王 健, 謝松志, 謝貞建, 李小紅, 周 闖, 肖龍泉, 張 崟

(成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院, 四川 成都 610106)

儀器分析實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)在高校食品、 化學(xué)、 材料、 生物、 藥學(xué)等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程, 整門實(shí)驗(yàn)課以氣相色譜、 液相色譜、紅外吸收光譜等儀器實(shí)驗(yàn)為主, 主要是讓學(xué)生熟悉不同儀器的測(cè)試原理以及測(cè)試方法, 進(jìn)一步掌握各種儀器分析方法的應(yīng)用范圍和主要分析對(duì)象[1-2]。 旨在通過本門課的學(xué)習(xí)能夠讓同學(xué)們掌握各種分析儀器的基本參數(shù)、 操作方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法, 能夠獨(dú)立完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析, 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)、 良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和求實(shí)的科研精神, 能夠利用所學(xué)知識(shí)解決生活中的實(shí)際問題。 現(xiàn)在傳統(tǒng)的儀器分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)存在例如知識(shí)點(diǎn)偏難、 可使用設(shè)備偏少和教學(xué)時(shí)間偏短等問題造成有些同學(xué)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握不完全, 從而不能實(shí)現(xiàn)好的教學(xué)效果[3]。 現(xiàn)在新的人才培養(yǎng)計(jì)劃和 “卓越計(jì)劃” 對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)提出了更高的要求, 并且當(dāng)前依然嚴(yán)峻的疫情防控形勢(shì)促使實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式必須實(shí)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)創(chuàng)新。 所以本文以儀器分析實(shí)驗(yàn)課中一門重要的實(shí)驗(yàn)課-苯甲酸紅外光譜的測(cè)定和解析為例, 分析了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)存在的不足和困難, 并且針對(duì)性地探討了儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新教學(xué)模式, 旨在更好地完成該門實(shí)驗(yàn)課的教學(xué), 增強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng), 能夠利用所學(xué)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)解決生活與工作中的實(shí)際問題[4]。

1 傳統(tǒng)儀器分析實(shí)驗(yàn)課存在的主要問題和困難

1.1 實(shí)驗(yàn)課偏難, 教學(xué)時(shí)間短

儀器分析實(shí)驗(yàn)課是在儀器分析理論課授課完過后進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)課程, 通常來說同學(xué)們應(yīng)當(dāng)對(duì)理論知識(shí)有了一定的了解。 但儀器分析理論課的教學(xué)以基礎(chǔ)知識(shí)為主, 而儀器分析實(shí)驗(yàn)課由于涉及到儀器的實(shí)際操作和結(jié)果處理、 分析, 所以介紹的知識(shí)偏難一點(diǎn)。 以苯甲酸紅外光譜的測(cè)定和解析為例, 儀器分析理論課主要只是簡(jiǎn)單介紹了紅外吸收光譜的原理、 測(cè)試方法和應(yīng)用, 而對(duì)用紅外吸收光譜分析和推斷化合物存在的官能團(tuán)以及具體結(jié)構(gòu)的判斷并沒有做太高的要求。 而在實(shí)驗(yàn)課當(dāng)中, 就要求同學(xué)們利用紅外吸收光譜所學(xué)的知識(shí)來判斷自己所做的譜圖有沒有苯甲酸的特征吸收峰, 從而推斷所做的實(shí)驗(yàn)是否成功。除了對(duì)所做樣品進(jìn)行紅外結(jié)構(gòu)的判斷, 該實(shí)驗(yàn)的另外一個(gè)難點(diǎn)是在樣品的干燥、 研磨和壓片樣的制備, 如果以上環(huán)節(jié)稍微出一點(diǎn)差錯(cuò), 就會(huì)導(dǎo)致得不到苯甲酸的特征吸收峰和出現(xiàn)一些雜峰, 從而造成實(shí)驗(yàn)的失敗。

此外, 儀器分析實(shí)驗(yàn)課每門實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)是4 個(gè)學(xué)時(shí), 要讓同學(xué)們?cè)谶@4 個(gè)學(xué)時(shí)里面深入地掌握理論知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)操作的要點(diǎn), 時(shí)間顯然是非常緊張的。 在實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)方面, 很多同學(xué)在課堂上對(duì)以前儀器分析所學(xué)的理論課知識(shí)掌握的不是很扎實(shí), 所以需要花很多時(shí)間對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行回顧和深入, 這樣的話就會(huì)造成時(shí)間的嚴(yán)重不足。 對(duì)該實(shí)驗(yàn)課提前認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的同學(xué)可能沒有問題, 但課前沒有熟悉該實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容或者基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的同學(xué)就跟不上授課和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度, 導(dǎo)致不能掌握該節(jié)實(shí)驗(yàn)課的知識(shí)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足, 儀器更新滯后

開設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)課的目的是讓同學(xué)們掌握各種分析儀器的操作方法來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 所以要有好的教學(xué)效果, 就必須讓同學(xué)們親自來操作使用機(jī)器并且全程參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。 但實(shí)際上, 由于大型儀器例如紅外光譜儀、 氣相色譜和液相色譜等的價(jià)格都比較昂貴, 一般整個(gè)實(shí)驗(yàn)室只有一臺(tái)儀器, 因此做實(shí)驗(yàn)時(shí)只能分組進(jìn)行。 在苯甲酸紅外光譜的測(cè)定和解析這個(gè)實(shí)驗(yàn)中, 小組中一些對(duì)紅外知識(shí)掌握不好的同學(xué)和學(xué)習(xí)態(tài)度不端正的就可能變?yōu)榕杂^者甚至渾水摸魚, 全程不參與紅外壓片樣品的制備和測(cè)試, 做完實(shí)驗(yàn)下來借鑒其他同學(xué)的苯甲酸的紅外分析數(shù)據(jù)來交差, 完全沒有掌握到苯甲酸的紅外特征峰和紅外吸收光譜的原理等知識(shí)。 還有存在的問題就是現(xiàn)在大型精密儀器的發(fā)展速度也很快, 儀器測(cè)試的精度和速度也不斷提高。 但是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較昂貴和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地受限, 大型精密儀器更新?lián)Q代的速度比較慢, 從而導(dǎo)致同學(xué)們不能學(xué)習(xí)到最前沿的儀器分析技術(shù)。 另外儀器設(shè)備的陳舊老化會(huì)導(dǎo)致機(jī)器在分析處理數(shù)據(jù)時(shí)速度和反應(yīng)較慢、 出現(xiàn)系統(tǒng)誤差和測(cè)試效果不理想等問題, 導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)度較差, 嚴(yán)重影響到實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。

1.3 教學(xué)手段單一, 課程內(nèi)容稍顯枯燥

現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)的普遍手段是教師利用板書或者多媒體課件對(duì)該節(jié)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的講述, 然后親自在機(jī)器上操作示范給學(xué)生展示, 最后學(xué)生分組操作來完成實(shí)驗(yàn)。 這種單一的教學(xué)手段在特殊情況發(fā)生時(shí)不能做到 “停課不停學(xué)”, 去年疫情的影響對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式產(chǎn)生了較大的沖擊,該教學(xué)模式不能適應(yīng)新的教學(xué)要求, 必須進(jìn)行創(chuàng)新。

另外還存在的缺點(diǎn)就是學(xué)生只是單純的接觸理論知識(shí), 核心內(nèi)容的授課還存在一定的局限性。 以苯甲酸紅外光譜的測(cè)定和解析為例, 課程涉及到的紅外光譜儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理等內(nèi)容有一定的抽象性, 學(xué)生對(duì)儀器缺乏更直觀更感性的認(rèn)識(shí), 導(dǎo)致有些學(xué)生不能完全掌握該節(jié)課的核心內(nèi)容, 再加上實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容稍顯枯燥, 課程難度大, 最終導(dǎo)致力不從心, 不是抱著一個(gè)積極的態(tài)度來做實(shí)驗(yàn), 而是簡(jiǎn)單地去應(yīng)付這個(gè)實(shí)驗(yàn), 從而達(dá)不到一個(gè)良好的教學(xué)效果。 實(shí)驗(yàn)課需要同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)操作過程中不斷思考和領(lǐng)悟來完成整個(gè)實(shí)驗(yàn), 所以豐富教學(xué)手段,提升同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣就顯得異常重要。

2 儀器分析實(shí)驗(yàn)新教學(xué)模式探討創(chuàng)新教學(xué)新模式探討

為了解決傳統(tǒng)儀器分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式存在的問題, 跟上現(xiàn)在適應(yīng)疫情防控常態(tài)化的教學(xué)要求, 本文探討了儀器分析實(shí)驗(yàn)課的新教學(xué)模式, 具體如下:

2.1 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段

要使同學(xué)們對(duì)枯燥的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容感興趣, 就要豐富教學(xué)手段, 而不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行授課。 首先可以提前錄制和準(zhǔn)備好教學(xué)操作視頻和儀器工作原理動(dòng)畫, 結(jié)合好超星、智慧樹等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的圖書和視頻等公共資源, 讓同學(xué)們?cè)谏险n之前認(rèn)真觀看學(xué)習(xí), 達(dá)到一個(gè)好的預(yù)習(xí)效果。 例如具體了解傅里葉紅外光譜儀的工作原理, 從而對(duì)紅外吸收光譜圖是怎么得到的有一個(gè)更加形象直觀的了解。 通過觀看教學(xué)操作視頻, 了解紅外樣品(苯甲酸和溴化鉀)的添加比例以及在壓片制備中的注意事項(xiàng), 通過書本知識(shí)和視頻講解著重強(qiáng)調(diào)苯甲酸在紅外吸收光譜中的特征吸收峰, 為課堂上的實(shí)際操作和結(jié)果分析打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 利用虛擬仿真輔助實(shí)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)

去年年初的疫情給傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方式帶來了很大的沖擊, 在網(wǎng)上由于無法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué), 從而對(duì)學(xué)院的教學(xué)進(jìn)度產(chǎn)生很大的影響。 而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)就可以解決這個(gè)問題, 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)在高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容[5-6]。 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)因其直觀、 高效及方便等特性, 可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目受場(chǎng)地、 規(guī)模、 安全等因素制約的缺點(diǎn), 給實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式帶來了新的發(fā)展方向[4-7]。 所以建立 “虛實(shí)結(jié)合” 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式, 是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的方向之一。 而現(xiàn)在虛擬仿真平臺(tái)收納了大部分儀器分析實(shí)驗(yàn), 包括氣相、 液相和紅外吸收光譜等。 通過對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)開展虛擬仿真, 可以解決在實(shí)際教學(xué)中儀器不足的缺點(diǎn), 在苯甲酸紅外光譜的測(cè)定和解析這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中, 可以讓每一名同學(xué)都全程參與苯甲酸壓片樣品的制備和苯甲酸樣品的紅外譜圖解析, 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題以及思維創(chuàng)新的能力。 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在操作過程中時(shí)間、 空間和實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限制, 學(xué)生可以隨時(shí)隨地聯(lián)網(wǎng)在虛擬環(huán)境中開展儀器分析實(shí)驗(yàn), 包括課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí), 加強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力, 有效地鞏固了所學(xué)的知識(shí)。另外, 虛擬仿真特有的學(xué)習(xí)模式和考核模式也為儀器分析的教學(xué)如虎添翼[4,6]。

2.3 多元化的考核方式

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課常規(guī)的考核方式是實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核和期末卷面考試, 其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括預(yù)習(xí)報(bào)告和課后的結(jié)果分析報(bào)告, 包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?實(shí)驗(yàn)原理、 實(shí)驗(yàn)步驟、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、 思考題和心得體會(huì)等。 雖然考核方式已經(jīng)很完善, 但并不能完全反應(yīng)同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握和對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的熟悉程度。 對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的線下考試由于儀器和場(chǎng)地的限制并不能很好地實(shí)行, 因此可以借助虛擬仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)線上的模擬考核, 可以更好地檢驗(yàn)同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中的操作規(guī)范程度、 重要操作步驟的準(zhǔn)確性以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析判斷。 這樣多元化的考核方式不僅可以更好地評(píng)判同學(xué)們對(duì)儀器設(shè)備的掌握和應(yīng)用的能力, 也能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的印象, 能夠更好地做到以后在實(shí)際生活中的應(yīng)用[6]。

2.4 課程中實(shí)現(xiàn)課程思政

現(xiàn)在一門優(yōu)秀的課程不僅要培養(yǎng)學(xué)生良好的專業(yè)知識(shí), 更要培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的品德素質(zhì), 而要達(dá)到這個(gè)培養(yǎng)目的需加強(qiáng)思政的引入, 實(shí)現(xiàn)儀器分析實(shí)驗(yàn)課的課程思政。 首先是向有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老師學(xué)習(xí), 改進(jìn)完成由思政引領(lǐng)的《儀器分析實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱的制定, 確定出各個(gè)實(shí)驗(yàn)的理論教學(xué)模式; 在學(xué)習(xí)通或QQ 群等平臺(tái)發(fā)布問卷, 實(shí)時(shí)分析學(xué)生們反饋的意見, 查漏補(bǔ)缺, 改進(jìn)教學(xué)方法[8]。 在講解的過程中注意啟發(fā)學(xué)生的思維, 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和愛國(guó)情懷。 以紅外吸收光譜法為例, 我會(huì)讓同學(xué)們反思為什么現(xiàn)在常用的傅里葉紅外光譜儀可以取代以前單純的紅外分光光度計(jì)和光柵型紅外光譜儀, 為什么傅里葉紅外光譜儀有更高的分辨率、 更快的掃描速率和更高的波數(shù)準(zhǔn)確度。 通過以上講解發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。 同時(shí)強(qiáng)調(diào)現(xiàn)在市場(chǎng)上常見的紅外光譜儀都是由國(guó)外所生產(chǎn), 中國(guó)在這方面的缺點(diǎn)是什么, 引發(fā)同學(xué)們的思考, 激發(fā)同學(xué)們的奮斗精神和愛國(guó)情懷。 要實(shí)現(xiàn)課程思政, 我們老師就要緊跟新時(shí)代教育的步伐, 努力接受新理論、 新思想, 把實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)的教育貫穿在課堂中[9]。

3 結(jié) 語

儀器分析實(shí)驗(yàn)是大學(xué)教育的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程, 它能夠?yàn)閷W(xué)生在以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)和科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 所以我們老師在授課的時(shí)候也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn), 做好 “教書與育人” 齊頭并進(jìn), 利用好線上線下的教學(xué)資源, 采取更加豐富的教學(xué)手段, 利用創(chuàng)新教學(xué)模式來培養(yǎng)學(xué)生的上課興趣以及做實(shí)驗(yàn)積極性, 有效地?cái)U(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的趣味性, 提升教學(xué)質(zhì)量, 并且將 “課程思政” 與儀器分析實(shí)驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合, 幫助學(xué)生樹立科學(xué)的價(jià)值觀和人生觀, 將來學(xué)以致用, 報(bào)效祖國(guó)。