儀器分析課程中多層次教學(xué)方法探索與實(shí)踐

◎商云帥，張園園，王 東

（1.吉林工商學(xué)院 糧食學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130507；2.長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130033）

儀器分析課程是吉林工商學(xué)院糧食學(xué)院開(kāi)設(shè)的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)課，覆蓋食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、食品營(yíng)養(yǎng)與檢驗(yàn)教育、糧食工程、動(dòng)物科學(xué)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)開(kāi)課情況詳見(jiàn)表1。課程的任務(wù)是根據(jù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，使學(xué)生掌握儀器分析的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和分析方法；訓(xùn)練學(xué)生掌握儀器分析操作技術(shù)、強(qiáng)化基本技能、提高動(dòng)手能力，為其他專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。儀器分析是以測(cè)量物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法，這類(lèi)方法需要使用復(fù)雜特殊的儀器設(shè)備，可提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和含量等信息，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，是從事食品、化學(xué)、化工、生物、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域工作者所必須掌握的基本技能。

表1 《儀器分析》課程開(kāi)課情況表

1 課程培養(yǎng)目標(biāo)

儀器分析課程以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為目的，在教學(xué)內(nèi)容上更加符合人才培養(yǎng)目標(biāo)和基本要求，讓學(xué)生掌握本課程的基本學(xué)習(xí)與研究方法；掌握本課程的基本概念、基本原理，掌握每種分析方法的定量計(jì)算方法；掌握常用分析儀器的基本操作技能；了解儀器分析學(xué)科的最新發(fā)展；強(qiáng)化大型儀器操作技能，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題選擇合適的儀器分析方法，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題；培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?qiáng)化技能訓(xùn)練，達(dá)到全面提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的目的，培養(yǎng)實(shí)用型人才，為提高學(xué)生就業(yè)的崗位競(jìng)爭(zhēng)力及實(shí)際工作的適應(yīng)能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

2 課程改革舉措

儀器分析課程涉及化學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的內(nèi)容，需要良好的學(xué)科知識(shí)作支撐，而大多數(shù)食品專(zhuān)業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，在知識(shí)理解上存在一定困難，課程負(fù)擔(dān)繁重。對(duì)食品相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，具備熟練應(yīng)用各種現(xiàn)代分析儀器快速準(zhǔn)確檢測(cè)食品的各項(xiàng)理化指標(biāo)的能力，是步入社會(huì)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)。分析儀器分析課程近幾年授課過(guò)程中存在的問(wèn)題，依據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，對(duì)儀器分析課程進(jìn)行教學(xué)改革，構(gòu)建新的課程內(nèi)容體系，探索教學(xué)新模式，改變課程評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的充分融合，開(kāi)展多層次教學(xué)方法的探索與實(shí)踐[2-3]。

2.1 課程內(nèi)容體系構(gòu)建

根據(jù)學(xué)生喜歡動(dòng)手，感性認(rèn)識(shí)強(qiáng)于理性認(rèn)識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，建立理實(shí)循環(huán)的課程體系，打破理論與實(shí)驗(yàn)課程的界限，促進(jìn)理論實(shí)踐的雙贏。具體實(shí)踐過(guò)程為：理論知識(shí)講授前，開(kāi)展初次的感性實(shí)驗(yàn)；理論學(xué)習(xí)后，再次進(jìn)行理論鞏固及拓展加深的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)“實(shí)踐—理論—再實(shí)踐—再理論”的模式，由易到難，層層遞進(jìn)，使理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。

例如，儀器分析理論課中紫外可見(jiàn)吸收光譜法是重要的章節(jié)，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)是學(xué)生必須掌握的分析手段，在此章節(jié)理論內(nèi)容講授前，開(kāi)展“鄰二氮菲分光光度法測(cè)定鐵的條件選擇”實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生初步了解顯色反應(yīng)發(fā)生的條件，不同的顯色劑用量、反應(yīng)體系的酸度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)吸光度值的影響，通過(guò)觀察現(xiàn)象，了解吸光能力和哪些因素相關(guān)。首先，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展理論知識(shí)的講授，講解紫外可見(jiàn)吸收光譜法的基本原理、儀器的硬件構(gòu)成及各部分的作用等，學(xué)生理解更加容易，理論講解也變得輕松自如。然后，開(kāi)展一次綜合性的實(shí)驗(yàn)，如“分光光度法測(cè)定食品中亞硝酸鹽含量”，此實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生自主查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)備試劑耗材和器皿，強(qiáng)化紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的使用，盡量做到1人1機(jī)獨(dú)立完成操作。最后，老師對(duì)本章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括，提煉關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和操作要點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，課程體系結(jié)構(gòu)的改變，不僅使學(xué)生理解理論，而且能用理論去指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)中提升了操作能力、數(shù)據(jù)處理能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，取得了較好的教學(xué)效果。

2.2 混合式教學(xué)模式實(shí)施

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的教學(xué)效果，提升技能人才培養(yǎng)質(zhì)量，儀器分析課程教學(xué)采取線(xiàn)上+線(xiàn)下、課前→課中→課后的空間與時(shí)間維度進(jìn)行信息化環(huán)境下的混合教學(xué)模式研究與實(shí)踐。儀器分析課程利用超星學(xué)習(xí)通App，實(shí)現(xiàn)考勤簽到、在線(xiàn)布置任務(wù)、投屏分享討論、教學(xué)資源上傳下載及在線(xiàn)考試等，具體實(shí)施包括以下幾個(gè)步驟[4-6]。首先，課前預(yù)學(xué)。將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的章節(jié)課件、視頻資源上傳至超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，并設(shè)置難度系數(shù)不高的習(xí)題，初步檢查學(xué)習(xí)效果。其次，課中導(dǎo)學(xué)。分析學(xué)生預(yù)學(xué)中存在的問(wèn)題，將共性問(wèn)題集中講解，在此基礎(chǔ)上增加訓(xùn)練題目難度，再考察此知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。最后，課后總結(jié)。學(xué)生在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)操視頻或照片、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過(guò)程性資料，有效確保學(xué)生親自實(shí)操、避免渾水摸魚(yú)及數(shù)據(jù)造假等現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。教師在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上一一對(duì)應(yīng)批閱，確定成績(jī)等級(jí)，并對(duì)學(xué)生存在的共性問(wèn)題及時(shí)總結(jié)，發(fā)出提示，便于學(xué)生及時(shí)查看及更正。

例如，儀器分析課程中，使用光學(xué)類(lèi)儀器、色譜類(lèi)儀器使用時(shí)常常需要制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)進(jìn)行定量分析，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)是定量分析的關(guān)鍵，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的線(xiàn)性相關(guān)性直接決定了分析結(jié)果的準(zhǔn)確程度。實(shí)操過(guò)程中，往往標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致后期的定量實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展。針對(duì)這一共性問(wèn)題，教師要引導(dǎo)學(xué)生從標(biāo)準(zhǔn)溶液配置過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)，尋找影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能因素，及時(shí)糾正，重新實(shí)驗(yàn)，對(duì)比觀察結(jié)果是否改善。配置溶液時(shí)用水級(jí)別不對(duì)、容量瓶及移液管等玻璃器皿清洗不徹底、移液管操作不規(guī)范等是學(xué)生存在的共性問(wèn)題。針對(duì)移液管操作不規(guī)范問(wèn)題，可開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練，逐漸加大取液難度，如小體積液體的熟練準(zhǔn)確快速移取。在大型儀器設(shè)備操作環(huán)節(jié)，學(xué)生課前通過(guò)查看超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上的資源，對(duì)大型儀器設(shè)備的使用有了宏觀的認(rèn)識(shí)。課上學(xué)生操作可以參考視頻資源，避免學(xué)生觀看教師演示操作時(shí)的注意力不集中而漏掉關(guān)鍵操作步驟。混合教學(xué)模式的實(shí)施可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)管理教學(xué)能直觀跟進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行預(yù)警提示。

2.3 技能競(jìng)賽融入教學(xué)實(shí)踐

探索研究型教學(xué)模式，鼓勵(lì)善于思考和動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生組建成研發(fā)團(tuán)隊(duì)，推薦參加院級(jí)或省級(jí)的大學(xué)生技能競(jìng)賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽[7]。以“吉林省職業(yè)院校技能大賽農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)賽項(xiàng)”為例，大賽由吉林省教育廳主辦，每年1次，包含多個(gè)賽項(xiàng)。其中，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)賽項(xiàng)設(shè)有重金屬污染檢測(cè)、農(nóng)藥殘留檢測(cè)、獸藥殘留檢測(cè)，3個(gè)賽項(xiàng)，這些競(jìng)賽項(xiàng)目與儀器分析課程內(nèi)容緊密相關(guān)，分別對(duì)應(yīng)課程中的氣相色譜法、液相色譜法、原子吸收光譜法3個(gè)重要章節(jié)。

以重金屬污染檢測(cè)賽項(xiàng)中的“茶葉中重金屬含量的檢測(cè)項(xiàng)目”為例，此項(xiàng)目主要考察學(xué)生對(duì)原子吸收光譜儀的使用，項(xiàng)目涉及樣品預(yù)處理、上機(jī)測(cè)量、結(jié)果數(shù)據(jù)處理、文明操作和操作安全意識(shí)等環(huán)節(jié)。如樣品前處理環(huán)節(jié)主要考察學(xué)生分析天平、移液管、容量瓶、分液漏斗的使用，通過(guò)賽前集訓(xùn)一對(duì)一輔導(dǎo)的方式，糾正學(xué)生平時(shí)操作中的錯(cuò)誤。如移液管的使用環(huán)節(jié)，左右手的握法、刻線(xiàn)數(shù)值的正確讀法；容量瓶的定容方式；分液漏斗密閉性的檢查、搖勻方式、加液先后順序等。上機(jī)測(cè)量環(huán)節(jié)重點(diǎn)考察火焰原子吸收光譜儀的操作，練習(xí)時(shí)強(qiáng)化氣體的開(kāi)關(guān)順序與點(diǎn)火操作；軟件操作和參數(shù)設(shè)置；標(biāo)準(zhǔn)樣品、待測(cè)樣品和空白樣品的進(jìn)樣；測(cè)量數(shù)據(jù)的正確讀取等環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)重點(diǎn)考察原始數(shù)據(jù)記錄的規(guī)范性；測(cè)量主要條件填寫(xiě)是否完全；標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的識(shí)讀是否正確；數(shù)據(jù)計(jì)算方法是否正確；數(shù)據(jù)修約規(guī)則的掌握；精密度、準(zhǔn)確度的計(jì)算。其他操作環(huán)節(jié)主要考察學(xué)生著裝、安全操作和文明操作是否規(guī)范等。通常，在賽前采取封閉式訓(xùn)練模式，模擬大賽場(chǎng)景連續(xù)操作考核，要求學(xué)生前處理環(huán)節(jié)在2 h內(nèi)完成，上機(jī)檢測(cè)要求在30 min內(nèi)完成，數(shù)據(jù)處理要求在45 min內(nèi)完成。這種訓(xùn)練模式要求學(xué)生操作既正確又迅速，大大提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，強(qiáng)化了操作基本功，訓(xùn)練了心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)，實(shí)踐效果顯著。

近年來(lái)，作者指導(dǎo)學(xué)生參加農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)賽項(xiàng)，在“茶葉中重金屬含量檢測(cè)”和“蔬菜中有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥殘留檢測(cè)”賽項(xiàng)中獲二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。大賽的鍛煉可以使學(xué)生快速成長(zhǎng)，提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及綜合實(shí)踐能力。大賽成績(jī)是實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中學(xué)生扎實(shí)基本功的彰顯，也是學(xué)生平時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和綜合運(yùn)用知識(shí)能力的具體體現(xiàn)，也肯定了儀器分析課程改革的成效。

2.4 課程評(píng)價(jià)體系改變

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，嘗試改變儀器分析課程的考核評(píng)價(jià)方式，加大實(shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)比例，弱化理論筆試的成績(jī)比例。理論知識(shí)的考核采取讓學(xué)生根據(jù)課程章節(jié)內(nèi)容，查閱最新文獻(xiàn)，拓展教科書(shū)以外的知識(shí)，通過(guò)撰寫(xiě)綜述的方式，可以呈現(xiàn)對(duì)章節(jié)和課程的認(rèn)知。學(xué)生上講臺(tái)匯報(bào)自己的調(diào)研結(jié)果，師生共同討論、點(diǎn)評(píng)，提出建議和意見(jiàn)，能夠拓展其他同學(xué)的知識(shí)范圍。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)近年我校食品專(zhuān)業(yè)儀器分析課程授課過(guò)程中學(xué)生普遍反饋的課程內(nèi)容抽象、難于理解、負(fù)擔(dān)較重等問(wèn)題，實(shí)施課程教學(xué)改革，主要構(gòu)建了新的課程內(nèi)容體系，實(shí)施了混合式教學(xué)模式，將技能競(jìng)賽融入教學(xué)實(shí)踐中，并調(diào)整改變課程評(píng)價(jià)體系，通過(guò)多層次教學(xué)方法的實(shí)施和改變，取得了較好的教學(xué)效果。改革儀器分析課程，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了基礎(chǔ)和保障，一定程度上加速了我校應(yīng)用型本科教育教學(xué)改革目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。