儀器分析課程中多層次教學方法探索與實踐

◎商云帥，張園園，王 東

（1.吉林工商學院 糧食學院，吉林 長春 130507；2.長春職業技術學院，吉林 長春 130033）

儀器分析課程是吉林工商學院糧食學院開設的一門學科基礎課，覆蓋食品科學與工程、食品質量與安全、食品營養與檢驗教育、糧食工程、動物科學等多個專業，各專業開課情況詳見表1。課程的任務是根據專業培養目標的要求，使學生掌握儀器分析的基本理論、基礎知識和分析方法；訓練學生掌握儀器分析操作技術、強化基本技能、提高動手能力，為其他專業課的學習奠定基礎。儀器分析是以測量物質的物理化學性質為基礎的分析方法，這類方法需要使用復雜特殊的儀器設備，可提供物質的結構、化學組成和含量等信息，應用越來越廣泛，是從事食品、化學、化工、生物、醫藥、環境等領域工作者所必須掌握的基本技能。

表1 《儀器分析》課程開課情況表

1 課程培養目標

儀器分析課程以提高人才培養質量為目的，在教學內容上更加符合人才培養目標和基本要求，讓學生掌握本課程的基本學習與研究方法；掌握本課程的基本概念、基本原理，掌握每種分析方法的定量計算方法；掌握常用分析儀器的基本操作技能；了解儀器分析學科的最新發展；強化大型儀器操作技能，學會根據實際問題選擇合適的儀器分析方法，能運用所學知識解決實際問題；培養學生動手能力，訓練基本實驗能力，強化技能訓練，達到全面提高實驗動手能力的目的，培養實用型人才，為提高學生就業的崗位競爭力及實際工作的適應能力奠定堅實基礎[1]。

2 課程改革舉措

儀器分析課程涉及化學、物理學、計算機、數學等多學科的內容，需要良好的學科知識作支撐，而大多數食品專業的學生基礎薄弱，在知識理解上存在一定困難，課程負擔繁重。對食品相關專業的學生而言，具備熟練應用各種現代分析儀器快速準確檢測食品的各項理化指標的能力，是步入社會的基礎和起點。分析儀器分析課程近幾年授課過程中存在的問題，依據學生認知規律，對儀器分析課程進行教學改革，構建新的課程內容體系，探索教學新模式，改變課程評價體系，實現理論和實踐的充分融合，開展多層次教學方法的探索與實踐[2-3]。

2.1 課程內容體系構建

根據學生喜歡動手，感性認識強于理性認識的認知規律，建立理實循環的課程體系，打破理論與實驗課程的界限，促進理論實踐的雙贏。具體實踐過程為：理論知識講授前，開展初次的感性實驗；理論學習后，再次進行理論鞏固及拓展加深的實驗。通過“實踐—理論—再實踐—再理論”的模式，由易到難，層層遞進，使理論和實踐有機結合。

例如，儀器分析理論課中紫外可見吸收光譜法是重要的章節，紫外可見分光光度計是學生必須掌握的分析手段，在此章節理論內容講授前，開展“鄰二氮菲分光光度法測定鐵的條件選擇”實驗。本次實驗的目的是讓學生初步了解顯色反應發生的條件，不同的顯色劑用量、反應體系的酸度、反應溫度、反應時間等因素對吸光度值的影響，通過觀察現象，了解吸光能力和哪些因素相關。首先，在此基礎上開展理論知識的講授，講解紫外可見吸收光譜法的基本原理、儀器的硬件構成及各部分的作用等，學生理解更加容易，理論講解也變得輕松自如。然后，開展一次綜合性的實驗，如“分光光度法測定食品中亞硝酸鹽含量”，此實驗引導學生自主查閱國家標準、準備試劑耗材和器皿，強化紫外可見分光光度計的使用，盡量做到1人1機獨立完成操作。最后，老師對本章節的內容進行總結概括，提煉關鍵知識點和操作要點，加深學生對理論知識的理解。經過教學實踐研究發現，課程體系結構的改變，不僅使學生理解理論，而且能用理論去指導實踐，在實驗中提升了操作能力、數據處理能力和團結協作能力，取得了較好的教學效果。

2.2 混合式教學模式實施

為實現最優的教學效果，提升技能人才培養質量，儀器分析課程教學采取線上+線下、課前→課中→課后的空間與時間維度進行信息化環境下的混合教學模式研究與實踐。儀器分析課程利用超星學習通App，實現考勤簽到、在線布置任務、投屏分享討論、教學資源上傳下載及在線考試等，具體實施包括以下幾個步驟[4-6]。首先，課前預學。將相關知識點的章節課件、視頻資源上傳至超星學習通平臺，并設置難度系數不高的習題，初步檢查學習效果。其次，課中導學。分析學生預學中存在的問題，將共性問題集中講解，在此基礎上增加訓練題目難度，再考察此知識點的掌握情況。最后，課后總結。學生在超星學習通平臺上傳實驗數據、實操視頻或照片、實驗報告等過程性資料，有效確保學生親自實操、避免渾水摸魚及數據造假等現象，培養學生科學嚴謹的工作態度。教師在超星學習通平臺上一一對應批閱，確定成績等級，并對學生存在的共性問題及時總結，發出提示，便于學生及時查看及更正。

例如，儀器分析課程中，使用光學類儀器、色譜類儀器使用時常常需要制作標準曲線進行定量分析，標準曲線是定量分析的關鍵，標準曲線的線性相關性直接決定了分析結果的準確程度。實操過程中，往往標準曲線不達標，導致后期的定量實驗無法開展。針對這一共性問題，教師要引導學生從標準溶液配置過程的關鍵環節出發，尋找影響實驗結果的可能因素，及時糾正，重新實驗，對比觀察結果是否改善。配置溶液時用水級別不對、容量瓶及移液管等玻璃器皿清洗不徹底、移液管操作不規范等是學生存在的共性問題。針對移液管操作不規范問題，可開展專項訓練，逐漸加大取液難度，如小體積液體的熟練準確快速移取。在大型儀器設備操作環節，學生課前通過查看超星學習通平臺上的資源，對大型儀器設備的使用有了宏觀的認識。課上學生操作可以參考視頻資源，避免學生觀看教師演示操作時的注意力不集中而漏掉關鍵操作步驟。混合教學模式的實施可以提高學生自主學習能力，網絡平臺管理教學能直觀跟進學生學習情況，對學生進行預警提示。

2.3 技能競賽融入教學實踐

探索研究型教學模式，鼓勵善于思考和動手能力強的學生組建成研發團隊，推薦參加院級或省級的大學生技能競賽、創新實驗競賽[7]。以“吉林省職業院校技能大賽農產品質量安全檢測賽項”為例，大賽由吉林省教育廳主辦，每年1次，包含多個賽項。其中，農產品質量安全檢測賽項設有重金屬污染檢測、農藥殘留檢測、獸藥殘留檢測，3個賽項，這些競賽項目與儀器分析課程內容緊密相關，分別對應課程中的氣相色譜法、液相色譜法、原子吸收光譜法3個重要章節。

以重金屬污染檢測賽項中的“茶葉中重金屬含量的檢測項目”為例，此項目主要考察學生對原子吸收光譜儀的使用，項目涉及樣品預處理、上機測量、結果數據處理、文明操作和操作安全意識等環節。如樣品前處理環節主要考察學生分析天平、移液管、容量瓶、分液漏斗的使用，通過賽前集訓一對一輔導的方式，糾正學生平時操作中的錯誤。如移液管的使用環節，左右手的握法、刻線數值的正確讀法；容量瓶的定容方式；分液漏斗密閉性的檢查、搖勻方式、加液先后順序等。上機測量環節重點考察火焰原子吸收光譜儀的操作，練習時強化氣體的開關順序與點火操作；軟件操作和參數設置；標準樣品、待測樣品和空白樣品的進樣；測量數據的正確讀取等環節。數據處理環節重點考察原始數據記錄的規范性；測量主要條件填寫是否完全；標準曲線的識讀是否正確；數據計算方法是否正確；數據修約規則的掌握；精密度、準確度的計算。其他操作環節主要考察學生著裝、安全操作和文明操作是否規范等。通常，在賽前采取封閉式訓練模式，模擬大賽場景連續操作考核，要求學生前處理環節在2 h內完成，上機檢測要求在30 min內完成，數據處理要求在45 min內完成。這種訓練模式要求學生操作既正確又迅速，大大提升了學生的實踐能力，強化了操作基本功，訓練了心理素質和綜合素質，實踐效果顯著。

近年來，作者指導學生參加農產品質量安全檢測賽項，在“茶葉中重金屬含量檢測”和“蔬菜中有機磷類農藥殘留檢測”賽項中獲二等獎2項、三等獎2項。大賽的鍛煉可以使學生快速成長，提升了學生發現問題、解決問題的能力以及綜合實踐能力。大賽成績是實踐教學過程中學生扎實基本功的彰顯，也是學生平時發現問題、解決問題和綜合運用知識能力的具體體現，也肯定了儀器分析課程改革的成效。

2.4 課程評價體系改變

基于應用型人才培養目標，嘗試改變儀器分析課程的考核評價方式，加大實踐環節成績比例，弱化理論筆試的成績比例。理論知識的考核采取讓學生根據課程章節內容，查閱最新文獻，拓展教科書以外的知識，通過撰寫綜述的方式，可以呈現對章節和課程的認知。學生上講臺匯報自己的調研結果，師生共同討論、點評，提出建議和意見，能夠拓展其他同學的知識范圍。

3 結語

本文針對近年我校食品專業儀器分析課程授課過程中學生普遍反饋的課程內容抽象、難于理解、負擔較重等問題，實施課程教學改革，主要構建了新的課程內容體系，實施了混合式教學模式，將技能競賽融入教學實踐中，并調整改變課程評價體系，通過多層次教學方法的實施和改變，取得了較好的教學效果。改革儀器分析課程，為應用型人才培養提供了基礎和保障，一定程度上加速了我校應用型本科教育教學改革目標的實現。