中醫(yī)藥院校《儀器分析》實驗教學(xué)改革探索與實踐
——以“牡丹皮中丹皮酚含量測定”為例

何平，張金東，趙曄，徐文娟

（北京中醫(yī)藥大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物制藥教研室，北京）

一 引言

建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科，是黨中央、國務(wù)院對中國高等教育的一個重大戰(zhàn)略策略[1]?！半p一流”建設(shè)對提升我國高等教育發(fā)展水平、增強國家核心競爭力、奠定長遠(yuǎn)發(fā)展基礎(chǔ)具有十分重要意義?！半p一流”建設(shè)旨在履行大學(xué)根本職能，培養(yǎng)卓越拔尖的新型人才。因此，“雙一流”建設(shè)關(guān)鍵點在于培養(yǎng)一流人才[2]。在培養(yǎng)打造復(fù)合型、應(yīng)用型和創(chuàng)新型高素質(zhì)人才過程中，實驗教學(xué)是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

儀器分析是一門由多個學(xué)科彼此交叉、滲透發(fā)展形成的綜合學(xué)科[3]，是分析化學(xué)的重要組成部分，是以物質(zhì)的物理化學(xué)和物理性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起的一種分析方法。利用比較特殊的儀器，對物質(zhì)進行定性、定量和形態(tài)分析，在高校學(xué)生實踐能力培養(yǎng)和科研工作中具有重要作用[4]。許多綜合性大學(xué)以及中醫(yī)藥類院校的生物制藥[5]、生物工程[6]、中藥學(xué)[7]等專業(yè)都將其作為本科生學(xué)士學(xué)位的基礎(chǔ)必修課程。我校中藥學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院、管理學(xué)院等均已開設(shè)分析類實驗課程，理論與實踐相結(jié)合，進一步培養(yǎng)本科生動手實踐能力。實驗教學(xué)是對理論知識傳授的重要補充手段，特別是儀器分析這類實驗具有更強的實踐性，對于理論知識的深入理解更是具有其獨有的特殊性和重要性。儀器分析課程組對所承擔(dān)的儀器分析實驗教學(xué)模式進一步優(yōu)化，開展實驗教學(xué)研究。建立以科研工作為驅(qū)動力的研究型實驗課程，將科研與教學(xué)相融合，加強實驗過程，在實驗教學(xué)過程中建立師生共評模式，將其作為“雙一流”建設(shè)在實驗教學(xué)課程改革的一項嘗試與探索。

二 實驗課程教學(xué)存在的問題

儀器分析課程涉及交叉學(xué)科較多，且技術(shù)革新快，實驗儀器更新迭代快速，儀器分析實驗在中藥、生物等相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)以及科學(xué)研究中的有著無法比擬的作用。傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中以教師為主體，學(xué)生側(cè)重實驗結(jié)果的現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙學(xué)生實踐操作能力、創(chuàng)造力的發(fā)揮。

（一） 學(xué)生對實驗學(xué)習(xí)積極性不足

儀器分析課程學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，有些學(xué)科原理抽象難懂，致使很難激發(fā)出學(xué)生對儀器分析學(xué)習(xí)的興趣。在實驗教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，儀器分析實驗依托于儀器設(shè)備，樣品由輔帶教師提前準(zhǔn)備，學(xué)生們在實驗過程中只盲目的按照實驗步驟、儀器操作流程完成實驗。大多數(shù)學(xué)生更在乎實驗結(jié)果、成績，忽略對實驗樣品前處理、儀器操作熟練掌握，以及設(shè)計性、綜合性的實驗條件要求。因此，根據(jù)本科生的知識層次優(yōu)化課程內(nèi)容，讓學(xué)生處于教學(xué)主體地位，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極主動性的提高，也有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進行深入思考。

（二） 教學(xué)模式單一，學(xué)生實際操作難

通常情況下，儀器分析實驗課的教學(xué)方法是任課教師選定一些典型實驗，介紹儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)，講明實驗要求、實驗步驟，演示實驗，學(xué)生按實驗講義內(nèi)容進行實驗，課后完成實驗報告和相應(yīng)的思考題。實驗內(nèi)容固化、實驗操作時間短，而且實驗樣品較為簡單，分析方法單一，學(xué)生對實驗沒有選擇性，在實驗操作過程中學(xué)生的主觀能動性較差。這種“填鴨式”教學(xué)方法，一是跟不上科研發(fā)展和儀器換代的速度，與真實的科研工作相差較遠(yuǎn)，二是往往在儀器設(shè)備不充足的情況下，多名學(xué)生通用一臺儀器，學(xué)生對設(shè)備的了解敷于表面，不具備獨立操作能力[8]。因此，在實驗教學(xué)中，以科研項目形式，增加自主設(shè)計綜合性研究型實驗項目，建立師生共評的評價模式，讓學(xué)生處于主體地位，強化實驗操作過程，重點培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力，進而提高學(xué)生科研創(chuàng)新力。

三 儀器分析課程改革措施

（一） 優(yōu)化教學(xué)模式，建立科教融合實驗教學(xué)模式，打造研究型實驗課程

為了能更好地解決儀器分析實驗課程教學(xué)中存在的不足，提高學(xué)生對實驗學(xué)習(xí)的主動性和能動性。優(yōu)化教學(xué)模式——科教融合實驗教學(xué)模式如圖1所示。首先結(jié)合實驗教學(xué)的實際情況以及學(xué)生專業(yè)特點，有針對性地選擇實驗教學(xué)內(nèi)容，以科研項目形式發(fā)布實驗任務(wù)，引發(fā)學(xué)生科研興趣，提高學(xué)習(xí)主動性。增加自主設(shè)計的研究型實驗項目，要求以學(xué)生為教學(xué)活動主體，為學(xué)生提供充足的時間去了解、學(xué)習(xí)、掌握相關(guān)儀器的使用流程并能夠熟練操作，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進行深入思考，進而提高學(xué)生學(xué)習(xí)能動性。

圖1 科教融合研究型實驗教學(xué)模式

在發(fā)布任務(wù)后，分為調(diào)研論證、方案實施和總結(jié)匯報等三個階段[9]。學(xué)生通過查閱科研文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)不同的分析儀器的適用條件，結(jié)合理論知識，小組內(nèi)討論確定實驗方案。教師批改并將意見反饋給學(xué)生。實驗實施階段，學(xué)生從樣品前處理到對樣品進行檢測全過程參與操作。教師根據(jù)學(xué)生實驗所需條件進行儀器協(xié)調(diào)并給予指導(dǎo)。在總結(jié)匯報階段，學(xué)生以學(xué)術(shù)交流的方式匯報。教師解釋問題，拓展知識應(yīng)用。

（二） 改革考核體系，注重過程性評價，建立師生共評模式

評價、考核是實驗結(jié)束后判斷學(xué)生掌握熟練程度的必要手段[10]，傳統(tǒng)評價考核方式主要是依靠實驗報告和考試成績來判別，忽略了對學(xué)生實際動手、思考能力以及儀器實操等方面能力的考量[11]，從而導(dǎo)致學(xué)生在實驗課上缺乏對儀器操作的主動性，對實驗過程和結(jié)果的反思不足，只是簡單而機械地重復(fù)實驗，撰寫實驗報告。這不僅嚴(yán)重影響培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗素質(zhì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，也不利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才[12]。為培養(yǎng)成實踐創(chuàng)新應(yīng)用型人才，就要從規(guī)范學(xué)生實踐技能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生操作主動性入手。經(jīng)反復(fù)研究，對傳統(tǒng)評價、考核方式進行改革，構(gòu)建儀器分析實驗課程的過程性評價體系和師生共評模式如表1所示。以學(xué)生為主體，加強實驗過程，全覆蓋、多角度細(xì)化考核標(biāo)準(zhǔn)，各環(huán)節(jié)單獨打分，使學(xué)生明確主要問題環(huán)節(jié)?？偨Y(jié)匯報階段，采用教師學(xué)生多維度共評模式，教師評價及各實驗小組互評制度有機結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性與能動性，通過這種多元化綜合量化考核方式，注重實驗過程和組內(nèi)協(xié)作，既鍛煉學(xué)生操作儀器的能力，提高對科學(xué)研究的興趣，還加強學(xué)生團隊意識。

表1 儀器分析實驗成績分配及評分標(biāo)準(zhǔn)

四 儀器分析實驗教學(xué)改革方案實施

（一） 發(fā)布實驗任務(wù)，學(xué)生準(zhǔn)備工作

實驗任務(wù)：中藥牡丹皮中丹皮酚的含量測定。

實驗要求：學(xué)生對成分定性定量分析實驗方法應(yīng)有準(zhǔn)確的概念，例如不同分析儀器的適用范圍、分析方法的實驗原理、定性定量分析方法、樣品的基本要求、影響因素、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理、文獻(xiàn)檢索（中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、Web of Science等）、實驗室工作條件、儀器操作規(guī)程、實驗室安全知識等。

依托學(xué)院儀器平臺，教師提供實驗儀器清單，供學(xué)生選擇。學(xué)生按6人/組自由組合。分組后，按授課教師發(fā)布的任務(wù)，查閱文獻(xiàn)資料。對實驗過程中可能存在的問題進行分析、討論，確定本組的實驗研究方案，撰寫實驗預(yù)習(xí)報告，做好實驗分工。

（二） 調(diào)研論證，實驗方案設(shè)計

為保證在有限學(xué)時內(nèi)學(xué)生完成本次實驗，教師對學(xué)生的初步實驗方案進行批改，將修改意見反饋給學(xué)生，學(xué)生結(jié)合修改意見修訂實驗方案。為更好地引導(dǎo)學(xué)生了解儀器適用范圍，盡可能尊重學(xué)生的設(shè)計方案。學(xué)生經(jīng)查閱文獻(xiàn)，組內(nèi)討論，選出3種丹皮酚鑒定、含量測定方法，分別以紫外光譜（UV）和高效液相（HPLC）色譜法測定丹皮酚含量，薄層色譜分析法（TLC）鑒定牡丹皮中丹皮酚成分。本次實驗任務(wù)為中藥牡丹皮中丹皮酚的含量測定。紫外分光光度法和高效液相色譜法適用定量分析，但薄層色譜法是一種簡便的定性分析方法。師生討論方案環(huán)節(jié)提出問題，含量測定應(yīng)更強調(diào)定量分析，建議該組學(xué)生說明選用理由。實驗教學(xué)中以學(xué)生為主，尊重學(xué)生按照本組方案進行，之后與其他小組的實驗結(jié)果比較，可以使其能夠?qū)Χㄐ远糠治龇椒ǖ睦斫飧鼮樯羁獭?/p>

（三） 實驗方案實施

實驗方案實施階段是提高和鍛煉學(xué)生實驗操作技術(shù)的重要過程。學(xué)生成為教學(xué)活動的主體，方案確定后，從實驗材料的選擇、樣品前處理、實驗操作、數(shù)據(jù)分析、實驗總結(jié)等過程均由學(xué)生獨立完成。教師在本階段僅起協(xié)調(diào)指導(dǎo)作用。

進入實驗室之前，要求學(xué)生清楚實驗步驟，明確儀器操作流程，規(guī)范學(xué)生實驗習(xí)慣，思考實驗安全隱患。實驗過程中強調(diào)認(rèn)真操作，記錄實驗過程中的現(xiàn)象及原始數(shù)據(jù)，主要包括：UV法測定中稱取樣品質(zhì)量、吸光度數(shù)值。HPLC測定中樣品質(zhì)量、加入的溶劑量、標(biāo)準(zhǔn)品的濃度、樣品和標(biāo)準(zhǔn)品色譜峰的保留時間、峰高、峰面積數(shù)值。以及完成兩種方法的線性工作曲線測定。TLC法中點樣量、展開時間、熒光斑點現(xiàn)象、Rf值等。記錄原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)象以及實驗中的必要數(shù)據(jù)，便于后續(xù)查找實驗過程成功或失敗的原因。

（四） 總結(jié)匯報階段

實驗結(jié)束后，要求學(xué)生制作PPT，并以科研交流形式進行匯報。在匯報總結(jié)PPT中寫出研究結(jié)果。PPT匯報內(nèi)容邏輯合理，能如實反映實驗方案，步驟清晰。實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)分析結(jié)果正確，結(jié)論合理。組內(nèi)討論的問題，通過查閱文獻(xiàn)，對實驗中發(fā)現(xiàn)的問題等進行探究?？偨Y(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，并提出改進方法。

五 儀器分析實驗教學(xué)改革的效果評價

（一） 科教融合的研究型實驗課有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

通過本實驗教學(xué)改革的實施，學(xué)生對分析化學(xué)中精準(zhǔn)稱量、儀器分析中紫外光譜、HPLC及薄層色譜等方法的測定原理及相關(guān)知識有了進一步的理解和掌握。通過科研項目的形式發(fā)布課程任務(wù)，以學(xué)生為主體，師生一同實施的項目工作開展教學(xué)活動，突出培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的主動性，調(diào)動其積極性，鍛煉其創(chuàng)造性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生分析、解決問題的能力，促進了學(xué)生創(chuàng)新思維方式、實踐能力的培養(yǎng)，同時提高學(xué)生學(xué)習(xí)能動性。

（二） 科教融合的研究型實驗課有利于學(xué)生扎實理論基礎(chǔ)，提高綜合實驗?zāi)芰?/h3>

傳統(tǒng)的儀器分析實驗中，由教師提供實驗講義、準(zhǔn)備實驗材料，學(xué)生被動獲取知識。在儀器分析實驗教學(xué)改革中，以科研融合的方式建立研究型課程，以學(xué)生為主體對實驗進行設(shè)計。學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索，會發(fā)現(xiàn)測定丹皮酚含量的方法有很多種，除了使用UV法、HPLC法外，還可以進行熒光分析法[13]、氣相色譜法測定[14]等等。不同的定量分析法有哪些優(yōu)缺點？樣品前處理對實驗有何影響？對于以上等問題，教師引導(dǎo)學(xué)生將問題帶入實驗中，在實驗完成后，組織同組和不同組學(xué)生展開討論。學(xué)生對實驗中的現(xiàn)象以及發(fā)現(xiàn)的問題有了正確認(rèn)識，疑惑也得到解決。通過本實驗的訓(xùn)練，致使學(xué)生對上述幾種方法的原理及操作有進一步認(rèn)識和掌握。學(xué)生們?yōu)樵O(shè)計出一個好的實驗方案，需查閱大量的資料，接觸并閱讀大量國內(nèi)化學(xué)領(lǐng)域核心刊物、著作等文獻(xiàn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃荧@取。實驗從設(shè)計到完成，需綜合運用多個知識點，有利于幫助學(xué)生主動串聯(lián)知識點，從而系統(tǒng)掌握知識[15]，扎實理論基礎(chǔ)，提高綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

（三） 加強實驗過程，建立師生共評模式，合理評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成效

在儀器分析實驗教學(xué)改革的過程中，實驗結(jié)果并非唯一的評價標(biāo)準(zhǔn)。評價內(nèi)容覆蓋全過程，多角度，注重實驗過程評價，能夠及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在過程中的不足，積極引導(dǎo)，激勵學(xué)生積極思考并改進，從實驗設(shè)計、實驗實施過程、數(shù)據(jù)處理、總結(jié)匯報進行綜合評價。同時采用教師評價和學(xué)生互評相結(jié)合的方式，強調(diào)實驗小組成員共同開展實驗項目的實施參與程度，注重團隊意識和問題意識評價[16]。這種評價考核模式將個人和小組綜合成績相結(jié)合，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動性、提高學(xué)生學(xué)習(xí)投入度，提升學(xué)習(xí)效果。

六 展望

儀器分析實驗教學(xué)改革，建立科教融合的研究型實驗課程，強化科研與實驗教學(xué)互動，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與能動性。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，設(shè)計論證實驗方案，并以科研工作的方式進行總結(jié)匯報，熟悉基本的科研設(shè)計思路，掌握常用分析儀器的基本操作技能。在具體實施中，學(xué)生習(xí)慣采用簡單、基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實驗方法，避難趨易，因此，在后續(xù)實施中選擇更多、更加適合的開放性嘗試，結(jié)合學(xué)院大儀平臺，將更前沿的科研技術(shù)融入到實驗教學(xué)中，兼顧實用性和創(chuàng)新性。在“雙一流”建設(shè)的大背景下，構(gòu)建研究型實驗課程與創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)相融合，探索更加適用創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的實驗教學(xué)體系。