摘" 要：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下，文章結(jié)合儀器分析課程和儀器管理工作實(shí)踐，以學(xué)生為主體，以實(shí)踐為導(dǎo)向，從增強(qiáng)理論-實(shí)踐銜接、豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、拓展實(shí)驗(yàn)課程三個(gè)方面進(jìn)行改革探索，以激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的興趣和學(xué)習(xí)的動(dòng)力，從而提高他們的學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)創(chuàng)新及協(xié)作能力，旨在培養(yǎng)出符合國(guó)家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)要求的創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè);農(nóng)林高校;教學(xué)改革;儀器分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G642" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1673-7164（2024）32-0033-04

2010年和2015年教育部和國(guó)務(wù)院先后頒發(fā)了《關(guān)于大力推進(jìn)高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)工作的意見(jiàn)》《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見(jiàn)》，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（簡(jiǎn)稱(chēng)“雙創(chuàng)”）教育提升到國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的高度，并指出深化高等學(xué)校雙創(chuàng)教育改革是國(guó)家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效升級(jí)的迫切需要。為適應(yīng)“雙創(chuàng)”教育的要求，全國(guó)各高等院校均對(duì)人才培養(yǎng)模式的改革進(jìn)行探索與思考。[1-3]

儀器分析是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要組成部分，在農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛，是分析化學(xué)的主要發(fā)展方向。[4-5]2021年初，《關(guān)于對(duì)重大科研儀器行業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)支持的提案》提出加大對(duì)“國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目”和“重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)”的經(jīng)費(fèi)投入、鼓勵(lì)探索性創(chuàng)新的積極性及優(yōu)化相關(guān)人才扶持政策等。因此，“儀器分析”課程的開(kāi)設(shè)對(duì)高校各學(xué)科領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)有著舉足輕重的作用，[6-7]也是高校服從國(guó)家戰(zhàn)略需求的重要組成部分。

目前，有不少研究已指出高校對(duì)儀器分析課程進(jìn)行多方式、多形式的改革模式，如線上線下混合教學(xué)模式、虛擬仿真軟件等提高儀器分析的教學(xué)效果。[8-9]但是，上述教學(xué)模式并不能實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，以實(shí)踐為導(dǎo)向的本質(zhì)改革需求，并且虛擬仿真課程的建設(shè)需要耗費(fèi)大量的資金，很難進(jìn)行多課程的普及。因此，本研究基于“雙創(chuàng)”背景下培育新型農(nóng)林專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的需求，針對(duì)該課程在各高校均存在理論與實(shí)踐有所脫節(jié)的客觀問(wèn)題，提出“以學(xué)生為主體，以實(shí)踐為導(dǎo)向”的教學(xué)理念，對(duì)“儀器分析”課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行探索，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力，拓寬就業(yè)渠道，促進(jìn)學(xué)生充分就業(yè)，同時(shí)也為其他高校儀器分析類(lèi)課程實(shí)踐改革提供參考。

一、雙創(chuàng)背景下“儀器分析”課程存在的問(wèn)題及教學(xué)改革的必要性

雖然許多高校均開(kāi)設(shè)儀器分析類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程多年，并且近年來(lái)不斷地融入了新的教學(xué)資源和平臺(tái)，但儀器分析課程仍然存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

首先，儀器分析屬于應(yīng)用型交叉學(xué)科課程，其本質(zhì)上對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)及理解能力要求很高。如果一味地輸出大量的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生接收的知識(shí)將非常抽象，只能根據(jù)教師安排的實(shí)踐計(jì)劃?rùn)C(jī)械地進(jìn)行操作，而無(wú)法將知識(shí)內(nèi)化于心，做到真正理解知識(shí)點(diǎn)，理論與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合。因此，如何將抽象的儀器分析原理轉(zhuǎn)化成具體的知識(shí)點(diǎn)講述出來(lái)，并能在實(shí)踐中解決實(shí)際問(wèn)題將是教師面臨的一大難題。

其次，儀器分析涵蓋的課程內(nèi)容多且廣，教師往往為了完成課程進(jìn)度而忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性及實(shí)踐創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)上，教師通常采用課程講授的方式，教學(xué)手段單一。雖然近年來(lái)，大量的線上資源或智慧平臺(tái)被廣泛地應(yīng)用到儀器分析課程教學(xué)中，但仍然缺乏激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性及增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的教學(xué)內(nèi)容和方法。因此，如何創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和方法以及創(chuàng)新教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題是教師面臨的又一難題。

最后，“以學(xué)生為主體，以實(shí)踐為導(dǎo)向”的教學(xué)理念是以學(xué)習(xí)者為中心，將理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)相統(tǒng)一，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的實(shí)踐性教育教學(xué)，使學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的中心，成為自我發(fā)展的主體。對(duì)于儀器分析課程，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將抽象的知識(shí)具體化，在討論和實(shí)踐教學(xué)中學(xué)習(xí)知識(shí)并在實(shí)踐應(yīng)用中解決實(shí)際問(wèn)題。

二、雙創(chuàng)背景下“儀器分析”課程教學(xué)改革的措施

（一）增強(qiáng)理論與實(shí)踐銜接

傳統(tǒng)的儀器分析課程通常是從分析儀器設(shè)備的工作原理、儀器操作、樣品分析方法和儀器分析應(yīng)用等方面開(kāi)始講解的，枯燥的理論知識(shí)輸出直接降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，且缺乏對(duì)儀器分析方法未來(lái)發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用方面的知識(shí)拓展。因此，儀器分析課程應(yīng)以該儀器的應(yīng)用目的為切入點(diǎn)，從本質(zhì)上提高學(xué)生對(duì)該儀器的學(xué)習(xí)興趣。教師要引導(dǎo)學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，進(jìn)行課前鞏固，并拋出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考及討論。

如傳統(tǒng)的分析方法有哪些，在已有的分析方法中如何利用現(xiàn)代儀器分析技術(shù)解決問(wèn)題，不同的分析方法是否會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，課前預(yù)習(xí)階段可以將上述問(wèn)題通過(guò)微助教、雨課堂等智慧教學(xué)平臺(tái)發(fā)起課前討論，[10-12]學(xué)生可以在該討論帖下進(jìn)行發(fā)言和討論，在課程后期可以將學(xué)生參與討論度匯總納入考核體系。通過(guò)課前預(yù)習(xí)和鞏固，可將課堂理論講述環(huán)節(jié)時(shí)間壓縮，增加學(xué)生儀器分析實(shí)踐操作的時(shí)間，真正將實(shí)驗(yàn)課變成動(dòng)手實(shí)踐課程，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

（二）豐富實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 改革實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師一般會(huì)設(shè)置固定的實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行儀器設(shè)置，從而得到統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種模式化的教學(xué)方式會(huì)使學(xué)生的參與度下降，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)的提升。因此，本研究提出將樣品結(jié)果分析過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素作為變量，以設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)條件，使每個(gè)/組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都不重復(fù)。具體方法在下面的課程實(shí)例中會(huì)舉例說(shuō)明。

2. 注重培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析能力

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是科學(xué)研究的源泉，是試驗(yàn)分析的結(jié)果，課程實(shí)驗(yàn)的最終目的是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到創(chuàng)新的結(jié)果，提高研究工作效率。良好的數(shù)據(jù)分析能力可為學(xué)生從事科研或相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生要掌握儀器分析原理并能實(shí)際操作，也要具備從數(shù)據(jù)中挖掘潛在信息并解決實(shí)際問(wèn)題的能力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將組內(nèi)或班內(nèi)學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，班內(nèi)每名學(xué)生將得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高其對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析能力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)研究?jī)?nèi)容及數(shù)據(jù)的理解，鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力。

（三）拓展實(shí)驗(yàn)課程

在理論課程及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生基本掌握了儀器的基本原理、操作方法、應(yīng)用實(shí)踐等。而后，對(duì)特定儀器設(shè)備分析技術(shù)感興趣、學(xué)有余力的學(xué)生可積極開(kāi)展基于教材實(shí)驗(yàn)的拓展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高儀器設(shè)備的操作能力及靈活運(yùn)用儀器的能力。另外，教師在保證儀器設(shè)備完成教學(xué)任務(wù)后應(yīng)為學(xué)生提供參加科研實(shí)訓(xùn)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃等競(jìng)賽項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生積極使用儀器設(shè)備對(duì)儀器分析做進(jìn)一步的探索。通過(guò)課外拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展不僅能鞏固課時(shí)教學(xué)的知識(shí)，還能為有興趣的學(xué)生提供成為儀器“分析檢測(cè)專(zhuān)家”的機(jī)會(huì)。

三、以“頂空固相微萃取—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用儀測(cè)定土壤中的硝基苯”實(shí)驗(yàn)為例的課程構(gòu)建

氣相色譜—三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS/ MS）是目前應(yīng)用極其廣泛的定性定量分析技術(shù)工具。GC-MS/MS由氣相色譜和質(zhì)譜檢測(cè)器兩部分組成，其利用氣相色譜的分離能力使待檢測(cè)物在混合物組分中分離，并用質(zhì)譜鑒定選擇分離進(jìn)行精確的定量和定性分析，同時(shí)具有氣相色譜的高分辨率和質(zhì)譜的高靈敏度，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)學(xué)、畜牧業(yè)、食品科學(xué)、農(nóng)藥殘留等技術(shù)領(lǐng)域。

（一）課前預(yù)習(xí)

該課程是在氣相色譜分析法和質(zhì)譜分析法課程之后開(kāi)展的。因此，在課前預(yù)習(xí)階段，可通過(guò)引入問(wèn)題的方式開(kāi)展，如氣質(zhì)聯(lián)用儀是利用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的儀器，那么本課程中的土壤硝基苯含量是否可以用氣相色譜儀或質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，分析條件有何不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有差異，用GC-MS/MS檢測(cè)物質(zhì)成分的優(yōu)勢(shì)是什么，是學(xué)生應(yīng)在預(yù)習(xí)時(shí)思考的問(wèn)題。

課堂上，教師可以對(duì)課前預(yù)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)：氣相色譜儀和氣質(zhì)聯(lián)用儀均具有對(duì)未知物質(zhì)的分離分析能力，前者可以將不同分子量的未知物分離，而后者兼具物質(zhì)的分析分離技術(shù)，也可以對(duì)多組分析物進(jìn)行精確定量，受樣品基質(zhì)的干擾較小，從而解決生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題。通過(guò)這些問(wèn)題，可以使學(xué)生掌握氣質(zhì)聯(lián)用儀分析法的本質(zhì)特征，在較短時(shí)間內(nèi)理解GC-MS/MS是對(duì)多組分混合物質(zhì)的定性及定量分析。

（二）理論講授與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

氣質(zhì)聯(lián)用分析技術(shù)的理論部分講授主要是色譜/質(zhì)譜分析法的基本理論和儀器結(jié)構(gòu)兩部分。由于GC-MS/MS基本理論部分比較抽象，因此，在課程講述過(guò)程中應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的分析條件進(jìn)行講解，使抽象的理論具體化。如氣相部分的分流比、分配系數(shù)、色譜柱選擇及溫度程序的不同，將影響結(jié)果色譜圖中的保留時(shí)間。這種關(guān)聯(lián)性的講解會(huì)比傳統(tǒng)的理論輸出更容易使學(xué)生接受。

GC-MS/MS的結(jié)構(gòu)相較于其他分析儀器更為復(fù)雜，如圖1所示，應(yīng)重點(diǎn)讓學(xué)生掌握進(jìn)樣器、氣化室、色譜柱、柱溫箱、傳輸線、離子源、質(zhì)量分析器及檢測(cè)器。可以結(jié)合儀器展示，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各部分的講述，這是讓學(xué)生了解真實(shí)儀器的最好方法。在學(xué)習(xí)完理論知識(shí)后，教師可以通過(guò)建立完整的分析方法使學(xué)生對(duì)前面講述的理論知識(shí)有更為深刻的理解。

在實(shí)踐操作過(guò)程中，將本實(shí)驗(yàn)課程中土壤硝基苯定性/定量分析對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素作為變量，設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)條件，該實(shí)驗(yàn)為分組實(shí)驗(yàn)，保證每個(gè)學(xué)生開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均不相同。

“頂空固相微萃取—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用儀測(cè)定土壤中的硝基苯”實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素，包括樣品質(zhì)量、萃取頭類(lèi)型、萃取溫度、萃取時(shí)間及解析時(shí)間，因此將上述影響因素作為學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的變量。為保證組內(nèi)或組間學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度一致，每組學(xué)生固定其他變量因素，僅開(kāi)展其中1個(gè)變量因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響檢測(cè)，每6人為一組，根據(jù)組內(nèi)人數(shù)設(shè)計(jì)變量因素的數(shù)量，其詳細(xì)安排見(jiàn)表1。

（三）課后總結(jié)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，同組及全班學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，使每名學(xué)生得到不同變量對(duì)結(jié)果影響的全部數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，篩選出儀器分析過(guò)程中樣品測(cè)定的最佳條件，最終形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式在每位學(xué)生中也是不同的。首先，應(yīng)分析總結(jié)自己的實(shí)驗(yàn)條件及數(shù)據(jù);其次，進(jìn)行組內(nèi)數(shù)據(jù)的匯總;最后，對(duì)班級(jí)內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)并形成自己的觀點(diǎn)。這種實(shí)踐方式可大大提高學(xué)生的科研素養(yǎng)、創(chuàng)新能力及合作精神，學(xué)生能夠真正地在理論、操作、應(yīng)用三個(gè)層面上掌握大型儀器設(shè)備，提升教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)雙創(chuàng)型人才探索新道路。

四、多維度考評(píng)機(jī)制

多維度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)大有不同。傳統(tǒng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是以“結(jié)果”為導(dǎo)向，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主來(lái)反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況，而多維度考評(píng)機(jī)制主要以“過(guò)程”為導(dǎo)向，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)過(guò)程均納入考評(píng)體系中，包括考勤和紀(jì)律（10%）、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（10%）、實(shí)驗(yàn)態(tài)度（10%）、參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況（10%）、實(shí)驗(yàn)思維創(chuàng)新能力（15%）、基礎(chǔ)理論知識(shí)考試（20%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（25%），重點(diǎn)考核學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)踐操作和創(chuàng)新思維能力，做到客觀公正地評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的貢獻(xiàn)，有效體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和科研素養(yǎng)。

五、課程改革成效

目前，該課程每年面向西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院300多名本科生開(kāi)設(shè)，學(xué)生普遍反映效果良好，自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力得到進(jìn)一步提升。通過(guò)多學(xué)科交叉體系構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，為學(xué)生提供了自主探索的空間，為農(nóng)林類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐類(lèi)課程的改革提供新途徑，并且為培養(yǎng)“雙創(chuàng)”型人才探索了新道路。

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