基于信息化技術(shù)的儀器分析課程改革實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G424

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.20.015

Reform Practice of Instrument Analysis Course Based on Information Technology

CHEN Jingying， WANG Haiyun， GU Yan （Maanshan Teacher's College，Maanshan， Anhui ）

AbstractInstrumental analysis，as acore course in food related majors invocationalcolleges，has a high degree of integration with job positions inthe food industry.The article integrates information technology such as mind maps， simulation software，video animations，and cloud courses with traditional teaching advantages to constructa diverse teaching system.Practice has shownthat this teaching reformcan beter adaptto the learning characteristics ofstudents， solve key and dificult problems toachieve teaching goals，laythe foundation for students'internship practice and career development， and has important practical significance for cultivating applied food professionals.

Keywordsinstrumental analysis; informatization; high-performance liquid chromatograph （HPLC）; teachingreform

高職食品類專業(yè)以培養(yǎng)掌握扎實(shí)的食品科學(xué)理論和檢測(cè)技能的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，為食品行業(yè)質(zhì)量控制、安全管理及新產(chǎn)品研發(fā)等崗位輸送人才。儀器分析作為高職食品類專業(yè)的核心課程，主要培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代食品檢測(cè)儀器的能力。該課程主要講授食品檢測(cè)常用的色譜儀、光譜儀、質(zhì)譜儀及電化學(xué)傳感器等多種儀器的工作原理、操作和日常維護(hù)及管理[1。儀器分析課程對(duì)食品類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)具有重要的支撐作用，通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生能掌握現(xiàn)代檢測(cè)儀器的專業(yè)理論知識(shí)體系，且能通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)掌握精密儀器的操作方法，從而提升利用儀器進(jìn)行食品成分分析、有害物質(zhì)檢測(cè)及品質(zhì)評(píng)估的能力。這一核心能力是食品行業(yè)質(zhì)量控制工程師、食品安全管理專員及新產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)員等關(guān)鍵崗位所必備的專業(yè)技能，對(duì)保障食品安全、提升產(chǎn)品質(zhì)量以及推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義。

1儀器分析教學(xué)的痛點(diǎn)分析

大型分析儀器作為現(xiàn)代食品檢測(cè)領(lǐng)域的核心裝備，其操作與維護(hù)需要專業(yè)技術(shù)人員具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和熟練的操作技能。目前能熟練掌握氣相色譜儀、液相色譜儀、質(zhì)譜儀等大型儀器的技術(shù)人員相對(duì)較少，食品行業(yè)急需這類專業(yè)人才。在儀器分析課程教學(xué)中，利用大型分析儀器對(duì)食品進(jìn)行檢測(cè)是核心教學(xué)內(nèi)容之一。

然而，在儀器分析教學(xué)過程中，普遍存在教學(xué)痛點(diǎn)，即大型分析儀器價(jià)格昂貴、設(shè)備臺(tái)數(shù)少、維修成本高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源投入不足。在食品類專業(yè)自前的學(xué)生規(guī)模下，單臺(tái)儀器已很難滿足每位學(xué)生的練習(xí)需求，無法達(dá)成提高其檢測(cè)技能的目標(biāo)。教師在教學(xué)中常采用分組實(shí)驗(yàn)的方式緩解儀器設(shè)備不足的問題，但分組又會(huì)出現(xiàn)新的問題，即學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間減少，仍無法達(dá)成學(xué)生熟練掌握儀器操作的目標(biāo)，教學(xué)效果下降。此外，儀器精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在易損和易錯(cuò)等問題，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)要謹(jǐn)慎操作，一旦儀器損壞不但會(huì)造成人力物力的浪費(fèi)，也會(huì)在一定程度上造成相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的中斷，影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的完整性。

如何利用有限的儀器設(shè)備，在相對(duì)固定的教學(xué)時(shí)間實(shí)現(xiàn)“學(xué)生熟練掌握儀器操作技能、提升實(shí)踐創(chuàng)新能力\"的教學(xué)目標(biāo)，是儀器分析課程教學(xué)中急需解決的問題。

2信息化技術(shù)協(xié)同構(gòu)建教學(xué)新模式

信息化教學(xué)是指利用計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和多媒體技術(shù)，改革和拓展傳統(tǒng)教學(xué)手段2。在儀器分析課程中引入信息化技術(shù)，有助于緩解教學(xué)中分析儀器數(shù)量不足與行業(yè)急需高素質(zhì)、高技能檢測(cè)分析人才的矛盾。采用信息化手段，如利用大型儀器虛擬仿真軟件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬真實(shí)操作情境，學(xué)生通過在虛擬軟件中反復(fù)練習(xí)，可視化地感受整個(gè)儀器操作過程，通過軟件的實(shí)時(shí)評(píng)分系統(tǒng)，糾正學(xué)生的錯(cuò)誤操作，從而熟練掌握儀器操作方法，減少實(shí)際操作中的錯(cuò)誤與風(fēng)險(xiǎn)（圖1）。

信息化手段與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)融合，形成了“線上 .+ 線下”“理論 + 實(shí)踐”的混合式教學(xué)[3]。教師利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提前上傳課程相關(guān)的儀器操作視頻、原理等資料，課前發(fā)布任務(wù)讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)。在課中環(huán)節(jié)，教師可利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開展多樣化的教學(xué)活動(dòng)，利用虛擬仿真軟件進(jìn)行儀器操作演示，使學(xué)生直觀理解儀器工作原理和操作流程；通過云班課等平臺(tái)實(shí)施課堂實(shí)時(shí)測(cè)驗(yàn)，及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果；借助多媒體技術(shù)展示典型實(shí)驗(yàn)案例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組討論和分析。課后環(huán)節(jié)，教師可構(gòu)建多元化的鞏固提升體系：布置探究性作業(yè)，開設(shè)在線答疑和討論區(qū)。教學(xué)平臺(tái)可記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，教師可利用平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估分析，為個(gè)性化指導(dǎo)提供依據(jù)。這種模式既保留了面授教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，比如，教師可給予學(xué)生即時(shí)反饋與現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，又能結(jié)合信息化手段在資源聚合、個(gè)性化學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)等方面的優(yōu)勢(shì)，滿足學(xué)生的多元化學(xué)習(xí)需求。

3儀器分析課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

下面以“高效液相色譜儀的操作\"教學(xué)內(nèi)容為例，結(jié)合信息化手段進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.1教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

儀器分析是食品營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)專業(yè)的核心能力課程[4]。依據(jù)食品檢驗(yàn)國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以及國(guó)家規(guī)劃教材的內(nèi)容，課程組將教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化整合成七個(gè)項(xiàng)目?！案咝б合嗌V儀的操作”選自項(xiàng)目六任務(wù)之一，共2課時(shí)，主要介紹高效液相色譜儀的操作流程。

學(xué)習(xí)主體是大二下學(xué)期的學(xué)生，其已具備檢測(cè)分析的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。通過往屆學(xué)生的反饋，色譜柱原理抽象難懂，高效液相色譜儀昂貴易損，難以反復(fù)練習(xí)操作。課程組結(jié)合學(xué)情分析，確定了本次教學(xué)的重點(diǎn)是高效液相色譜儀的操作規(guī)程，難點(diǎn)是色譜柱的分離機(jī)理。

3.2課前導(dǎo)學(xué)

課前，教師將微課視頻、作業(yè)、小組任務(wù)書等資料上傳至云班課，并下發(fā)預(yù)習(xí)通知。根據(jù)工作任務(wù)、MBTI職業(yè)能力和技能水平，對(duì)學(xué)生進(jìn)行固定分組。固定分組有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生課前協(xié)作完成任務(wù)，課中協(xié)作完善操作，以及課后協(xié)作推進(jìn)職業(yè)能力。

學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)微課完成作業(yè)，再以小組為單位完成小組任務(wù)：搜集食品安全事件，找出哪些物質(zhì)適合用高效液相色譜儀檢測(cè)，并提交任務(wù)報(bào)告。

教師實(shí)時(shí)跟進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，根據(jù)學(xué)生的自學(xué)情況及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。關(guān)于儀器結(jié)構(gòu)的作業(yè)正確率在 90% 以上。教師決定縮減該內(nèi)容的教學(xué)時(shí)間，將更多時(shí)間分配至抽象原理的教學(xué)。

3.3課中實(shí)施

3.3.1任務(wù)導(dǎo)入（10min）

師生進(jìn)入大型儀器實(shí)訓(xùn)室，對(duì)照高效液相色譜儀，先讓學(xué)生立體認(rèn)知儀器結(jié)構(gòu)。接著，教師評(píng)價(jià)課前小組任務(wù)完成情況，并總結(jié)食品安全事件中的“危險(xiǎn)分子”，如乳品中的三聚氰胺、飲料中的塑化劑等物質(zhì)就是通過高效液相色譜儀分離檢測(cè)的。隨后，通過云班課在手機(jī)上推送食品安全熱點(diǎn)事件“進(jìn)口奶粉質(zhì)量不合格”視頻，并提出問題：“假設(shè)你是食監(jiān)所的檢測(cè)人員，該如何操作高效液相色譜儀檢測(cè)樣品奶粉？”由此引出工作任務(wù)。

3.3.2原理探究 （20min） 0

師生回到仿真實(shí)訓(xùn)室，教師以檢測(cè)乳中三聚氰胺所使用的C18色譜柱為例，講解關(guān)鍵部件一一色譜柱的分離機(jī)理。結(jié)合視頻動(dòng)畫，講解三聚氰胺被分離檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是根據(jù)不同物質(zhì)在固定相即色譜柱上的吸附作用不同，從而實(shí)現(xiàn)分離的。通過云班課向?qū)W生推送測(cè)試題，考查學(xué)生對(duì)“色譜柱分離原理”這一難點(diǎn)的理解程度，測(cè)試結(jié)束后實(shí)時(shí)得出結(jié)果。評(píng)分結(jié)果顯示，正確率在 90% 以上，學(xué)生對(duì)教學(xué)難點(diǎn)掌握較好，由此解決了教學(xué)難點(diǎn)。

3.3.3規(guī)程整理（ ?5min） 0

教師通過匯總課前作業(yè)，得出操作規(guī)程六步驟：“開、排、設(shè)、進(jìn)、析、關(guān)”，并請(qǐng)課前作業(yè)獲贊高的學(xué)生展示利用思維導(dǎo)圖整理的操作規(guī)程關(guān)鍵詞，由此將操作規(guī)程由視頻輸入轉(zhuǎn)化為文字輸出。

3.3.4行為轉(zhuǎn)化（ ：15min?

教師引導(dǎo)學(xué)生利用仿真軟件，對(duì)照思維導(dǎo)圖，先找出每步驟對(duì)應(yīng)的儀器控件，再由關(guān)鍵詞聯(lián)想該控件的規(guī)范操作流程，隨后將操作流程轉(zhuǎn)化為詳細(xì)操作行為，由此將操作規(guī)程由文字輸入轉(zhuǎn)化成行為輸出。

3.3.5仿真演練（ 25min）

學(xué)生開始自由練習(xí)，教師宣布下一環(huán)節(jié)的考核規(guī)則：以小組成員的操作總分決定下次課高效液相色譜儀的上機(jī)順序。操作時(shí)，小組成員協(xié)作互助，并隨時(shí)在云班課\"操作失誤收集討論帖\"提交失分環(huán)節(jié)操作及疑問。教師后臺(tái)先觀察學(xué)生操作數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)，然后展示利用思維導(dǎo)圖總結(jié)的易失誤環(huán)節(jié)及成因。

3.3.6技能測(cè)試（15min）

學(xué)生開始測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后，軟件自帶的操作質(zhì)量評(píng)分實(shí)時(shí)評(píng)分。教師查閱云班課和仿真軟件數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，并布置作業(yè)：以小組為單位，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)視頻，分析失誤原因。

通過仿真軟件模擬的真實(shí)工作任務(wù)，測(cè)試結(jié)果顯示，學(xué)生操作平均分較高，有效地實(shí)現(xiàn)操作規(guī)程內(nèi)化，突出教學(xué)重點(diǎn)。

3.4課后對(duì)接

通過本次任務(wù)仿真演練，學(xué)生在后續(xù)任務(wù)實(shí)際上機(jī)時(shí)，獲得了準(zhǔn)確度好、回收率高的數(shù)據(jù)結(jié)果。本課程結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)入頂崗實(shí)習(xí)階段。為了解決學(xué)生實(shí)習(xí)中遇到專業(yè)問題難以及時(shí)尋求有效幫助的問題，團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)企業(yè)行業(yè)專家入駐班課，開設(shè)長(zhǎng)期有效的“專家答疑專區(qū)”，實(shí)時(shí)解答學(xué)生疑問；教師將典型工作任務(wù)拍攝視頻并上傳至云班課，開設(shè)“典型工作任務(wù)視頻專區(qū)”；整理典型工作任務(wù)中常見的問題及解決辦法，開設(shè)“常見問題分析專區(qū)”，從中學(xué)生可輕松尋求幫助。如學(xué)生在某大型乳業(yè)公司實(shí)習(xí)，利用高效液相色譜儀檢測(cè)奶粉中維生素含量時(shí)，檢測(cè)結(jié)果不理想，通過連線教師、“對(duì)話”專家、查閱資料，最終獲得了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果。

4結(jié)語

信息化手段教學(xué)在課前導(dǎo)學(xué)、課堂中學(xué)習(xí)、課后拓展三個(gè)主要階段環(huán)環(huán)相扣、相輔相成，成功融入教學(xué)流程。這種全程化教學(xué)設(shè)計(jì)有助于教學(xué)過程的閉環(huán)管理，提升教學(xué)效果。信息化手段在儀器分析課程中的運(yùn)用，有望提高教學(xué)效率和質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作和解決實(shí)際問題的能力，對(duì)加強(qiáng)食品專業(yè)人才培養(yǎng)起到積極的推動(dòng)作用。

★基金項(xiàng)目：2022年省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2022SFJK058）；2021年省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（KJ2021A1288）；2024年省優(yōu)青培育項(xiàng)目（YQYB2024115）。

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