“新工科”背景下食品專業(yè)《儀器分析》教學(xué)模式研究*

滿 云，鄧源喜

(蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

進(jìn)入21世紀(jì)，科技迅猛發(fā)展，隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程加速，國家對應(yīng)用型人才[1-2]的需求越來越多，國家一直在引導(dǎo)地方高等院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。社會對交叉學(xué)科人才的需求更加迫切。社會的發(fā)展一方面需要一批極富創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高精尖人才；另一方面也需要大批的具有實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才[3]；目前，各高等學(xué)校都在“新工科”背景下，積極推進(jìn)教育教學(xué)改革，推進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。實(shí)現(xiàn)了高校、企業(yè)、大學(xué)生三者共贏的局面，同時(shí)也為振興區(qū)域經(jīng)濟(jì)、服務(wù)社會做出了貢獻(xiàn)。

《儀器分析》是我校食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、食品衛(wèi)生與營養(yǎng)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課[4]，《儀器分析》主要包括電化學(xué)分析、光譜分析、色譜分析等三大類儀器教學(xué)，對于食品相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，電化學(xué)主要給學(xué)生介紹電位分析法；色譜分析主要介紹氣相色譜分析和高效液相色譜分析；光譜分析主要介紹紫外吸收光譜分析、原子吸收光譜分析和原子發(fā)射光譜分析；該課程要求學(xué)生理解儀器的構(gòu)造、特點(diǎn)、基本原理和應(yīng)用范圍，掌握通用分析儀器的具體操作和數(shù)據(jù)處理，要求學(xué)生具備獨(dú)立的分析和解決食品生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)控過程中涉及的儀器分析應(yīng)用能力。《儀器分析》教學(xué)對理論知識和實(shí)踐能力要求都很高，而且課程本身難度較大，加上儀器操作和理論教學(xué)場所分離，學(xué)生理解非常困難，在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)一再壓縮的情況下，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)壓力都非常大。為保證新工科背景下培養(yǎng)高質(zhì)量創(chuàng)新型人才，對于應(yīng)用型高校是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。地方高校如何在“新工科”大背景下適應(yīng)行業(yè)需要，更好的貫徹學(xué)?！暗胤叫?、應(yīng)用型、工程化”辦學(xué)定位，謀求新發(fā)展，培養(yǎng)具有專業(yè)知識和實(shí)踐能力同時(shí)具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[5-6]的畢業(yè)生，是目前傳統(tǒng)專業(yè)發(fā)展迫切需要思考的首要問題。

1 構(gòu)建食品專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊，優(yōu)化《儀器分析》教學(xué)內(nèi)容，完善學(xué)生理論知識體系

對于食品相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，除了要掌握《儀器分析》的基本原理、實(shí)踐操作，還要有一定的對食品質(zhì)量要求、食品安全生產(chǎn)與操作、食品營養(yǎng)與衛(wèi)生等專業(yè)知識的知識儲備，在調(diào)查和分析高校食品專業(yè)《儀器分析》教學(xué)方式弊端及其成因的基礎(chǔ)之上，分析課程模塊構(gòu)成、理論和實(shí)踐知識內(nèi)容、教學(xué)活動目標(biāo)與學(xué)生畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)間的聯(lián)系，借鑒國內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，積極探討和研究切實(shí)有效的措施，設(shè)計(jì)和制定出一套適應(yīng)當(dāng)前應(yīng)用型地方本科高校高素質(zhì)人才培養(yǎng)需要的科學(xué)、合理、公平、公正、高效的教學(xué)方法和課程結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)理論知識，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

良好的課程體系是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的載體，課程體系的建設(shè)是保障和提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵。在良好教育價(jià)值理念指導(dǎo)下，對課程的各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行排列組合，在動態(tài)過程中，各課程要素統(tǒng)一服務(wù)于課程體系目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。課程建設(shè)內(nèi)容包括：專業(yè)課程體系建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)、專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和手段的完善、考核方法的建立、教師隊(duì)伍的建設(shè)、教學(xué)管理的完善等各個(gè)方面，課程建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。在“新工科”背景下，以專業(yè)認(rèn)證的要求作指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)理論知識、實(shí)踐應(yīng)用能力、通用能力、創(chuàng)新能力及社會責(zé)任感為目標(biāo)，逐步優(yōu)化課程體系，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)模式，增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和企業(yè)案例分析，構(gòu)建專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊。明確工程類課程與整體專業(yè)課程體系的關(guān)系，既能與其它課程模塊形成一個(gè)有機(jī)整體，同時(shí)又相對獨(dú)立，形成具體、合理的培養(yǎng)目標(biāo)和達(dá)成途徑，明確課程在整體培養(yǎng)目標(biāo)中所承擔(dān)的任務(wù)；緊扣專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，注重知識點(diǎn)間關(guān)系，加強(qiáng)學(xué)科前沿知識的引入；改革教學(xué)與考核方法，跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，并對教學(xué)過程效果進(jìn)行進(jìn)程式評估。參照翻轉(zhuǎn)課堂等新興教學(xué)模式，以網(wǎng)絡(luò)為輔助平臺，設(shè)計(jì)更多的“教”“學(xué)”互動環(huán)節(jié)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用。課程模塊與課程體系和培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系見圖1。

圖1 課程模塊與課程體系和培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系

2 結(jié)合“地方性、應(yīng)用型、工程化”的辦學(xué)定位，探索《儀器分析》課外實(shí)踐教學(xué)新模式，完善課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)老模式

(1)探索課外實(shí)踐教學(xué)模式

圍繞區(qū)域發(fā)展，特別是皖北區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)，根據(jù)食品相關(guān)專業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，逐步構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研融合的創(chuàng)新體系。在教師指導(dǎo)下，完成基礎(chǔ)學(xué)時(shí)的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生參與“基于產(chǎn)教融合與產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目”中的涉及食品專業(yè)涵蓋儀器分析內(nèi)容的科研創(chuàng)新項(xiàng)目，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)。為解決大型分析儀器臺套數(shù)少等不利條件，建立完善多樣化實(shí)踐教學(xué)模式，通過完善虛擬仿真、借助共享平臺的大型儀器，結(jié)合產(chǎn)業(yè)學(xué)院、縱向課題、橫向課題研究中涉及的儀器檢測和實(shí)際應(yīng)用問題的講解等模式，把理論與實(shí)踐更好的結(jié)合。

通過多樣化的實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生參與到更多的科研項(xiàng)目中，加深學(xué)生對儀器分析方法的理解和應(yīng)用范圍的拓展，過程培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識和技能解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力；加強(qiáng)了學(xué)生與企業(yè)的技術(shù)交流，培養(yǎng)學(xué)生參與科研項(xiàng)目的興趣和服務(wù)社會的意識，也為進(jìn)一步就業(yè)打下基礎(chǔ)和建立聯(lián)系。

儀器分析教學(xué)過程中，為了得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通過實(shí)踐項(xiàng)目的參與，學(xué)生真正理解樣品前處理和數(shù)據(jù)處理的重要，深刻認(rèn)識到看似繁冗的前處理方法及操作過程直接影響最終分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；數(shù)據(jù)處理方法的選擇和完善，也會影響結(jié)果的精確度和合理性，保準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)在食品工藝過程和質(zhì)量監(jiān)控中發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。

(2)完善課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)老模式

在有限的課堂實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)，圍繞食品專業(yè)相關(guān)主題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)激情，結(jié)合實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和解決生產(chǎn)和科研中解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

在氣相色譜分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，開設(shè)了“白酒中乙酸乙酯及其他揮發(fā)性成分分析”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生完成氣相色譜分析分析白酒中乙酸乙酯含量的同時(shí)，采用外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法定性定量其他風(fēng)味物質(zhì)和有害成分，幫助學(xué)生了解分析原理、掌握分析方法的同時(shí)，根據(jù)分析數(shù)據(jù)對白酒品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。提高學(xué)生處理樣品的能力、改進(jìn)分析方法的能力進(jìn)而根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)工藝改進(jìn)的能力。過程中強(qiáng)化對氣相色譜的流程、色譜圖、基線、分離度、峰面積的概念；強(qiáng)化含量與峰面積之間的關(guān)系，并采用歸一化法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法分別分析樣品中乙酸乙酯的含量及雜質(zhì)情況。

在液相色譜實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，開設(shè)“食品中苯甲酸、苯甲酸鈉、山梨酸、山梨酸鉀的測定”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對比氣相色譜與液相色譜原理、流程的異同，讓學(xué)生掌握液相色譜的流程、結(jié)構(gòu)、操作及定性定量方法；同時(shí)，了解不同飲料中添加的防腐劑的成分及含量，同時(shí)讓學(xué)生查閱不同飲品對防腐劑的限量要求，學(xué)生通過防腐劑含量測定，不僅學(xué)會用液相色譜方法分析苯甲酸和山梨酸等食品添加劑，更加深學(xué)生對食品質(zhì)量的理解，認(rèn)識到食品質(zhì)量監(jiān)控的重要性。

在原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)過程中，開設(shè)“食品生產(chǎn)廢水中銅、鐵等金屬離子的測定”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，過程中對比原子發(fā)射光譜與原子吸收光譜的結(jié)構(gòu)，測定原理，讓學(xué)生理解不同光譜儀的光源是什么、光源的作用是什么，單色器的原理，放置位置等，重點(diǎn)介紹原子吸收光譜儀的兩種不同原子化裝置的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及樣品處理方式，檢測限等，分析樣品時(shí)主要介紹對于復(fù)雜樣品分析時(shí)，為了減少干擾，多采用的標(biāo)準(zhǔn)加入法。實(shí)驗(yàn)過程也讓學(xué)生了解到廢水需要處理后達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)也介紹國家對環(huán)保的要求和整治力度。

在紫外光譜法實(shí)驗(yàn)過程中，開設(shè)“飲料中水楊酸含量的測定”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，紫外光譜是分子光譜的范疇，講解過程中主要介紹原子光譜與分子光譜的區(qū)別，原子光譜與分子光譜對樣品的要求和樣品的前處理的不同，測定方法采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。分析過程中，介紹很多食物特別是水果中含有水楊酸，水楊酸的作用以及有些人對水楊酸不耐受等等。拓展食品專業(yè)學(xué)生的知識面，和增加學(xué)生對一些食品中組分的認(rèn)識和理解。

3 設(shè)計(jì)沉浸式情境與實(shí)驗(yàn)，把《儀器分析》實(shí)驗(yàn)課堂設(shè)在分析測試共享平臺

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師臺上講授、學(xué)生臺下被動學(xué)習(xí)，為了改變這種教學(xué)模式，結(jié)合《儀器分析》教學(xué)內(nèi)容和課程特點(diǎn)，針對食品相關(guān)生產(chǎn)過程中涉及的原料分析、過程質(zhì)量監(jiān)控、終產(chǎn)品理化指標(biāo)分析等食品行業(yè)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)沉浸式實(shí)驗(yàn)，借助校內(nèi)第三方檢測共享平臺，解決食品生產(chǎn)中實(shí)際儀器分析任務(wù)，通過探索啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動參與性，加深學(xué)生對儀器的認(rèn)識、對分析方法的學(xué)習(xí)、對儀器操作方法的學(xué)習(xí)、對原料預(yù)處理方法的學(xué)習(xí)、對數(shù)據(jù)處理方法的了解，實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)即具備服務(wù)社會和企業(yè)的能力。

原子吸收光譜儀器的教學(xué)，首先，帶領(lǐng)學(xué)生參觀共享平臺的儀器：氣相色譜儀、液相色譜儀、原子發(fā)射光譜分析儀、原子吸收分光光度儀、紫外-可見分光光度儀等，結(jié)合課堂講解的理論知識及流程構(gòu)造，幫助學(xué)生更好的理解原理、應(yīng)用范圍及每臺儀器目前的分析任務(wù)、分析目的，加深學(xué)生對于分析儀器在食品領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值；根據(jù)學(xué)生參觀情況，分組討論原子吸收和原子發(fā)射及紫外-可見分光光度計(jì)的不同點(diǎn)及各自在食品、生物、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的作用、操作步驟及注意事項(xiàng)；然后，以案例的形式介紹食品生產(chǎn)、食品研發(fā)過程中常遇到的問題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行樣品檢測和數(shù)據(jù)分析，學(xué)生操作時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)生不規(guī)范的操作方法，闡述分析過程中的不規(guī)范的操作和錯(cuò)誤的分析方法及結(jié)果對實(shí)際生產(chǎn)過程帶來的影響。培養(yǎng)學(xué)生分析問題的意識和解決問題的能力。

同時(shí)，建立同步實(shí)踐教學(xué)模式，合理安排教學(xué)活動，理論學(xué)習(xí)與儀器操作同步，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更早接觸生產(chǎn)和科研，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和服務(wù)社會企業(yè)的意識。增強(qiáng)和提高實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。過程中，建立《儀器分析》課程多樣化教學(xué)模式學(xué)生取得的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成績及與就業(yè)的相關(guān)性評價(jià)軟件，并建立長期動態(tài)管理。

4 結(jié) 語

在“新工科”的要求下，我校食品專業(yè)《儀器分析》課程圍繞食品質(zhì)量監(jiān)控和生產(chǎn)過程優(yōu)化，針對教學(xué)目標(biāo)構(gòu)建食品質(zhì)量與安全專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊，優(yōu)化《儀器分析》教學(xué)內(nèi)容，完善學(xué)生理論知識體系，通過理論與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，探索《儀器分析》課程實(shí)踐教學(xué)新模式與方法，效果顯著，也符合普通高等院?！暗胤叫?、應(yīng)用型、工程化”的辦學(xué)定位。