基于“卓越計劃”的生物工程專業(yè)儀器分析教學(xué)改革探討?

李利+夏帆

摘要：儀器分析課程是生物工程專業(yè)的一門必修課程，涉及知識面廣、學(xué)科交叉性強、技術(shù)性和實踐性強，學(xué)生較難掌握。本文針對教育部“卓越工程師” 教育培養(yǎng)計劃（簡稱卓越計劃）的目的和要求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程評價體系以及實踐實習(xí)等方面探討了儀器分析課程的改革辦法。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；生物工程；儀器分析；教學(xué)改革

中圖分類號：H191

儀器分析是以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用儀器建立起來的一種分析方法[1]。隨著科技的發(fā)展和社會的進步，新技術(shù)和新的分析方法不斷出現(xiàn)，大量分析儀器應(yīng)用于各行各業(yè)，儀器分析逐漸演化成為一門重要的課程。目前，《儀器分析》是大多數(shù)農(nóng)、林、水利高校及許多綜合性大學(xué)中生物、資源、環(huán)境、食品、化學(xué)及醫(yī)藥等相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)必修課，具有涉及知識面廣、學(xué)科交叉性強、技術(shù)性和實踐性強的特點。卓越工程師教育培養(yǎng)計劃（簡稱卓越計劃）是我國教育部于2010年6月啟動的高等教育中長期發(fā)展中的一個重大改革項目，其目的旨培養(yǎng)和造就一大批創(chuàng)新能力強，適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)。據(jù)統(tǒng)計，我國90%的本科高等院校都參與實施了“卓越計劃”。 “卓越計劃”對本科工程型人才培養(yǎng)教育提出了應(yīng)該具備“四個能力”的要求，即具備扎實的工程專業(yè)理論知識，掌握專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的能力；具有分析、提出方案并予以解決的能力；具有較強的創(chuàng)新意識和技術(shù)改造與創(chuàng)新的初步能力；具有信息獲取和職業(yè)發(fā)展學(xué)習(xí)能力[2]。按照“四個能力”的要求，參與實施“卓越計劃”的院校在開設(shè)《儀器分析》課程時，不僅限于向?qū)W生講解各類儀器的理論基礎(chǔ)、操作方法，更需要培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣，善于利用儀器來分析問題和解決問題。筆者結(jié)合近年來的教學(xué)經(jīng)驗，針對儀器分析課程進行了大量的思考，對教學(xué)方法進行了大膽的探索和改革，取得了良好的效果。

1、教學(xué)內(nèi)容的改革

儀器分析課程教學(xué)內(nèi)容由理論課教學(xué)和實驗課教學(xué)構(gòu)成，理論與實踐并重。傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法重在培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識和儀器操作方法，無法適應(yīng)“卓越計劃”提出的要求，亟需調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。

1.1 優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，加入外出實踐課時

目前，儀器分析課程教學(xué)主要由理論教學(xué)和實驗教學(xué)。理論課程能夠幫助學(xué)生了解和掌握各種儀器的基本概念和基本原理，建立初步印象；實驗課程能夠幫助學(xué)生加深儀器的印象，鞏固所學(xué)理論知識，對培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力起著重要的作用。按照“卓越計劃”對培養(yǎng)新世紀(jì)創(chuàng)新性人才的要求，儀器分析課程的開展更應(yīng)該偏重訓(xùn)練學(xué)生們的創(chuàng)新能力，僅靠理論和實驗教學(xué)無法有效地結(jié)合實際生產(chǎn)應(yīng)用，因而應(yīng)該在課程結(jié)構(gòu)中適當(dāng)添加外出實踐課?？梢缘较嚓P(guān)公司、工廠去開設(shè)實踐課，課時控制在4個學(xué)時左右，通過實踐走訪和參觀，了解儀器分析在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1.2結(jié)合專業(yè)就業(yè)趨勢選擇適合的理論教學(xué)內(nèi)容

大多數(shù)參與實施“卓越計劃”的本科院校的生物專業(yè)中都設(shè)有生物工程專業(yè)。生物工程隸屬于工科背景，是為生物技術(shù)與工程領(lǐng)域培養(yǎng)從事設(shè)計、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究開發(fā)的工程技術(shù)人才。生物工程專業(yè)中多數(shù)畢業(yè)生選擇直接參加工作，而實際生產(chǎn)中“高新尖”的儀器一般很少普及，根據(jù)這個趨勢特點，儀器分析課程的理論教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該有所調(diào)整。重點講授生產(chǎn)中應(yīng)用較多的光譜分析和色譜分析基礎(chǔ)理論及常見儀器，而將新興的儀器轉(zhuǎn)入自學(xué)內(nèi)容。這樣既能在有限的理論教學(xué)時間內(nèi)保證將光譜和色譜理論知識講的清楚透徹，又因與使用生產(chǎn)密切相關(guān)，促使學(xué)生愿意聽，勤奮學(xué)，保證較高的教學(xué)效果。

1.3選擇合適的實驗內(nèi)容，重視基礎(chǔ)操作訓(xùn)練

根據(jù)生物工程專業(yè)本科生的就業(yè)狀況，多數(shù)直接進入生物公司/工廠，參與銷售、管理及技術(shù)開發(fā)等工作，結(jié)合這一特點，著眼于選擇生產(chǎn)上常見的儀器設(shè)備進行實驗設(shè)計。經(jīng)過到企業(yè)進行調(diào)查走訪及統(tǒng)計分析，生產(chǎn)上常見的儀器有紫外分光光度計、氣相色譜儀及高效液相色譜儀等，那么進行實驗內(nèi)容安排和選擇時，應(yīng)該更偏重于生產(chǎn)常用儀器的訓(xùn)練。

開展儀器分析實驗時，教師不能將注意力僅僅集中在儀器的操作上。因為儀器分析的結(jié)果與基礎(chǔ)操作的正確性及準(zhǔn)確性有關(guān)，前處理操作的誤差越小，儀器分析數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，因此儀器分析實驗應(yīng)該更加重視基礎(chǔ)技能操作，強化基本常識訓(xùn)練[3]。在實驗過程中，常常會出現(xiàn)不少學(xué)生在基礎(chǔ)技能不扎實，常犯與基礎(chǔ)常識有關(guān)的錯誤，導(dǎo)致最終儀器分析的數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大偏差?？梢钥紤]在每個實驗開始前，開展一些實驗常識的訓(xùn)練，如pH計的使用及校正方法的訓(xùn)練、標(biāo)準(zhǔn)樣品準(zhǔn)確性配制訓(xùn)練、樣品的處理及加標(biāo)回收試驗訓(xùn)練等。另外，對學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)的問題進行有引導(dǎo)性剖析，如：故障檢查及排除、異常數(shù)據(jù)結(jié)果的分析及糾正、顯色現(xiàn)象的規(guī)律等，幫助學(xué)生更加清晰地找到問題的癥結(jié)。

2、革新教學(xué)方法及手段

在當(dāng)前的教學(xué)體制下，大學(xué)課堂教學(xué)主要還是采取“填鴨式”的教學(xué)方式，這種教學(xué)方式效率低下，不僅老師講得累，學(xué)生聽的也累，因此，對現(xiàn)有的教學(xué)方式進行革新和調(diào)整，采取一些教學(xué)手段，強化教學(xué)效果，提升課堂效率是非常有必要的。

2.1、引入案例分析進行教學(xué)

在選擇教學(xué)手段時，可以將案例分析引入教學(xué)當(dāng)中。將當(dāng)前生活中出現(xiàn)的熱點事件制作成案例，在教學(xué)中進行引用可以調(diào)動學(xué)生的好奇和興趣，然后深入淺出地講解解決方案，讓學(xué)生覺得真實而生動。比如：在講解色譜分析理論之前，可以引入“塑化劑”、“三聚氰胺”和“瘦肉精”等熱點案例，通過對鄰苯二甲酸鹽、三聚氰胺以及鹽酸克倫特羅物理及化學(xué)性質(zhì)分析，繼而引出色譜理論介紹，學(xué)生更加容易接受[4]。

2.2、采用任務(wù)式教學(xué)方法

任務(wù)式教學(xué)法是教師圍繞特定的學(xué)習(xí)內(nèi)容，事先向?qū)W生們提出具體、可操作的任務(wù)，用任務(wù)的壓力促使學(xué)生學(xué)習(xí)，以達到學(xué)習(xí)和掌握的特定內(nèi)容的教學(xué)方法。成就動機是任務(wù)式教學(xué)方法的真正動力。教師可以適當(dāng)?shù)仡A(yù)先布置一定的任務(wù)，讓學(xué)生們以團隊的形式完成，可以讓學(xué)生們在課堂上講述任務(wù)的完成內(nèi)容及情況。比如：在講解高效液相色譜儀時，可以實現(xiàn)布置六通閥原理的任務(wù)，讓學(xué)生在課堂上為其他學(xué)員講解六通閥原理，通過這樣的任務(wù)形式，講解六通閥的學(xué)生對講授的內(nèi)容印象肯定很深刻，從而達到了較好的學(xué)習(xí)效果。也可以在每次課開始前預(yù)先布置問題，讓學(xué)生在聽課過程中找到答案，在每次課結(jié)束前點名回答。通過任務(wù)式教學(xué)方法給每名學(xué)生布置任務(wù)，即便是學(xué)生完成的效果不太理想，也比什么都不做要好。endprint

2.3、注重練習(xí)式教學(xué)法

教、學(xué)、練在學(xué)習(xí)過程中的關(guān)系是息息相關(guān)的。儀器分析是實踐性非常強的一門課程，“卓越工程師”計劃更加注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，因此上好儀器分析課要讓學(xué)生多加練習(xí)，才能增加理解。練習(xí)式教學(xué)法是通過增加辨識性、推理性的內(nèi)容讓學(xué)生加以練習(xí)，而能夠加深學(xué)生認(rèn)知的一種教學(xué)方法，通常在儀器資源不夠的情況下開展。

2.4、討論式教學(xué)方法

討論式教學(xué)法是教師通過精心巧妙地設(shè)置問題，用探討問題的方式，創(chuàng)造輕松愉悅的環(huán)境，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生主動進行自我教育的一種教學(xué)方式。討論式教學(xué)法更有利于調(diào)動學(xué)生們積極思維和獨立思考的能力，對于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義。在討論式教學(xué)過程中，提問者與討論者的角色是隨時轉(zhuǎn)變的，教師可以提出問題，鼓勵學(xué)員發(fā)表觀點，組織和參與相互之間的討論；也可以由學(xué)生提出問題，學(xué)生進行解疑，教師進行補充和總結(jié)。

3、改革課程評價體系

針對當(dāng)前儀器分析課程評價體系上存在的弊端，結(jié)合“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的目的和要求，對課程考核評價體系進行全方位的改革。在評價形式方面，采取考勤、課程論文、實驗操作、課外作業(yè)及課程考試等多種形式；適當(dāng)增加課程論文、實驗操作及課外作業(yè)的比重，減少課程考試在評價體系中的比重。充分發(fā)揮課程考試培養(yǎng)學(xué)生能力的拉動作用，盡可能采用開卷形式，少使用閉卷考試；減少填空題、判斷題及選擇題等死記硬背內(nèi)容的比例，增加簡單題、論述題的比重，將考試內(nèi)容由固定的標(biāo)準(zhǔn)答案向無標(biāo)準(zhǔn)答案轉(zhuǎn)變?？梢栽黾訉嶒灢僮鳒y試，提升實驗操作在評價體系中的地位。

4、開展校企合作、校所合作，強化外出實習(xí)

利用與校外企業(yè)、科研院所的協(xié)作機會，調(diào)整課程教學(xué)計劃，利用課程實習(xí)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生參觀校外企業(yè)、科研院所實驗室，結(jié)合工廠現(xiàn)場檢測的樣品，進行案例分析的，從而彌補校內(nèi)理論學(xué)習(xí)的不足；另一方面，可以利用課外實習(xí)機會，安排學(xué)生到相關(guān)企業(yè)、環(huán)境檢測站、質(zhì)量檢驗所、進出口檢驗檢疫實驗室實習(xí)，通過2～3個月的實踐訓(xùn)練，熟悉和掌握各類實驗儀器和檢測方法。

綜上所述，“卓越工程師”計劃的目的是通過一系列課程的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生在今后的工作中能夠運用儀器分析課程的知識完成相關(guān)的工作，并能夠有所創(chuàng)新，這就是儀器分析課程開設(shè)的目的。作為儀器分析課程的教師，要時刻關(guān)注學(xué)生思想的變化、知識前沿問題的變化、儀器設(shè)備的更新?lián)Q代、教學(xué)條件的改變、現(xiàn)實生產(chǎn)中的問題，變革原有教條式的教學(xué)方式，不斷調(diào)整，充實教學(xué)內(nèi)容，用各種教學(xué)方法和手段吸引學(xué)生學(xué)習(xí)，探索并改進符合生物工程專業(yè)儀器分析課程的教學(xué)模式，培養(yǎng)出符合“卓越工程師”計劃需要培養(yǎng)的創(chuàng)新型人才。

參考文獻：

[1]蔡向忠，王秀紅，李銀生. 改革儀器分析實驗教學(xué) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J]. 實驗室研究與探索，2014，33（11）：168～171.

[2]徐守芳，陸宏志. 以科研促教學(xué)：新型分析方法在儀器分析教學(xué)中的體現(xiàn)[J]. 化學(xué)教育，2014，（2）：8～10.

作者簡介：李利（1983～），女，博士，講師，從事生物工程專業(yè)教學(xué)與研究工作。endprint