儀器分析課程理論與行業(yè)需求融合實踐探索

鞏飛龍，弓麗華，王煥新，陳濤偉，張永輝*

（1.鄭州輕工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院 河南 鄭州 450001；2.河南廣電計量檢測有限公司 河南 鄭州 450001）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀器分析已經(jīng)成為各個領(lǐng)域解決問題的關(guān)鍵手段和“眼睛”。它滲透科學(xué)研究、生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測和控制等各個主要環(huán)節(jié)和領(lǐng)域，是一個極其重要的技術(shù)體系。儀器分析課程是化學(xué)類、環(huán)境科學(xué)類、醫(yī)藥類等學(xué)科各專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程，采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法，是學(xué)生必須掌握的現(xiàn)代分析技術(shù)。課程大綱包含十個章節(jié)的內(nèi)容，包含光譜分析法、質(zhì)譜分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法等，每一種分析方法中又涵蓋了各種儀器設(shè)備，介紹了常用儀器分析方法的原理和應(yīng)用。課程目標(biāo)要求學(xué)生具備運用適宜的研究與測試方法或手段解決實際問題的能力。

但是在講解教授儀器分析課程理論知識的同時也逐漸暴露出一些教學(xué)問題：學(xué)生方面，理論知識難理解，儀器構(gòu)造和工作原理難掌握，遇到分析類實際問題無法有條理地選擇合適的儀器設(shè)備輔助分析和解決問題，造成學(xué)生厭學(xué)，失去學(xué)習(xí)動力；教師方面，課程壓力大且任務(wù)重，無法完成課程目標(biāo)，以至于儀器分析課程成了“燙手山芋”[1]。近年來關(guān)于儀器分析課程的教學(xué)探索不斷地被提出，從教學(xué)理念[2-3]、教學(xué)方法[4-6]、教學(xué)內(nèi)容[7]等方面開展了大量的探索研究，目的在于加深學(xué)生對理論知識的理解，為更深層次的科研學(xué)習(xí)和行業(yè)應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)，從而提高學(xué)生的實踐能力和運用理論知識解決實際問題的能力。本文圍繞儀器分析課程的教學(xué)改革，以行業(yè)需求為出發(fā)點，結(jié)合難點和瓶頸，融合實踐教學(xué)與虛擬仿真平臺，讓學(xué)生親自參與設(shè)計實驗方案，動手實操演練，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)理論與實踐的統(tǒng)一，最終達到本課程的教學(xué)目的。

1 教學(xué)改革措施

1.1 引入行業(yè)需求

隨著時代發(fā)展的不斷進步，人們對于食品和環(huán)境的要求更加苛刻，綠色無污染、營養(yǎng)、口感好的優(yōu)質(zhì)食品受到越來越多人的喜愛。然而3 15 晚會曝光的“泰國香米”竟是香精勾兌而來的內(nèi)幕和各式各樣的食品安全問題，讓食品檢測分析顯得格外重要。琳瑯滿目的化學(xué)試劑被商家添加到食品當(dāng)中來提高口感和賣相，卻忽略了它對人體的傷害。面對種類繁多的化學(xué)試劑，有些是有國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的，有些是沒有國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的。因此，需要學(xué)生主動對接行業(yè)發(fā)展需求，在進入企業(yè)時具備分析檢測的能力，對于沒有國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)試劑或者添加劑，在進行檢測分析時應(yīng)該怎么運用所學(xué)的知識和實踐對它進行分析，選擇哪種儀器和方案進行分析，解決問題的過程就涉及了儀器分析課程知識。

1.2 融合企業(yè)見習(xí)

帶領(lǐng)學(xué)生到分析檢測公司進行實地觀摩和學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)檢測分析的工作內(nèi)容和操作流程。材料與化學(xué)工程學(xué)院與河南省分析測試中心，河南省質(zhì)量監(jiān)督局，河南省畜牧局，河南廣電計量檢測有限公司等保持長期的合作關(guān)系，簽訂了校外實踐平臺合作協(xié)議。以企促學(xué)，以學(xué)輔企，相互合作，提升分析檢測技術(shù)的先進性和準(zhǔn)確性，判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，為質(zhì)量改進提供可靠的依據(jù)，從而更好地服務(wù)于社會。學(xué)生以小組為單位，每組5 人，推選出一位組長，負責(zé)本組的集體活動。每組學(xué)生由一位公司的檢測工程師負責(zé)，帶領(lǐng)學(xué)生全程學(xué)習(xí)分析檢測的整個過程。觀摩學(xué)習(xí)后總結(jié)歸納分析檢測的基本流程，與儀器分析課程中的知識點相結(jié)合（圖1）。

圖1 行業(yè)檢測需求與儀器分析課程融合內(nèi)容框架

突出“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”的教育理念，依托“國家級校外大學(xué)生工程實踐教育中心”等校外實習(xí)基地，加強與行業(yè)企業(yè)的互動發(fā)展，推動產(chǎn)教深度融合，深化校企合作育人。學(xué)生在企業(yè)中能夠身臨其境地感受到分析檢測任務(wù)的重要性和規(guī)范性，一方面極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以企業(yè)的需求為前提，學(xué)生能有一個明確的目標(biāo)，帶著問題更好地促進求知欲望，另一方面促使學(xué)生快速適應(yīng)企業(yè)，實現(xiàn)人才的高質(zhì)量培養(yǎng)。

1.3 結(jié)合校內(nèi)實踐

材料與化學(xué)工程學(xué)院以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)課程和學(xué)科為依托，創(chuàng)建了分析測試實驗平臺，重點實驗室和工程中心。擁有應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗室，河南省表界面科學(xué)重點實驗室，具備儀器分析課程中涉及的原子吸收光譜儀，紫外可見分光光度計、紅外光譜、核磁共振波譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀和質(zhì)譜儀等設(shè)備，能夠滿足檢測分析的硬件需求。教師在學(xué)生學(xué)習(xí)理論課程的過程中加入目前檢測分析行業(yè)遇到的難點問題和瓶頸，啟發(fā)學(xué)生進行思考，圍繞“以解決問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)能力為目標(biāo)，教學(xué)相融”的思路，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題在課堂中找答案，通過解決問題收獲成就感。在每一章的教學(xué)設(shè)計中，都會涉及“相關(guān)實例、知識拓展、生產(chǎn)生活問題討論”等方面的內(nèi)容，通過學(xué)習(xí)解決問題使學(xué)生感到知識的實用價值，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教師根據(jù)企業(yè)中遇到的沒有國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的檢測項目設(shè)計提出問題，學(xué)生按照5 人一組分組設(shè)計檢測方案，由每組組長代表本組講解檢測分析方案，經(jīng)課堂討論后在校內(nèi)實驗室進行實操演練（圖2）。實踐的過程中涉及樣品預(yù)處理方法的比對，不同儀器檢測結(jié)果的比對，學(xué)生之間檢測結(jié)果的比對，堅持“以學(xué)生為本，全員參與，持續(xù)改進”的原則，在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，提升學(xué)生的動手能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力，不斷改進檢測分析方案，最終加強學(xué)生對儀器分析知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力，獲得行業(yè)認同。

圖2 校內(nèi)分析檢測任務(wù)實踐流程圖

1.4 應(yīng)用虛擬仿真平臺

結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，強化教學(xué)實驗，科學(xué)實踐，大力推進虛擬仿真實驗建設(shè)[8]。學(xué)院建設(shè)有儀器分析虛擬仿真平臺，教師可以利用儀器分析實訓(xùn)仿真軟件進行課堂教學(xué)，與學(xué)生互動，活躍學(xué)習(xí)氣氛。對儀器的認知可以通過軟件實現(xiàn)實驗儀器設(shè)備的組裝，實時查看各組件，讓學(xué)生認識儀器；同時可以模擬真實的實驗室環(huán)境，儀器操作，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析，得到仿真結(jié)果，讓學(xué)生掌握儀器的使用和操作步驟，加深學(xué)生對儀器分析原理、操作規(guī)程和儀器維護的理解認識。課后，學(xué)生可以利用儀器分析仿真軟件進行實操訓(xùn)練，強化鞏固課堂知識。學(xué)生經(jīng)過企業(yè)見習(xí)，校內(nèi)實踐后，結(jié)合三維虛擬仿真，創(chuàng)建實虛結(jié)合的模式，讓學(xué)生能夠在實操和虛擬仿真結(jié)合的環(huán)境中完成知識、技能的學(xué)習(xí)。教師在儀器分析課堂教學(xué)中利用數(shù)字化教學(xué)資源，加入計算機、虛擬仿真等現(xiàn)代技術(shù)，改變了以往的教學(xué)模式，讓學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做，“教”“學(xué)”更靈活。同時將專業(yè)理論知識與行業(yè)崗位實踐相結(jié)合，大大增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思維能力。

挖掘校內(nèi)校外教育資源，以行業(yè)企業(yè)需求為出發(fā)點，教師結(jié)合當(dāng)前行業(yè)遇到的難點問題和瓶頸，提出問題下發(fā)任務(wù)，學(xué)生結(jié)合企業(yè)見習(xí)和查閱文獻制訂方案，運用虛擬仿真平臺，增強認知性，從而找到問題的最優(yōu)解，通過校內(nèi)實踐方案的實施，并與行業(yè)工程師比對，以學(xué)生的獲得感和成就感促進學(xué)習(xí)興趣和求知欲，提升學(xué)生的動手能力、工程實踐能力，解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

2 完善教學(xué)評價體系

堅持“以學(xué)生為本，過程管理，全員參與，環(huán)節(jié)可測，持續(xù)改進”的原則，構(gòu)建學(xué)生、老師、用人單位等共同參與的“以學(xué)生為中心”的培養(yǎng)質(zhì)量持續(xù)改進體系，完善從“培養(yǎng)目標(biāo)—畢業(yè)要求—課程體系—課程大綱—課程評價—改進方案實施—培養(yǎng)目標(biāo)”的閉環(huán)質(zhì)量持續(xù)改進體系。建立教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評價機制，保證人才培養(yǎng)質(zhì)量的全面提升。

在校內(nèi)實踐過程中，邀請行業(yè)工程師現(xiàn)場評分，對樣品預(yù)處理，人員結(jié)果比對，儀器結(jié)果比對等項目實施打分制，從而反饋校內(nèi)實踐教學(xué)的質(zhì)量和問題，促進教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進。儀器分析虛擬仿真平臺能有效記錄考核成績，學(xué)生可以進行學(xué)習(xí)效果的自我檢測，同時，考核數(shù)據(jù)也會自動同步到系統(tǒng)后臺，反饋給教師，方便教師了解學(xué)生對知識和技能的掌握情況，輔助教師對課程教學(xué)的改進和調(diào)整，更好地教學(xué)，真正實現(xiàn)教學(xué)閉環(huán)。

3 加強教學(xué)組織建設(shè)

引進與專業(yè)方向高度契合的博士（后），形成高學(xué)歷層次，職稱結(jié)構(gòu)合理的多學(xué)科交叉融合的高水平師資隊伍。堅持立德樹人引領(lǐng)，提高教師的綜合修養(yǎng)。推進教師隊伍的培訓(xùn)交流，加大青年教師培訓(xùn)力度，堅持傳幫帶、聽課、督課常態(tài)化，組織教學(xué)大獎賽等方式提升教師的教學(xué)能力。鼓勵教師開展科學(xué)研究，注重科研反哺教學(xué)，將科研成果引入教學(xué)，同時加強與行業(yè)企業(yè)的合作交流，將行業(yè)需求和問題引入教學(xué)，以高水平科研和適應(yīng)行業(yè)需求支撐高質(zhì)量人才培養(yǎng)。定期開展教育教學(xué)研討，交流教學(xué)經(jīng)驗，加強團隊建設(shè)，創(chuàng)建優(yōu)秀基層教學(xué)組織。

4 結(jié)語

“儀器分析”課程是一門理論與實踐并重的專業(yè)課，以行業(yè)企業(yè)需求為前提，對儀器分析課程的教學(xué)方法和內(nèi)容等方面開展了一系列教學(xué)改革措施的探索。結(jié)合課程的特點，教師采取“以解決問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)能力為目標(biāo)，教學(xué)相融”的思路，在講授知識的同時結(jié)合行業(yè)的難點和瓶頸，提出問題，促使學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，并嘗試找出解決問題的方法，融合企業(yè)見習(xí)、校內(nèi)實踐和虛擬仿真平臺，以理論與實踐，實操與虛擬相結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量，加深學(xué)生對課程的理解，提升學(xué)生的工程實踐能力和解決問題的能力，為培養(yǎng)符合行業(yè)需求的應(yīng)用型分析人才奠定堅實的理論實踐基礎(chǔ)。