食品質(zhì)量與安全專業(yè)儀器分析教學(xué)探索與研究

原曉喻，張西亞，李 瑜，張秋會，余小領(lǐng)

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

化學(xué)分析和儀器分析是分析化學(xué)的兩大部分，后者在食品質(zhì)量安全和營養(yǎng)檢驗中非常重要，是食品專業(yè)學(xué)生的一門重要的基礎(chǔ)課程，尤其是在食品質(zhì)量與安全專業(yè)課中用途較多。儀器分析這門課程在實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)如本科畢業(yè)論文和實(shí)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(yīng)幫助。

儀器分析課程是我校食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生主干課程之一，在培養(yǎng)應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷深化。高校儀器分析課程的教學(xué)理念和實(shí)驗方法在一定程度上滯后于當(dāng)前社會的需要，難以與時俱進(jìn)[2]。針對應(yīng)用型本科教學(xué)特點(diǎn)，改革儀器分析教學(xué)手段、教學(xué)理念、教學(xué)方法和考核方式，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在驅(qū)動力，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和獨(dú)立動手的能力，進(jìn)而提高食品學(xué)科本科生的教學(xué)質(zhì)量。

1 課程教學(xué)中存在的不足

1.1 課程內(nèi)容抽象晦澀，學(xué)生興致缺缺

儀器分析是一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，涵蓋光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)等多門學(xué)科知識。課程內(nèi)容包括色譜分析、光譜分析、電化學(xué)分析和質(zhì)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(diǎn)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(xué)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(xiàn)在學(xué)生面前。學(xué)生在學(xué)習(xí)時只能憑空想象，在沒有任何基礎(chǔ)的情況下，僅能理解一些基礎(chǔ)概念，難以真正掌握儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理，難有較好的學(xué)習(xí)效果，這樣容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中興致缺缺，產(chǎn)生墮怠情緒。最后，隨著高校招生規(guī)模的擴(kuò)大，學(xué)學(xué)生整體自律能力不足，如果理論內(nèi)容枯燥，必然致使學(xué)習(xí)效率降低，再加上部分學(xué)生化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)起來更吃力，這都導(dǎo)致理論課程的教學(xué)不容樂觀。

1.2 學(xué)校儀器落后，最新分析方法難以實(shí)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(lǐng)域的應(yīng)用得到迅猛擴(kuò)展。與此同時，新的檢測靶標(biāo)物持續(xù)更新，傳統(tǒng)檢測標(biāo)準(zhǔn)不斷被優(yōu)化。但是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的知識體系更新不能與時俱進(jìn)，體現(xiàn)不出來實(shí)時性。使得學(xué)生難以接觸到最新的儀器分析方法，導(dǎo)致應(yīng)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(guān)工作崗位以后，還需要花費(fèi)一些精力和時間去適應(yīng)新的工作環(huán)境。

1.3 學(xué)生實(shí)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(shí)驗教學(xué)設(shè)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(fù)雜、需要配備經(jīng)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(xué)生接觸和使用大型儀器的機(jī)會較少，實(shí)驗項目也多做演示說明，難以真正提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

2 課程改革方案

2.1 增強(qiáng)文獻(xiàn)閱讀和啟發(fā)式教學(xué)

儀器分析是一門內(nèi)容兼顧廣度和深度的學(xué)科。在授課過程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生都缺乏興趣、存在惰怠情緒，從而導(dǎo)致授課結(jié)果不太理想。于是作者基于課本大綱，結(jié)合自己的科研經(jīng)歷，并分享優(yōu)質(zhì)論文，與學(xué)生共同探討分析方法和應(yīng)用案例，極大的提高了學(xué)生興趣。例如近幾年來，在學(xué)校教改項目的支持下，我們教學(xué)團(tuán)隊逐漸探索了一種適合儀器分析的新方法：案例主導(dǎo)的啟發(fā)式教學(xué)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(xiàn)實(shí)生活，學(xué)生們興趣盎然，然后教師通過啟發(fā)式教學(xué)對課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)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(dǎo)學(xué)生查文獻(xiàn)，討論，得出結(jié)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(jìn)行相關(guān)知識的講解。在啟發(fā)性案例中，讓學(xué)生帶著問題去探索知識，會獲得較好的教學(xué)效果。

解決問題：首先利用高效液相色譜檢測添加劑(國標(biāo))的標(biāo)準(zhǔn)曲線，找出添加劑保留時間、濃度和色譜峰面積之間的關(guān)系，然后與待測乳制品的色譜流出曲線進(jìn)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(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果與商品標(biāo)簽進(jìn)行核對，觀察檢測結(jié)果是否正確。此類教學(xué)設(shè)計極大得提高了學(xué)生的發(fā)散思維能力，比如有的同學(xué)會將乳制品帶入實(shí)驗室，想驗證乳制品中添加劑的種類和含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此教學(xué)方法深受學(xué)生喜愛，教學(xué)效果甚好。

2.2 科研與校企合作，共同帶動教學(xué)

為了進(jìn)一步減小實(shí)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(dǎo)本科生參與科研課題。學(xué)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(xiàn)、設(shè)計實(shí)驗，到最后通過動手實(shí)踐完成實(shí)驗，提高解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)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(shí)驗大賽”、“技能大賽”、 “本科教學(xué)實(shí)驗室開放性創(chuàng)新實(shí)驗” 、“大學(xué)生創(chuàng)新計劃”等，使學(xué)有余力的學(xué)生能夠自行設(shè)計實(shí)驗內(nèi)容，并與指導(dǎo)教師討論實(shí)驗方案的可行性，在開展實(shí)驗項目時，教師和學(xué)生都能在此過程受益匪淺，從而進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

最后，可以積極開展校企合作，增加見習(xí)環(huán)節(jié)，參與分析儀器的工作流程，使學(xué)生對儀器構(gòu)造、檢測原理、和分析方法有更深刻的認(rèn)知。此外學(xué)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(jī)構(gòu)進(jìn)行半年的實(shí)習(xí)，在企業(yè)工程師的帶領(lǐng)下，對高效液相色譜和氣相色譜的常規(guī)檢測方法進(jìn)行了細(xì)致的學(xué)習(xí)，使得其在畢業(yè)找工作時，直接適應(yīng)了工作單位對人才的需求。

對于實(shí)踐性很強(qiáng)的“儀器分析”實(shí)驗課而言，期末考核方式這根“指揮棒”決定了學(xué)生的實(shí)驗操作比重，近年來作者逐漸將實(shí)驗預(yù)習(xí)和實(shí)驗過程納入考評體系，對學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行深度提問，多次巡視其實(shí)驗操作過程并隨時指導(dǎo)和評價，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對實(shí)驗結(jié)果的思考和討論。另外，需要同時考察學(xué)生的動手能力、實(shí)驗操作科學(xué)性以及數(shù)據(jù)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(xué)生的理論知識、實(shí)踐知識、綜合能力和素質(zhì)。

2.3 引入虛擬仿真實(shí)驗室，豐富平臺資源

虛擬仿真實(shí)驗室是基于仿真技術(shù)構(gòu)建的開放式、網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗室，具有很強(qiáng)的仿真性[4]。教師通過預(yù)先定義虛擬儀器的功能和實(shí)驗步驟，讓學(xué)生不受時間和空間的限制，在終端上完成實(shí)驗預(yù)習(xí)和操作。在虛擬實(shí)驗室中，學(xué)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(shí)驗室可以同時多人在線學(xué)習(xí)，具有利用率高、易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。近幾年來許多高校陸續(xù)建立了虛擬仿真實(shí)驗室，極大得提高了實(shí)驗教學(xué)效果[5]。加深了學(xué)生對分析方法的理解，提高應(yīng)用能力、增加趣味性。

3 結(jié)語

通過對食品學(xué)科《儀器分析》的教學(xué)改革與實(shí)踐，使課程內(nèi)容更加合理：多種教學(xué)手段的使用激發(fā)了學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)儀器設(shè)備的興趣和熱情，科研和校企合作強(qiáng)有力的輔助了教學(xué)質(zhì)量；多元化考核體系的實(shí)施，使評價體系更完善；虛擬仿真技術(shù)軟件促進(jìn)了學(xué)生對抽象原理的理解，提高學(xué)生實(shí)踐操作和分析解決問題的能力。