謝 微， 湯 泉， 陳秋娟， 蘇輝蘭， 羅楊合

(賀州學院 a.食品科學與工程技術(shù)研究院 b.化學與生物工程學院，廣西 賀州 542899)

基于問題學習方式的儀器分析實驗教學改革

謝 微a， 湯 泉b， 陳秋娟b， 蘇輝蘭b， 羅楊合a

(賀州學院 a.食品科學與工程技術(shù)研究院 b.化學與生物工程學院，廣西 賀州 542899)

針對不同層次的學生，通過強化綜合性實驗和開放性實驗設計，精選儀器分析實驗內(nèi)容，結(jié)合“基于問題的學習”方式的儀器分析實驗教學方法的改革，提出實驗室課堂教學與科研項目相結(jié)合的教學改革模式，以大型精密儀器設備為依托，以開放性實驗項目為載體，讓學生通過合作來解決真正的問題，提高解決問題的技能和自主學習的能力，目的是培養(yǎng)多元化發(fā)展、技能靈敏化、適應社會發(fā)展的應用型人才。通過儀器分析實驗教學改革，學生自主性強，創(chuàng)造空間大，儀器操作能力、分析能力得到增強，科研能力得到提高。

PBL模式； 儀器分析實驗教學； 改革

0 引 言

《全國食品藥品監(jiān)管中長期人才發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》〔2012〕104號指出：建立科研基金，扶持中青年研究人才，培養(yǎng)一批研究型檢驗檢測人才。食品安全檢驗檢測是食品生產(chǎn)經(jīng)營和食品執(zhí)法監(jiān)管的重要技術(shù)支撐，在準確識別判斷食品質(zhì)量、有效防范食品安全風險方面具有十分重要的作用。在培養(yǎng)檢驗檢測人才的規(guī)劃中，儀器分析實驗是一門重要的基礎課程，具有一定的完整性和獨立性；也是一門與儀器分析理論課相輔相成的實驗課程；更是解決生命、化學及相關(guān)學科許多科研問題的重要手段[1]。它既是理論課的延續(xù)和提高，同時也是培養(yǎng)學生動手能力，理論聯(lián)系實際的過程。面對培養(yǎng)應用型人才改革的目標要求，儀器分析實驗課程教學應將從過去單純的專業(yè)知識學習和簡單技能訓練的培養(yǎng)方式向理論與實踐的結(jié)合；從單純的知識傳授向創(chuàng)新能力的培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。因此，在這種大歷史背景的驅(qū)動下，儀器分析實驗教學方式的改革勢在必行。

基于問題的學習(Problem-Based Learning，PBL)[2-3]，是讓學生圍繞著如何解決一些結(jié)構(gòu)不良的、真實的問題而進行的一種有針對性、實踐性的學習。它倡導學習要以問題為起點，在教師的指導下，通過小組合作和學生的自主探究，以達到解決問題的目的。

近年來，國家對高等院校給予雄厚的資金支持，相續(xù)購置了一批大型精密儀器，建立了學院儀器平臺，旨在推動實驗教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，以促進學院的教學、科研水平有跨越式的發(fā)展。學院開設儀器分析實驗這門課，是為了適應當代社會對應用型人才的需求，使學生熟練掌握各種大型儀器操作的基本技能。作者通過綜合實驗設計、精選儀器分析實驗內(nèi)容，結(jié)合“基于問題的學習”的方法和手段組織安排儀器分析實驗，改革實驗教學和實驗考核的形式，以大型精密儀器設備為依托，以開放性實驗項目為載體，物盡其用，更能培養(yǎng)多元化發(fā)展、技能靈敏化、適應社會發(fā)展的應用型人才。

1 綜合性實驗和開放性實驗特點

綜合性實驗是一種研究性、探究性實驗，學生根據(jù)給定的實驗要求，查閱文獻，正確選擇實驗方法及實驗儀器，合理安排實驗步驟，獨立操作完成實驗的全過程[4-5]。綜合實驗所需知識多，是將多種基礎知識和基本實驗技能有機地結(jié)合，具有設計技術(shù)高、實驗難度大、數(shù)據(jù)處理較復雜等特點，是有一定的創(chuàng)新分量的綜合靈活應用實驗。

開放性實驗是由學生根據(jù)自己的興趣親自選定實驗課題、選擇儀器設備、制定實驗步驟、完成實驗操作、分析實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論。在這期間要求培養(yǎng)學生主動性與創(chuàng)造性的實踐能力，形成自主式、合作式和研究式的學習方式。其次，開放性實驗既綜合單一學科的知識和技術(shù)，又融進相關(guān)學科的內(nèi)容，具有較強的實踐性和應用性，而且一般也都具有超前性。

2 合理實驗選題，逐步建立儀器分析課程體系

2.1 實驗選題原則

合理的實驗選題遵循實驗難度適宜，顧及3大基本分析方法——光譜法、色譜法和電化學方法的原則，依據(jù)探索未知、尋求真理的目的，經(jīng)歷“理論——實驗——實踐”的過程，具有綜合性、實用性、趣味性和可擴展性等現(xiàn)實意義。

2.2 實驗選題來源

在選題的設計和選擇上既要體現(xiàn)綜合性、能夠培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實踐能力、提高學生的綜合素質(zhì)，也要切合學生的學術(shù)水平，考慮到儀器分析實驗的課時安排、實驗的延續(xù)性和難度控制等實際問題，讓學生在探索問題時，有意識地結(jié)合文獻給予的啟發(fā)與前期研究中的新發(fā)現(xiàn)，結(jié)合文獻報道中存在的矛盾與爭議，挖掘?qū)嶒灥恼嬷B，探索實驗的奧秘。

2.3 實驗選題實例

實例1 原子熒光光譜法測定食品中硒含量實驗。該實驗依托原子熒光光譜儀的技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合當?shù)靥厣氖称范_出的實驗實現(xiàn)了教學與科研實踐“無縫對接”。完成實驗，能夠掌握原子熒光光譜法測定的基本原理，建立熒光光譜測定食品中硒的方法，圖1中以“微波消解-原子熒光光譜測定稻谷中硒含量”[6]為例子具體說明。整個實驗，學生首先要理解實驗和儀器的工作原理。然后結(jié)合不同的樣品，考慮試劑、溫度、壓力等選擇，做好前處理，可有不同的設計方案。

圖1 “微波消解-原子熒光光譜測定稻谷中硒含量”實驗設計框架

實例2 高效液相色譜法測定果凍中的合成色素[7-10]實驗以定量分析為核心，采用高效液相色譜法進行分析。學生通過查閱文獻了解人工合成色素的種類，理解高效液相色譜法的基本原理，掌握儀器的基本操作。具體實驗方案見圖2。

圖2 “高效液相色譜法測定果凍中的合成色素”實驗設計框架

學生需要考慮果凍中色素的提取方法；制定樣品的前處理方法；歸納實驗所需器材和試劑；需配制一定濃度的色素標準溶液；利用色素標準品優(yōu)化流動相的梯度、流速、波長等測定條件及pH、鹽度、溫度等溶液條件以及根據(jù)研究對象選取合適的測定條件和溶劑條件。

實例3 電化學方法測定環(huán)境中有機污染物[11-13]實驗以電化學分析法為核心，具體實驗方案見圖3。學生在調(diào)研文獻的基礎上制定樣品前處理方案、熟悉實驗方案，注意實驗條件中電極的選擇，設計頻率、掃描電位范圍、掃描圈數(shù)等儀器參數(shù)設置；重點研究pH、掃速、離子強度等電解液的溶液條件的影響。

圖3 “電化學方法測定環(huán)境中有機污染物”實驗設計框架

3 構(gòu)建PBL學習和考核方法

根據(jù)綜合實驗的設計，按照“全體覆蓋、突出重點、分類實施”的原則，針對學生的多層次性，學生根據(jù)自己的學習實際，幾個同學組合，共同完成綜合實驗，考核方式為：實驗試題70%+教師評價20%+學生自評5%+學生互評5%。

“基于問題的學習”是以問題解決和多種學習途徑為中心，激發(fā)和支持學習者的高水平思維的教學模式[13]。學生在整個過程中扮演的角色是對問題積極思考的學習者，是解決問題的行動者和實踐者，在分析實驗過程中，不斷的分析問題，解決問題。教師具有雙重角色，是學生的同伴，與學生一起尋找解決問題的方法，又要實時給學生指導，對學生的學習效果進行評估。

3.1 多種設計方案，思維發(fā)散

實驗方案的設計是分析實驗需求和問題的基礎上，進一步確定解決實驗問題的步驟和方案，它是解決實驗問題的關(guān)鍵，它以實驗最優(yōu)化效果為目的，不同層次的學生設計實驗方案有所不同。在教師的指導下，確定了研究方向，分頭查閱文獻，收集材料，共享所獲信息，共同討論，設計具體實驗步驟；進行實驗；分析、整理數(shù)據(jù)。通過實驗項目的完成，將儀器分析課分解到實際的活動中，整個過程有分工有合作，使學生們相互商討、溝通，有助于培養(yǎng)他們主動幫助別人和尋求別人幫助，獲取與人合作共同談論、研究問題的體驗。實驗過程是動態(tài)呈現(xiàn)的、思維是發(fā)散的。

3.2 實驗考核，以技能考核為中心

實驗不僅強調(diào)實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，也需要對實驗基本操作進行考核。一般而言實驗考核的內(nèi)容主要包括實驗素養(yǎng)、書寫實驗報告水平、實驗動手能力、綜合分析和解決問題的能力以及實驗理論知識考核等5個方面[14-15]。其中，以技能考核為中心，重點關(guān)注實驗操作規(guī)范與否，實驗注意事項是否明確，實驗設備的選擇與使用是否正確規(guī)范，實驗中遇到問題是否能盡快分析和解決。學生在實驗過程中，若是能夠提出建設性、創(chuàng)新性的見解，實驗考核給予適當加分。例如：液相色譜實驗中遇到管路有氣泡該如何排除、食品中重金屬檢測，如何排除其他離子的干擾、如何保證平行實驗條件的一致性以求可信的實驗結(jié)果等。

3.3 引入開放性實驗項目，拓展學生技能

拓展學生技能，以科研項目為基礎，開放精密儀器室，拓寬進入渠道，通過大學生實驗室助理的方式、教師助理的方式，大型精密儀器為媒介，逐步在開放實驗室中引入大型儀器，既可以提高學生綜合實踐能力和科研創(chuàng)新能力，又提高了大型精密儀器使用率，具有雙重效果[16-17]。部分引進大型精密儀器的開放性實驗項目見表1。

表1 部分引進大型精密儀器的開放性實驗項目

4 改革成效

化學教育、應用化學、食品科學與工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)的學生通過儀器分析實驗課程改革實踐，動手能力大幅提高，科研能力增強。每年可獲得校級大學生科研項目5項，廣西區(qū)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目10項，國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目2項，參加廣西化學化工類論文競賽獲獎人數(shù)在10人次以上；部分已就業(yè)的大學生，由于具備熟練的儀器操作使用和分析能力，屢屢獲得用人單位的好評。

5 結(jié) 語

精選儀器分析實驗內(nèi)容，結(jié)合“基于問題的學習”的方法和手段組織安排儀器分析實驗，改革實驗教學和實驗考核的形式，以大型精密儀器設備為依托，以開放性實驗項目為載體，是基于應用型人才培養(yǎng)的儀器分析實驗教學改革的一個重要突破與創(chuàng)新，是有利于學生多元化發(fā)展及技能靈敏化的方式，是由單一的知識教育轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰逃挠行緩?。實踐證明，儀器實驗教學改革后，學生自主性強，創(chuàng)造空間大，能夠增強學生自信，激發(fā)學生的潛能，達到“以人為本，因材施教”的目的。

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Reform of Instrument Analysis Experimental Teaching System with Problem-Based Learning

XIEWeia,TANGQuanb,CHENQiujuanb,SUHuilanb,LUOYanghea

(1. Research Institute of Food Science & Engineering Technology, 2. School of Chemical and Biological Engineering, Hezhou University, Hezhou 542899, Guangxi, China)

Facing on different levels of students, using comprehensive experiment and opening experimental design, and combining with “problem-based learning”, we select instrument analysis experiment content, and reform instrument analysis experimental teaching system. In order to solve real problems by precise instrument and open experimental projects to students, we encouraged students to solve problem by co-operation. The reform improved the students’ ability and skill of solving problems, and the ability of independent learning, such that students got diversified development, and became applied talents to meet society needs. At last the student autonomy is strong, it also enlarges creating space, enhances their instrument operation skills, analytical ability, scientific research ability.

PBL model; instrument analysis experimental teaching system; reforming

2016-08-01

廣西高校中青年教師基礎能力提升項目(KY2016LX381);賀州學院教學質(zhì)量與教學改革工程項目(hzxyjg201636，hzxyjg201541，hzxysfzx201503，hzxyjg201614)

謝 微(1984-)，女，壯族，廣西蒙山人，碩士，助理研究員，研究方向：分析檢測及實驗室管理。

Tel.:18378406776 E-mail：249201676@qq.com

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1006-7167(2017)04-0205-04