研究生分析儀器課程教學改革與實踐*

梁建功 劉玲芝 王運 范莉

(華中農業大學理學院 湖北武漢430070)

促進學生個性發展，提高學生創新能力，是當前我國研究生教育的一個重要目標。與國外研究生教學相比，國內很多課程在教學理念、教學內容、課程設置及考核方式等方面都需要進行改革和創新［1］。近年來，一些大學對研究生儀器分析課程進行了改革，并取得了一定的效果。如白雁等人發揮高校導師團隊在合理制定研究生培養目標、教學計劃和教學內容過程中的優勢，充分利用信息和社會資源作為儀器分析教學的輔助手段，探索并靈活運用豐富多樣的教學方法，取得了顯著的效果，充分體現了研究生的主體地位［2］。周金池等人通過增加設計型實驗教學課程、改善儀器分析實驗條件和增強課程效果監控等改革措施，提高了研究生實驗操作能力和掌握現代分析儀器的能力［3］。

分析化學是發展和應用各種理論、方法、儀器和策略以獲得有關物質在空間和時間方面組成和性質信息的一門科學，是化學學科的重要分支，包括化學分析和儀器分析兩大部分。儀器分析是分析化學的重要組成部分;儀器分析課程是化學和相關專業的主干課程，課程中涉及的各種分析儀器可根據物質的光、電、聲、磁、熱等物理和化學特性對物質的組成、結構、信息進行表征和測量，是學生必須掌握的。隨著儀器分析的快速發展，越來越多的儀器不斷涌現，傳統的儀器分析課程已經不能滿足學科發展的需求。因此，很多高校增設了一些與儀器分析相關的課程。如美國康奈爾大學農業與生命科學學院開設了生物傳感與生物分析技術課程;清華大學除開設現代儀器分析方法與實驗課程以外，還針對不同學科、不同專業學生的需求，開設了分析化學前沿導論、材料分析化學、X射線晶體結構分析等分析化學相關課程;北京大學除開設現代分析化學課程外，還另外開設了共60學時的表征技術(Ⅰ)及表征技術(Ⅱ)課程;中國農業大學開設了現代分析化學選修課程;我校則設立了分析儀器選修課程。這些都說明各高校對分析化學這一學科是高度重視的。

1 我校研究生分析儀器課程教學中存在的問題

1.1 分析儀器與儀器分析課程存在內容重復和脫節

華中農業大學理學院現有農藥學和應用化學兩個專業，研究生的儀器分析課程由食品科技學院承擔，主要介紹光譜分析、電化學分析、色譜分析及質譜分析等基礎性內容。與儀器分析課程相比，理學院所開設的分析儀器課程則側重于對前沿技術及大型儀器的介紹，重點放在對學生動手能力和創新能力的培養。分析儀器作為一門分析化學選修課，是對儀器分析課程的重要補充。但原有大綱中的很多內容如紅外光譜分析、電化學分析、氣相色譜分析、高效液相色譜分析等與本科生及研究生的儀器分析課程重復，而目前很多前沿的分析化學新技術如X射線衍射分析、熒光探針技術、雙光子成像技術、電子顯微分析技術等，則在兩門課程中均未涉及。

1.2 對不同專業學生的教學中存在一刀切現象

選修分析儀器課程的學生既包括應用化學專業的研究生，也包括農藥學、食品科學、生命科學、農學等非化學專業的研究生。不同專業研究生的基礎差異很大，很多非化學專業的學生雖然具備一定的化學知識，但掌握程度往往不如化學專業的學生，而且不同專業的學生在研究生階段對化學知識的需求差別很大［4］。如生命科學專業的學生側重于對成像技術的掌握;環境科學專業的學生側重于對材料表征方法的學習;而農藥學專業的學生則側重于對譜學知識的研究。這就造成在學習過程中，部分學生感覺教學內容過于簡單，而部分學生卻感覺難于理解。

1.3 教學及考核方式單一

傳統講授法教學課堂容量大，學生獲取的知識較多，研究生教學亦多以講授法為主，這種傳統的教學方式是否有利于培養和提高學生的創新能力及實踐能力，是值得商榷的。

考核是評價教學效果的重要手段，不僅能反映學生的學習狀況，也可使教師對教學情況有深入的了解。傳統的閉卷考試不僅會加重學生的學習負擔，造成學生花大量的時間死記硬背，而且不利于全面提高學生的綜合素質。

2 研究生分析儀器課程的教學改革

在研究生的分析儀器課程教學中，針對不同課程內容重復、脫節，不同專業學生教學一刀切及教學、考核方式單一等問題，在對國內外研究生分析化學課程充分調研的基礎上，結合分析化學發展的前沿領域，針對不同專業、不同研究方向的學生，制定了個性化培養方案;將講授法、討論法、案例分析法及Seminar有機結合，進行理論課教學。

2.1 設立個性化教學大綱

教學大綱是教師進行教學的主要依據，也是衡量教師教學質量和評定學生學業成績的重要標準。通過調整，目前的分析儀器課程的教學內容包括對熒光探針技術、X射線衍射技術、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡及分析化學前沿知識的介紹和討論，在內容上與現有的儀器分析課程無重復。在此基礎上，結合我校實際情況，針對不同專業、不同研究方向的學生，設立個性化的教學大綱，具體如表1所示。例如，對應用化學專業的研究生，要求其必修分析儀器課程的全部內容，具備查閱文獻及獲取前沿知識的能力;對生命科學專業的研究生，要求重點掌握熒光探針、透射電子顯微鏡及掃描電子顯微鏡等與生命科學密切相關的知識，對其他知識則僅作為了解;環境科學專業的研究生則需要重點掌握X射線晶體衍射技術、表面分析技術等。學生在上課時可根據教學內容自由安排，對部分內容允許不聽課。這種個性化教學大綱的設立為開展多層次平行教學提供了重要的前期工作基礎。

表1 不同專業分析儀器課程教學大綱比較

2.2 建立開放的分析儀器課程教學體系

參考國外分析化學教材及國內最新教材，結合分析化學發展前沿領域，在目前教學大綱的基礎上，重新調整教學內容，形成基礎+前沿兩大模塊。具體教學內容如表2所示。

表2 分析儀器課程章節內容及學時安排

基礎模塊注重實用性及與儀器分析課程的互補性，主要講授熒光光譜分析法、X射線粉末衍射分析技術、電鏡分析技術等。例如介紹熒光分析技術時，舉例介紹該技術在活細胞、活組織內代謝過程的成像分析，細胞中特定成分的定性、定量分析，以及在新型藥物的開發，腫瘤及自身免疫性疾病的診斷，基因表達，基因診斷(尤其是人類基因組計劃)等方面的應用。前沿模塊則注重引導性及開放性，以開闊學生科研思路，內容包括近年諾貝爾化學獎、熒光探針技術、雙光子熒光成像技術、形態分析技術、分析化學在轉基因技術中的應用以及相關領域召開的一些重大國際學術會議、重要的學術刊物及重點科學研究項目等，并根據學科發展對內容做適當調整，形成動態的教學體系。例如，2011年是國際化學年，國際純粹與應用化學會及中國化學會都舉辦了一系列的學術活動。因此，我們對該年度的教學內容進行了相應調整，在對諾貝爾化學獎等知識的介紹中，著重強調分析儀器和分析方法所起的重要作用。又如2009年諾貝爾化學獎所研究的核糖體的形態和功能，主要采用了X射線結晶學技術;2008年諾貝爾化學獎代表了綠色熒光蛋白生物標記技術研究的3個里程碑。通過對這些知識的介紹，使學生充分認識到課程的重要性。

2.3 充分運用多種教學方法及教學手段

本課程將講授法、討論法、案例分析法與Seminar有機結合，以全面提高研究生獲取文獻、分析問題、解決問題的能力，同時增大了課程的知識容量。

講授法主要用于基礎模塊的講解。通過講授法教學，使學生掌握分析儀器的基本知識和基本技能，了解分析儀器的基本原理、基本結構及使用方法等。部分研究生在一年級已經進入了課題的研究。在課堂教學過程中，針對研究生課題研究中遇到的分析表征方面的問題展開討論，并提出相應的解決方案。如在介紹蛋白質分析方法時，讓學生討論WesternBlot技術、ELISA技術、免疫熒光技術、免疫組織化學技術等不同分析技術的優缺點及適用范圍，并與不同專業部分學生課題相結合，幫助學生解決課題中遇到的問題。同時，以分析化學高水平雜志最新刊登的研究論文作為經典案例，與學生共同探討分析儀器的使用及數據的獲取。如基因芯片技術包括探針的設計、合成與芯片的制作、靶基因樣品的制備、生化雜交反應、雜交信號的檢測與結果的分析，在教學中對該技術的研究歷史、應用范圍及未來發展趨勢等方面進行了案例探討。

1737年，德國學者格斯納(GesnerJ.M.)在哥廷根大學創辦哲學Seminar，從而把Seminar引入到大學中。Seminar在當前大學教學尤其是研究生教學中已得到廣泛應用。在2010年及2011年教學中，我們將幾篇前沿文章引入課堂Seminar教學，包括熒光壽命的測量和分析成像(ChemicalReview，2010，110:2641-2684)，熒光探針技術用于細胞中pH的檢測(ChemicalReview，2010，110:2709-2728)，醫學診斷中熒光探針新策略(ChemicalReview，2010，110:2620-2640)，多肽及多肽激素用于分子成像和疾病診斷(ChemicalReview，2010，110:3087-3111)等，取得了良好的教學效果。

2.4 建立靈活多樣的考核體系

傳統的理論課考核大多以考試為主，這種考核方式易使一些學生死記硬背，不利于提高他們的研究能力。為了避免這一問題，本課程采取平時成績與論文成績相結合的辦法來進行考核。課堂表現和討論占總成績的20%，Seminar報告占總成績的20%，課程論文成績占總成績的60%。同時，讓學生參與課程考核。當學生做完Seminar后，由教師和學生共同分析、討論，并給出相應的成績，作為該課程平時成績的一部分。結業時，讓學生根據自己的專業特點撰寫相關學科研究領域的綜述性論文，如:熒光探針在生物成像領域的應用，透射電子顯微鏡在材料分析中的應用進展，雙光子熒光成像分析技術等，根據學生論文情況給出相應的成績。此外，還根據學科發展的前沿，討論一些典型科研案例，總結科學研究特點與規律。

很多研究生對學術規范認識不足，個別人甚至沒有最基本的學術道德觀念，尤其是在撰寫課程論文及學位論文的過程中，存在參考文獻引用不規范，直接復制圖表甚至抄襲數據等現象。本課程在教學和考核過程中，反復強調嚴謹學風的重要性，并列舉一些經典案例，如:韓國科學家黃禹錫干細胞造假事件，美國貝爾實驗室舍恩造假事件等。并將學術規范引入課程論文的考核過程中，實行學術規范一票否決制，凡是在課程論文撰寫過程中存在學術不端行為的，該課程成績必須重修。以此讓學生充分意識到學術規范的重要性。

3 結語

研究生分析儀器課程開設3年以來，先后被我校應用化學、農藥學、環境科學、環境工程、生命科學、食品科學等專業的研究生選修。課程組對教學內容不斷進行更新，不斷探索教學方法，獲得了一些教學經驗。由于在課堂教學中將講授法、討論法、案例分析法及Seminar有機結合，取得了較好的教學效果，受到學生的好評，選修人數不斷增加。有學生評價說:“該課程與專業結合密切，緊扣學科發展前沿，教學手段靈活多樣，教師在講課過程中注重知識、能力、素質等多層次的全面訓練，通過該課程的學習，不僅獲得了分析化學基礎及前沿知識，在學習習慣，思維能力，乃至做人、做事等方面也都得到了提高”。

［1］姚莉，劉偉.高等教育研究學報，2010，33(4):36

［2］白雁，張娟，潘瑾，等.教學研究，2012，35(2):33

［3］周金池，王美娟.實驗室研究與探索，2011，30(6):138

［4］孟磊，袁超，李聰，等.江西農業學報，2010，22(8):189