仪器分析课程中多层次教学方法探索与实践

◎商云帅，张园园，王 东

（1.吉林工商学院 粮食学院，吉林 长春 130507；2.长春职业技术学院，吉林 长春 130033）

仪器分析课程是吉林工商学院粮食学院开设的一门学科基础课，覆盖食品科学与工程、食品质量与安全、食品营养与检验教育、粮食工程、动物科学等多个专业，各专业开课情况详见表1。课程的任务是根据专业培养目标的要求，使学生掌握仪器分析的基本理论、基础知识和分析方法；训练学生掌握仪器分析操作技术、强化基本技能、提高动手能力，为其他专业课的学习奠定基础。仪器分析是以测量物质的物理化学性质为基础的分析方法，这类方法需要使用复杂特殊的仪器设备，可提供物质的结构、化学组成和含量等信息，应用越来越广泛，是从事食品、化学、化工、生物、医药、环境等领域工作者所必须掌握的基本技能。

表1 《仪器分析》课程开课情况表

1 课程培养目标

仪器分析课程以提高人才培养质量为目的，在教学内容上更加符合人才培养目标和基本要求，让学生掌握本课程的基本学习与研究方法；掌握本课程的基本概念、基本原理，掌握每种分析方法的定量计算方法；掌握常用分析仪器的基本操作技能；了解仪器分析学科的最新发展；强化大型仪器操作技能，学会根据实际问题选择合适的仪器分析方法，能运用所学知识解决实际问题；培养学生动手能力，训练基本实验能力，强化技能训练，达到全面提高实验动手能力的目的，培养实用型人才，为提高学生就业的岗位竞争力及实际工作的适应能力奠定坚实基础[1]。

2 课程改革举措

仪器分析课程涉及化学、物理学、计算机、数学等多学科的内容，需要良好的学科知识作支撑，而大多数食品专业的学生基础薄弱，在知识理解上存在一定困难，课程负担繁重。对食品相关专业的学生而言，具备熟练应用各种现代分析仪器快速准确检测食品的各项理化指标的能力，是步入社会的基础和起点。分析仪器分析课程近几年授课过程中存在的问题，依据学生认知规律，对仪器分析课程进行教学改革，构建新的课程内容体系，探索教学新模式，改变课程评价体系，实现理论和实践的充分融合，开展多层次教学方法的探索与实践[2-3]。

2.1 课程内容体系构建

根据学生喜欢动手，感性认识强于理性认识的认知规律，建立理实循环的课程体系，打破理论与实验课程的界限，促进理论实践的双赢。具体实践过程为：理论知识讲授前，开展初次的感性实验；理论学习后，再次进行理论巩固及拓展加深的实验。通过“实践—理论—再实践—再理论”的模式，由易到难，层层递进，使理论和实践有机结合。

例如，仪器分析理论课中紫外可见吸收光谱法是重要的章节，紫外可见分光光度计是学生必须掌握的分析手段，在此章节理论内容讲授前，开展“邻二氮菲分光光度法测定铁的条件选择”实验。本次实验的目的是让学生初步了解显色反应发生的条件，不同的显色剂用量、反应体系的酸度、反应温度、反应时间等因素对吸光度值的影响，通过观察现象，了解吸光能力和哪些因素相关。首先，在此基础上开展理论知识的讲授，讲解紫外可见吸收光谱法的基本原理、仪器的硬件构成及各部分的作用等，学生理解更加容易，理论讲解也变得轻松自如。然后，开展一次综合性的实验，如“分光光度法测定食品中亚硝酸盐含量”，此实验引导学生自主查阅国家标准、准备试剂耗材和器皿，强化紫外可见分光光度计的使用，尽量做到1人1机独立完成操作。最后，老师对本章节的内容进行总结概括，提炼关键知识点和操作要点，加深学生对理论知识的理解。经过教学实践研究发现，课程体系结构的改变，不仅使学生理解理论，而且能用理论去指导实践，在实验中提升了操作能力、数据处理能力和团结协作能力，取得了较好的教学效果。

2.2 混合式教学模式实施

为实现最优的教学效果，提升技能人才培养质量，仪器分析课程教学采取线上+线下、课前→课中→课后的空间与时间维度进行信息化环境下的混合教学模式研究与实践。仪器分析课程利用超星学习通App，实现考勤签到、在线布置任务、投屏分享讨论、教学资源上传下载及在线考试等，具体实施包括以下几个步骤[4-6]。首先，课前预学。将相关知识点的章节课件、视频资源上传至超星学习通平台，并设置难度系数不高的习题，初步检查学习效果。其次，课中导学。分析学生预学中存在的问题，将共性问题集中讲解，在此基础上增加训练题目难度，再考察此知识点的掌握情况。最后，课后总结。学生在超星学习通平台上传实验数据、实操视频或照片、实验报告等过程性资料，有效确保学生亲自实操、避免浑水摸鱼及数据造假等现象，培养学生科学严谨的工作态度。教师在超星学习通平台上一一对应批阅，确定成绩等级，并对学生存在的共性问题及时总结，发出提示，便于学生及时查看及更正。

例如，仪器分析课程中，使用光学类仪器、色谱类仪器使用时常常需要制作标准曲线进行定量分析，标准曲线是定量分析的关键，标准曲线的线性相关性直接决定了分析结果的准确程度。实操过程中，往往标准曲线不达标，导致后期的定量实验无法开展。针对这一共性问题，教师要引导学生从标准溶液配置过程的关键环节出发，寻找影响实验结果的可能因素，及时纠正，重新实验，对比观察结果是否改善。配置溶液时用水级别不对、容量瓶及移液管等玻璃器皿清洗不彻底、移液管操作不规范等是学生存在的共性问题。针对移液管操作不规范问题，可开展专项训练，逐渐加大取液难度，如小体积液体的熟练准确快速移取。在大型仪器设备操作环节，学生课前通过查看超星学习通平台上的资源，对大型仪器设备的使用有了宏观的认识。课上学生操作可以参考视频资源，避免学生观看教师演示操作时的注意力不集中而漏掉关键操作步骤。混合教学模式的实施可以提高学生自主学习能力，网络平台管理教学能直观跟进学生学习情况，对学生进行预警提示。

2.3 技能竞赛融入教学实践

探索研究型教学模式，鼓励善于思考和动手能力强的学生组建成研发团队，推荐参加院级或省级的大学生技能竞赛、创新实验竞赛[7]。以“吉林省职业院校技能大赛农产品质量安全检测赛项”为例，大赛由吉林省教育厅主办，每年1次，包含多个赛项。其中，农产品质量安全检测赛项设有重金属污染检测、农药残留检测、兽药残留检测，3个赛项，这些竞赛项目与仪器分析课程内容紧密相关，分别对应课程中的气相色谱法、液相色谱法、原子吸收光谱法3个重要章节。

以重金属污染检测赛项中的“茶叶中重金属含量的检测项目”为例，此项目主要考察学生对原子吸收光谱仪的使用，项目涉及样品预处理、上机测量、结果数据处理、文明操作和操作安全意识等环节。如样品前处理环节主要考察学生分析天平、移液管、容量瓶、分液漏斗的使用，通过赛前集训一对一辅导的方式，纠正学生平时操作中的错误。如移液管的使用环节，左右手的握法、刻线数值的正确读法；容量瓶的定容方式；分液漏斗密闭性的检查、摇匀方式、加液先后顺序等。上机测量环节重点考察火焰原子吸收光谱仪的操作，练习时强化气体的开关顺序与点火操作；软件操作和参数设置；标准样品、待测样品和空白样品的进样；测量数据的正确读取等环节。数据处理环节重点考察原始数据记录的规范性；测量主要条件填写是否完全；标准曲线的识读是否正确；数据计算方法是否正确；数据修约规则的掌握；精密度、准确度的计算。其他操作环节主要考察学生着装、安全操作和文明操作是否规范等。通常，在赛前采取封闭式训练模式，模拟大赛场景连续操作考核，要求学生前处理环节在2 h内完成，上机检测要求在30 min内完成，数据处理要求在45 min内完成。这种训练模式要求学生操作既正确又迅速，大大提升了学生的实践能力，强化了操作基本功，训练了心理素质和综合素质，实践效果显著。

近年来，作者指导学生参加农产品质量安全检测赛项，在“茶叶中重金属含量检测”和“蔬菜中有机磷类农药残留检测”赛项中获二等奖2项、三等奖2项。大赛的锻炼可以使学生快速成长，提升了学生发现问题、解决问题的能力以及综合实践能力。大赛成绩是实践教学过程中学生扎实基本功的彰显，也是学生平时发现问题、解决问题和综合运用知识能力的具体体现，也肯定了仪器分析课程改革的成效。

2.4 课程评价体系改变

基于应用型人才培养目标，尝试改变仪器分析课程的考核评价方式，加大实践环节成绩比例，弱化理论笔试的成绩比例。理论知识的考核采取让学生根据课程章节内容，查阅最新文献，拓展教科书以外的知识，通过撰写综述的方式，可以呈现对章节和课程的认知。学生上讲台汇报自己的调研结果，师生共同讨论、点评，提出建议和意见，能够拓展其他同学的知识范围。

3 结语

本文针对近年我校食品专业仪器分析课程授课过程中学生普遍反馈的课程内容抽象、难于理解、负担较重等问题，实施课程教学改革，主要构建了新的课程内容体系，实施了混合式教学模式，将技能竞赛融入教学实践中，并调整改变课程评价体系，通过多层次教学方法的实施和改变，取得了较好的教学效果。改革仪器分析课程，为应用型人才培养提供了基础和保障，一定程度上加速了我校应用型本科教育教学改革目标的实现。