食品專業(yè)儀器分析課程教學(xué)優(yōu)化

張樂樂，王振杰，劉艷紅，王彩虹，季春艷，李雙芳，劉生杰,2*

(1.阜陽師范大學(xué)信息工程學(xué)院，安徽 阜陽236041；2.阜陽師范大學(xué) 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽236037；

儀器分析課程是分析化學(xué)的重要分支，也是與食品分析和研究相關(guān)的一門最重要的課程。儀器分析是以測量物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)來確定物質(zhì)的化學(xué)組成、含量以及化學(xué)結(jié)構(gòu)的一類分析方法[1]，將物質(zhì)的物理和物理化學(xué)信息轉(zhuǎn)化為分析信號，然后采集、傳送、處理和最大限度地利用這些信息，對其解釋、研究和應(yīng)用[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀器分析課程已經(jīng)成為化學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、食品科學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。

對于食品專業(yè)來說，儀器分析課程是一門應(yīng)用性很強的課程，起到連接理論知識與應(yīng)用技術(shù)的橋梁作用，其內(nèi)容在食品化學(xué)、食品分析、食品生物化學(xué)等課程中都有涉及，同時具有儀器分析理論知識對于學(xué)生畢業(yè)從事相關(guān)食品安全檢測工作或是繼續(xù)深造學(xué)習，從事科研具有重要的指導(dǎo)意義。但是經(jīng)實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，已畢業(yè)的食品專業(yè)人才在各企事業(yè)單位的食品分析崗位上從事檢測工作，基本依靠儀器檢測，而儀器分析理論與實驗操作能力比不上化學(xué)專業(yè)人才；繼續(xù)深造的食品專業(yè)本科生在研究生階段，對于精密儀器可操作率比較低[3]，足以反映食品專業(yè)的本科生在儀器分析課程的學(xué)習上還存在很大的不足。因而，現(xiàn)有的儀器分析的課程教學(xué)亟待創(chuàng)新。

1 儀器分析課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 學(xué)習方法不當，基礎(chǔ)薄弱，操作能力欠缺

儀器分析課程教學(xué)安排包括：課堂理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩部分。理論內(nèi)容抽象繁雜，在實際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生對于課程的學(xué)習方法不當，不能及時掌握知識要點，甚至還沒有從高中生的角色轉(zhuǎn)變?yōu)榇髮W(xué)生角色，沒有適應(yīng)大學(xué)學(xué)習方法，在課堂上缺乏獨立思考。課程的學(xué)習演變成：課上被動學(xué)習，考前死記硬背，突擊復(fù)習。

食品專業(yè)的學(xué)生，與化學(xué)專業(yè)學(xué)生相比，在分析化學(xué)等基礎(chǔ)知識的儲備上相對薄弱。教師在講解一些化學(xué)的基本知識點的時候，如果不深入分析講解，學(xué)生不容易理解，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

食品專業(yè)雖說是工科專業(yè)，男女生比例不平衡，就阜陽師范學(xué)院信息工程學(xué)院食品系在校生（2015-2018 級），食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全2 個專業(yè)，4 個年級16 個班級而言，男女生比例約達到1∶1.5，而女生心思細膩，對于大型儀器有畏懼感，對實驗操作的動手能力需要進一步加強。

儀器分析實驗教學(xué)中涉及大型精密儀器，由實驗室專人教師負責儀器的管理和定期維護保養(yǎng)。在實驗課程中，大多課時里都是學(xué)生觀摩教師的演示實驗，很少參與到實驗的過程中，對于課程的重要性和應(yīng)用性沒有切身的感受，容易造成學(xué)習的懈怠。有的學(xué)生甚至上實驗課時只為“湊個熱鬧”，應(yīng)付實驗。在實驗課上只是機械重復(fù)實驗，缺乏獨立思考能力。

學(xué)生在質(zhì)檢所或檢測公司見習期間，面對學(xué)過的儀器而不識，之前學(xué)過的儀器原理以及相關(guān)的儀器應(yīng)用隨著考試結(jié)束基本忘記，遠遠達不到理論聯(lián)系實際的層次。

1.2 教學(xué)滿堂灌，知識更新滯后

課程理論教學(xué)知識點多且分散，教學(xué)模式仍然以教師為中心，學(xué)生只能被動接受，教師怎么講，學(xué)生就怎么聽，整個教學(xué)過程中，課堂缺乏互動性，教師忽略了學(xué)生的主導(dǎo)地位，更無法處理好能力和情感目標的關(guān)系。

儀器分析課程交叉了化學(xué)、光學(xué)、物理學(xué)、電子技術(shù)等學(xué)科，教師由于自身研究領(lǐng)域的局限性不能精通所有儀器，在教學(xué)過程做到學(xué)科間的融會貫通有一定難度，對于所涉及的專業(yè)知識理解不夠透徹，增加教學(xué)難度。教材的內(nèi)容過于陳舊，教師授課中又只拘泥于課本上陳列的古老儀器，沒有及時與時俱進，忽略了新技術(shù)、新方法、新儀器的教學(xué)。

實驗教學(xué)中教師為了節(jié)省時間，提前準備好樣品，調(diào)好儀器，學(xué)生對于實驗樣品前處理和儀器的日常維護缺乏直觀認識。同時驗證性實驗較多，而綜合性和設(shè)計性實驗較少，難以達到預(yù)期的教學(xué)效果。

2 儀器分析課程教學(xué)優(yōu)化的建議

從食品專業(yè)的特點出發(fā)，針對儀器分析課程中存在的現(xiàn)狀，根據(jù)課程教學(xué)目標，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、開放實驗室等方面，對課程的優(yōu)化，提出了幾點建議：

2.1 改進教學(xué)方法，提高學(xué)習積極性

食品專業(yè)學(xué)生對分析化學(xué)的理解相對薄弱，對于教師要求較高，需要教師用通俗易懂的語言、多引用事例解析分析化學(xué)知識點，以加強學(xué)生的理解，打好基礎(chǔ)知識。實施主題教學(xué)法，結(jié)合時下熱門社會生活，鼓勵學(xué)生動手查閱文獻資料。例如，市面上經(jīng)常出現(xiàn)“瘦肉精”豬肉，可以引導(dǎo)學(xué)生參閱文獻資料，搜索檢測“瘦肉精”豬肉有哪些方法。出現(xiàn)的塑化劑事件，塑化劑的檢測有哪些儀器可以實現(xiàn)等等，甚至可以請同學(xué)自己做成PPT，進行講解討論，讓學(xué)生成為課堂的主體，既鍛煉同學(xué)們查閱文獻，講解的能力，又增加學(xué)生對于儀器原理的理解。

隨著進入“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，教師可以將課堂延伸到課外，將課程知識點發(fā)布在教學(xué)APP 上，學(xué)生可以利用課余時間鞏固學(xué)習，總結(jié)提高，討論交流；教師也可以掌握學(xué)生的學(xué)習進度，及時答疑，提高教學(xué)效率[4,5]。

理論課程的學(xué)習地點可以不再拘泥于教室，可以換在實驗室，讓學(xué)生直觀看到儀器，摸到儀器，“百聞不如一見”，真實看到儀器的構(gòu)造，而不是只停留在多媒體上的圖片，以加深印象。

學(xué)?？梢再徺I一些廢舊儀器。拆裝廢舊儀器使學(xué)生真實看到各個儀器的組成元件，例如紫外分光光度計和原子吸收光譜儀都具有光源，但光源并不一樣，前者是氫燈或是氘燈，后者是空心陰極燈。通過拆下廢舊儀器中的光源，對比，以加深學(xué)生的理解，避免概念混淆。在拆裝廢舊儀器的過程中，使得學(xué)生對于儀器構(gòu)造的元件有了進一步的認識，也鍛煉了動手能力。拆裝過程中，緩解學(xué)生對于昂貴儀器的畏懼感和緊張情緒，提高學(xué)生對于儀器學(xué)習的積極性。

采用多元化的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，讓學(xué)生在一種輕松氛圍中理解課程內(nèi)容，掌握專業(yè)知識。

2.2 豐富教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)科眼界

教師應(yīng)該積極探索科研，加強知識儲備。例如，結(jié)合歷年奧運會興奮劑檢測的歷史事件，了解質(zhì)譜技術(shù)在常規(guī)檢測中的發(fā)展脈絡(luò)[6]。時下，吸毒酒駕鑒定事件中，常有尿檢陽性的嫌疑人聲稱服用了帕金森治療的處方藥物司來吉蘭，但是液相-質(zhì)譜是可以幫助實現(xiàn)區(qū)分毒品濫用與司來吉蘭服用的區(qū)別[7]，同時對學(xué)生進行珍愛生命，遠離毒品的情感教育。

科學(xué)在發(fā)展，技術(shù)在進步，教師在教學(xué)過程中，不應(yīng)只停留在書本上古老儀器。一方面，應(yīng)介紹當前最新技術(shù)成就，以保持教學(xué)內(nèi)容的先進性和前瞻性。例如，在講到質(zhì)譜的飛行時間質(zhì)量分析器（time of flight analyzer,TOF），可以介紹一下先進的基質(zhì)輔助激光解吸-飛行時間質(zhì)譜儀（MALDI-TOF-MS）以及蛋白質(zhì)組學(xué)上用到的MALDI-TOF/TOF/質(zhì)譜儀，以增加學(xué)生知識儲備，開闊學(xué)生的學(xué)習視野及知識面。

另一方面，也應(yīng)及時拓展與食品專業(yè)相關(guān)儀器的最新成果，可以安排學(xué)生查閱一些常見的小型儀器的使用方法和應(yīng)用范圍，雖然教材上沒有，但在實際工作中可能會用到的儀器，例如電子鼻、電子舌、質(zhì)構(gòu)儀等新興食品檢測儀器。

儀器廠家及型號在教材中很少涉及，但在實際操作中使用的頻率卻很高[8]。每一臺儀器生產(chǎn)的廠家不同、型號不同，操作不同，實現(xiàn)的功能也不太一樣。所以，在實踐中，需要學(xué)生掌握儀器的廠家和型號，在面對不同的檢測目的時能夠選擇正確的儀器型號。例如，常用到的液相色譜儀的品牌主要有安捷倫（Agilent）、島津（Shimadzu）、沃特世（Waters），可以鼓勵學(xué)生課下登錄專業(yè)網(wǎng)站，搜索比較不同品牌色譜儀的差異，以擴展學(xué)生對于儀器性能的了解。

在教學(xué)過程中可以適當引入專業(yè)英語閱讀輔助手段，穿插專業(yè)英語術(shù)語和部分英文思考題，推薦專業(yè)的英文雜志，例如Chromatographia、Journal of Chromatography A、Journal of Chromatography B 等等，輔助學(xué)生學(xué)習與儀器相關(guān)的英語專業(yè)術(shù)語，既可以豐富儀器分析的教學(xué)內(nèi)容，又使學(xué)生對儀器分析所涉及的英語詞匯、習慣用法、寫作規(guī)范及相關(guān)的國際組織有一定的了解，對于培養(yǎng)既懂專業(yè)知識又懂英語的人才具有重要意義。

2.3 搭建虛擬平臺，構(gòu)建開放實驗室

搭建虛擬平臺，以豐富教學(xué)的表現(xiàn)形式，提高實驗教學(xué)的操作性。通過在計算機上建立虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生利用鍵盤和鼠標操作[9]，以提高實踐動手能力。虛擬實驗平臺可以將實驗方法和儀器原理的抽象概念具體化，從而激發(fā)學(xué)生實驗學(xué)習的積極性[10]。有些仿真軟件不僅可以分模塊訓(xùn)練，還有相關(guān)實驗完整的操作和樣品的前處理過程，以及考核和自學(xué)模塊。實驗課前，學(xué)生預(yù)習實驗，自主觀看實驗視頻，理解儀器工作原理。虛擬實驗課上，學(xué)生在虛擬仿真軟件上進行儀器操作，不僅可以鞏固儀器分析的基本原理，還可以通過親自操作，獲得直觀的體驗，掌握儀器操作的要領(lǐng)。同時在軟件上設(shè)定參數(shù)，模擬實驗過程，完成定量分析，以系統(tǒng)化進行實驗訓(xùn)練。同時還可以進行操作自檢，如果操作有誤，無法進入下一步操作界面，直至學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯誤并修改成功，以此規(guī)范學(xué)生的實驗操作。教師可以對虛擬進程進行記錄，統(tǒng)計學(xué)生所犯的錯誤，查看熟練程度，并加強相關(guān)知識點的教學(xué)[11]。不同儀器的操作界面略有區(qū)別，仿真軟件通常具有一定的局限性，不通用所有的儀器型號[12]，教師應(yīng)介紹儀器與虛擬軟件操作的一些區(qū)別。同時要重點強調(diào)儀器操作的安全性教育，不能因為仿真軟件對錯誤操作有提示，在操作真實儀器時就忽視安全問題，從而釀成巨大的安全事故[13]。實驗室條件允許，應(yīng)該從仿真軟件再次過渡到真實儀器上操作。虛擬仿真技術(shù)作為實驗教學(xué)的輔助手段，提供形象直觀、動靜結(jié)合的實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習興趣，加深學(xué)生知識理解，提高學(xué)習效率，同時解決了大型精密儀器數(shù)量不足，減少儀器損壞率，降低實驗成本、減輕經(jīng)費支出等問題。

建立開放實驗室模式，開放常規(guī)儀器例如：紫外分光光度計、原子吸收分光光度計、液相色譜、氣相色譜等，提供實驗平臺。解決實驗課教學(xué)時間不足、內(nèi)容單一、缺乏探索性和設(shè)計性實驗問題[14-15]。開放實驗室，調(diào)動學(xué)生實驗的積極性，發(fā)揮他們在實驗環(huán)節(jié)主體性作用，在發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程中，真正將理論知識和實驗操作聯(lián)系起來。

學(xué)生可以結(jié)合專題討論、熱門事件，開展PBL（problem-based learning）教學(xué)模式[16]，該教學(xué)模式在地方省屬高校推行具有重要意義[17]，發(fā)揮學(xué)生自主創(chuàng)新意識，學(xué)生根據(jù)自己興趣選擇或自擬課題，查閱資料小組討論，設(shè)計實驗方案，對所需使用的儀器填寫預(yù)約申請，教師加以指導(dǎo)輔助，完成實驗過程。學(xué)生從樣品的預(yù)處理，到儀器操作，到數(shù)據(jù)分析整個過程獨立完成，這樣不僅加強了儀器操作技能，訓(xùn)練了思維方式，建立了知識體系，培養(yǎng)了科學(xué)素養(yǎng)，積累了科研經(jīng)驗，為今后的學(xué)習和工作打下堅實的基礎(chǔ)。

通過開放實驗室平臺，學(xué)生積極參與到教師的科研項目中，可以激發(fā)學(xué)生對于專業(yè)的熱愛[18]，培養(yǎng)學(xué)生自主探索能力。教師將科研項目轉(zhuǎn)化為實驗課程，以科研促進教學(xué)，可以提高實驗教學(xué)質(zhì)量和水平[19]。開放實驗室對教師的教學(xué)能力提出了要求，同時也激勵教師勤于鉆研，努力提高自身業(yè)務(wù)水平，減少驗證性實驗，增設(shè)綜合性創(chuàng)新性實驗[20]。開放實驗室模式，使閑置的儀器設(shè)備在課余時間能更好地為教學(xué)、科研服務(wù)，提高實驗室和儀器設(shè)備的利用率[21]。建立開放實驗室，可謂一舉三得。

3 小結(jié)

在儀器分析課程優(yōu)化的過程中，應(yīng)不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題，加強師資建設(shè)，完善虛擬平臺以及開放實驗室等基礎(chǔ)平臺建設(shè)，以提高儀器分析課程的教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。