應用導向型生物技術專業儀器分析教學改革探索

張杰良，王 敏

(1.汕頭大學 理學院生物系，廣東 汕頭 515063 ；2.汕頭大學附屬中學，廣東 汕頭 515063)

隨著科技的發展和時代的進步，我國經濟迅速發展。科教興國，而高等教育則象征著一個國家的發展水平和發展潛力。高等院校作為培養科技創新性人才的主要基地，理論與實踐相結合、倡導科研創新和獨立探索成為課程教學的主要目標。

儀器分析是生物技術等多個學科領域開展工作不可或缺的工具。理論與實踐緊密結合是該課程最大的特色，應用導向教學能夠培養學生運用儀器分析所具備的基本素質和技能，同時也鍛煉了學生的科研思維和獨立思考能力[1]。從本課程中，學生能夠掌握分析儀器的檢測原理、生物活性物質的結構鑒定及其理化性質分析等基礎知識，以提高學生的分析和解決問題的能力，為今后展開科研工作或到相關崗位任職奠定良好的基礎[2]。新的儀器設備、儀器分析方法和技術隨著科學技術的發展和社會的進步不斷更新迭代，采用有效、化被動為主動的以應用為導向的教學方式培養學生對先進儀器設備知識的掌握并進行科學研究，對于培養適應社會的創新型科技人才，提高生物技術學科的研究水平極為重要。

1 儀器分析教學中存在的問題

1.1 理論課教學形式呆板，內容枯燥

儀器分析這門課綜合性強，涉獵面廣，涵蓋光譜分析、色譜分析、電化學分析、質譜分析等方面的內容。學生在實踐操作前需要了解儀器的組成結構、工作原理、分析檢測手段等基本知識點[3]。但這些基礎理論的知識點分散、雜亂，難度大、不系統。教學方法通常采用傳統的“教師-學生”灌輸式教育，通過教師講解原理，學生聽課做筆記的方式進行學習，效率低不高且難以真正吸收。容易造成課堂積極性差，師生互動性少，學生喪失學習熱情等問題。筆者也發現在教學過程中單純的理論灌輸，內容容易脫離實際，加之期末考試內容通常以筆試做題為主，學生容易進行機械式記憶，對儀器的基礎理論知識點理解不到位且不會真正操作。

1.2 實際操作和理論教學難以結合

近年來，各個高校招生規模不斷擴大，大班授課的形式使得教師無法對學生進行一對一輔導，個性化教育還有待完善。因此，積極性不強的學生很難培養出獨立思考、科研創新的能力。例如，學生缺乏文獻閱讀積累，學科前言知識與動態更新獲取不足，僅憑書本上的理論獲取陳舊的信息，不利于提起他們對儀器設備和新型分析方法的興趣；學生探索精神不足，論文撰寫功底薄弱，實驗課只是根據書本步驟進行的驗證性操作，按部就班，缺乏獨立設計實驗、分析結果的科研能力，且實驗報告的格式固定、語言單一，對科技論文寫作技能的提升幫助不大；學生動手實踐能力弱，因為分析儀器(如高效液相色譜、原子吸收光譜儀、掃描電鏡等)價格昂貴，維修成本高，實驗室配備的基本滿足實驗課教學要求但所配備臺數不多，不可能經常更新換代。通常由經過培訓的專業人員操作，這就導致很多學生沒有實際動手操作的機會，學生們更多是站在旁觀者的角度，很難對儀器進行系統的認識[4,5]，更不用談獨立完成操作的能力。

2 教學方法改革

2.1 理論課從“教師-學生”被動式教學轉變為“學生-學生”互動式教學

傳統的教師為主導，學生被動式聽課的教學方式不利于學生培養獨立思考的能力，知識接受度低[6]。為迎合當代00后年輕人的喜好，將授課變為他們更易于接受的方式，筆者旨在提出“學生-學生”的互動式教學，即將班級成員分為小組，就儀器分析課程不同章節的講解任務分配給各個小組，由學生自行展開課前調研、難點梳理、歸納總結，教師加以引導，然后向其他組的同學進行課程講解展示，教師最后進行知識點補充和總結點評。展示形式呈現多樣化，可以開展以近期食品與藥品質量安全問題為主題的圓桌會議(如近期所發生的食品藥品安全質量問題，或化妝品店出售不合規的藥妝產品等事件)，緊跟時事熱點探究最適合解決該問題的分析儀器和分析檢測方法。也可以借助各大互聯網平臺進行知識分享，比如拍攝抖音短視頻、Vlog、網絡直播、B站等。一方面，這種新興的授課形式更容易被“互聯網的一代00后”所接受，讓他們體驗從學生到教學主播的身份轉變，激發熱情，調動課堂參與積極性；另一方面，他們在準備授課內容時會進行任務分配，追蹤最新學科前言信息，從而提高學生的自主探索能力和團隊協作精神。

2.2 短視頻助推學生學習興趣

短視頻平臺從2016年開始熱度驟增，至2020年規模有望突破500億[6]。科普視頻借助這一火爆趨勢，以寓教于樂的方式進入百姓生活，深受公眾喜愛。但其中不乏為了博取流量關注度而出現的“假科普”現象。作為生命技術專業人員，我們有必要對這些不科學的虛假科普信息進行辟謠，開拓新的平臺，將科學合理的信息傳播給大眾。此時，基于科普短視頻辟謠形式的教學方法順勢而生。譬如針對各大網紅、民間科學家所拍攝的居家鑒定地溝油的土方法(蒜頭法、冷凍法等)，暨南大學拍攝了“美好生活，油此而來”MOOC視頻進行指導糾正，向觀眾闡明了地溝油的鑒定需要科學的分析手段，即通過色譜技術判別植物油中是否含有甾醇物質、苯并芘；通過電導率的變化測定油中的重金屬等物質來判別地溝油[7]。這種拍攝科普短視頻式的教學方法即能激起學生興趣，使其身臨其境去探索問題解決方案，又可以創造出對社會有價值的視頻，帶領普通觀眾走出假科普的誤區，在玩中受益。教師作為視頻的“總導演”應給予正確引導，教師可創建賬號提供優質的科普內容，通過學生所拍攝的短視頻進行內容運營，打造眾創平臺。賬號可以周期性的更新，即每學年儀器分析課程開展時間段，每屆學生都提供新的劇本以確保平臺高質量化。

這種學生之間互動式教學的方式打破了傳統教育的壁壘，新興的授課方式更容易激發學生自主學習動力，教師作為催化劑參與到同學們的相互反應中，推動課程進展。小組展示效果和同學反饋作為期末考核分數的一部分。同齡人之間的交流更為高效，有利于激發同學們的創造力和信息檢索、收集能力。

2.3 校企聯合帶動教學

高校可以通過加強與企業的合作進行學科交流，為學生提供實踐平臺[8]。通常來說，企業的分析儀器主要為了提高工作效率和準確度，設備先進，數量多且能接觸到成熟的分析方法。學校和企業之間可以聯合舉辦“創新性儀器分析技能大賽”等競賽，借助企業提供的實驗室平臺使學生們得到動手實踐的機會，即鍛煉了動手能力，培養了科研思維，也能接觸到新型分析儀器，開拓了眼界。此外，企業可以提供實習機會，讓學有余力的學生深入企業，在工程師的指導下學習儀器構造知識、檢測原理和分析方法，學生在得到一對一專業培訓的同時也塑造了就業觀。還可以邀請公司的儀器分析工程師來校開展講座，分享最新的分析儀器前沿動態和分析方法，開闊學生眼界，了解學術動態[1]。

2.4 根據教師研究課題開展實踐平臺

承擔科研任務的教師通常都緊跟學科前沿信息，本科生進入相應的平臺后能夠與最新科研動態接軌，全身心投入到科研情境中，并且能夠在研究生的指導下學習和掌握分析儀器操作技術要領。本科生可組成科研小組或“大創團隊”承擔教師的部分課題，獨立完成實驗并發表科技論文。在此過程中，學生開始由驗證性實驗轉向探索性實驗，發揮創造性思維進行文獻調研和實驗設計，期間可以向研究生請教技術經驗，和老師探討科研問題和論文寫作。筆者發現，學生在文獻查閱能力、動手能力和論文寫作能力都得到大幅度提升，對培養應用型科研人才大有裨益。比如，筆者的課題組著重于海藻多糖的研究，本科生組成的研究團隊為探究多糖的構效關系，即多糖單糖組成和結構成分，讓學生掌握了紫外可見吸收光譜儀對總糖含量進行定量，采用PMP柱前衍生后以高效液相色譜儀對多糖的單糖組成進行定性與定量分析的方法，采用紅外分析光譜儀對多糖官能團的分析檢測技術。這無疑為他們后續的科研工作奠定了堅實的基礎，實現教學與研究有機結合[9]。

2.5 高校的中心實驗室定期開放共享平臺

考慮到高校大型分析儀器數量不足的問題，為保證每位學生都能親自實踐，構建中心試驗室定期開放共享平臺是個不錯的方式。學生可2～4人一組分批預約進入實驗室操作，由專業的實驗老師進行技術指導，實現一對一個性化教學。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，每一位學生經過實踐后，對分析儀器的工作原理和操作技術會了解得更加透徹。

3 結語

高等儀器分析教學改革目的在于培養應用導向型人才，與傳統的教學方式相比，多渠道、開放性、重實踐的教學風格更能激發學生的學習熱情和創造性。因此，著重教學形式的變革，擴展實驗課開展平臺和豐富教學方式是全面提高學生綜合素質、實現教學效果最優化必不可少的一步。