任課教師并不是馬上告訴答案，而是先引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會自行解決問題，遇到學(xué)生實在不能解決的問題，教師再參與其中幫忙。如果遇到實驗結(jié)果或者現(xiàn)象明顯異常，不能簡單地歸結(jié)為本次實驗失敗和隨意地舍棄數(shù)據(jù)，要告訴學(xué)生如實記錄，待實驗結(jié)束后，分析其原因，引導(dǎo)學(xué)生正確樹立科學(xué)對待實驗結(jié)果的態(tài)度。多元化的考評能科學(xué)合理、全面公正地反映學(xué)生學(xué)習(xí)實驗課程的真實水平，同時培養(yǎng)了學(xué)生求真務(wù)實的學(xué)風(fēng)。

六、結(jié)束語

在儀器分析實驗教學(xué)中，強化學(xué)生思維和動手能力的培養(yǎng)，是實驗教學(xué)的根本。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了儀器分析方法、操作技能，而且提高了分析、解決問題的綜合能力。總的來說，儀器分析實驗教學(xué)改革是項長期而艱巨的任務(wù)，需要任課教師根據(jù)課程本身的特點并結(jié)合實際情況，認真總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，進一步提高儀器分析實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才，使儀器分析實驗教學(xué)質(zhì)量再上新臺階。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]