儀器分析實驗教學體系的構(gòu)建與實踐

付 穎， 張永忠， 高 爽， 王宇昕

(東北農(nóng)業(yè)大學理學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

0 引言

儀器分析課程不僅是化學各專業(yè)的主干課程，也是農(nóng)學、食品科學、環(huán)境科學、生命科學等相關(guān)學科的重要基礎(chǔ)課程，更是一門實用性較強的工具課程。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，各種高靈敏度、高選擇性、自動化、智能化、信息化和微型化的分析儀器及相關(guān)的新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，痕量與超痕量檢測是近代分析儀器的重要發(fā)展方向，也是21世紀分析化學發(fā)展的主流[1-4]。我們針對目前高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實驗課程課內(nèi)學時較少、實驗硬件設備薄弱和現(xiàn)代儀器使用有限等問題，運用先進的理念，依托現(xiàn)代教育技術(shù)，通過對儀器分析實驗課程教學模式的改革，建立了儀器分析網(wǎng)絡教學平臺及校-所協(xié)作實踐教學平臺;確定了以基礎(chǔ)儀器分析實驗教學為核心、開放創(chuàng)新實驗為拓展、生產(chǎn)實習為延伸的“三位一體”培養(yǎng)模式;建成了“一體化管理、模塊式教學，拓展性實踐”的高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實驗教學體系。

1 儀器分析網(wǎng)絡教學平臺的構(gòu)建

運用先進的理念，依托現(xiàn)代教育技術(shù)，我們建立了儀器分析網(wǎng)絡教學平臺(http://202.118.167.91/dahua/kcsz/yqfxgg/default.asp)和大型儀器管理平臺(http://202.118.166.225:8000/equipmentappointment/Default.jsp)。儀器分析網(wǎng)絡教學平臺集指導系統(tǒng)、預習系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)于一體，交互性強、實用性強?；谠撈脚_構(gòu)建的實驗多媒體教學資源中心和化學實驗仿真模擬室可以使學生能夠從網(wǎng)上感受虛擬實驗的效果[5-8]。我們借助計算機多媒體技術(shù)，對于一些抽象、機理復雜的理論，以及難以實地實景呈現(xiàn)的儀器內(nèi)部構(gòu)造，均采用模擬教學演示，使學生能更多地了解課本之外的新型儀器設備和分析技術(shù)。一些大型高端精密儀器，如色-質(zhì)聯(lián)用分析法，學生可以在模擬實驗室中學習該種分析方法的基本原理，了解儀器的基本構(gòu)造，進行實驗模擬。在虛擬實驗室中，學生對各種分析儀器進行模擬操作，反復練習，對儀器的整個操作過程以及原理進行全面的了解和掌握。在進行大型儀器設備的使用和操作前，先讓學生進行模擬仿真實驗，使學生熟悉儀器設備的部件、操作程序及實驗條件優(yōu)化等，這樣既可減少實際實驗訓練的時間，同時也可以加深對理論知識的理解和鞏固，有利于進一步將虛擬與現(xiàn)實實驗有機結(jié)合[9-10]。通過網(wǎng)絡虛擬實驗豐富和延伸了理論教學，有效地解決了大型儀器操作練習受限、條件優(yōu)化難及無法拆裝觀看儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)等問題，也能夠充分激發(fā)學生的實驗興趣。

2 校-院共建實踐教學平臺

通過對儀器分析課程基本理論及實驗的學習，學生在掌握各種儀器分析方法的基本原理、特點、適用范圍和使用方法的基礎(chǔ)上，具有了應用儀器進行分析操作的基本技能，但對生產(chǎn)實際及科研實踐中的問題解決尚缺乏系統(tǒng)的實訓。通過課程實踐環(huán)節(jié)，讓學生深入生產(chǎn)實踐及科研過程中，真正掌握儀器分析在各領(lǐng)域的實際應用，使儀器分析課的教學內(nèi)容和教學體系更為系統(tǒng)化、規(guī)范化，使學生進入工作崗位后，能夠迅速適應角色，勝任所從事的職業(yè)。我們分別與黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院及黑龍江省農(nóng)墾總局食品藥品檢驗檢測所合作共建了校-所合作實踐教學平臺，學生通過生產(chǎn)實踐實習，參觀學習液－質(zhì)聯(lián)用、氣－質(zhì)聯(lián)用、核磁共振波譜儀、透射電鏡等先進大型分析儀器設備，參與進行病毒檢測、生活飲用水質(zhì)量檢測、環(huán)境和各種產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)檢測鑒定，真正接觸到生產(chǎn)實際。這種生產(chǎn)實踐實習，既解決了高校資源有限的問題，又加強了卓越工程師的培養(yǎng)力度。學生開闊了眼界，增長了見識，學到了知識。很多學生在課程實習期間對儀器分析檢測產(chǎn)生了濃厚的興趣，利用假期又繼續(xù)到實習基地進行深入學習，既有助于自身綜合素質(zhì)的提高，又增加了實習經(jīng)歷及經(jīng)驗，為畢業(yè)就業(yè)創(chuàng)造了更多的機會。

3 拓展、開放性實驗平臺的構(gòu)建

將開放、創(chuàng)新實驗引入到高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實驗課程體系中，建設拓展、開放性實驗平臺，提供學生參與科研的機會，將能力與素質(zhì)培養(yǎng)緊密結(jié)合，為學生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑[11-12]。近年來，課題組老師根據(jù)自己的科研內(nèi)容，并結(jié)合農(nóng)科各專業(yè)特色，利用不同的分析儀器，開設了用高效液相色譜法測定了大豆異黃酮、紅三葉草中的異黃酮、紅甘藍中的矢車菊色素、槐角中的異黃酮等;氣相色譜法測定有機磷農(nóng)藥的殘留量;微波輔助提取—紫外分光光度法測定土壤中單嘧磺隆等開放性實驗。開放實驗合理有效地利用了實驗室資源，為學生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑。學生通過參與開放、創(chuàng)新實驗，掌握了系統(tǒng)地設計實驗、分析樣品、解決生產(chǎn)實踐中遇到的具體問題的基本方法和手段[13-16]。拓寬了學生的視野，鞏固了他們所學的知識，為學生將來的就業(yè)和讀研奠定了堅實的基礎(chǔ)。

4 儀器分析實驗教學體系的構(gòu)建

在儀器分析網(wǎng)絡教學及校-所協(xié)作實踐教學雙平臺體系基礎(chǔ)上，我們建立了“一體化管理、模塊式教學，拓展性實踐”的儀器分析全新的課程體系。我們將儀器分析實驗教學分為3個階段，①以基礎(chǔ)知識和基本訓練實驗為目標;②以開放式設計性實驗的能力培養(yǎng)為目標;③以卓越工程師培養(yǎng)為目標，極大地提高了儀器分析實驗課程的涵蓋范圍，拓展了學生的學習空間，提高了儀器分析實驗課程教學質(zhì)量。

在第一階段的基礎(chǔ)儀器分析實驗中，根據(jù)基本理論的不同將實驗分為光譜學模塊、色譜學模塊、電化學模塊、虛擬實驗模塊。結(jié)合專業(yè)開設不同的實驗內(nèi)容。例如，在光譜學模塊，對資源與環(huán)境學院的學生開設紫外分光光度法測定水中及土壤中總酚的含量，而對于食品學院的學生開設熒光分光光度計法測定維生素B2含量，對于動物科學專業(yè)的學生開設原子吸收分光光度法測定魚體中銅、鈣元素的含量等。按傳統(tǒng)的大循環(huán)制，1或2人為一組，逐個實驗進行輪換。要求學生以實驗為載體，搞懂分析儀器原理和結(jié)構(gòu)，初步學會儀器的操作技能，掌握定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的基本方法，為第二階段的開放式設計性實驗奠定基礎(chǔ)。實踐證明，以上模塊式課程設計極大地促進和加深了學生對儀器分析實驗中各類大型儀器的原理、設備相關(guān)參數(shù)及技術(shù)指標等的理解與掌握，有效提高了教學效果。

5 教學成果的推廣應用

(1)數(shù)字化資源建設和實驗改進成果顯著。經(jīng)過幾年的探索與積累，課題組制作的“儀器分析”課件獲得黑龍江省高等學校多媒體教學軟件評比三等獎?！盎瘜W實驗儀器管理系統(tǒng)”、“化學實驗儀器管理系統(tǒng)化學實驗藥品管理系統(tǒng)”四項計算機軟件獲得國家版權(quán)局授予的軟件著作權(quán)，兩項儀器分析實驗設備改進獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授予的實用新型專利。

(2)人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提高，學生實踐能力明顯增強。通過儀器分析的課內(nèi)實驗及課外實踐，極大提高了學生的實踐能力及科研能力，促進了學生綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)，將能力與素質(zhì)培養(yǎng)緊密結(jié)合，為學生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑。5年間，學生參與的開放實驗33項，創(chuàng)新課題22項，在《食品工業(yè)科技》、《中國油脂》、《植物保護》等期刊上發(fā)表科研論文9篇，4篇論文被SCI、EI檢索。

(3)教材建設覆蓋面廣。課題組主編的農(nóng)業(yè)部“十一五”規(guī)劃教材《儀器分析》及普通高等學?！笆晃濉币?guī)劃教材《儀器分析實驗》在我校及河南農(nóng)業(yè)大學、江西農(nóng)業(yè)大學、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學、黑龍江八一農(nóng)墾大學、安徽科技學院、甘肅農(nóng)業(yè)大學和山西農(nóng)業(yè)大學等11所高校作為本科生教材使用，受到各高等農(nóng)業(yè)院校師生的一致好評。

6 結(jié)語

高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實驗課程的改革與建設是長期積累和實踐探索的過程，需要幾代教師堅持不懈地努力奮斗。在改革建設過程中，還要調(diào)動教師團隊的積極性和進取性，使其做到銳意創(chuàng)新、大膽改革，教學科研互動，理論實踐相長，不斷的總結(jié)和提高，使儀器分析理論和實驗教學邁上一個新臺階。

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