食品質量與安全專業(yè)儀器分析教學探索與研究

原曉喻，張西亞，李 瑜，張秋會，余小領

(河南農業(yè)大學 食品科學技術學院，河南 鄭州 450002)

化學分析和儀器分析是分析化學的兩大部分，后者在食品質量安全和營養(yǎng)檢驗中非常重要，是食品專業(yè)學生的一門重要的基礎課程，尤其是在食品質量與安全專業(yè)課中用途較多。儀器分析這門課程在實習環(huán)節(jié)如本科畢業(yè)論文和實驗室開放創(chuàng)新項目中起著重要支撐作用[1]，也能夠為他們今后的工作提供相應幫助。

儀器分析課程是我校食品科學技術學院本科生主干課程之一，在培養(yǎng)應用型人才方面具有重要的支撐作用。隨著分析方法更新，儀器性能提高，新型儀器不斷問世，儀器分析在食品領域的應用也在不斷深化。高校儀器分析課程的教學理念和實驗方法在一定程度上滯后于當前社會的需要，難以與時俱進[2]。針對應用型本科教學特點，改革儀器分析教學手段、教學理念、教學方法和考核方式，增強學生的學習興趣和內在驅動力，有助于培養(yǎng)學生獨立思考和獨立動手的能力，進而提高食品學科本科生的教學質量。

1 課程教學中存在的不足

1.1 課程內容抽象晦澀，學生興致缺缺

儀器分析是一門綜合性較強的專業(yè)基礎課，涵蓋光學、電學、化學、數學、計算機等多門學科知識。課程內容包括色譜分析、光譜分析、電化學分析和質譜分析等四大塊，每種分析方法原理晦澀難懂且各不相同，知識點分散、跳躍性大，因此，本課程需要掌握的知識非常多。其次傳統(tǒng)的教學手段一般都是板書和PPT，難以把各種分析方法的原理清晰地展現在學生面前。學生在學習時只能憑空想象，在沒有任何基礎的情況下，僅能理解一些基礎概念，難以真正掌握儀器的結構和工作原理，難有較好的學習效果，這樣容易使學生在學習過程中興致缺缺，產生墮怠情緒。最后，隨著高校招生規(guī)模的擴大，學學生整體自律能力不足，如果理論內容枯燥，必然致使學習效率降低，再加上部分學生化學、數學、物理基礎薄弱，學習起來更吃力，這都導致理論課程的教學不容樂觀。

1.2 學校儀器落后，最新分析方法難以實施

隨著科技大踏步向前發(fā)展，各類型儀器的性能也在不斷提高，新的分析方法和原理層出不窮，使其在食品領域的應用得到迅猛擴展。與此同時，新的檢測靶標物持續(xù)更新，傳統(tǒng)檢測標準不斷被優(yōu)化。但是傳統(tǒng)課堂教學的知識體系更新不能與時俱進，體現不出來實時性。使得學生難以接觸到最新的儀器分析方法，導致應用型人才的培養(yǎng)和社會需求之間略有差距，以至于走上相關工作崗位以后，還需要花費一些精力和時間去適應新的工作環(huán)境。

1.3 學生實際操作能力不夠

我院具備一些性能很好的大型儀器分析實驗教學設備，如氣相色譜、液相色譜、原子吸收光譜儀等。但是因為儀器昂貴、操作復雜、需要配備經驗豐富的專業(yè)人員、后期維修成本高，這些限制性條件使得學生接觸和使用大型儀器的機會較少，實驗項目也多做演示說明，難以真正提高學生的實踐操作能力。

2 課程改革方案

2.1 增強文獻閱讀和啟發(fā)式教學

儀器分析是一門內容兼顧廣度和深度的學科。在授課過程中，發(fā)現很多學生都缺乏興趣、存在惰怠情緒，從而導致授課結果不太理想。于是作者基于課本大綱，結合自己的科研經歷，并分享優(yōu)質論文，與學生共同探討分析方法和應用案例，極大的提高了學生興趣。例如近幾年來，在學校教改項目的支持下，我們教學團隊逐漸探索了一種適合儀器分析的新方法：案例主導的啟發(fā)式教學法。例如，在講解高校液相色譜的分離檢測性能時，我們以食品添加劑的分離和定性為啟發(fā)性案例[3]，該案例貼近現實生活，學生們興趣盎然，然后教師通過啟發(fā)式教學對課堂教學進行設計如下：

提出問題：乳制品中有哪些常見的食品添加劑？

分析問題：引導學生查文獻，討論，得出結論：安賽蜜、糖精鈉、苯甲酸、山梨酸、脫氫乙酸、甲基香蘭素和乙基香蘭素。若想要知道乳制品中防腐劑種類，須找到一種快速、同時檢測這7種添加劑的簡便方法，此時引出高效液相色譜法，并進行相關知識的講解。在啟發(fā)性案例中，讓學生帶著問題去探索知識，會獲得較好的教學效果。

解決問題：首先利用高效液相色譜檢測添加劑(國標)的標準曲線，找出添加劑保留時間、濃度和色譜峰面積之間的關系，然后與待測乳制品的色譜流出曲線進行對比，得出乳制品中添加劑的種類和含量。通過購買市場上各種類型的乳制品并進行檢測，將檢測結果與商品標簽進行核對，觀察檢測結果是否正確。此類教學設計極大得提高了學生的發(fā)散思維能力，比如有的同學會將乳制品帶入實驗室，想驗證乳制品中添加劑的種類和含量。結果發(fā)現，此教學方法深受學生喜愛，教學效果甚好。

2.2 科研與校企合作，共同帶動教學

為了進一步減小實驗水平與課堂理論知識之間得差距，作者采用了一個非常有用的教改措施：積極引導本科生參與科研課題。學生可以通過參與課題研究，更加深入得理解課堂上的理論知識；其次可以查閱文獻、設計實驗，到最后通過動手實踐完成實驗，提高解決問題的能力，實現理論與實驗相輔相長。

另外，我校還積極開展具有專業(yè)特色的“創(chuàng)新實驗大賽”、“技能大賽”、 “本科教學實驗室開放性創(chuàng)新實驗” 、“大學生創(chuàng)新計劃”等，使學有余力的學生能夠自行設計實驗內容，并與指導教師討論實驗方案的可行性，在開展實驗項目時，教師和學生都能在此過程受益匪淺，從而進一步提高教學質量。

最后，可以積極開展校企合作，增加見習環(huán)節(jié)，參與分析儀器的工作流程，使學生對儀器構造、檢測原理、和分析方法有更深刻的認知。此外學生可以通過對企業(yè)的了解，在將來就業(yè)時更清楚自己的工作崗位。例如我們班一位本科生曾在一家第三方檢測機構進行半年的實習，在企業(yè)工程師的帶領下，對高效液相色譜和氣相色譜的常規(guī)檢測方法進行了細致的學習，使得其在畢業(yè)找工作時，直接適應了工作單位對人才的需求。

對于實踐性很強的“儀器分析”實驗課而言，期末考核方式這根“指揮棒”決定了學生的實驗操作比重，近年來作者逐漸將實驗預習和實驗過程納入考評體系，對學生預習情況進行深度提問，多次巡視其實驗操作過程并隨時指導和評價，重點關注學生對實驗結果的思考和討論。另外，需要同時考察學生的動手能力、實驗操作科學性以及數據記錄的規(guī)范性等給出最終成績。所以，多元化考核體系能夠更好的評價學生的理論知識、實踐知識、綜合能力和素質。

2.3 引入虛擬仿真實驗室，豐富平臺資源

虛擬仿真實驗室是基于仿真技術構建的開放式、網絡化的虛擬實驗室，具有很強的仿真性[4]。教師通過預先定義虛擬儀器的功能和實驗步驟，讓學生不受時間和空間的限制，在終端上完成實驗預習和操作。在虛擬實驗室中，學生可以直觀了解到各種大型儀器的組成、操作步驟、掌握各類樣品定性和定量分析方法。虛擬仿真實驗室可以同時多人在線學習，具有利用率高、易維護的優(yōu)點。近幾年來許多高校陸續(xù)建立了虛擬仿真實驗室，極大得提高了實驗教學效果[5]。加深了學生對分析方法的理解，提高應用能力、增加趣味性。

3 結語

通過對食品學科《儀器分析》的教學改革與實踐，使課程內容更加合理：多種教學手段的使用激發(fā)了學生積極主動學習儀器設備的興趣和熱情，科研和校企合作強有力的輔助了教學質量；多元化考核體系的實施，使評價體系更完善；虛擬仿真技術軟件促進了學生對抽象原理的理解，提高學生實踐操作和分析解決問題的能力。