應用型高校食品專業儀器分析教學改革研究與探索

李世哲，王 蕾，劉 剛，王也銘，張朝群

(吉林工程技術師范學院，吉林 長春 130052)

應用型高校是為地區經濟發展培養應用型人才的地方高校，自2013年起我國部分地方本科院校開啟了面向應用型高校的轉型工作[1]。隨著我國經濟發展進入新階段，技術產業的發展不僅需要創新型人才，也需要應用型人才，但目前我國應用型人才培養尚不能滿足經濟發展的需要[2]。作為為地方培養應用型人才的應用型高校，如何把握社會需求導向并培養能夠支持地方經濟發展的高素質應用型人才是其首要任務[3]。儀器分析是借助各種現代化儀器技術來對物質進行表征的一門新技術，在食品、化工及醫療領域有著廣泛的應用。相比于傳統化學分析方法，儀器分析不再局限于簡單的定性定量分析，而是通過物質對光、電、磁和熱的響應來進行更為深入的分析，其分析層次也實現了從宏觀到微觀，從常量到微量的跨越，是解決各領域研究問題的一種強有力的科學手段[4]。儀器分析也是各高校食品專業的一門專業基礎課，其課程內容與實際聯系緊密，因此在應用型人才培養之中有著重要作用。儀器分析課程由理論教學及實踐教學兩部分組成，但多以教師講授和演練操作為主，學生參與度較低、教學效果不佳。同時傳統實驗教學模式多以規定的方法步驟為準，只注重操作，忽視了對學生在實際工作中獨立分析解決問題能力的培養，無法達到培養合格應用型人才的目的[5]。

目前，眾多高校對儀器分析課程教學方法進行了研究，但以應用型人才培養為目的，對儀器分析教學模式的改革探索仍然不足[6]。如何提高學生課堂參與度，培養學生獨立解決問題的能力，仍是食品專業儀器分析課程教學面臨的難題。本文以高效液相色譜的操作與應用為例，從教學目標、教學方法和考核模式等角度進行探討，為應用型高校食品專業儀器分析教學改革提供參考。

一、教學目標

儀器分析是講授如何借助現代化分析儀器對物質的組成及含量進行考察的課程，通過本課程的學習，學生要掌握儀器的結構、原理及具體操作過程。但除此之外學生還應掌握儀器所適用的檢測項目及具體檢測流程，即儀器能夠分析什么和如何進行分析，在明確分析目的情況下能夠自主選擇合適的儀器及分析方法[5]。以高效液相色譜的操作與應用為例，可以設置以下教學目標：一是掌握高效液相色譜儀的結構，參數的設置及操作方法；二是理解高效液相色譜儀的原理及定性、定量分析依據；三是了解高效液相色譜儀的應用范圍、樣品要求以及檢測方法的選擇依據；四是掌握高效液相色譜儀的定性、定量分析數據處理方法，并能夠應用于實際樣品分析中。通過教學目標的設置明確學生應掌握的重點內容，在教師引導下能夠自主開展相關資料的搜集并設計實施實驗方案。

二、教學方法

為提升學生綜合素質，整個教學過程應以培養學生自主解決問題的能力為主。但由于學生知識水平及實驗技能限制，教學過程的實施應先以相關理論講授開始，在教師的引導下逐步進行實驗的設計和實施。教學過程實施流程為：教師進行理論講授—教師進行實驗項目布置并與學生共同討論選擇項目 — 學生自主設計實驗方案并與教師進行討論修訂 — 學生自主進行具體方案實施(教師從旁監督輔助) — 學生進行數據分析與實驗報告撰寫 — 教師評閱報告并對結果進行點評。

(一)理論講授及實驗項目確定階段

學生是在基礎理論知識的理解和掌握之上來自主進行實驗方案設計，因此前期的課堂理論講授效果對學生實驗方案設計起著至關重要的作用。在理論講授階段，教師應圍繞著教學目標詳細向學生講授知識要點，并講明各知識點在實際當中如何進行運用。以高效液相色譜法為例，講授內容應包括液相色譜分析法的基本原理、定性和定量分析的依據、分析應用范圍、液相色譜儀的結構和工作原理、檢測器及色譜柱的選擇依據、常見流動相的配置、試樣前處理和定性定量分析方法、數據處理以及影響檢測的主要因素等。為使學生能更好地理解運用所學理論基礎，教師應提供部分實驗題目作為備選，同時可以鼓勵學生通過對社會民生的了解主動提出相實驗項目。備選題目應緊扣教學目標并且盡可能貼近社會實際需求，通過備選題目讓學生初步了解液相色譜在食品領域中的應用范圍主要為食品中添加劑含量的測定(備選題目見表1)，幫助學生了解液相色譜技術在食品領域的應用優勢。通過師生討論并結合教學資源情況，最終確定實驗項目。

表1 備選參考題目

(二)實驗方案設計階段

實驗項目確定后，學生分組進行資料搜集并設計實驗方案，這能夠進一步加深學生對理論知識的掌握程度，調動學生的學習積極性。為使學生能更好的完成方案設計，教師應引導學生使用數據庫進行文獻檢索(如食品伙伴網、中國知網、維普數據檢索和Web of Science等)。同時，讓學生于實驗課前進入實驗室了解現有儀器及試劑情況，便于學生能夠因地制宜地合理設計方案。學生設計完畢后，教師應與學生就方案進行討論修訂。學生設計方案應是學生圍繞教學目標自主收集資料制定的，但由于學生知識水平有限，教師從實驗目的、實驗方法及操作步驟等方面對方案進行把控，使方案貼近實際以更好的完成教學目標。以乳制品中三聚氰胺含量測定為例，乳制品種類繁多包括液態奶、奶粉、冰淇淋、奶酪和奶油等。根據樣品的物理狀態選擇不同的前處理工藝，如液態奶制品可直接用三氯乙酸和乙腈溶液進行提取，而奶酪、奶油等應先加入海砂研磨成干粉再進行萃取。此外，由于樣品中三聚氰胺含量未知，應當先以單點對照法初步測算含量再配制標準溶液進行定量分析。相對于學生而言，教師實驗經驗較豐富，對樣品性質及檢測方法的選擇依據更為了解，經過與學生討論能夠最終形成合理可行的實驗方案。

(三)實驗方案實施階段

實驗方案的實施是由學生分組進行操作，在這一環節學生除了進行溶液配置和樣品前處理之外，學生還需獨立自主進行儀器操作完成分析方法的編輯和樣品測試等。由于各組學生選擇題目未必一致，教師應鼓勵學生利用課余時間分組完成樣品的前期處理工作，以便在有限的課堂時間內能夠順利完成樣品的分析測試工作。此外，學生雖然是方案實施的主體，但是教師仍應就一些操作細節對學生進行指導：一是向學生介紹流動相配制時超聲脫氣及過濾等細節；二是打開液相色譜儀器艙門，讓學生觀察了解進樣器、六通閥、柱溫箱和檢測器等各模塊結構及功能，了解樣品在色譜儀中進行分離檢測的過程；三是闡述樣品在色譜柱內的分離原理及色譜柱流動方向，叮囑學生勿將色譜柱接反；四是講述漏液及堵塞等常見故障的產生原因、故障定位及處理方法；五是展示樣品色譜圖，讓學生了解對色譜峰峰型產生影響的各個因素；六是介紹液相色譜儀的種類、品牌及其特點。本次實驗在教師引導下通過自主設計方案和進行操作不僅能夠鍛煉學生實踐能力，加深對儀器結構的理解，同時培養學生實驗技能遷移能力，為今后獨立開展工作打下堅實基礎。

(四)數據處理及實驗報告撰寫階段

在掌握實驗技能的同時，培養學生規范的實驗記錄及數據處理習慣也是至關重要的。雖然現代化儀器分析中測試數據一般是直接由分析儀器給出，但規范的數據記錄能夠更好幫助學生進行數據整理計算，也有助于學生在今后工作中養成良好的職業素養。例如，在采用液相色譜法進行定量分析時，分析方法的建立需考察方法精密度、準確度、回收率及穩定性等諸多因素，數據量較多并容易出現計算錯誤，規范數據記錄可以幫助學生更好的進行數據處理并避免出現計算錯誤。因此，教師在進行方案討論修訂時應強調數據記錄的規范性，嚴格要求學生根據真實的原始數據進行計算分析。數據處理完畢后，學生需自主進行實驗報告的撰寫，撰寫實驗報告不是簡單的對實驗步驟及數據結果進行記錄，而是從實驗目的、實驗步驟及實驗結果等方面對整個實驗過程進行系統的歸納總結，反省其間出現問題的原因及解決方法。通過實驗報告的撰寫，能使學生進一步加深基礎知識的理解并提升學生綜合素質，有助于應用型人才培養目標的實現。

(五)考核階段

整個教學過程是以學生為主體，在理論教學結束后學生分組自主進行資料搜集、方案的設計實施、數據處理和報告的撰寫。傳統考核方式僅是通過實驗報告作為打分依據，無法完整的評價學生對基礎知識和實驗技能的掌握；此外由于整個過程是學生分組完成，僅靠實驗報告無法了解學生是否積極認真的參與到了各個環節中，不利于應用型人才的培養。因此，為了培養高素質應用型人才，調動學生的積極性、增強學生獨立自主解決問題的能力，應實行全面的過程化考核，即關注學生整個學習過程，考評學生對知識的理解程度及方案參與度[7]。因此，教師應對學生自主進行的環節加以監督并了解每位學生的參與情況。如在方案商討修訂時應增設提問環節，即教師對每位學生就題目選定原因、參考文獻來源、方案制定依據等內容進行提問，根據回答情況了解學生對基礎知識的掌握情況及在方案制定中的參與度。此外，在方案實施階段教師應游走在各組之間觀察并記錄每位學生的參與情況。在報告評閱時，應就實驗原理、操作細節及數據處理方法等向學生當面提問，了解學生是否真正地參與到實驗中，綜合學生實驗數據結果以及在各環節中表現給出最終成績。

三、結論

應用型人才應具備獨立自主解決問題的能力，能滿足地方企事業單位的需求并為地方經濟社會的發展提供支持。為能夠培養出合格的應用型人才，各應用型高校更應重視培養學生獨立自主解決問題的能力。在應用型高校食品專業的儀器分析教學中，培養學生自主進行資料搜集、設計實驗方案并實施、處理數據并得出科學結論的能力應是今后儀器分析課程改革的方向。在未來的教學研究中，應本著培養高素質應用型人才的目的不斷改革創新，形成更加科學合理的儀器分析教學體系。