研究生分析仪器课程教学改革与实践*

梁建功 刘玲芝 王运 范莉

(华中农业大学理学院 湖北武汉430070)

促进学生个性发展，提高学生创新能力，是当前我国研究生教育的一个重要目标。与国外研究生教学相比，国内很多课程在教学理念、教学内容、课程设置及考核方式等方面都需要进行改革和创新［1］。近年来，一些大学对研究生仪器分析课程进行了改革，并取得了一定的效果。如白雁等人发挥高校导师团队在合理制定研究生培养目标、教学计划和教学内容过程中的优势，充分利用信息和社会资源作为仪器分析教学的辅助手段，探索并灵活运用丰富多样的教学方法，取得了显著的效果，充分体现了研究生的主体地位［2］。周金池等人通过增加设计型实验教学课程、改善仪器分析实验条件和增强课程效果监控等改革措施，提高了研究生实验操作能力和掌握现代分析仪器的能力［3］。

分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质信息的一门科学，是化学学科的重要分支，包括化学分析和仪器分析两大部分。仪器分析是分析化学的重要组成部分;仪器分析课程是化学和相关专业的主干课程，课程中涉及的各种分析仪器可根据物质的光、电、声、磁、热等物理和化学特性对物质的组成、结构、信息进行表征和测量，是学生必须掌握的。随着仪器分析的快速发展，越来越多的仪器不断涌现，传统的仪器分析课程已经不能满足学科发展的需求。因此，很多高校增设了一些与仪器分析相关的课程。如美国康奈尔大学农业与生命科学学院开设了生物传感与生物分析技术课程;清华大学除开设现代仪器分析方法与实验课程以外，还针对不同学科、不同专业学生的需求，开设了分析化学前沿导论、材料分析化学、X射线晶体结构分析等分析化学相关课程;北京大学除开设现代分析化学课程外，还另外开设了共60学时的表征技术(Ⅰ)及表征技术(Ⅱ)课程;中国农业大学开设了现代分析化学选修课程;我校则设立了分析仪器选修课程。这些都说明各高校对分析化学这一学科是高度重视的。

1 我校研究生分析仪器课程教学中存在的问题

1.1 分析仪器与仪器分析课程存在内容重复和脱节

华中农业大学理学院现有农药学和应用化学两个专业，研究生的仪器分析课程由食品科技学院承担，主要介绍光谱分析、电化学分析、色谱分析及质谱分析等基础性内容。与仪器分析课程相比，理学院所开设的分析仪器课程则侧重于对前沿技术及大型仪器的介绍，重点放在对学生动手能力和创新能力的培养。分析仪器作为一门分析化学选修课，是对仪器分析课程的重要补充。但原有大纲中的很多内容如红外光谱分析、电化学分析、气相色谱分析、高效液相色谱分析等与本科生及研究生的仪器分析课程重复，而目前很多前沿的分析化学新技术如X射线衍射分析、荧光探针技术、双光子成像技术、电子显微分析技术等，则在两门课程中均未涉及。

1.2 对不同专业学生的教学中存在一刀切现象

选修分析仪器课程的学生既包括应用化学专业的研究生，也包括农药学、食品科学、生命科学、农学等非化学专业的研究生。不同专业研究生的基础差异很大，很多非化学专业的学生虽然具备一定的化学知识，但掌握程度往往不如化学专业的学生，而且不同专业的学生在研究生阶段对化学知识的需求差别很大［4］。如生命科学专业的学生侧重于对成像技术的掌握;环境科学专业的学生侧重于对材料表征方法的学习;而农药学专业的学生则侧重于对谱学知识的研究。这就造成在学习过程中，部分学生感觉教学内容过于简单，而部分学生却感觉难于理解。

1.3 教学及考核方式单一

传统讲授法教学课堂容量大，学生获取的知识较多，研究生教学亦多以讲授法为主，这种传统的教学方式是否有利于培养和提高学生的创新能力及实践能力，是值得商榷的。

考核是评价教学效果的重要手段，不仅能反映学生的学习状况，也可使教师对教学情况有深入的了解。传统的闭卷考试不仅会加重学生的学习负担，造成学生花大量的时间死记硬背，而且不利于全面提高学生的综合素质。

2 研究生分析仪器课程的教学改革

在研究生的分析仪器课程教学中，针对不同课程内容重复、脱节，不同专业学生教学一刀切及教学、考核方式单一等问题，在对国内外研究生分析化学课程充分调研的基础上，结合分析化学发展的前沿领域，针对不同专业、不同研究方向的学生，制定了个性化培养方案;将讲授法、讨论法、案例分析法及Seminar有机结合，进行理论课教学。

2.1 设立个性化教学大纲

教学大纲是教师进行教学的主要依据，也是衡量教师教学质量和评定学生学业成绩的重要标准。通过调整，目前的分析仪器课程的教学内容包括对荧光探针技术、X射线衍射技术、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜及分析化学前沿知识的介绍和讨论，在内容上与现有的仪器分析课程无重复。在此基础上，结合我校实际情况，针对不同专业、不同研究方向的学生，设立个性化的教学大纲，具体如表1所示。例如，对应用化学专业的研究生，要求其必修分析仪器课程的全部内容，具备查阅文献及获取前沿知识的能力;对生命科学专业的研究生，要求重点掌握荧光探针、透射电子显微镜及扫描电子显微镜等与生命科学密切相关的知识，对其他知识则仅作为了解;环境科学专业的研究生则需要重点掌握X射线晶体衍射技术、表面分析技术等。学生在上课时可根据教学内容自由安排，对部分内容允许不听课。这种个性化教学大纲的设立为开展多层次平行教学提供了重要的前期工作基础。

表1 不同专业分析仪器课程教学大纲比较

2.2 建立开放的分析仪器课程教学体系

参考国外分析化学教材及国内最新教材，结合分析化学发展前沿领域，在目前教学大纲的基础上，重新调整教学内容，形成基础+前沿两大模块。具体教学内容如表2所示。

表2 分析仪器课程章节内容及学时安排

基础模块注重实用性及与仪器分析课程的互补性，主要讲授荧光光谱分析法、X射线粉末衍射分析技术、电镜分析技术等。例如介绍荧光分析技术时，举例介绍该技术在活细胞、活组织内代谢过程的成像分析，细胞中特定成分的定性、定量分析，以及在新型药物的开发，肿瘤及自身免疫性疾病的诊断，基因表达，基因诊断(尤其是人类基因组计划)等方面的应用。前沿模块则注重引导性及开放性，以开阔学生科研思路，内容包括近年诺贝尔化学奖、荧光探针技术、双光子荧光成像技术、形态分析技术、分析化学在转基因技术中的应用以及相关领域召开的一些重大国际学术会议、重要的学术刊物及重点科学研究项目等，并根据学科发展对内容做适当调整，形成动态的教学体系。例如，2011年是国际化学年，国际纯粹与应用化学会及中国化学会都举办了一系列的学术活动。因此，我们对该年度的教学内容进行了相应调整，在对诺贝尔化学奖等知识的介绍中，着重强调分析仪器和分析方法所起的重要作用。又如2009年诺贝尔化学奖所研究的核糖体的形态和功能，主要采用了X射线结晶学技术;2008年诺贝尔化学奖代表了绿色荧光蛋白生物标记技术研究的3个里程碑。通过对这些知识的介绍，使学生充分认识到课程的重要性。

2.3 充分运用多种教学方法及教学手段

本课程将讲授法、讨论法、案例分析法与Seminar有机结合，以全面提高研究生获取文献、分析问题、解决问题的能力，同时增大了课程的知识容量。

讲授法主要用于基础模块的讲解。通过讲授法教学，使学生掌握分析仪器的基本知识和基本技能，了解分析仪器的基本原理、基本结构及使用方法等。部分研究生在一年级已经进入了课题的研究。在课堂教学过程中，针对研究生课题研究中遇到的分析表征方面的问题展开讨论，并提出相应的解决方案。如在介绍蛋白质分析方法时，让学生讨论WesternBlot技术、ELISA技术、免疫荧光技术、免疫组织化学技术等不同分析技术的优缺点及适用范围，并与不同专业部分学生课题相结合，帮助学生解决课题中遇到的问题。同时，以分析化学高水平杂志最新刊登的研究论文作为经典案例，与学生共同探讨分析仪器的使用及数据的获取。如基因芯片技术包括探针的设计、合成与芯片的制作、靶基因样品的制备、生化杂交反应、杂交信号的检测与结果的分析，在教学中对该技术的研究历史、应用范围及未来发展趋势等方面进行了案例探讨。

1737年，德国学者格斯纳(GesnerJ.M.)在哥廷根大学创办哲学Seminar，从而把Seminar引入到大学中。Seminar在当前大学教学尤其是研究生教学中已得到广泛应用。在2010年及2011年教学中，我们将几篇前沿文章引入课堂Seminar教学，包括荧光寿命的测量和分析成像(ChemicalReview，2010，110:2641-2684)，荧光探针技术用于细胞中pH的检测(ChemicalReview，2010，110:2709-2728)，医学诊断中荧光探针新策略(ChemicalReview，2010，110:2620-2640)，多肽及多肽激素用于分子成像和疾病诊断(ChemicalReview，2010，110:3087-3111)等，取得了良好的教学效果。

2.4 建立灵活多样的考核体系

传统的理论课考核大多以考试为主，这种考核方式易使一些学生死记硬背，不利于提高他们的研究能力。为了避免这一问题，本课程采取平时成绩与论文成绩相结合的办法来进行考核。课堂表现和讨论占总成绩的20%，Seminar报告占总成绩的20%，课程论文成绩占总成绩的60%。同时，让学生参与课程考核。当学生做完Seminar后，由教师和学生共同分析、讨论，并给出相应的成绩，作为该课程平时成绩的一部分。结业时，让学生根据自己的专业特点撰写相关学科研究领域的综述性论文，如:荧光探针在生物成像领域的应用，透射电子显微镜在材料分析中的应用进展，双光子荧光成像分析技术等，根据学生论文情况给出相应的成绩。此外，还根据学科发展的前沿，讨论一些典型科研案例，总结科学研究特点与规律。

很多研究生对学术规范认识不足，个别人甚至没有最基本的学术道德观念，尤其是在撰写课程论文及学位论文的过程中，存在参考文献引用不规范，直接复制图表甚至抄袭数据等现象。本课程在教学和考核过程中，反复强调严谨学风的重要性，并列举一些经典案例，如:韩国科学家黄禹锡干细胞造假事件，美国贝尔实验室舍恩造假事件等。并将学术规范引入课程论文的考核过程中，实行学术规范一票否决制，凡是在课程论文撰写过程中存在学术不端行为的，该课程成绩必须重修。以此让学生充分意识到学术规范的重要性。

3 结语

研究生分析仪器课程开设3年以来，先后被我校应用化学、农药学、环境科学、环境工程、生命科学、食品科学等专业的研究生选修。课程组对教学内容不断进行更新，不断探索教学方法，获得了一些教学经验。由于在课堂教学中将讲授法、讨论法、案例分析法及Seminar有机结合，取得了较好的教学效果，受到学生的好评，选修人数不断增加。有学生评价说:“该课程与专业结合密切，紧扣学科发展前沿，教学手段灵活多样，教师在讲课过程中注重知识、能力、素质等多层次的全面训练，通过该课程的学习，不仅获得了分析化学基础及前沿知识，在学习习惯，思维能力，乃至做人、做事等方面也都得到了提高”。

［1］姚莉，刘伟.高等教育研究学报，2010，33(4):36

［2］白雁，张娟，潘瑾，等.教学研究，2012，35(2):33

［3］周金池，王美娟.实验室研究与探索，2011，30(6):138

［4］孟磊，袁超，李聪，等.江西农业学报，2010，22(8):189