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(nóng)業(yè)大學理學院 湖北武漢430070)

促進學生個性發(fā)展，提高學生創(chuàng)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(nèi)很多課程在教學理念、教學內(nèi)容、課程設(shè)置及考核方式等方面都需要進行改革和創(chuàng)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(fā)揮高校導師團隊在合理制定研究生培養(yǎng)目標、教學計劃和教學內(nèi)容過程中的優(yōu)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(xiàn)了研究生的主體地位［2］。周金池等人通過增加設(shè)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(jiān)控等改革措施，提高了研究生實驗操作能力和掌握現(xiàn)代分析儀器的能力［3］。

分析化學是發(fā)展和應(yīng)用各種理論、方法、儀器和策略以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時間方面組成和性質(zhì)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(guān)專業(yè)的主干課程，課程中涉及的各種分析儀器可根據(jù)物質(zhì)的光、電、聲、磁、熱等物理和化學特性對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、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(fā)展，越來越多的儀器不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的儀器分析課程已經(jīng)不能滿足學科發(fā)展的需求。因此，很多高校增設(shè)了一些與儀器分析相關(guān)的課程。如美國康奈爾大學農(nóng)業(yè)與生命科學學院開設(shè)了生物傳感與生物分析技術(shù)課程;清華大學除開設(shè)現(xiàn)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(yè)學生的需求，開設(shè)了分析化學前沿導論、材料分析化學、X射線晶體結(jié)構(gòu)分析等分析化學相關(guān)課程;北京大學除開設(shè)現(xiàn)代分析化學課程外，還另外開設(shè)了共60學時的表征技術(shù)(Ⅰ)及表征技術(shù)(Ⅱ)課程;中國農(nóng)業(yè)大學開設(shè)了現(xiàn)代分析化學選修課程;我校則設(shè)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(nèi)容重復和脫節(jié)

華中農(nóng)業(yè)大學理學院現(xiàn)有農(nóng)藥學和應(yīng)用化學兩個專業(yè)，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(zhì)譜分析等基礎(chǔ)性內(nèi)容。與儀器分析課程相比，理學院所開設(shè)的分析儀器課程則側(cè)重于對前沿技術(shù)及大型儀器的介紹，重點放在對學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。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(nèi)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(shù)如X射線衍射分析、熒光探針技術(shù)、雙光子成像技術(shù)、電子顯微分析技術(shù)等，則在兩門課程中均未涉及。

1.2 對不同專業(yè)學生的教學中存在一刀切現(xiàn)象

選修分析儀器課程的學生既包括應(yīng)用化學專業(yè)的研究生，也包括農(nóng)藥學、食品科學、生命科學、農(nóng)學等非化學專業(yè)的研究生。不同專業(yè)研究生的基礎(chǔ)差異很大，很多非化學專業(yè)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(yè)的學生，而且不同專業(yè)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(yè)的學生側(cè)重于對成像技術(shù)的掌握;環(huán)境科學專業(yè)的學生側(cè)重于對材料表征方法的學習;而農(nóng)藥學專業(yè)的學生則側(cè)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(nèi)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(tǒng)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(tǒng)的教學方式是否有利于培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)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(tǒng)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(zhì)。

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(nèi)容重復、脫節(jié)，不同專業(yè)學生教學一刀切及教學、考核方式單一等問題，在對國內(nèi)外研究生分析化學課程充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合分析化學發(fā)展的前沿領(lǐng)域，針對不同專業(yè)、不同研究方向的學生，制定了個性化培養(yǎng)方案;將講授法、討論法、案例分析法及Seminar有機結(jié)合，進行理論課教學。

2.1 設(shè)立個性化教學大綱

教學大綱是教師進行教學的主要依據(jù)，也是衡量教師教學質(zhì)量和評定學生學業(yè)成績的重要標準。通過調(diào)整，目前的分析儀器課程的教學內(nèi)容包括對熒光探針技術(shù)、X射線衍射技術(shù)、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(nèi)容上與現(xiàn)有的儀器分析課程無重復。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我校實際情況，針對不同專業(yè)、不同研究方向的學生，設(shè)立個性化的教學大綱，具體如表1所示。例如，對應(yīng)用化學專業(yè)的研究生，要求其必修分析儀器課程的全部內(nèi)容，具備查閱文獻及獲取前沿知識的能力;對生命科學專業(yè)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(guān)的知識，對其他知識則僅作為了解;環(huán)境科學專業(yè)的研究生則需要重點掌握X射線晶體衍射技術(shù)、表面分析技術(shù)等。學生在上課時可根據(jù)教學內(nèi)容自由安排，對部分內(nèi)容允許不聽課。這種個性化教學大綱的設(shè)立為開展多層次平行教學提供了重要的前期工作基礎(chǔ)。

表1 不同專業(yè)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(nèi)最新教材，結(jié)合分析化學發(fā)展前沿領(lǐng)域，在目前教學大綱的基礎(chǔ)上，重新調(diào)整教學內(nèi)容，形成基礎(chǔ)+前沿兩大模塊。具體教學內(nèi)容如表2所示。

表2 分析儀器課程章節(jié)內(nèi)容及學時安排

基礎(chǔ)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(shù)、電鏡分析技術(shù)等。例如介紹熒光分析技術(shù)時，舉例介紹該技術(shù)在活細胞、活組織內(nèi)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(fā)，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(yīng)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(nèi)容包括近年諾貝爾化學獎、熒光探針技術(shù)、雙光子熒光成像技術(shù)、形態(tài)分析技術(shù)、分析化學在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中的應(yīng)用以及相關(guān)領(lǐng)域召開的一些重大國際學術(shù)會議、重要的學術(shù)刊物及重點科學研究項目等，并根據(jù)學科發(fā)展對內(nèi)容做適當調(diào)整，形成動態(tài)的教學體系。例如，2011年是國際化學年，國際純粹與應(yīng)用化學會及中國化學會都舉辦了一系列的學術(shù)活動。因此，我們對該年度的教學內(nèi)容進行了相應(yīng)調(diào)整，在對諾貝爾化學獎等知識的介紹中，著重強調(diào)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(tài)和功能，主要采用了X射線結(jié)晶學技術(shù);2008年諾貝爾化學獎代表了綠色熒光蛋白生物標記技術(shù)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(jié)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(chǔ)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(jié)構(gòu)及使用方法等。部分研究生在一年級已經(jīng)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(yīng)的解決方案。如在介紹蛋白質(zhì)分析方法時，讓學生討論WesternBlot技術(shù)、ELISA技術(shù)、免疫熒光技術(shù)、免疫組織化學技術(shù)等不同分析技術(shù)的優(yōu)缺點及適用范圍，并與不同專業(yè)部分學生課題相結(jié)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(jīng)典案例，與學生共同探討分析儀器的使用及數(shù)據(jù)的獲取。如基因芯片技術(shù)包括探針的設(shè)計、合成與芯片的制作、靶基因樣品的制備、生化雜交反應(yīng)、雜交信號的檢測與結(jié)果的分析，在教學中對該技術(shù)的研究歷史、應(yīng)用范圍及未來發(fā)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(chuàng)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(yīng)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(shù)用于細胞中pH的檢測(ChemicalReview，2010，110:2709-2728)，醫(yī)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(tǒng)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(jié)合的辦法來進行考核。課堂表現(xiàn)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(yīng)的成績，作為該課程平時成績的一部分。結(jié)業(yè)時，讓學生根據(jù)自己的專業(yè)特點撰寫相關(guān)學科研究領(lǐng)域的綜述性論文，如:熒光探針在生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用，透射電子顯微鏡在材料分析中的應(yīng)用進展，雙光子熒光成像分析技術(shù)等，根據(jù)學生論文情況給出相應(yīng)的成績。此外，還根據(jù)學科發(fā)展的前沿，討論一些典型科研案例，總結(jié)科學研究特點與規(guī)律。

很多研究生對學術(shù)規(guī)范認識不足，個別人甚至沒有最基本的學術(shù)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(guī)范，直接復制圖表甚至抄襲數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。本課程在教學和考核過程中，反復強調(diào)嚴謹學風的重要性，并列舉一些經(jīng)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(shù)規(guī)范引入課程論文的考核過程中，實行學術(shù)規(guī)范一票否決制，凡是在課程論文撰寫過程中存在學術(shù)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(shù)規(guī)范的重要性。

3 結(jié)語

研究生分析儀器課程開設(shè)3年以來，先后被我校應(yīng)用化學、農(nóng)藥學、環(huán)境科學、環(huán)境工程、生命科學、食品科學等專業(yè)的研究生選修。課程組對教學內(nèi)容不斷進行更新，不斷探索教學方法，獲得了一些教學經(jīng)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(jié)合，取得了較好的教學效果，受到學生的好評，選修人數(shù)不斷增加。有學生評價說:“該課程與專業(yè)結(jié)合密切，緊扣學科發(fā)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(zhì)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(chǔ)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(nóng)業(yè)學報，2010，22(8):189