徐德聰，吳林生

(合肥師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

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《生物儀器分析實(shí)驗(yàn)》教學(xué)中“JIT”的方法運(yùn)用

徐德聰，吳林生

(合肥師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

針對(duì)生物儀器分析實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)及教學(xué)過程中存在的“看得到，叫不出”、“叫得出，用不來”、“用得了，講不來”的三種學(xué)習(xí)瓶頸，充分運(yùn)用工作教導(dǎo)訓(xùn)練(Jobinstructiontraining,JIT)的說給他聽、做給他看、他做我來看、他說我來聽四步教學(xué)法，提高了教學(xué)質(zhì)量并取得了良好的教學(xué)效果。

生物儀器分析實(shí)驗(yàn); 教學(xué)方法; 工作教導(dǎo)訓(xùn)練(JIT)

生物儀器分析是一門多學(xué)科匯集、相互滲透的綜合性應(yīng)用科學(xué)，是理論性、實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)的綜合性課程，它交織著數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、電子技術(shù)和化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，涉及光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)，充分體現(xiàn)了知識(shí)間的相互滲透和交叉影響，分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分。[1,2]其內(nèi)容涵蓋了生命科學(xué)領(lǐng)域較新的、應(yīng)用性廣的儀器分析技術(shù)，主要包括光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、分離分析法和其他分析方法等。[2]隨著生命科學(xué)的高速發(fā)展，生物儀器分析已經(jīng)成為各所高校生命科學(xué)領(lǐng)域的本科生普遍開設(shè)課程，但是這門課對(duì)本科生而言抽象性太強(qiáng)，特別是近年來新的儀器設(shè)備不斷涌現(xiàn)，新的儀器分析方法和技術(shù)不斷產(chǎn)生，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往與預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。[3]因?yàn)樯飪x器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作安全要求高、儀器種類繁雜、儀器功能交叉點(diǎn)多、組合模式多樣化、樣品制備技術(shù)要求高、數(shù)據(jù)分析處理靈活多樣等一系列特點(diǎn)。[4]導(dǎo)致在教學(xué)過程中極易產(chǎn)生“看得到，叫不出”、“叫得出，用不來”、“用得了，講不來”的三種學(xué)習(xí)瓶頸，對(duì)此，本文將逐一分析并提出工作教導(dǎo)訓(xùn)練(Jobinstructiontraining,JIT)的說給他聽、做給他看、他做我來看、他說我來聽四步教學(xué)法，供大家參考。

1 生物儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所面臨的學(xué)生三種學(xué)習(xí)瓶頸

1.1 看得到、叫不出

由于目前生物儀器分析實(shí)驗(yàn)參考的教材基本都是儀器分析實(shí)驗(yàn)教材，而且儀器分析實(shí)驗(yàn)教材的更新與學(xué)院實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的更新不一致，有的儀器只在教材上見過，而自己實(shí)驗(yàn)室擁有的儀器設(shè)備教材上卻沒有，儀器分析實(shí)驗(yàn)教材與實(shí)踐脫節(jié)的矛盾嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。例如，對(duì)于生物技術(shù)和生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，PCR技術(shù)在分子生物學(xué)和基因工程等理論課程中都重點(diǎn)學(xué)習(xí)了，在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程中也開設(shè)了利用PCR儀進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，到了學(xué)習(xí)生物儀器分析時(shí)，可以開設(shè)實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生接觸現(xiàn)在生物實(shí)驗(yàn)室基本都有的實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀，但這樣的儀器幾乎都還沒有在教材中體現(xiàn)。另外，生物儀器涉及內(nèi)容廣泛，儀器種類繁多，但教者又想讓現(xiàn)有教學(xué)資源得到充分利用，往往一類儀器分析方法對(duì)應(yīng)很多種儀器，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)容易產(chǎn)生抵觸情緒，對(duì)部分儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往走馬觀花，學(xué)生只是看看所學(xué)的儀器，連儀器的名字都叫不出來或者叫錯(cuò)，比如紅外吸收光譜儀和紫外分光光度計(jì)、原子吸收光譜儀和原子熒光光譜儀等容易混淆，更談不上操作了。特別是對(duì)一些新型的大型儀器設(shè)備，如超臨界CO2萃取設(shè)備，包括冷凍箱、加熱箱、萃取罐、貯罐、分離罐、攜帶劑罐、14個(gè)閥門，而且其操作模式可以有單釜操作、雙釜交替操作，有的學(xué)生單看如此多的設(shè)備名稱和操作程序就沒有深入了解的興趣了，認(rèn)真的學(xué)生也只是用"眼睛看"、“本子記”，而沒有思考實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)思路，不用動(dòng)手操作儀器，不用分析樣品流程，只是用眼睛完成了一次儀器操作流程，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果，大多數(shù)學(xué)生對(duì)所學(xué)儀器是“看得到、叫不出”。

1.2 叫得出，用不來

正如前述，PCR儀幾乎成為每個(gè)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的必備儀器，大多學(xué)生也都從各種渠道熟悉該儀器，但在真正用的過程中由于涉及樣品制備、酶種類選擇、引物設(shè)計(jì)等前期實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，以及反應(yīng)程序設(shè)定，使得學(xué)生往往會(huì)沒有頭緒，所以真正會(huì)用，而且用的好的卻并不多，這明顯不符合生物儀器分析實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)分析用生物樣品的制備和對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行生物學(xué)意義的闡釋的課程目標(biāo)。同樣，在生物技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的另一現(xiàn)代分析儀器—高效液相色譜儀，由于其在食品、藥學(xué)等研究方向的重要作用，學(xué)生也都了解這類儀器，但在真正操作時(shí)，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)液制備、標(biāo)準(zhǔn)曲線制備、樣品液制備、色譜條件以及儀器操作規(guī)程，特別是色譜條件(色譜柱選擇、流動(dòng)相配比、柱溫、流速、檢測波長和進(jìn)樣量)的選擇原理和方法，學(xué)生如果只是作為一個(gè)聽者和觀看者，即使其當(dāng)時(shí)了解了儀器，將來很可能還是無法正確使用。這種“叫得出，用不來”的現(xiàn)象同樣嚴(yán)重影響生物儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

1.3 用得了、講不來

紫外-可見光譜是現(xiàn)代生物學(xué)儀器分析中的“四大譜”之一。在生物儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中與其相對(duì)應(yīng)的是紫外-可見光譜儀，經(jīng)過大學(xué)一二年級(jí)的訓(xùn)練，學(xué)生基本都會(huì)操作可見分光光度計(jì)，所以通過學(xué)習(xí)都能夠基本掌握紫外-可見光譜儀的用法，但因?yàn)榛A(chǔ)理論知識(shí)的匱乏，很多同學(xué)只會(huì)用，不懂原理，導(dǎo)致用得了卻講不來的現(xiàn)象較多，而且這種現(xiàn)象有時(shí)直接導(dǎo)致在測定不同實(shí)驗(yàn)對(duì)象時(shí)，波長選擇、參比液的使用出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。至于儀器本身有的同學(xué)只會(huì)操作課堂上學(xué)過的型號(hào)，這樣將來在實(shí)際應(yīng)用中如果遇到其他型號(hào)的同類儀器仍然不會(huì)操作。

2 JIT四步教學(xué)法的應(yīng)用

針對(duì)生物儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的三種學(xué)習(xí)瓶頸，我們嘗試了“JIT四步教學(xué)法”，并在實(shí)際的教學(xué)過程中廣泛運(yùn)用，取得了較好的效果。

2.1 說給他聽

為了解決學(xué)生面對(duì)眾多生物分析實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，“叫不出、裝不來、用不了”的無從下手的學(xué)習(xí)窘態(tài)，教學(xué)者的第一步“說給他聽”尤顯重要。其具體的原則是：(1)正向積極，啟發(fā)式說。目的是讓學(xué)生的緊張心態(tài)得以放松，激發(fā)學(xué)生對(duì)未知掌握的愿望。如通過與社會(huì)生活緊密聯(lián)系的案例——“鎘大米”事件、 “蘇丹紅”事件、 “三聚氰胺嬰兒奶粉”事件，這些事件都給社會(huì)帶來惡劣影響，學(xué)生都有所關(guān)注。[5]提問學(xué)生這些成分可以分別用哪些現(xiàn)代儀器進(jìn)行快速精確的檢測。能否用光學(xué)分析方法檢測大米中的鎘？能否用原子吸收光譜儀？樣品如何預(yù)處理？需要選擇什么樣的附件和條件？能否用色譜分析方法檢測奶粉中三聚氰胺和食品中的蘇丹紅？能否選擇高效液相色譜儀？樣品如何處理？色譜條件如何選擇？通過這些啟發(fā)式說，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。(2)簡潔、系統(tǒng)、提綱式說。目的是讓學(xué)生最短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)了解生物分析儀器的使用目的及其功能及可能導(dǎo)致的正向和負(fù)向?qū)嶒?yàn)結(jié)果。促使學(xué)生對(duì)生物儀器的感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇运伎?，如在講解超臨界CO2萃取設(shè)備時(shí)，讓學(xué)生最短時(shí)間內(nèi)了解該儀器具備哪些特殊的先進(jìn)的功能，并基于其基本原理指出其適用于哪些具體的研究對(duì)象，如果研究對(duì)象選擇不當(dāng)，很有可能直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗或結(jié)果不理想，這樣反過來促使學(xué)生去思考由于研究對(duì)象的不同而出現(xiàn)不同結(jié)果的儀器原理。

2.2 做給他看

生物儀器分析實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性特別強(qiáng)的課程，光說不練，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)用的熟練程度是不可能達(dá)標(biāo)的，因此，教學(xué)者的第二步就是為“用”做示范的“做給他看”。在這一步中，教學(xué)者要關(guān)注四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，第一點(diǎn)是按實(shí)驗(yàn)順序把主要實(shí)驗(yàn)步驟邊說邊做給他看，此時(shí)切記讓學(xué)生站在自己的左邊或右邊，力避“面對(duì)面”(面對(duì)面站立會(huì)導(dǎo)致教學(xué)者和學(xué)生左右方向的錯(cuò)位)，只有這樣，示范的效果才會(huì)最佳。特別是到了樣品上機(jī)操作儀器的時(shí)候，把剛“說”過給學(xué)生聽的內(nèi)容對(duì)著儀器再次提問，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)儀器部件的了解。如在操作火焰原子吸收分光光度計(jì)的點(diǎn)火步驟時(shí)，再次提問關(guān)于該儀器的霧化器、原子化器等核心部件的作用原理以及點(diǎn)火之前的初始化過程的意義。第二點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)要點(diǎn)，說明理由，提示其理解、識(shí)記。對(duì)儀器的部件組合，操作先后順序要領(lǐng)要反復(fù)演示說明，特別是在外形功能作用相似相近的儀器選擇使用時(shí)及儀器可能存有安全隱患時(shí)，這尤為重要。如氣相色譜儀與高效液相色譜儀，二者主要區(qū)別在于選擇的流動(dòng)相分別是氣體和液體，氣相色譜儀通過高壓載氣攜帶樣品流經(jīng)色譜柱，而高效液相色譜儀通過高壓泵將液態(tài)的流動(dòng)相和待分析樣品帶入色譜分離系統(tǒng)，二者在進(jìn)樣操作時(shí)既然就有顯著的區(qū)別，可以通過比較手段講解這類儀器，加深學(xué)生的理解與識(shí)記。其次，操作到色譜儀器的裝柱步驟時(shí)，照樣就二者在色譜柱的外形、固定液、擔(dān)體等結(jié)構(gòu)與組成的差異上采取比較講解方法。再如原子吸收光譜儀使用時(shí)必須注意點(diǎn)燃火焰時(shí)，必須先開空氣，后開乙炔，熄滅火焰時(shí)，則應(yīng)先關(guān)乙炔，后關(guān)空氣，防止回火，爆炸事故的發(fā)生。第三點(diǎn)，不多教超出其理解能力以上的內(nèi)容。和其他學(xué)科的學(xué)習(xí)一樣，學(xué)生對(duì)開設(shè)的每個(gè)生物儀器分析實(shí)驗(yàn)的理解需要一個(gè)漸進(jìn)的過程，一堂課掌握2-3個(gè)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于其消化吸收更為有利。第四點(diǎn)，注意示范教授時(shí)教學(xué)者的情緒控制，避免給學(xué)生帶來焦慮和不快的心情。

2.3 他做我來看

這一步是學(xué)生從對(duì)生物儀器的感性認(rèn)識(shí)到理性思考，再重回感性操作的重要一環(huán)，做好這一步要注意以下幾點(diǎn)。第一是聚精會(huì)神觀察學(xué)生的操作，及時(shí)糾正錯(cuò)誤。第二是讓學(xué)生一邊操作一邊對(duì)每一步進(jìn)行說明。第三是過程中的詢問，加深其對(duì)生物儀器分析實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)的掌握。第四也是最重要的一步，讓學(xué)生“復(fù)盤”重新操作一次，且邊做邊說明應(yīng)注意的要點(diǎn)，只有通過“復(fù)盤”才能讓學(xué)生將實(shí)驗(yàn)中每一步的操作要領(lǐng)貫穿起來，從而形成對(duì)實(shí)驗(yàn)一以貫之的整體感受。解決了“裝得了，用不了”的學(xué)習(xí)瓶頸。由于課時(shí)的限制，這部分可以分小組讓學(xué)生分模塊演示，而且操作過程中讓組員之間相互提問。例如高效液相色譜儀從開PC電源和主機(jī)各模塊電源、進(jìn)入色譜工作站、把各流動(dòng)相放入溶劑瓶中、裝柱子、排氣、洗柱子、平衡柱子、進(jìn)樣、數(shù)據(jù)采集、洗柱子到完成后關(guān)PC，關(guān)儀器。都必須進(jìn)行詳細(xì)、規(guī)范的操作演示，并對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)解說，對(duì)容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行重點(diǎn)突出。真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生操作儀器為主，學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)流程為主的教學(xué)模式。學(xué)生在整體課程中，能夠全面積極動(dòng)腦思考、獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得以提高，學(xué)習(xí)效果得以加強(qiáng)，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維得到相應(yīng)的提高。

2.4 他說我來聽

通過前三步的教學(xué)，學(xué)生已掌握了生物儀器分析的相關(guān)重點(diǎn)，“他說我來聽”則是對(duì)學(xué)生掌握程度的教學(xué)效果的調(diào)查方法，目的有二，一是固化前三步的效果，二是對(duì)教學(xué)者教學(xué)效果的一種驗(yàn)證，便于教學(xué)者根據(jù)反饋，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、方法、步驟，發(fā)現(xiàn)教學(xué)盲點(diǎn)。在此步中教學(xué)者應(yīng)從學(xué)生復(fù)述的邏輯性、連貫性及觸類旁通的能力表達(dá)上判斷其掌握的熟練程度，通過在復(fù)述中提問、表揚(yáng)、檢查等手段強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)形成一部分以學(xué)生自身為核心的教授者團(tuán)隊(duì)及指定可詢問人，擴(kuò)大知識(shí)的共享面，解決生物儀器分析實(shí)驗(yàn)過程中“一師多生，處處分心”的局面。保證生物儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主，教師講解結(jié)果產(chǎn)生原因?yàn)檩o，學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)為主，教師講解注意事項(xiàng)為輔的新的教學(xué)模式，使得學(xué)生在每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和儀器工作原理等理解深刻，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有整體全面的認(rèn)知。

3 結(jié)語

通過對(duì)生物儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的三個(gè)學(xué)習(xí)瓶頸的分析，以及在實(shí)際教學(xué)過程中“JIT四步教學(xué)法”的嘗試運(yùn)用，我們?cè)谏飪x器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了長足進(jìn)步。在課堂上，同學(xué)們學(xué)習(xí)積極性更高，特別是針對(duì)每種儀器都有了與人們生活密切相關(guān)的熱點(diǎn)話題，如：原子吸收分光光度計(jì)能檢測食品營養(yǎng)元素含量的高低、檢測重金屬是否超標(biāo)；高效液相色譜能檢測很多產(chǎn)品中的功能性成分等等。整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生們興趣倍增，一改之前對(duì)生物儀器分析實(shí)驗(yàn)課程枯燥無味的感觀，都覺得學(xué)好這門課，掌握一系列現(xiàn)代先進(jìn)的儀器分析方法，對(duì)自己未來的工作和生活將有著極大的幫助，在取得了良好的教學(xué)效果的同時(shí)，也贏得了學(xué)生們的認(rèn)可。這種教學(xué)效果在學(xué)生們掌握各類大型儀器的操作技術(shù)的硬性基礎(chǔ)上，更能激發(fā)其研究生物學(xué)更深層次的動(dòng)力，導(dǎo)引出基于主、客觀能動(dòng)性培養(yǎng)的途徑和渠道，為其日后科研實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

JIT的四步教學(xué)法以其在生物儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)和打造，為“學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)”的方法提供了可能，真正體現(xiàn)了“學(xué)生為主體、知行合一，注重干悟”自主學(xué)習(xí)原則，通過知識(shí)信息傳播環(huán)境、實(shí)踐能力訓(xùn)練環(huán)境的熏陶、形成有利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和探索精神健康發(fā)展的良性循環(huán)，極大地促進(jìn)了學(xué)生潛能的發(fā)掘，對(duì)引發(fā)科學(xué)研究個(gè)性化，素質(zhì)提升全面化的教學(xué)實(shí)務(wù)嘗試具有積極的作用。

生物儀器分析這門課是發(fā)展中的實(shí)驗(yàn)研究性課程，其特點(diǎn)決定了其不斷變化，不斷更新的發(fā)展趨勢，這種趨勢對(duì)身處教學(xué)一線的教師來說，也一定是一個(gè)要求不斷自我充電，更新知識(shí)的挑戰(zhàn)過程，我們作為教者，只有在注重提高自身創(chuàng)新能力的同時(shí)，在知識(shí)結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法上狠下功夫，以“學(xué)高為師，身正為范”的高標(biāo)準(zhǔn)為要求，才能使學(xué)生與教師的思維同步，才能和本學(xué)科以及創(chuàng)新教育改革發(fā)展同步，以此豐富、完善生物儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)理論和實(shí)踐，為生物學(xué)領(lǐng)域培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀人才。

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2016-04-29

徐德聰(1974-)，女，安徽舒城人，博士，合肥師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院副教授，主要研究方向：農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量分析。

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1674-2273(2016)06-0106-03