應(yīng)用導(dǎo)向型生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)儀器分析教學(xué)改革探索

張杰良，王 敏

(1.汕頭大學(xué) 理學(xué)院生物系，廣東 汕頭 515063 ；2.汕頭大學(xué)附屬中學(xué)，廣東 汕頭 515063)

隨著科技的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。科教興國(guó)，而高等教育則象征著一個(gè)國(guó)家的發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Α８叩仍盒Ｗ鳛榕囵B(yǎng)科技創(chuàng)新性人才的主要基地，理論與實(shí)踐相結(jié)合、倡導(dǎo)科研創(chuàng)新和獨(dú)立探索成為課程教學(xué)的主要目標(biāo)。

儀器分析是生物技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域開(kāi)展工作不可或缺的工具。理論與實(shí)踐緊密結(jié)合是該課程最大的特色，應(yīng)用導(dǎo)向教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用儀器分析所具備的基本素質(zhì)和技能，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的科研思維和獨(dú)立思考能力[1]。從本課程中，學(xué)生能夠掌握分析儀器的檢測(cè)原理、生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定及其理化性質(zhì)分析等基礎(chǔ)知識(shí)，以提高學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力，為今后展開(kāi)科研工作或到相關(guān)崗位任職奠定良好的基礎(chǔ)[2]。新的儀器設(shè)備、儀器分析方法和技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步不斷更新迭代，采用有效、化被動(dòng)為主動(dòng)的以應(yīng)用為導(dǎo)向的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生對(duì)先進(jìn)儀器設(shè)備知識(shí)的掌握并進(jìn)行科學(xué)研究，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)的創(chuàng)新型科技人才，提高生物技術(shù)學(xué)科的研究水平極為重要。

1 儀器分析教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 理論課教學(xué)形式呆板，內(nèi)容枯燥

儀器分析這門(mén)課綜合性強(qiáng)，涉獵面廣，涵蓋光譜分析、色譜分析、電化學(xué)分析、質(zhì)譜分析等方面的內(nèi)容。學(xué)生在實(shí)踐操作前需要了解儀器的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、分析檢測(cè)手段等基本知識(shí)點(diǎn)[3]。但這些基礎(chǔ)理論的知識(shí)點(diǎn)分散、雜亂，難度大、不系統(tǒng)。教學(xué)方法通常采用傳統(tǒng)的“教師-學(xué)生”灌輸式教育，通過(guò)教師講解原理，學(xué)生聽(tīng)課做筆記的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，效率低不高且難以真正吸收。容易造成課堂積極性差，師生互動(dòng)性少，學(xué)生喪失學(xué)習(xí)熱情等問(wèn)題。筆者也發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中單純的理論灌輸，內(nèi)容容易脫離實(shí)際，加之期末考試內(nèi)容通常以筆試做題為主，學(xué)生容易進(jìn)行機(jī)械式記憶，對(duì)儀器的基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)理解不到位且不會(huì)真正操作。

1.2 實(shí)際操作和理論教學(xué)難以結(jié)合

近年來(lái)，各個(gè)高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，大班授課的形式使得教師無(wú)法對(duì)學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一輔導(dǎo)，個(gè)性化教育還有待完善。因此，積極性不強(qiáng)的學(xué)生很難培養(yǎng)出獨(dú)立思考、科研創(chuàng)新的能力。例如，學(xué)生缺乏文獻(xiàn)閱讀積累，學(xué)科前言知識(shí)與動(dòng)態(tài)更新獲取不足，僅憑書(shū)本上的理論獲取陳舊的信息，不利于提起他們對(duì)儀器設(shè)備和新型分析方法的興趣；學(xué)生探索精神不足，論文撰寫(xiě)功底薄弱，實(shí)驗(yàn)課只是根據(jù)書(shū)本步驟進(jìn)行的驗(yàn)證性操作，按部就班，缺乏獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析結(jié)果的科研能力，且實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式固定、語(yǔ)言單一，對(duì)科技論文寫(xiě)作技能的提升幫助不大；學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力弱，因?yàn)榉治鰞x器(如高效液相色譜、原子吸收光譜儀、掃描電鏡等)價(jià)格昂貴，維修成本高，實(shí)驗(yàn)室配備的基本滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)課教學(xué)要求但所配備臺(tái)數(shù)不多，不可能經(jīng)常更新?lián)Q代。通常由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的專(zhuān)業(yè)人員操作，這就導(dǎo)致很多學(xué)生沒(méi)有實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，學(xué)生們更多是站在旁觀者的角度，很難對(duì)儀器進(jìn)行系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)[4,5]，更不用談獨(dú)立完成操作的能力。

2 教學(xué)方法改革

2.1 理論課從“教師-學(xué)生”被動(dòng)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生-學(xué)生”互動(dòng)式教學(xué)

傳統(tǒng)的教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)式聽(tīng)課的教學(xué)方式不利于學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力，知識(shí)接受度低[6]。為迎合當(dāng)代00后年輕人的喜好，將授課變?yōu)樗麄兏子诮邮艿姆绞剑P者旨在提出“學(xué)生-學(xué)生”的互動(dòng)式教學(xué)，即將班級(jí)成員分為小組，就儀器分析課程不同章節(jié)的講解任務(wù)分配給各個(gè)小組，由學(xué)生自行展開(kāi)課前調(diào)研、難點(diǎn)梳理、歸納總結(jié)，教師加以引導(dǎo)，然后向其他組的同學(xué)進(jìn)行課程講解展示，教師最后進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)補(bǔ)充和總結(jié)點(diǎn)評(píng)。展示形式呈現(xiàn)多樣化，可以開(kāi)展以近期食品與藥品質(zhì)量安全問(wèn)題為主題的圓桌會(huì)議(如近期所發(fā)生的食品藥品安全質(zhì)量問(wèn)題，或化妝品店出售不合規(guī)的藥妝產(chǎn)品等事件)，緊跟時(shí)事熱點(diǎn)探究最適合解決該問(wèn)題的分析儀器和分析檢測(cè)方法。也可以借助各大互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行知識(shí)分享，比如拍攝抖音短視頻、Vlog、網(wǎng)絡(luò)直播、B站等。一方面，這種新興的授課形式更容易被“互聯(lián)網(wǎng)的一代00后”所接受，讓他們體驗(yàn)從學(xué)生到教學(xué)主播的身份轉(zhuǎn)變，激發(fā)熱情，調(diào)動(dòng)課堂參與積極性；另一方面，他們?cè)跍?zhǔn)備授課內(nèi)容時(shí)會(huì)進(jìn)行任務(wù)分配，追蹤最新學(xué)科前言信息，從而提高學(xué)生的自主探索能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2.2 短視頻助推學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

短視頻平臺(tái)從2016年開(kāi)始熱度驟增，至2020年規(guī)模有望突破500億[6]?？破找曨l借助這一火爆趨勢(shì)，以寓教于樂(lè)的方式進(jìn)入百姓生活，深受公眾喜愛(ài)。但其中不乏為了博取流量關(guān)注度而出現(xiàn)的“假科普”現(xiàn)象。作為生命技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員，我們有必要對(duì)這些不科學(xué)的虛假科普信息進(jìn)行辟謠，開(kāi)拓新的平臺(tái)，將科學(xué)合理的信息傳播給大眾。此時(shí)，基于科普短視頻辟謠形式的教學(xué)方法順勢(shì)而生。譬如針對(duì)各大網(wǎng)紅、民間科學(xué)家所拍攝的居家鑒定地溝油的土方法(蒜頭法、冷凍法等)，暨南大學(xué)拍攝了“美好生活，油此而來(lái)”MOOC視頻進(jìn)行指導(dǎo)糾正，向觀眾闡明了地溝油的鑒定需要科學(xué)的分析手段，即通過(guò)色譜技術(shù)判別植物油中是否含有甾醇物質(zhì)、苯并芘；通過(guò)電導(dǎo)率的變化測(cè)定油中的重金屬等物質(zhì)來(lái)判別地溝油[7]。這種拍攝科普短視頻式的教學(xué)方法即能激起學(xué)生興趣，使其身臨其境去探索問(wèn)題解決方案，又可以創(chuàng)造出對(duì)社會(huì)有價(jià)值的視頻，帶領(lǐng)普通觀眾走出假科普的誤區(qū)，在玩中受益。教師作為視頻的“總導(dǎo)演”應(yīng)給予正確引導(dǎo)，教師可創(chuàng)建賬號(hào)提供優(yōu)質(zhì)的科普內(nèi)容，通過(guò)學(xué)生所拍攝的短視頻進(jìn)行內(nèi)容運(yùn)營(yíng)，打造眾創(chuàng)平臺(tái)。賬號(hào)可以周期性的更新，即每學(xué)年儀器分析課程開(kāi)展時(shí)間段，每屆學(xué)生都提供新的劇本以確保平臺(tái)高質(zhì)量化。

這種學(xué)生之間互動(dòng)式教學(xué)的方式打破了傳統(tǒng)教育的壁壘，新興的授課方式更容易激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)力，教師作為催化劑參與到同學(xué)們的相互反應(yīng)中，推動(dòng)課程進(jìn)展。小組展示效果和同學(xué)反饋?zhàn)鳛槠谀┛己朔謹(jǐn)?shù)的一部分。同齡人之間的交流更為高效，有利于激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)造力和信息檢索、收集能力。

2.3 校企聯(lián)合帶動(dòng)教學(xué)

高校可以通過(guò)加強(qiáng)與企業(yè)的合作進(jìn)行學(xué)科交流，為學(xué)生提供實(shí)踐平臺(tái)[8]。通常來(lái)說(shuō)，企業(yè)的分析儀器主要為了提高工作效率和準(zhǔn)確度，設(shè)備先進(jìn)，數(shù)量多且能接觸到成熟的分析方法。學(xué)校和企業(yè)之間可以聯(lián)合舉辦“創(chuàng)新性?xún)x器分析技能大賽”等競(jìng)賽，借助企業(yè)提供的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)使學(xué)生們得到動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，即鍛煉了動(dòng)手能力，培養(yǎng)了科研思維，也能接觸到新型分析儀器，開(kāi)拓了眼界。此外，企業(yè)可以提供實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，讓學(xué)有余力的學(xué)生深入企業(yè)，在工程師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)儀器構(gòu)造知識(shí)、檢測(cè)原理和分析方法，學(xué)生在得到一對(duì)一專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的同時(shí)也塑造了就業(yè)觀。還可以邀請(qǐng)公司的儀器分析工程師來(lái)校開(kāi)展講座，分享最新的分析儀器前沿動(dòng)態(tài)和分析方法，開(kāi)闊學(xué)生眼界，了解學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)[1]。

2.4 根據(jù)教師研究課題開(kāi)展實(shí)踐平臺(tái)

承擔(dān)科研任務(wù)的教師通常都緊跟學(xué)科前沿信息，本科生進(jìn)入相應(yīng)的平臺(tái)后能夠與最新科研動(dòng)態(tài)接軌，全身心投入到科研情境中，并且能夠在研究生的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)和掌握分析儀器操作技術(shù)要領(lǐng)。本科生可組成科研小組或“大創(chuàng)團(tuán)隊(duì)”承擔(dān)教師的部分課題，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并發(fā)表科技論文。在此過(guò)程中，學(xué)生開(kāi)始由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向探索性實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮創(chuàng)造性思維進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，期間可以向研究生請(qǐng)教技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，和老師探討科研問(wèn)題和論文寫(xiě)作。筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在文獻(xiàn)查閱能力、動(dòng)手能力和論文寫(xiě)作能力都得到大幅度提升，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型科研人才大有裨益。比如，筆者的課題組著重于海藻多糖的研究，本科生組成的研究團(tuán)隊(duì)為探究多糖的構(gòu)效關(guān)系，即多糖單糖組成和結(jié)構(gòu)成分，讓學(xué)生掌握了紫外可見(jiàn)吸收光譜儀對(duì)總糖含量進(jìn)行定量，采用PMP柱前衍生后以高效液相色譜儀對(duì)多糖的單糖組成進(jìn)行定性與定量分析的方法，采用紅外分析光譜儀對(duì)多糖官能團(tuán)的分析檢測(cè)技術(shù)。這無(wú)疑為他們后續(xù)的科研工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與研究有機(jī)結(jié)合[9]。

2.5 高校的中心實(shí)驗(yàn)室定期開(kāi)放共享平臺(tái)

考慮到高校大型分析儀器數(shù)量不足的問(wèn)題，為保證每位學(xué)生都能親自實(shí)踐，構(gòu)建中心試驗(yàn)室定期開(kāi)放共享平臺(tái)是個(gè)不錯(cuò)的方式。學(xué)生可2～4人一組分批預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作，由專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)老師進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一個(gè)性化教學(xué)。“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”，每一位學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)踐后，對(duì)分析儀器的工作原理和操作技術(shù)會(huì)了解得更加透徹。

3 結(jié)語(yǔ)

高等儀器分析教學(xué)改革目的在于培養(yǎng)應(yīng)用導(dǎo)向型人才，與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，多渠道、開(kāi)放性、重實(shí)踐的教學(xué)風(fēng)格更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造性。因此，著重教學(xué)形式的變革，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展平臺(tái)和豐富教學(xué)方式是全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果最優(yōu)化必不可少的一步。