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生物科学专业仪器分析实验课程教学初探

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  • 更新时间2022-06-23
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摘    要:仪器分析是一门多领域交叉的综合性学科,也是生物学相关专业开展科学研究的关键技术基石。以往生物科学专业的仪器分析实验教学中呈现出诸多问题:轻实验重理论、实验设置欠合理、教学模式僵化、考核方式不完善。通过精选理论教学内容、调整实验项目设置、完善实验考核机制、引入大型仪器平台资源等方法对仪器分析实验教学进行改革,充分调动学生的实验兴趣、提升实践技能,为其日后胜任专业岗位要求夯实基础。


关键词:仪器分析;实验教学;教学改革;


Primary Exploration on Teaching Reform of Instrument Analysis in Bioscience Specialty

LIU Yu-ting TIAN Yuan CHEN Lin ZH∪ Li-ping HAN Shu-mei

College of Life Science, Guizhou University


Abstract:

As a multidisciplinary and comprehensive subject, Instrumental Analysis plays a significant role in biology research. However, many problems was emerged during experimental course of Instrument Analysis in Bioscience speciality, such as ignoring experiment while valuing theory, inappositing experimental arrangement, rigiding teaching mode, imperfecting appraisal programs. The reform was implemented in order to improve these questions stated above, lots of reform practise were enforced correspondingly, including selecting teaching content elaborately, modifying experiment project, improving the check-up method and importing large-scale equipment into education. The experiment interest and initiative of students were increased and the experiment skill were strengthened also, which could be the fundamental advantage for them to obtain successful employment.


Keyword:

Instrument Analysis; experimental teaching; teaching reform;


仪器分析是基于物质的物化性质,利用各类仪器及设备对物质相关参数进行实验室测定并由此推断其组成和结构的分析科学,现代仪器分析课程更是一门多学科汇集、相互融合渗透的综合性学科[1]。随着分析技术不断发展,现今的仪器分析手段越趋高效、灵敏、智能化,并广泛应用于医药及食品分析、环境监测、生化研究等领域[2,3]。在高校理工科类专业中,尤其是分析化学相关专业,仪器分析往往是作为必修科目,课时数多且实验课比重大。然而对于生物学领域内生物科学专业而言,仪器分析中涉及的部分分析技术仅作为检测手段,并没有受到足够的重视,甚至少数高校没有专门针对生物科学专业开设仪器分析课程。仪器分析尤其是大型精密仪器分析能够为生物学分析提供精准的定性、定量等数据,对生物学领域的科学研究具有关键性作用[4]。


在就业形势日益严峻的今天,熟练掌握仪器分析手段、具备独立操作能力和解决分析问题的能力已经成为了学生实现就业的先决条件[5]。因此,继续深化针对生物类专业仪器分析的实验教学的改革已是大势所趋。现就我院生物科学专业仪器分析课程实验教学过程中存在的问题及教学改革展开讨论,以期寻求更为有效的改善途径,提升学生专业分析技能,培养其在科研中发现问题和解决问题的能力,助力我院专业型、综合型人才的培养。


1 现状和问题

1.1 轻实验重理论

与分析化学类专业不同,我院生物科学专业是在学生三年级时以专业选修的形式开设仪器分析课程,最终考核方式是以理论试卷形式开展考试。因此,长期以来同学们都把重心放在理论应试上,轻实验重理论的现象明显。加之学生前期物化理论知识基础薄弱,且水平不一,对于课程及实验中专业知识接受度较低。同时,学生缺乏实验课前主动预习的认知。仅仅依靠实验课上有限的讲解时间难以做到面面俱到,也不利于学生对实验过程的理解和思考,实验课也就演变成了简单的操作课。


1.2 实验设置及安排欠合理

生物科学专业仪器分析实验课时仅占理论课时的三分之一,学生能够专注于实验的时间并不多。尤其原子吸收光谱法和高效液相色谱色谱法这类需要借助大型仪器开展实验课的项目,学生能够亲自上机操作的时间和机会更是有限,不利于培养其分析实验的动手能力[6]。其次,实验项目中验证性实验居多,与实际生活难以接轨,学生多数只是按部就班完成实验步骤,难以激发其实验的主动性。


1.3 教学模式僵化

以往的实验教学中,多数都是老师针对实验中涉及的原理和操作做统一讲授后,由学生重复实验指导书上的操作内容。指导教学过程中缺乏创新性引导,不利于学生对实验和科研问题的导向性思考和拓展。


1.4 实验考核机制不健全

在实验考核过程中,对预习和总结思考部分的考查力度不够。尤其以小组为单位进行实验后的报告,各部分内容和结论都是模板式的,没有突出学生个人在实验和操作过程中各自承担的任务和解决的问题,以及就实验细节差异展开的讨论。如果继续沿用以往主要就内容完整性和结果准确度进行考核的方式,难以体现学生的个体差异,也有碍于激发学生参与实验、主动科研的潜能及其学术思维的培养。


2 改进措施

2.1 优化理论课程安排

在大部分同学物化知识积累不扎实的背景下,深挖仪器分析中的物化知识细节对于学生对仪器实验方法的实际应用益处不大。生物科学专业学生对大部分仪器分析方法还是以用为主,适当降低理论难度、增加实验和操作的课时占比更有助于培养学生的实操和应用能力。


2.2 调整实验项目的设置

学生自大一进校以来会有一系列实验课程学习,随着培养计划的推进会越来越趋于专业化培养,各门实验课也会越来越集中。在制定实验项目的过程中兼顾学生的培养方案,规避掉重复性实验项目,将实验课时用在“刀刃”上。借助学院大型仪器共享平台集中安排、分段运行开展探索性实验项目,让学生最大程度参与和完成实验。结合学校SRT大创项目、实验室开放项目等手段,共同促进学生独立操作、自主分析和解决科研问题的能力。


2.3 多观点多角度指导学生实验

仪器分析实验教学中基础的验证性实验较为常见,但相较于模式化讲解实验理论部分,更应该找到关键点和拓展点。例如,有别于简单观察实验现象和指标测量,分光光度计实验中应着重启发学生思考和分析在利用不同参比溶液绘制出的样品吸收谱图、以及最终的测量结果出现差异的原因;在原子吸收光谱法测定水样的Cu元素含量实验中,水样直接来源于学生周围的生活环境,将生活实际引入实验教学,引导和建立学生对开展实验和对生态环境安全问题的兴趣[7];同时,原子吸收光谱实验中涉及到气体钢瓶的使用,应该在实验开始前着重介绍其使用过程中的安全隐患和注意事项,提升学生的实验安全意识[8]。


2.4 完善实验考核机制

细化考核方案,分别对实验前的预习、实验中的操作以及实验后的思考和拓展进行分段考核,并强化预习和实验课后思考总结环节的考核。避免以千篇一律的实验结果对每一个独立个体进行综合考查,给予同学们更广阔的拓展空间,并能够加强同学们对实验的重视程度,培养和促进其独立思考和解决实验问题的能力[9]。


3 结 语

通过两年来立足专业、面向行业的仪器分析教学实践和改进,以学生为主体,对生物科学专业学生开展了基于其专业特性的精准教育。在学生掌握实验应用技术的基础上,提升其独立操作能力和探索能力。推进多元化的教学和考核方案,促使老师和学生在该门课程中实现“双赢”,尽力做到学生学有所得,老师教有所长。改善实验教学质量的同时强化学生的实验动手能力,并通过引入学院大型仪器共享平台,在有效促进实验教学开展的同时提高了实验室设备和资源的利用率。


仪器分析实验教学的改革需要投入大量的时间与精力,前路漫漫,还有很多问题有待发现和解决。截至目前,多系统集成的仪器分析网络教学平台的投入使用被证明是改善仪器分析实验教学过程的有力措施[10],但这需要多部门多平台的交互协作,对相应的硬件设施、软件系统以及资金投入都有较高的要求。随着科技的进一步发展和行业领域的纵深变革,教学过程中也还会产生新的问题,这需要仪器分析的教学老师保持与时俱进的态度,持续关注教学过程中学生反馈的信息,在帮助他们解决具体问题的同时助力高校人才的培养。


参考文献

[1] 高向阳.新编仪器分析[M].北京:科学出版社,2013:1-5.

[2] 鲍长利,贾琼,陈博,等.仪器分析实验教学改革的探讨[J].实验室研究与探索,2009,28(10):123-125.

[3] 蔡向忠,王秀红,李银生,等.改革仪器分析实验教学培养学生创新能力[J].实验室研究与探索,2014,33(11):168-171.

[4] 李尊华,袁志辉,刘芳,等.生物工程专业仪器分析及实验课程教学的讨论[J].化工高等教育,2014(2):68-71.

[5] 丛培盛,柴晓兰,朱仲良,等.大型分析仪器实验精准教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索,2017,36(5):268-274.

[6] 李卉卉,张士伟,海锦慧,等.面向应用型人才培养的仪器分析实验教学改革[J].化学教育,2015(16):40-43.

[7] 耿萍,徐志爱.基于“立德树人”的仪器分析化学实验教学改革探索[J].实验室研究与探索,2020,39(11):163-166.

[8] 张正红,林峰.基于安全意识培养的化工原理实验教学研究与探索[J].广州化工,2020,48(22):213-214.

[9] 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.

[10]付颖,张永忠,高爽,等.仪器分析实验教学体系的构建与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(6):190-203.