儀器分析實(shí)驗(yàn)課程改革建議
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摘要:儀器分析實(shí)驗(yàn)是醫(yī)藥類專業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重要構(gòu)成部分，從中獲得的操作、分析技能在藥物檢測(cè)工作中的應(yīng)用非常廣泛。該課程在開設(shè)過程中通常面臨教學(xué)模式單一、儀器設(shè)備配置短缺及操作時(shí)間不夠等問題，導(dǎo)致學(xué)生難以熟練掌握相關(guān)操作技能。針對(duì)上述問題，本文從優(yōu)化教學(xué)方法、使用虛擬仿真軟件、構(gòu)建開放平臺(tái)、完善實(shí)驗(yàn)考核體系、加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)方面提出建議，以期可以提高該門實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果及提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。
關(guān)鍵詞:儀器分析實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法;仿真軟件;教學(xué)效果
儀器分析是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支，通常是采用特殊和復(fù)雜的儀器設(shè)備，通過測(cè)量物質(zhì)的某些參數(shù)(物理或物化性質(zhì)的參數(shù))以及根據(jù)參數(shù)的變化來判定物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和含量的一種分析方法［1］。它是由電化學(xué)、光以及自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科彼此交叉、滲透發(fā)展形成的一門綜合學(xué)科［2］。亳州學(xué)院坐落在具有全國(guó)“四大藥都”之首之稱的城市———安徽亳州(首批國(guó)家中醫(yī)藥健康旅游示范區(qū))，其二級(jí)院系中藥學(xué)院在藥學(xué)、中藥學(xué)、制藥工程、和藥物分析等專業(yè)中均已開設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)或藥物檢測(cè)分析實(shí)驗(yàn)課程。以中藥學(xué)專業(yè)為例，人才培養(yǎng)方案中要求學(xué)生能夠利用現(xiàn)代分析儀器及技術(shù)選擇合理試驗(yàn)方法，對(duì)中藥材中有效成分或有害成分進(jìn)行鑒定、檢測(cè)和分析。對(duì)于“地方性、應(yīng)用型、特色化”的地方本科院校亳州學(xué)院來說，儀器分析課程的教學(xué)環(huán)節(jié)重點(diǎn)需要突出原理、技能的領(lǐng)悟。儀器分析理論課程復(fù)雜又抽象，而實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)不僅可以讓學(xué)生更好的理解理論知識(shí)，還可以讓學(xué)生掌握相關(guān)分析儀器的構(gòu)造和操作流程，促使其熟練地將所學(xué)理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)際操作，培養(yǎng)他們從實(shí)踐操作中提高自己分析和解決問題的能力。再者，熟練掌握儀器分析實(shí)驗(yàn)課程將為學(xué)生后期專業(yè)課程如藥物波譜分析，中藥質(zhì)量分析與控制等的學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。本文主要敘述了現(xiàn)階段儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題并針對(duì)這些問題提出了幾點(diǎn)切實(shí)可行的建議，以期提高地方本科教學(xué)水平和促進(jìn)學(xué)科建設(shè)，更好的適應(yīng)地方、服務(wù)地方。
1實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題
1.1教學(xué)模式單一，學(xué)生重視程度不夠
儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)流程化嚴(yán)重，教學(xué)方式過于單一。一般采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式“預(yù)習(xí)報(bào)告———教師講解演示———實(shí)驗(yàn)操作———實(shí)驗(yàn)結(jié)果———結(jié)果討論———完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的方式進(jìn)行教學(xué)，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式很難讓學(xué)生由感性認(rèn)識(shí)上升到理性思考，如此長(zhǎng)期下去不僅難以激發(fā)學(xué)生的興趣，甚至?xí)拗茖W(xué)生的思維方式。實(shí)驗(yàn)前，大部分學(xué)生往往只是照本宣科抄一下預(yù)習(xí)報(bào)告中的內(nèi)容，存在被動(dòng)完成任務(wù)，簡(jiǎn)單做完思考題，缺乏深入思考。教學(xué)時(shí)間有限，教師不能浪費(fèi)寶貴時(shí)間逐一檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，監(jiān)督方法單一。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生也僅僅是按照教師的示范機(jī)械地重復(fù)一遍，沒有獨(dú)立完成，對(duì)于操作中遇到的問題也僅滿足于解決即可，并不去深思問題產(chǎn)生的原因、對(duì)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生的影響及該如何避免此類問題的產(chǎn)生。另外，實(shí)驗(yàn)空間、學(xué)時(shí)數(shù)、儀器數(shù)量、學(xué)生人數(shù)等因素的限制，導(dǎo)致學(xué)生存在著樣品處理不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)操作不遵守儀器操作規(guī)程，不及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、擅自更改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生通常僅僅滿足于實(shí)驗(yàn)報(bào)告中結(jié)果計(jì)算部分的書寫，針對(duì)可疑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或結(jié)果沒有敏銳性，不進(jìn)行認(rèn)真的反思和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫存在抄襲現(xiàn)象，有的時(shí)候整組結(jié)果均犯同樣的錯(cuò)誤。
1.2大型儀器設(shè)備配置短缺，難以人均一套
地方本科院校存在大型分析儀器配置短缺的問題，決定了實(shí)驗(yàn)過程中不可能讓學(xué)生們?nèi)耸忠惶變x器操作，同時(shí)由于上課專業(yè)(班級(jí))多，即使采用大循環(huán)的方式［3－4］，分組(8～10人)教學(xué)，每位學(xué)生系統(tǒng)地操作儀器的時(shí)間依然很少，達(dá)不到熟練掌握的程度，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，難以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作的積極性。例如，我院該門實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)已采用上述分組循環(huán)的方式進(jìn)行，但依然無法避免有些學(xué)生(理解力稍弱)練習(xí)時(shí)間不夠的問題。
1.3儀器封閉，難以看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)
分析儀器購(gòu)買后，一般由工程師安裝調(diào)試完成，針對(duì)核心部位，一般無法拆開再組裝給學(xué)生展示，常言道“百聞不如一見”，從而導(dǎo)致學(xué)生無法真正從實(shí)物的構(gòu)造上理解和掌握儀器的原理及過程，這顯然不利于學(xué)生更好的理解抽象的理論知識(shí)。如:氣相色譜實(shí)驗(yàn)中，樣品的氣化是在氣化室中進(jìn)行的，那么氣化室的構(gòu)造是怎樣的?如何瞬間使樣品氣化?如果把氣化室的構(gòu)造展示給學(xué)生，則會(huì)促使學(xué)生更好的理解樣品氣化的原理。
1.4學(xué)生首次接觸，難以直接上手操作
在上該門課程之前，學(xué)生幾乎未接觸過相關(guān)的儀器設(shè)備，導(dǎo)致他們動(dòng)手操作基礎(chǔ)薄弱。對(duì)于大型分析儀器來說，通常會(huì)配備一套標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格按照規(guī)程操作有利于儀器的維護(hù)保養(yǎng)、延長(zhǎng)使用壽命。由于學(xué)生首次接觸這種大型分析儀器，不了解構(gòu)造、原理和操作流程，難以直接上手操作，需老師現(xiàn)場(chǎng)講解儀器的構(gòu)造，原理和操作流程并示范，無疑縮短了學(xué)生們操作練習(xí)的時(shí)間。另外，由于分析儀器價(jià)格昂貴，學(xué)生也唯恐自己在不熟悉的情況下操作損壞設(shè)備，從而不愿意主動(dòng)操作，降低了學(xué)習(xí)的積極性。
1.5樣品前處理時(shí)間長(zhǎng)，壓縮了練習(xí)時(shí)間
大多數(shù)儀器分析實(shí)驗(yàn)需要對(duì)藥材或藥品進(jìn)行預(yù)處理，比如檢測(cè)金銀花中鉛元素的含量時(shí)，根據(jù)處理方法的不同需要先往樣品中加入硝酸或硝酸－高氯酸，并浸泡過夜;或者對(duì)樣品灰化5～6h再進(jìn)行后續(xù)操作。同時(shí)，需要先配制鉛元素貯備液，然后配制成不同濃度的鉛元素標(biāo)準(zhǔn)溶液供制備標(biāo)準(zhǔn)曲線用。一系列的樣品前處理操作無疑壓縮了練習(xí)時(shí)間。另外，有些儀器本身對(duì)試劑溶液要求高，需要增加操作步驟，比如利用高效液相色譜儀檢測(cè)某一中藥材中有效成分含量時(shí)，會(huì)涉及到流動(dòng)相的配制，如配制1L0.1%的磷酸溶液作為流動(dòng)相使用，其操作步驟為:用1mL的吸量管移取1mL優(yōu)級(jí)純磷酸，置于1L容量瓶中，定容，搖勻。然后選擇水系濾膜進(jìn)行抽濾以除去溶液中存在的顆粒雜質(zhì)，最后超聲處理10～15min，才可以拿至色譜室作為流動(dòng)相使用。這些過程占用了大量的時(shí)間，縮短了學(xué)生們操作儀器的時(shí)間，導(dǎo)致其無法熟悉儀器的原理及操作流程。
2.1優(yōu)化教學(xué)方法與手段
針對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式存在的問題，可以考慮在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和在線教學(xué)平臺(tái)如學(xué)習(xí)通和雨課堂等進(jìn)行優(yōu)化。比如，課前教師先完善ppt，針對(duì)主要知識(shí)點(diǎn)錄制小視頻并上傳至在線教學(xué)平臺(tái)讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)并寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)中，檢查預(yù)習(xí)報(bào)告，就關(guān)鍵問題組織學(xué)生討論，如高效液相色譜儀操作時(shí)，為什么要對(duì)流動(dòng)相排氣泡，促進(jìn)學(xué)生從“怎么做”到“為什么這么做”的提升。另外，在操作時(shí)，小組內(nèi)的學(xué)生可以相互錄制操作視頻，制作微課，以備課后回放學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)后，及時(shí)讓學(xué)生們對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行分析，存在疑惑的地方互相交流學(xué)習(xí)。這樣不僅可以讓學(xué)生自由安排學(xué)習(xí)時(shí)間，有效激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和自主學(xué)習(xí)的積極性，也有利于教師教學(xué)水平和技能的提高。另外，在學(xué)期末實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)周教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)綜合探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生先以小組為單位按照教師的要求選好要檢測(cè)的中藥材及分析測(cè)試方法，在選擇的時(shí)候要求每組選擇的品種各不相同。選定之后，各組員之間分工協(xié)作初步確定實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案待教師審核后，由小組成員依次處理樣品，操作分析儀器，處理數(shù)據(jù)及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，完成相關(guān)的討論等等。在具體的實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生往往會(huì)碰到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中未出現(xiàn)的情況和困難，想解決這些難題，他們就需要咨詢教師結(jié)合查閱文獻(xiàn)、書籍探討實(shí)驗(yàn)條件、完成此次實(shí)驗(yàn)，通過這種訓(xùn)練將有效地鍛煉學(xué)生的能力。這樣的探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋玫呐囵B(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力及主動(dòng)探究的能力，有助于學(xué)生的全面發(fā)展。
2.2加強(qiáng)虛擬仿真軟件的使用
虛擬仿真教學(xué)是通過把信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和仿真技術(shù)等融合，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上建立的一套具有模擬操作性與真實(shí)分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)［5］。在具體實(shí)驗(yàn)課開展中可以這樣實(shí)施:某次課未輪到的小組可以利用虛擬仿真軟件進(jìn)行預(yù)操作，這不僅解決了因分析儀器臺(tái)數(shù)少導(dǎo)致操作時(shí)間短的問題，而且可以讓學(xué)生直觀看到相關(guān)儀器的構(gòu)造，使抽象的理論內(nèi)容具體化。學(xué)生在仿真軟件上可以模擬現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)操作，先模擬再實(shí)踐，可以克服學(xué)生的心理恐懼，放手大膽操作而不用擔(dān)心損壞儀器。另外，通過仿真軟件的操作可以規(guī)范學(xué)生的實(shí)際操作過程，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能，從而掌握不同儀器的使用方法及中藥材分析檢測(cè)過程。虛擬仿真技術(shù)可在一定程度上提高儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果［6］。
2.3構(gòu)建開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
目前，對(duì)于很多地方性高校來說，大型分析儀器的使用率并不高，只有儀器分析實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的學(xué)期使用率才相對(duì)較高，這無疑浪費(fèi)了資源。在儀器分析課程改革中，可以嘗試定期開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，允許學(xué)生利用自己空余時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，并且鼓勵(lì)學(xué)生作為一員參與到教師們的科研項(xiàng)目中，培養(yǎng)學(xué)生科研的興趣。對(duì)學(xué)生來講，可以增加實(shí)踐練習(xí)的機(jī)會(huì);對(duì)學(xué)校來講，可以充分發(fā)揮儀器設(shè)備的價(jià)值，提高儀器設(shè)備的利用率和使用效益，提高學(xué)校人才培養(yǎng)水平，提升學(xué)校的社會(huì)認(rèn)可度。
2.4完善實(shí)驗(yàn)考核體系
儀器分析課程實(shí)踐性較強(qiáng)，常規(guī)筆試考核方式無法全面反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握情況以及教師教學(xué)效果好壞情況。建議在儀器分析實(shí)驗(yàn)課程考核時(shí)加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作部分的評(píng)價(jià)，并增強(qiáng)其所占比例:可以把平時(shí)綜合型的實(shí)驗(yàn)拆分成若干個(gè)小知識(shí)點(diǎn)的項(xiàng)目作為考題，隨機(jī)讓學(xué)生抽選并獨(dú)立自主的進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的操作，包括樣品的前處理，溶液試劑的配制，分析儀器的基本操作，譜圖數(shù)據(jù)處理，有效成分含量的計(jì)算等。建立如上的考核體系既能提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，又能使學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。
2.5加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍建設(shè)
改變教學(xué)模式、方法和獲得優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，都需要教學(xué)團(tuán)隊(duì)當(dāng)中每一位教師付出大量的時(shí)間和精力。教師的業(yè)務(wù)水平對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量起著主導(dǎo)作用，是上好儀器分析實(shí)驗(yàn)課的保障。如何才能建設(shè)一支綜合素質(zhì)高，專業(yè)能力強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍?一方面，建議高校配備具有一定綜合科研能力和專業(yè)背景的儀器分析實(shí)驗(yàn)教師在一線教學(xué)，同時(shí)要求博士、副教授和教授等高學(xué)歷高水平(擁有較強(qiáng)科學(xué)研究能力)的教師也參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)工作，使學(xué)生了解自己所在的科研領(lǐng)域中的學(xué)科前沿知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的濃厚興趣。另外一方面可以利用校企合作的優(yōu)勢(shì)，引入企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的老師進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，做到將理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，提高教師的整體教學(xué)水平。
3結(jié)語(yǔ)
儀器分析實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，采用仿真軟件等線上教學(xué)平臺(tái)技術(shù)手段不僅可使抽象的理論知識(shí)淺顯化，又可解決實(shí)際操作中臺(tái)套數(shù)不足等導(dǎo)致的問題;構(gòu)建開放教學(xué)平臺(tái)可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力并鍛煉他們?cè)O(shè)計(jì)和實(shí)施的能力;完善實(shí)驗(yàn)考核體系可以全面客觀評(píng)價(jià)學(xué)生們的學(xué)習(xí)過程、起到督促的作用;加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)是上好該門課程的保障?？傊诘胤礁咝，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，如何最大程度的讓學(xué)生熟練掌握相關(guān)分析方法的原理、儀器的構(gòu)造、并熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程是需要每一位儀器分析實(shí)驗(yàn)課教師深思的問題。
參考文獻(xiàn)
［1］趙藻藩，周性堯，張悟銘，等.儀器分析［M］．北京:高等教育出版社，1990.
［2］劉昭第，徐華杰，盛良全.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索［J］．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2020，8(5):86－88.
［3］胡萬群，張漢昌.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)踐［J］．大學(xué)化學(xué)，2011，26(5):30－32.
［4］張培敏，陳恒武，郭偉強(qiáng)，等.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探［J］．大學(xué)化學(xué)，2007，22(2):10－12.
［5］李和生.食品分析課程的教學(xué)改革［J］．寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版)，2013，35(5):73－75.
［6］許映杰，胡六江.虛擬實(shí)驗(yàn)在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，24(7):89－91.
作者：張騰騰 顧晶晶 張小倩 馬偉 王孟虎 沈悅 單位：亳州學(xué)院
