儀器分析課程理論與行業需求融合實踐探索

鞏飛龍，弓麗華，王煥新，陳濤偉，張永輝*

（1.鄭州輕工業大學材料與化學工程學院 河南 鄭州 450001；2.河南廣電計量檢測有限公司 河南 鄭州 450001）

隨著科學技術的發展，儀器分析已經成為各個領域解決問題的關鍵手段和“眼睛”。它滲透科學研究、生產過程中的質量檢測和控制等各個主要環節和領域，是一個極其重要的技術體系。儀器分析課程是化學類、環境科學類、醫藥類等學科各專業必修的基礎課程，采用比較復雜或特殊的儀器設備，通過測量物質的某些物理或物理化學性質的參數及其變化來獲取物質的化學組成、成分含量及化學結構等信息的一類方法，是學生必須掌握的現代分析技術。課程大綱包含十個章節的內容，包含光譜分析法、質譜分析法、電化學分析法、色譜分析法等，每一種分析方法中又涵蓋了各種儀器設備，介紹了常用儀器分析方法的原理和應用。課程目標要求學生具備運用適宜的研究與測試方法或手段解決實際問題的能力。

但是在講解教授儀器分析課程理論知識的同時也逐漸暴露出一些教學問題：學生方面，理論知識難理解，儀器構造和工作原理難掌握，遇到分析類實際問題無法有條理地選擇合適的儀器設備輔助分析和解決問題，造成學生厭學，失去學習動力；教師方面，課程壓力大且任務重，無法完成課程目標，以至于儀器分析課程成了“燙手山芋”[1]。近年來關于儀器分析課程的教學探索不斷地被提出，從教學理念[2-3]、教學方法[4-6]、教學內容[7]等方面開展了大量的探索研究，目的在于加深學生對理論知識的理解，為更深層次的科研學習和行業應用打下堅實的基礎，從而提高學生的實踐能力和運用理論知識解決實際問題的能力。本文圍繞儀器分析課程的教學改革，以行業需求為出發點，結合難點和瓶頸，融合實踐教學與虛擬仿真平臺，讓學生親自參與設計實驗方案，動手實操演練，激發學生的學習興趣，實現理論與實踐的統一，最終達到本課程的教學目的。

1 教學改革措施

1.1 引入行業需求

隨著時代發展的不斷進步，人們對于食品和環境的要求更加苛刻，綠色無污染、營養、口感好的優質食品受到越來越多人的喜愛。然而3 15 晚會曝光的“泰國香米”竟是香精勾兌而來的內幕和各式各樣的食品安全問題，讓食品檢測分析顯得格外重要。琳瑯滿目的化學試劑被商家添加到食品當中來提高口感和賣相，卻忽略了它對人體的傷害。面對種類繁多的化學試劑，有些是有國家檢測標準的，有些是沒有國家檢測標準的。因此，需要學生主動對接行業發展需求，在進入企業時具備分析檢測的能力，對于沒有國家檢測標準的化學試劑或者添加劑，在進行檢測分析時應該怎么運用所學的知識和實踐對它進行分析，選擇哪種儀器和方案進行分析，解決問題的過程就涉及了儀器分析課程知識。

1.2 融合企業見習

帶領學生到分析檢測公司進行實地觀摩和學習，學習檢測分析的工作內容和操作流程。材料與化學工程學院與河南省分析測試中心，河南省質量監督局，河南省畜牧局，河南廣電計量檢測有限公司等保持長期的合作關系，簽訂了校外實踐平臺合作協議。以企促學，以學輔企，相互合作，提升分析檢測技術的先進性和準確性，判斷產品質量是否合格，為質量改進提供可靠的依據，從而更好地服務于社會。學生以小組為單位，每組5 人，推選出一位組長，負責本組的集體活動。每組學生由一位公司的檢測工程師負責，帶領學生全程學習分析檢測的整個過程。觀摩學習后總結歸納分析檢測的基本流程，與儀器分析課程中的知識點相結合（圖1）。

圖1 行業檢測需求與儀器分析課程融合內容框架

突出“學生中心、產出導向、持續改進”的教育理念，依托“國家級校外大學生工程實踐教育中心”等校外實習基地，加強與行業企業的互動發展，推動產教深度融合，深化校企合作育人。學生在企業中能夠身臨其境地感受到分析檢測任務的重要性和規范性，一方面極大提高了學生的學習興趣，以企業的需求為前提，學生能有一個明確的目標，帶著問題更好地促進求知欲望，另一方面促使學生快速適應企業，實現人才的高質量培養。

1.3 結合校內實踐

材料與化學工程學院以應用化學專業課程和學科為依托，創建了分析測試實驗平臺，重點實驗室和工程中心。擁有應用化學專業實驗室，河南省表界面科學重點實驗室，具備儀器分析課程中涉及的原子吸收光譜儀，紫外可見分光光度計、紅外光譜、核磁共振波譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀和質譜儀等設備，能夠滿足檢測分析的硬件需求。教師在學生學習理論課程的過程中加入目前檢測分析行業遇到的難點問題和瓶頸，啟發學生進行思考，圍繞“以解決問題為導向，以培養能力為目標，教學相融”的思路，引導學生帶著問題在課堂中找答案，通過解決問題收獲成就感。在每一章的教學設計中，都會涉及“相關實例、知識拓展、生產生活問題討論”等方面的內容，通過學習解決問題使學生感到知識的實用價值，激發學習興趣。教師根據企業中遇到的沒有國家檢測標準的檢測項目設計提出問題，學生按照5 人一組分組設計檢測方案，由每組組長代表本組講解檢測分析方案，經課堂討論后在校內實驗室進行實操演練（圖2）。實踐的過程中涉及樣品預處理方法的比對，不同儀器檢測結果的比對，學生之間檢測結果的比對，堅持“以學生為本，全員參與，持續改進”的原則，在實踐過程中發現問題并解決問題，提升學生的動手能力、工程實踐能力和創新能力，不斷改進檢測分析方案，最終加強學生對儀器分析知識的學習和應用能力，獲得行業認同。

圖2 校內分析檢測任務實踐流程圖

1.4 應用虛擬仿真平臺

結合現代信息技術，強化教學實驗，科學實踐，大力推進虛擬仿真實驗建設[8]。學院建設有儀器分析虛擬仿真平臺，教師可以利用儀器分析實訓仿真軟件進行課堂教學，與學生互動，活躍學習氣氛。對儀器的認知可以通過軟件實現實驗儀器設備的組裝，實時查看各組件，讓學生認識儀器；同時可以模擬真實的實驗室環境，儀器操作，數據采集，數據分析，得到仿真結果，讓學生掌握儀器的使用和操作步驟，加深學生對儀器分析原理、操作規程和儀器維護的理解認識。課后，學生可以利用儀器分析仿真軟件進行實操訓練，強化鞏固課堂知識。學生經過企業見習，校內實踐后，結合三維虛擬仿真，創建實虛結合的模式，讓學生能夠在實操和虛擬仿真結合的環境中完成知識、技能的學習。教師在儀器分析課堂教學中利用數字化教學資源，加入計算機、虛擬仿真等現代技術，改變了以往的教學模式，讓學生在做中學、學中做，“教”“學”更靈活。同時將專業理論知識與行業崗位實踐相結合，大大增強學生的學習興趣和思維能力。

挖掘校內校外教育資源，以行業企業需求為出發點，教師結合當前行業遇到的難點問題和瓶頸，提出問題下發任務，學生結合企業見習和查閱文獻制訂方案，運用虛擬仿真平臺，增強認知性，從而找到問題的最優解，通過校內實踐方案的實施，并與行業工程師比對，以學生的獲得感和成就感促進學習興趣和求知欲，提升學生的動手能力、工程實踐能力，解決問題的能力和創新能力。

2 完善教學評價體系

堅持“以學生為本，過程管理，全員參與，環節可測，持續改進”的原則，構建學生、老師、用人單位等共同參與的“以學生為中心”的培養質量持續改進體系，完善從“培養目標—畢業要求—課程體系—課程大綱—課程評價—改進方案實施—培養目標”的閉環質量持續改進體系。建立教學質量標準和評價機制，保證人才培養質量的全面提升。

在校內實踐過程中，邀請行業工程師現場評分，對樣品預處理，人員結果比對，儀器結果比對等項目實施打分制，從而反饋校內實踐教學的質量和問題，促進教學質量的持續改進。儀器分析虛擬仿真平臺能有效記錄考核成績，學生可以進行學習效果的自我檢測，同時，考核數據也會自動同步到系統后臺，反饋給教師，方便教師了解學生對知識和技能的掌握情況，輔助教師對課程教學的改進和調整，更好地教學，真正實現教學閉環。

3 加強教學組織建設

引進與專業方向高度契合的博士（后），形成高學歷層次，職稱結構合理的多學科交叉融合的高水平師資隊伍。堅持立德樹人引領，提高教師的綜合修養。推進教師隊伍的培訓交流，加大青年教師培訓力度，堅持傳幫帶、聽課、督課常態化，組織教學大獎賽等方式提升教師的教學能力。鼓勵教師開展科學研究，注重科研反哺教學，將科研成果引入教學，同時加強與行業企業的合作交流，將行業需求和問題引入教學，以高水平科研和適應行業需求支撐高質量人才培養。定期開展教育教學研討，交流教學經驗，加強團隊建設，創建優秀基層教學組織。

4 結語

“儀器分析”課程是一門理論與實踐并重的專業課，以行業企業需求為前提，對儀器分析課程的教學方法和內容等方面開展了一系列教學改革措施的探索。結合課程的特點，教師采取“以解決問題為導向，以培養能力為目標，教學相融”的思路，在講授知識的同時結合行業的難點和瓶頸，提出問題，促使學生帶著問題學習，并嘗試找出解決問題的方法，融合企業見習、校內實踐和虛擬仿真平臺，以理論與實踐，實操與虛擬相結合，提高教學質量，加深學生對課程的理解，提升學生的工程實踐能力和解決問題的能力，為培養符合行業需求的應用型分析人才奠定堅實的理論實踐基礎。