應(yīng)用型高校食品專業(yè)儀器分析實驗教學(xué)的探索

譚微 蔡錦源 崔娜 熊建文 吳文啟

【摘 要】本文論述當前食品專業(yè)儀器分析實驗教學(xué)中與實際應(yīng)用聯(lián)系不緊密、教學(xué)手段落后、綜合性和創(chuàng)新性實驗項目少等問題，提出強化綜合性實驗來優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、引入結(jié)合虛擬實驗的虛實結(jié)合教學(xué)模式、利用校企合作豐富教學(xué)資源等對策，使教學(xué)與實際結(jié)合更緊密，更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和實踐能力，以達到應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的教學(xué)目標。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用型本科院校 食品專業(yè) 儀器分析實驗教學(xué)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）06C-0158-03

為滿足我國經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展對應(yīng)用型人才的需求，從2013年起，教育部開始大力推動600多所1999年高校擴招后的新建本科院校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)變。培養(yǎng)具有良好的實踐應(yīng)用能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和精益求精工匠精神的高素質(zhì)人才是應(yīng)用型高校的主要任務(wù)。因此，在教學(xué)層面上，應(yīng)用型高校需要進行教學(xué)改革，特別是實驗實訓(xùn)課程的改革，把培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力放在重要位置。儀器分析實驗作為廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院食品專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是儀器分析理論課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，具有操作性強、應(yīng)用性強、內(nèi)容廣等特點。隨著食品行業(yè)的迅速發(fā)展，食品安全和品質(zhì)監(jiān)控越來越依賴于具有高精密度和高靈敏度的大型精密儀器，因此，能夠熟練掌握儀器操作技能的食品檢驗檢測人才需求量不斷增加。為了滿足人才市場的需求，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才為教學(xué)宗旨，針對實驗教學(xué)中存在的問題，對儀器分析實驗教學(xué)內(nèi)容和方法進行探索，以期使學(xué)生既能熟練掌握各種大型儀器的操作技能，又能提高理論聯(lián)系實際的創(chuàng)新能力，為將來從事與食品分析檢測相關(guān)工作打下堅實的基礎(chǔ)。

一、儀器分析實驗教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

（一）實驗教學(xué)與實際應(yīng)用聯(lián)系不緊密。得益于電子、通信和控制技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新，各大儀器制造公司每隔幾年就會推出更新?lián)Q代的產(chǎn)品，而儀器分析實驗教材內(nèi)容的更新速度卻遠遠滯后于儀器的發(fā)展速度，而且不同高校擁有的實驗設(shè)備型號不同，實驗條件和實驗操作也存在不小差別，難以找到通用的實驗教材。此外，現(xiàn)有的儀器分析實驗教材很少有專門針對食品專業(yè)設(shè)置的實驗項目。實驗項目與實際應(yīng)用聯(lián)系不緊密是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高的原因之一。

對于應(yīng)用型高校來說，“雙師型”教師的比例偏少，大多數(shù)教師都是從高校畢業(yè)后直接進入學(xué)校工作，雖然擁有深厚的理論知識，卻缺乏在相關(guān)行業(yè)的一線實際操作經(jīng)歷，對儀器的實際應(yīng)用缺乏系統(tǒng)認識和體會，有很多實用的經(jīng)驗知識不能傳授給學(xué)生。

（二）實驗教學(xué)手段落后。傳統(tǒng)的儀器分析實驗教學(xué)模式通常分為三個步驟：首先，讓學(xué)生自行預(yù)習(xí)，完成預(yù)習(xí)報告；其次，在課上，指導(dǎo)教師先讓學(xué)生集中在儀器前，講解儀器的構(gòu)造、工作原理和操作方法，學(xué)生再按照實驗步驟完成實驗，獲得數(shù)據(jù)；最后，課后學(xué)生完成實驗報告。通過和學(xué)生的溝通，我們發(fā)現(xiàn)這樣的教學(xué)模式存在一些問題：許多學(xué)生的預(yù)習(xí)報告都是為了應(yīng)付老師，沒有經(jīng)過獨立思考，完全照抄實驗教材，達不到預(yù)習(xí)的效果；由于大型儀器通常價格昂貴，數(shù)量較少，通常是一組10多個學(xué)生只能用一臺儀器，在教師講解儀器構(gòu)造和操作演示過程中，部分學(xué)生看不清楚，觀察不仔細，演示效果達不到預(yù)期，抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（三）綜合性和創(chuàng)新性實驗項目少。各大院校儀器分析實驗普遍存在驗證性項目多、綜合性項目少的問題。究其原因，一是因為課時較少，如廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院食品專業(yè)的儀器分析實驗課程是16學(xué)時，涉及光、電、色三類儀器，除去課前講解，留給學(xué)生實驗操作的時間所剩不多。為了完成實驗任務(wù)，實驗準備教師通常在課前已完成樣品預(yù)處理，學(xué)生在課上只需要進樣即可。二是每組的配套教學(xué)儀器設(shè)備少，造成部分學(xué)習(xí)主動性高的學(xué)生愿意進行操作，其他學(xué)生只是在旁邊觀摩，缺少了獨立操作的機會。因此，我們應(yīng)該在教學(xué)中加入綜合性實驗，讓學(xué)生了解實際樣品分析檢測的整個過程，包括樣品預(yù)處理，而不僅僅是進樣過程。

二、對策

（一）優(yōu)化實驗項目，增加綜合性實驗。儀器分析課程涉及的儀器非常廣泛，實驗項目繁多，為了突出食品專業(yè)特色，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院教師對柳州市出入境檢驗檢疫局、深圳市計量質(zhì)量檢測研究院食品所等企業(yè)的食品檢測項目進行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)光譜和色譜類儀器在食品檢測行業(yè)中占據(jù)重要地位，因此，在學(xué)時比較緊張的情況下，我們刪減了電分析實驗項目，著重優(yōu)化光譜和色譜儀器的實驗項目。在光譜類儀器（紫外—可見分光光度計、紅外光譜儀和原子吸收分光光度計）中，由于原子吸收分光光度計可選擇優(yōu)化條件較多，樣品前處理方法相對較豐富，所以設(shè)置了一個與原子吸收分光光度計有關(guān)的綜合性實驗。高效液相色譜儀和氣相色譜儀雖然原理和操作方法不同，但兩者對于樣品前處理和檢測條件優(yōu)化的方法類似，所以挑選了一個與高效液相色譜儀相關(guān)的綜合性實驗。

驗證性實驗的主要目的是讓學(xué)生掌握儀器基本操作技能和分析方法，綜合性實驗需要學(xué)生根據(jù)實際樣品特性和待測物性質(zhì)選擇合適的樣品前處理方法，再進行儀器檢測，內(nèi)容覆蓋了樣品分析的整個過程，有利于學(xué)生能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)與提高。圖1以“火焰原子吸收法測定食用植物油中的鎂含量”為例進行說明。學(xué)生首先可以自由選擇感興趣的一種食用植物油作為樣品，實驗室提供了微波消解、濕法消解和干法灰化等三種樣品前處理方法，然后通過查閱文獻，確定適合的前處理方法并考慮實驗條件，如消解溶劑體系和用量、料液比、消解溫度和時間、微波消解中的微波功率、干法灰化中的馬弗爐溫度等因素，接著把處理好的樣品溶液用火焰原子吸收分光光度計進行檢測，用標準曲線外標法進行定量分析，最后得到分析結(jié)果，完成實驗報告。在整個實驗過程中，以學(xué)生為主，前處理方法和檢測條件通過查閱文獻確定，教師只是起到輔助指導(dǎo)作用，這樣可以充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，既掌握了儀器的基本操作，又能了解一個完整的實際樣品分析過程。在課程中增加了綜合性實驗，指導(dǎo)教師的工作任務(wù)和時長會增加，以后計劃增加實驗課師資，可以通過一臺儀器由一位老師授課，學(xué)生采取組內(nèi)循環(huán)的方式來解決這個問題。

近年來，國家大力提倡創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，國家級、自治區(qū)級及校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目資助數(shù)量逐年增多。對于食品專業(yè)的學(xué)生來說，食品營養(yǎng)組分分析和食品安全檢測等課題既和實際生活緊密相關(guān)，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，我們鼓勵學(xué)生多申請相關(guān)課題，增加學(xué)習(xí)和操作大型儀器的機會。

（二）引入虛擬仿真實驗的虛實結(jié)合實驗教學(xué)模式。大型精密儀器價格昂貴，如一臺液相色譜就需要幾十萬元，對于應(yīng)用型民辦獨立院校而言，沒有足夠的經(jīng)費采購多臺相同的儀器。以集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化為特征的虛擬仿真技術(shù)，可以讓學(xué)生人手一臺電腦，在機房內(nèi)通過軟件模擬技術(shù)來達到真實實驗的效果，解決了真實環(huán)境無法做到人手一臺儀器的問題。依托系里的虛擬仿真實驗室，我們引進了大型分析儀器仿真3D軟件，可以提供紫外可見分光光度計、紅外光譜儀、原子吸收分光光度計、氣相色譜和高效液相色譜等儀器的內(nèi)部構(gòu)造、部件介紹、原理演示和實驗過程的仿真模擬。

在實驗課開始前，學(xué)生以班級為單位在虛擬仿真實驗室完成預(yù)習(xí)任務(wù)，包括復(fù)習(xí)理論課已講解的儀器相關(guān)知識，學(xué)習(xí)儀器構(gòu)造，了解實驗內(nèi)容和操作方法。在預(yù)習(xí)完成后，會有測試題考查學(xué)生的掌握程度。傳統(tǒng)的現(xiàn)場觀摩式教學(xué)，每個實驗項目教師一般需要花費1個課時去講解儀器構(gòu)造和實驗內(nèi)容并演示實驗操作，且效果往往不盡如人意，但把虛擬仿真引入預(yù)習(xí)階段后，教師可以提前根據(jù)測試題完成情況了解學(xué)生在預(yù)習(xí)中沒有掌握的難點，然后在課堂上有的放矢地對難點著重講解，這樣既有針對性又能節(jié)約時間，可以把寶貴的課時用于學(xué)生的實驗操作，給學(xué)生多使用儀器的機會。此外，虛擬仿真練習(xí)使學(xué)生在做實驗前就獲得了直觀感受和印象，不同于講義上刻板地對實驗操作進行描述，前者增強了學(xué)生做實驗的信心，也激發(fā)了學(xué)生對實驗的興趣，學(xué)習(xí)熱情得到了提高。

（三）利用校企合作平臺，豐富教學(xué)資源。課程指導(dǎo)教師由于缺乏實際生產(chǎn)的經(jīng)驗，對實際樣品分析檢測的經(jīng)驗和體會不深，借助學(xué)校轉(zhuǎn)型而大力發(fā)展的校企合作平臺，系里聘請了在柳州市出入境檢驗檢疫局工作的企業(yè)教師給學(xué)生上實驗課，他們在課上給學(xué)生傳授了很多實用的經(jīng)驗，特別是儀器使用和維護方面的知識。例如在使用火焰原子吸收分光光度計時，我們往往忽略空心陰極燈電流的優(yōu)化，通常采用儀器安裝時的默認值。但燈電流直接決定了光源的強度，對儀器信噪比、精密度、檢出限和背景校正等性能指標有影響，燈電流小，譜圖的信噪比低，燈電流過大，會縮短燈的壽命，甚至燒壞空心陰極燈。企業(yè)教師在介紹儀器時，會讓學(xué)生調(diào)節(jié)燈電流，觀察空心陰極燈上注明的占空比和工作電流，先確認燈電流的適用范圍，在滿足最低樣品濃度的信噪比條件下，設(shè)置比較低的燈電流，保護空心陰極燈和儀器。隨著學(xué)校采購的儀器設(shè)備越來越多，系里和儀器公司的聯(lián)系越來越緊密，我們計劃以后邀請儀器公司的工程師以講座的形式，向?qū)W生介紹儀器發(fā)展和應(yīng)用的前沿知識。

校企合作平臺的建立，還為學(xué)生提供了更多的實習(xí)機會。目前，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院食品專業(yè)的學(xué)生有在廣西藥用植物園、廣州金域檢測中心和深圳市計量質(zhì)量檢測研究院等單位實習(xí)，為他們的儀器分析實驗課程提供了后續(xù)學(xué)習(xí)的機會，可以接觸到更多更先進的大型儀器，有利于實踐技能和綜合能力的培養(yǎng)。

總之，應(yīng)用型本科院校的定位就是培養(yǎng)理論和技能并重的創(chuàng)新型人才，根據(jù)食品專業(yè)的特點，我們優(yōu)化實驗內(nèi)容，增加綜合性實驗，把大型儀器虛擬仿真3D技術(shù)引入實驗教學(xué)，利用校企平臺豐富教學(xué)資源，對儀器分析實驗課程進行了探索，并取得了一些成效。隨著教學(xué)改革的繼續(xù)深入，我們應(yīng)該使教學(xué)更加貼近實際，給學(xué)生創(chuàng)造更多的儀器操作機會，形成更加科學(xué)的儀器分析實驗教學(xué)體系。

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【作者簡介】譚 微（1986— ），女，廣西柳州人，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院工程師，碩士，研究方向：分析化學(xué)和儀器分析理論和實驗課程教學(xué)；熊建文（1981— ），男，湖南湘潭人，廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院副教授，研究方向：食品生物技術(shù)。

（責編 盧 雯）