“仪器分析”课程的改革探索

                
[摘  要]本文以宁波大学食品与药学学院为例，进行了《仪器分析》课程教学的改革探索与实践。结合实验教学改革的实际情况，旨在实现《仪器分析》国际化课程与实际操作的深度融合，夯实学生的专业基础，大幅提升其现代仪器分析操作技能，并全面提高其发现和解决问题及创新实践的能力，也为现代仪器分析实验教学的进一步教改和拓展奠定基础。
[关键词]仪器分析；课程改革；国际化;教育教学论坛
[基金项目]2019年宁波大学教育改革研究项目课题（JYXMXYB201952）；B类一流专业建设项目-食品科学与工程 （432000912）
[作者简介]党亚丽（1978-），女，河北保定人，副教授，主要研究方向：食品的营养与健康，
中图分类号：G                     文献识别码：A
 
《仪器分析》是食品质量与安全和食品科学与工程等食品专业培养方案的一门专业基础课程之一，也是理论和实际联系较强的学科之一^[1]。主要讲授仪器分析光学分析法、电化学分析法、色谱法、光谱法等方法的基本理论、仪器原理、使用技术。目的是使学生通过该课程的学习，培养根据不同的研究对象和要求选择最合适的分析方法及解决相应问题的能力。
21世纪高新技术迅速发展，知识更新将进一步加快，经济全球化和世界一体化的进程将不断加强。随着时代的进步，传统教学方式已然不能满足当今大学生的学习需要。教师不仅要将知识传授给学生，还要让学生将知识理解、消化，这就需要教师改变传统的教学方式，寻求适应时代趋势的课程教学方法。本文以宁波大学食品专业的《仪器分析》课程为例，通过分析课程教学中存在的问题，结合实际进行实验教学的改革初步探索。
一、传统仪器分析课程教学中存在的问题
（一）课程教材与实验相关操作联系不紧密。
目前常用的仪器分析课本大都存在内容陈旧繁琐、缺乏针对性，知识更新较为缓慢；多数教材内容层次感不强、排序杂乱无章、且课程内容无承上启下作用^[2]。由于实验室购买的仪器型号不同，操作方法也有所不同，不能和课本达成一致，让学生们觉得课程实用性较低，从而降低学习兴趣。其次，《仪器分析》的理论知识是抽象和难以理解，和精密仪器的价值很高，容易损坏，导致学生的距离感，仪器分析的培训和学生操作仪器的欲望不强^[3]。
（二）学校实验室里的大型仪器较为精密，价格昂贵。
《仪器分析》讲解的主要仪器设备有气相色谱仪、高效液相色谱法、原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度计、质谱分析仪等。仪器设备的价格基本上是几十万元，尤其是一些进口的仪器设备，价格甚至可以超过一百万元。高昂的价格使学校无法大量购买仪器和设备，而设备的缺乏反过来又限制了学生的实践能力^[4]。对仪器设备的工作原理和内部结构没有深入了解的学生，操作失误会对设备造成损坏，设备的维修也需要大量资金投入。因此实验室的许多仪器分析培训只能由教师进行，学生无法接触到精密仪器。
（三）教学方式单一、内容复杂，学生难以理解，不能调动学生学习积极性。
《仪器分析》都是讲述操作大型精密仪器，仪器数量少、学生多造成每组学生人数较多，这样导致学生独立操作的机会较少；实验授课形式单一，授课时教师讲授实验目的、实验原理和实验方法等几个方面的内容，然后将实验内容演示一遍，学生依葫芦画瓢，验证实验较多^[5]。与化学分析等基础课程相比，仪器分析课程较为枯燥和抽象、缺乏条理性，而且各种方法原理晦涩难懂、运算过程复杂等，导致学生普遍觉得此门课程的学习难度较大，学习效果不理想。
（四）课时相对较少，无法让学生深入了解各项仪器设备。
近年来，随着高等教育改革的不断推进，许多高校对教学学时或者学分进行了限制，在教学课程没有减少的情况下，只能通过精减各教学课程的学时实现。仪器分析课程的教学内容比较晦涩难懂，但纯理论的教学让学生无法深入了解仪器的操作，如何合理分配理论教学时间和实验操作教学时间，是教师在教学过程中需要解决的一个问题。
二、仪器分析教学改革探索
（一）采取小组合作模式，培养学生学习的主动性
学生与同伴间的学习互助、支持很重要。在学习过程中能体验到来自同伴的帮助，远比教师的帮助效果好。学生应学会自主探索，在自主探索的基础上才能和伙伴开展有效合作。因此，在教学过程中，教师一定要给学生留有自主探索、独立思考的空间和时间，让学生通过自主学习对知识形成自己的见解。同时也要给他们创造小组合作探讨的机会，让他们在与人交流合作的过程中完善自己的想法，使小组合作学习效果得到充分体现^[6]。以小组为单位，课前将学习任务布置给学生，让学生去主动发现问题并尝试解决问题。在课堂上通过讨论、汇报等方式来活跃课堂气氛，为学生答疑解惑、与学生互动交流，以利于培养和提升学生的自学能力和学习主动性，将每次的活动成绩与平时分相挂钩，提高学生对仪器分析课堂学习的重视程度。小组合作学习通过学生之间的互相交流实现优势互补，从而充分唤起学生的主体意识，有利于建立探索性的个性化主体学习方式，培养学生的创新精神和创造能力。合作学习大大提高课堂教学效果，促进了师生间的理解与沟通，培养了学生的合作意识与交往技能。
（二）采用微视频教学，提高学生的学习兴趣
微视频通常是指可以利用ipad、手机等终端录制和播放的相对较短的视频。将微视频作为教学资源，是指依据教学计划，将教学内容分多个片段录制成短小的知识单元，在课前、课堂及课后应用于教学的视频片段。一般来说，微视频具有灵活性、开放性、更加生动形象等特点^[7]。本课程采用微视频教学的方法，将仪器操作使用过程提前录制下来，在课堂上给学生播放观看。通过提前的视频观摩，学生会对仪器的操作有所了解，教师再结合仪器操作视频，更加精准地讲解课程要点，不仅提高了学生的学习兴趣，还减弱了学生对仪器的陌生感，结合教学让学生能更深入地理解掌握相关知识。
（三）结合案例进行教学，加深学生理解能力
案例教学是把已发生或可能会发生的典型个案作为教学对象，在课堂中由教师帮助学生分析、讨论和提出各种解决问题的可能方案的一种教学方法和技巧，是培养和提高学生解决实际问题能力为核心的一种新型教学方法，体现了“以学生为学习主体”的教育理念、建构主义认识论的现代心理学思想，适合学生不断自觉发挥、增强建构、接受知识的内在客观认识规律^[8]。本课程也多采用案例式教学，通过对一些实际案例讲解，强调仪器分析在工业生产、生活等方面发挥的重要作用，从而激发起学生学习兴趣，让学生主动去学习的知识能够灵活运用。
（四）课程与国际化接轨，培养学生双语学习的能力
双语实验教学是人才培养国际化的必经之路，也是积极响应教育部号召，对新的实验教学模式的探索^[9]。因此，我们应该培养一大批熟练运用外语，掌握特定专业知识和技能，能够在更广阔的领域施展才华的高水平仪器分析实验人才是我国高校仪器分析实验专业的培养目标。课程教授讲解的时候，需要教师有较强专业能力且英语口语能力也要很高，不仅能够清晰明了地讲明实验的基本内容，也要能够让学生听懂、理解教师所讲内容的含义，这就存在较大的困难。这也需要教师自己不断的摸索、实践来提高双语教学的效果。教师在上课前不仅要认真的用双语进行备课，还应列出实验时要注意事项、学习难点，学生容易出错的地方，以便教师能够在实验中及时的辅导和纠正。在理论教学的过程中，要着重讲解专业名词，让学生更快的接收重点知识。为了学生更好的理解掌握仪器分析实验的内容，授课老师要根据我校实验内容开展的实际情况选取合适的教材。《仪器分析》(朱明华主编)，这本教材在原子吸收光谱、外可见分光光度法、高效液相色谱法的各种分析方法学习之前设有导论，先让学生熟悉各模块的基础知识，可以有效地降低学生学习的难度。由于没有合适的双语教学教材，这就需要授课老师根据课程讲解的内容，实验操作及注意事项等编写适宜的教案以及适合我院学生的双语教学讲义，提前发给学生。为了以后实验教学的顺利进行及减轻以后实验教学中的负担，应组织教研室老师进行讨论实验教学内容，根据实验教学内容制定双语教学的大纲，根据大纲编写适合我校仪器。
我院的《仪器分析》课程开设在大三的下学期，学生学习了两年的大学英语，有了一定的英语基础。也已经适应了大学的课程学习，有了学习的主动性。双语教学的开展不仅需要学生听懂英语的意思，还要理解这背后的基础知识等内容。同时，由于学生之间存在着个体差异，学习能力和英语水平不同，在学习的过程中就会存在学习进度不同。有些学生英语水平较差或理解能力较弱，不容易理解教学内容。这就要求学生一定要课前认真预习，弄清实验目的、原理等，在条件允许的情况下查阅相关的英文文献进行预习，并用英文写出实验预习报告，以便做实验时心中有数。实验结束后，要求学生用英语写出实验报告，写明详细的操作步骤，数据处理及问题分析。
（五）采用虚拟仿真教学，提升学生实验操作能力
虚拟仿真实验教学是利用计算机创设各种虚拟环境来模拟真实环境，通过逼真、立体的表现形式可以让抽象的实验过程形象逼真演示出来，并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟仿真的环境中进行操作、验证、设计、运行的教学方式^[10]。虚拟仿真技术不仅可以有效地提升教学效果，教师通过实际的教学需求，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，还可以将不可能在现实完成的实验，进行课堂实验演示，如复杂实验、危险性实验、极端破坏性实验、无法控制反应过程以及在传统实验室无法完成的实验等，可以安全、直观的展示出来。虚拟仿真技术增强了课堂上的趣味性，通过借助对多媒体技术、虚拟仿真技术、传感技术、输入输出技术构建了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境，使学习者体验置身其中的感觉，能够实现互动实验教学，能最大限度地激发学生的自主实验兴趣，有助于发展学生的构建思维，具有独特的实验教学的实践作用。
虚拟仿真教学的出现不会再出现实验无法完成和只靠教师一张嘴进行讲解的情况。他突破了实验教学对客观条件的依赖性，满足实际的课堂教学需要，逐步成为老师得力的实验制作工具。方便高效的教学辅助工具：各种大小实验应有尽有，且无器材损耗，不受时间、空间和实验次数的限制，学生可以随时通过网络访问和体验，真正做到和实验室零距离，随时随地都可进行实验。
本课程的多项实验已使用仿真模拟教学，如气相色谱仿真模拟实验。通过使用仿真模拟，让学生能够熟练掌握操作气相色谱仪器的流程。本院正在逐步扩大虚拟仿真实验室的规模，并加强仿真模拟实验室中仪器规格与实际仪器相匹配，做到细节化、真实化、广泛化。
（六）响应时代的号召，结合人工智能教学
近些年来，人工智能和大数据技术已经逐步开始在各行各业落地，并纳入国家发展战略。2018年李克强总理在政府工作报告中明确提出了要“加强新一代人工智能研发应用”，这就要求教育工作者积极了解人工智能和大数据技术及其发展趋势，寻找和自身工作的和技术的结合点，抓住教育行业发展的新机会，包括升级课堂授课和考试方式、实现技能教育和市场需求、快速更新知识结构等。
三、结语
仪器分析实验教学的改革作为学科发展的大势所趋，需要教师在教学的时候做好充分的准备，要在难度和深度探究中，不断地累计经验，通过改变过去的教学方式、优化教学内容，采用虚拟仿真教学手段，深化学生学习能力，实现教学有效性的提升，也能在教学质量的提升中，让教学改革达到预期效果，从而培养出优秀的具有创新精神、动手能力强的应用型人才。
 
参考文献：
[1]范柳萍. 基于创新型人才培养模式的仪器分析实验教学改革与实践 [J] . 经营管理者，2011 （21）：298.
[2]蔡锦源,黄文富,张佳艳.地方院校仪器分析课程教学存在的问题与分析[J].食品工业,2017,38(4):251-253.
[3]崔连义 . 仪器分析实验教学改革之实践［J］. 实验室研究与探索，2011，30( 2) : 189－192
[4]张志强.《仪器分析》教学改革探究[J].现代农村科技,2019(04):71-72.
[5]张东京,张兴桃,徐礼生,等.创新创业背景下食品专业“仪器分析实验”课程的改革探索[J].农产品加工,2019(05):108-110.
[6]涂建勇.浅谈课堂教学中小组合作学习的有效性[J].学周刊,2019(15):99.
[7]曹丽伟,岳攀,孟建新,蔡怀鸿,杨培慧,周艳晖.分析化学实验教学中微视频的应用[J].广州化工,2019,47(07):142-143.
[8]许河峰,吴湛霞,谢建英,李先文.案例教学法在无机及分析化学实验中的应用[J].中国校外教育,2017(22):126-127.
[9]赵秋瑭．大学物理实验双语教学初探［J］.实验科学与技术，2008，6( 2)．
[10]贠冰,孙建林,熊小涛.虚拟仿真实验在大型仪器设备开放共享中的作用[J].北京高教学会实验室工作研究会,2014:424-429。
 
 
Exploration on the Reform of Instrumental Analysis
Dang Yali, Pan Daodong, Sun Yang win, Zeng Xiaoqun
(school of food and pharmacy, ningbo university, ningbo 315211, China)
Abstract: With the progress of The Times, the traditional teaching methods can not meet the needs of today's college students. Teachers should not only impart knowledge to students, but also let students understand and digest the knowledge, which requires teachers to change the traditional teaching method and seek for the course teaching method adapting to the trend of The Times. This paper takes the course "instrument analysis" of food major in ningbo university as an example, through analyzing the problems existing in the course teaching, the reform of experimental teaching is preliminarily explored in combination with the reality. The current problems of instrumental analysis course are as follows: 1. Most commonly used instrumental analysis textbooks are outdated, tedious and lack of pertinence, and knowledge updating is slow; 2. Most of the teaching materials do not have a strong sense of hierarchy, the order is disorderly, and the course content has no link between the preceding and the following. 2. The large instruments in school laboratories are more precise and expensive. Students who do not have a deep understanding of the working principle and internal structure of the instrument and equipment will suffer damage to the equipment due to operational errors, and the maintenance of the equipment will also require a large amount of capital investment. Therefore, many instrument analysis training in the laboratory can only be conducted by teachers, and students cannot have access to precision instruments. 3. The course of instrument analysis is boring, abstract and lack of organization, and various methods and principles are difficult to understand and the operation process is complex. As a result, students generally feel that this course is difficult to learn and the learning effect is not ideal. 4. There are relatively few class hours, so students cannot have a deep understanding of various instruments and equipment. Through the analysis of the curriculum and practice, the following teaching reform is carried out: 1. The group cooperation mode is adopted to cultivate students' learning initiative. 2. Adopt micro-video teaching to improve students' interest in learning. 3. Teaching with cases to deepen students' understanding ability. 4. Courses are geared to international standards to cultivate students' bilingual learning ability. 5. Adopt virtual simulation teaching to improve students' experimental operation ability. 6. Respond to the call of The Times and combine artificial intelligence teaching. Through reform, to realize internationalization of the instrument analysis course and the actual operation of depth fusion, strengthen the student's professional basis, improved its modern instrumental analysis skills, and improve its ability to find and solve problems and innovation practice, also for the further reform of modern instrument analysis experiment teaching and lay the foundation.
Key words: instrumental analysis, the curriculum reform,internationalization