朱艷芳，薛 濤，盛 瑋，李桂萍，劉春香，薛建平

（淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

生物工程專業(yè)是建立在化學(xué)、化學(xué)工程、生物化學(xué)、微生物學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上所形成的交叉學(xué)科。1998年我國(guó)生物工程專業(yè)正式設(shè)立并迅速發(fā)展。截止2013年，我國(guó)各省、直轄市的本科院校均設(shè)置有生物工程本科專業(yè)[1]。生物工程專業(yè)以培養(yǎng)生物學(xué)應(yīng)用型，能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理和技術(shù)研發(fā)、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人才為目標(biāo)[2]?；幢睅煼洞髮W(xué)是一所以師范類專業(yè)為主的多科性省屬重點(diǎn)大學(xué)，生物工程專業(yè)隸屬于生命科學(xué)學(xué)院，為了培養(yǎng)符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)專門(mén)人才，我校生物工程專業(yè)近年開(kāi)設(shè)了儀器分析理論課程。

儀器分析是分析化學(xué)的重要組成部分，是以物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)及其在分析過(guò)程中所產(chǎn)生的分析信號(hào)與物質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系為基礎(chǔ)，并借助于比較復(fù)雜或特殊的現(xiàn)代儀器，對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析和動(dòng)態(tài)分析的一類分析方法，具有準(zhǔn)確、靈敏、快速和自動(dòng)化程度高等的特點(diǎn)[3]。儀器分析課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)旨在使學(xué)生了解并運(yùn)用各種儀器分析方法的基本原理，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作能力、創(chuàng)新能力等基本科研素質(zhì)，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為其以后參加科研、生產(chǎn)及繼續(xù)深造奠定必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[4]。同時(shí)，儀器分析是一門(mén)多學(xué)科知識(shí)交叉的課程，已成為農(nóng)業(yè)化學(xué)、生物化學(xué)、食品化學(xué)、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)、生物工程、園藝園林等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域研究不可或缺的重要檢測(cè)手段[5-6]，其實(shí)踐性強(qiáng)，具有分析方法多、更新快、種類雜、涉及面廣等特點(diǎn)，加上各種分析方法間內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立、連貫性不強(qiáng)、課程龐雜難學(xué)[7]等特點(diǎn)，采用目前傳統(tǒng)的學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)方法，學(xué)習(xí)效果并不理想，出現(xiàn)了學(xué)習(xí)興趣不高、積極主動(dòng)性不強(qiáng)、學(xué)習(xí)效果差等現(xiàn)象。

為了提高儀器分析課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，走訪我校生物工程專業(yè)的學(xué)生、與多位專業(yè)老師的交流及查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)以上問(wèn)題，進(jìn)行了一些教學(xué)改革的探索。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法

儀器分析課程的內(nèi)容非常廣泛，涉及光譜、色譜、電化學(xué)、質(zhì)譜及其他分析方法等多個(gè)領(lǐng)域。針對(duì)生物工程專業(yè)儀器分析課程理論課時(shí)少（僅32課時(shí)）、內(nèi)容多，可以嘗試對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化取舍，精簡(jiǎn)電化學(xué)分析的內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)用型分析方法的學(xué)習(xí)，例如原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、紫外可見(jiàn)光譜法、紅外吸收光譜發(fā)、質(zhì)譜法、氣相色譜、液相色譜法及聯(lián)用技術(shù)的學(xué)習(xí)。不僅可以減小學(xué)生的負(fù)擔(dān)，而且可以將有限的課時(shí)用在更能凸顯生物工程專業(yè)特色的分析方法的學(xué)習(xí)上。

“填鴨式”教學(xué)方法，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，也不能滿足大學(xué)階段學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。近年來(lái)，PBL(problem-based learning)教學(xué)法[8]、創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)法[9]及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法[10]等新型教學(xué)模式不斷出現(xiàn)，這些方法在該學(xué)科中取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果[11-12]。這就要求教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，做好充分的課前準(zhǔn)備，以便達(dá)到更好的教學(xué)效果。也嘗試了依據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容探索合適的教學(xué)方法，并應(yīng)用于儀器分析課程的教學(xué)中。例如，在講解了“光分析法導(dǎo)論”一章后，利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)基本原理，課前完成“原子發(fā)射光譜法”和“原子吸收光譜法”知識(shí)的學(xué)習(xí)，課中教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)討論，主要完成答疑解惑及知識(shí)運(yùn)用等內(nèi)容；課后通過(guò)布置習(xí)題，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并及時(shí)查漏補(bǔ)缺，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

同時(shí)，該理論課程多注重講述分析方法的理論及儀器組成，相對(duì)枯燥乏味。運(yùn)用身邊的案例分析，拓展加深學(xué)生對(duì)分析方法的理解和記憶。利用儀器分析課程所學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提高了學(xué)生的成就感和學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。

2 提高教師專業(yè)理論和實(shí)踐素質(zhì)

該課程各種分析方法之間相對(duì)獨(dú)立、聯(lián)系小，原理涉及面廣，包括物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)及自動(dòng)化等多方面內(nèi)容，需要教師具備寬廣的理論背景，對(duì)任課教師有很高的要求。一方面，教師自身主動(dòng)學(xué)習(xí)深入思考，結(jié)合自己的研究方向申請(qǐng)相關(guān)項(xiàng)目，在開(kāi)展研究的同時(shí)熟練掌握運(yùn)用各種分析儀器。另一方面，學(xué)院學(xué)校層面多提供任課教師出外交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，尤其一些精密貴重的大型儀器的學(xué)習(xí)和操作學(xué)習(xí)交流會(huì)。多方努力提高了任課教師的理論和實(shí)踐水平。

目前，該課程的任課教師間經(jīng)常相互討論、交流和學(xué)習(xí)，并找物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等相關(guān)專業(yè)的老師幫我們解疑答惑，使教師們的理論水平得到了大幅地提高。但是，由于該課程涉及很多大型精密貴重的儀器，如，高效液相色譜儀、氣相色譜儀及其聯(lián)用儀等，教師的具體操作水平還有待提高。基于此，2018-2019年學(xué)院積極邀請(qǐng)來(lái)我校銷售儀器的公司開(kāi)展相關(guān)儀器的講座，并現(xiàn)場(chǎng)操作，解疑答惑。各任課教師基本掌握這些儀器的操作方法，并形成操作流程及注意事項(xiàng)。

3 增設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

儀器分析是借助于現(xiàn)代儀器進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析和動(dòng)態(tài)分析的一類分析方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是儀器分析課程體系中至關(guān)重要的一環(huán)。儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)任務(wù)是實(shí)際操作使學(xué)生深入了解儀器的工作原理，熟悉儀器的結(jié)構(gòu)及操作，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，達(dá)到提高學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力的目的，為學(xué)生的就業(yè)和深造打下良好的基礎(chǔ)[13]。如果僅僅停留在理論學(xué)習(xí)上，不能真正提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析能力。

同時(shí)，儀器分析實(shí)驗(yàn)操作不僅需要了解儀器組成及其原理，還需要了解樣品的性質(zhì)并根據(jù)性質(zhì)制備樣品，了解精密儀器的適用范圍、操作注意事項(xiàng)及儀器的日常維護(hù)和小問(wèn)題的排除。只有親自動(dòng)手參與從樣品制備到儀器檢測(cè)分析完整的操作過(guò)程，才能逐漸了解和熟悉儀器的正確使用方法和儀器的性能。因此，該實(shí)驗(yàn)課程必不可少。

根據(jù)生物工程專業(yè)特色，經(jīng)任課教師研究討論，選擇了適合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如，利用光譜法，對(duì)酶活性、微生物及基因工程菌株中的重金屬離子進(jìn)行定量分析，利用氣相色譜法對(duì)一些風(fēng)味成分進(jìn)行定性定量分析，利用色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)鑒定藥用植物次生成分，利用聯(lián)用技術(shù)測(cè)定果蔬多種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留[14]等等，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置見(jiàn)表1。任課教師與系主任和相關(guān)教學(xué)院長(zhǎng)的溝通，院里同意修訂“生物工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃”時(shí)開(kāi)設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程。總之，只有通過(guò)各種儀器的實(shí)際操作過(guò)程，才能使學(xué)生更直觀地了解儀器的組成及各部分的功能，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析課程的積極主動(dòng)性和動(dòng)手操作能力。同時(shí)，可以將理論與實(shí)踐結(jié)合，鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶。

表1 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目表

4 提高學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)的掌握程度

儀器分析是分析化學(xué)的一個(gè)重要組成部分，圖1是分析化學(xué)課程所涉及的基礎(chǔ)理論學(xué)科。走訪學(xué)生和相關(guān)老師，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)不夠重視，有畏難情緒，抱著及格就行的心理，不愿認(rèn)真和深入地學(xué)習(xí)。相關(guān)老師建議通過(guò)提高對(duì)這些課程的要求及考核難度，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)課程的重視和掌握。打好基礎(chǔ)后，再來(lái)理解各種分析方法的原理、儀器組成及維護(hù)時(shí)，就不會(huì)覺(jué)得太難太枯燥而學(xué)習(xí)積極性不高了。

圖1 分析化學(xué)涉及的學(xué)科

由于我院生物工程專業(yè)學(xué)生的物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等相關(guān)課程由物理與電子信息學(xué)院、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院和數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院等外院的教師教授，涉及專業(yè)和教師人數(shù)多，一方面我們通過(guò)教育學(xué)生加強(qiáng)對(duì)這些基礎(chǔ)學(xué)科的重視和學(xué)習(xí)，另一方面我們把該課程中用得較多的專業(yè)知識(shí)和學(xué)生相對(duì)薄弱的知識(shí)列出來(lái)，請(qǐng)相關(guān)老師重點(diǎn)反復(fù)講解，還有通過(guò)任課教師反復(fù)專研透徹后再講授給學(xué)生。這些方法我們都在同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有所改善，但還未達(dá)到理想程度，仍需不斷完善。

5 完善考核方式

教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)為儀器分析課程內(nèi)容抽象難懂，不易理解；分析方法多樣，各方法間相對(duì)獨(dú)立聯(lián)系少；每至期末，學(xué)生復(fù)習(xí)壓力大；部分學(xué)生，平時(shí)不認(rèn)真聽(tīng)課，靠期末突擊記憶，因?yàn)椴焕斫庵皇菣C(jī)械記憶，很快就會(huì)忘記且不會(huì)靈活運(yùn)用。針對(duì)這些問(wèn)題，傳統(tǒng)的考核方式不能正確反饋學(xué)生掌握知識(shí)情況。經(jīng)過(guò)任課教師討論，均認(rèn)為本課程的考核不能僅以理論考核為主，要增加平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的比重，還要考核學(xué)生對(duì)各種分析儀器的使用方法、操作維護(hù)的掌握情況。所以，該課程的考核要以平時(shí)成績(jī)、理論考試相結(jié)合的方式，取消一張?jiān)嚲矶ǔ煽?jī)的考核方式，強(qiáng)調(diào)平時(shí)成績(jī)的重要性。查閱文獻(xiàn)[15-16]結(jié)合教學(xué)過(guò)程，確定每個(gè)模塊在考核方式中所占的比例見(jiàn)表2。

表2 考核模塊及其所占比例

改進(jìn)考核方式，學(xué)生課堂回答問(wèn)題積極主動(dòng)性增強(qiáng)，平時(shí)作業(yè)投入了更多的時(shí)間和精力去完成，課堂討論不再只是教師自問(wèn)自答了，學(xué)生課下會(huì)主動(dòng)查閱資料、提出問(wèn)題?？傊?，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性被調(diào)動(dòng)起來(lái)。下一步考慮如何調(diào)動(dòng)起更多同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

6 小結(jié)

為了優(yōu)化我校生物工程專業(yè)儀器分析課程的教學(xué)效果，我們進(jìn)行了一系列教學(xué)改革探索。經(jīng)過(guò)這些教學(xué)改革探索，生物工程專業(yè)的儀器分析課程的教學(xué)效果有了一定的改善，學(xué)生對(duì)現(xiàn)代儀器的動(dòng)手操作能力及分析運(yùn)用能力不斷提高，因此多次受到實(shí)習(xí)單位的認(rèn)可和肯定，增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，儀器分析方法日新月異，新方法[17]、新技術(shù)[18]和新儀器[19]不斷涌現(xiàn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，生物工程領(lǐng)域也因此而得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。對(duì)于我校生物工程專業(yè)的學(xué)生而言，儀器分析課程的教學(xué)目的是為后期的專業(yè)課程、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文以及今后的工作奠定基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握必要的儀器分析方法，達(dá)到提高學(xué)生的實(shí)際操作能力、專業(yè)技能及綜合能力的目的，從而提高學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。所以，儀器分析課程對(duì)于生物工程專業(yè)的學(xué)生是十分重要的[20]，對(duì)該課程的改革也需要不斷深入和完善。但在教學(xué)過(guò)程中仍有很多問(wèn)題不斷凸顯，如大型貴重精密儀器如何對(duì)學(xué)生開(kāi)放的問(wèn)題及科學(xué)管理問(wèn)題，儀器維護(hù)費(fèi)用問(wèn)題，等等，還需不斷深入探索和完善。