仪器分析实验教学体系的构建与实践

付 颖， 张永忠， 高 爽， 王宇昕

(东北农业大学理学院，黑龙江 哈尔滨 150030)

0 引言

仪器分析课程不仅是化学各专业的主干课程，也是农学、食品科学、环境科学、生命科学等相关学科的重要基础课程，更是一门实用性较强的工具课程。随着现代科学技术的发展，各种高灵敏度、高选择性、自动化、智能化、信息化和微型化的分析仪器及相关的新技术、新方法不断涌现，痕量与超痕量检测是近代分析仪器的重要发展方向，也是21世纪分析化学发展的主流[1-4]。我们针对目前高等农业院校仪器分析实验课程课内学时较少、实验硬件设备薄弱和现代仪器使用有限等问题，运用先进的理念，依托现代教育技术，通过对仪器分析实验课程教学模式的改革，建立了仪器分析网络教学平台及校-所协作实践教学平台;确定了以基础仪器分析实验教学为核心、开放创新实验为拓展、生产实习为延伸的“三位一体”培养模式;建成了“一体化管理、模块式教学，拓展性实践”的高等农业院校仪器分析实验教学体系。

1 仪器分析网络教学平台的构建

运用先进的理念，依托现代教育技术，我们建立了仪器分析网络教学平台(http://202.118.167.91/dahua/kcsz/yqfxgg/default.asp)和大型仪器管理平台(http://202.118.166.225:8000/equipmentappointment/Default.jsp)。仪器分析网络教学平台集指导系统、预习系统、测试系统、答疑系统于一体，交互性强、实用性强。基于该平台构建的实验多媒体教学资源中心和化学实验仿真模拟室可以使学生能够从网上感受虚拟实验的效果[5-8]。我们借助计算机多媒体技术，对于一些抽象、机理复杂的理论，以及难以实地实景呈现的仪器内部构造，均采用模拟教学演示，使学生能更多地了解课本之外的新型仪器设备和分析技术。一些大型高端精密仪器，如色-质联用分析法，学生可以在模拟实验室中学习该种分析方法的基本原理，了解仪器的基本构造，进行实验模拟。在虚拟实验室中，学生对各种分析仪器进行模拟操作，反复练习，对仪器的整个操作过程以及原理进行全面的了解和掌握。在进行大型仪器设备的使用和操作前，先让学生进行模拟仿真实验，使学生熟悉仪器设备的部件、操作程序及实验条件优化等，这样既可减少实际实验训练的时间，同时也可以加深对理论知识的理解和巩固，有利于进一步将虚拟与现实实验有机结合[9-10]。通过网络虚拟实验丰富和延伸了理论教学，有效地解决了大型仪器操作练习受限、条件优化难及无法拆装观看仪器内部结构等问题，也能够充分激发学生的实验兴趣。

2 校-院共建实践教学平台

通过对仪器分析课程基本理论及实验的学习，学生在掌握各种仪器分析方法的基本原理、特点、适用范围和使用方法的基础上，具有了应用仪器进行分析操作的基本技能，但对生产实际及科研实践中的问题解决尚缺乏系统的实训。通过课程实践环节，让学生深入生产实践及科研过程中，真正掌握仪器分析在各领域的实际应用，使仪器分析课的教学内容和教学体系更为系统化、规范化，使学生进入工作岗位后，能够迅速适应角色，胜任所从事的职业。我们分别与黑龙江省质量监督检测研究院及黑龙江省农垦总局食品药品检验检测所合作共建了校-所合作实践教学平台，学生通过生产实践实习，参观学习液－质联用、气－质联用、核磁共振波谱仪、透射电镜等先进大型分析仪器设备，参与进行病毒检测、生活饮用水质量检测、环境和各种产品中有毒有害物质检测鉴定，真正接触到生产实际。这种生产实践实习，既解决了高校资源有限的问题，又加强了卓越工程师的培养力度。学生开阔了眼界，增长了见识，学到了知识。很多学生在课程实习期间对仪器分析检测产生了浓厚的兴趣，利用假期又继续到实习基地进行深入学习，既有助于自身综合素质的提高，又增加了实习经历及经验，为毕业就业创造了更多的机会。

3 拓展、开放性实验平台的构建

将开放、创新实验引入到高等农业院校仪器分析实验课程体系中，建设拓展、开放性实验平台，提供学生参与科研的机会，将能力与素质培养紧密结合，为学生的素质教育开辟了一条有效途径[11-12]。近年来，课题组老师根据自己的科研内容，并结合农科各专业特色，利用不同的分析仪器，开设了用高效液相色谱法测定了大豆异黄酮、红三叶草中的异黄酮、红甘蓝中的矢车菊色素、槐角中的异黄酮等;气相色谱法测定有机磷农药的残留量;微波辅助提取—紫外分光光度法测定土壤中单嘧磺隆等开放性实验。开放实验合理有效地利用了实验室资源，为学生的素质教育开辟了一条有效途径。学生通过参与开放、创新实验，掌握了系统地设计实验、分析样品、解决生产实践中遇到的具体问题的基本方法和手段[13-16]。拓宽了学生的视野，巩固了他们所学的知识，为学生将来的就业和读研奠定了坚实的基础。

4 仪器分析实验教学体系的构建

在仪器分析网络教学及校-所协作实践教学双平台体系基础上，我们建立了“一体化管理、模块式教学，拓展性实践”的仪器分析全新的课程体系。我们将仪器分析实验教学分为3个阶段，①以基础知识和基本训练实验为目标;②以开放式设计性实验的能力培养为目标;③以卓越工程师培养为目标，极大地提高了仪器分析实验课程的涵盖范围，拓展了学生的学习空间，提高了仪器分析实验课程教学质量。

在第一阶段的基础仪器分析实验中，根据基本理论的不同将实验分为光谱学模块、色谱学模块、电化学模块、虚拟实验模块。结合专业开设不同的实验内容。例如，在光谱学模块，对资源与环境学院的学生开设紫外分光光度法测定水中及土壤中总酚的含量，而对于食品学院的学生开设荧光分光光度计法测定维生素B2含量，对于动物科学专业的学生开设原子吸收分光光度法测定鱼体中铜、钙元素的含量等。按传统的大循环制，1或2人为一组，逐个实验进行轮换。要求学生以实验为载体，搞懂分析仪器原理和结构，初步学会仪器的操作技能，掌握定性、定量和结构分析的基本方法，为第二阶段的开放式设计性实验奠定基础。实践证明，以上模块式课程设计极大地促进和加深了学生对仪器分析实验中各类大型仪器的原理、设备相关参数及技术指标等的理解与掌握，有效提高了教学效果。

5 教学成果的推广应用

(1)数字化资源建设和实验改进成果显著。经过几年的探索与积累，课题组制作的“仪器分析”课件获得黑龙江省高等学校多媒体教学软件评比三等奖。“化学实验仪器管理系统”、“化学实验仪器管理系统化学实验药品管理系统”四项计算机软件获得国家版权局授予的软件著作权，两项仪器分析实验设备改进获得国家知识产权局授予的实用新型专利。

(2)人才培养质量显著提高，学生实践能力明显增强。通过仪器分析的课内实验及课外实践，极大提高了学生的实践能力及科研能力，促进了学生综合素质的全面培养，将能力与素质培养紧密结合，为学生的素质教育开辟了一条有效途径。5年间，学生参与的开放实验33项，创新课题22项，在《食品工业科技》、《中国油脂》、《植物保护》等期刊上发表科研论文9篇，4篇论文被SCI、EI检索。

(3)教材建设覆盖面广。课题组主编的农业部“十一五”规划教材《仪器分析》及普通高等学校“十一五”规划教材《仪器分析实验》在我校及河南农业大学、江西农业大学、内蒙古农业大学、黑龙江八一农垦大学、安徽科技学院、甘肃农业大学和山西农业大学等11所高校作为本科生教材使用，受到各高等农业院校师生的一致好评。

6 结语

高等农业院校仪器分析实验课程的改革与建设是长期积累和实践探索的过程，需要几代教师坚持不懈地努力奋斗。在改革建设过程中，还要调动教师团队的积极性和进取性，使其做到锐意创新、大胆改革，教学科研互动，理论实践相长，不断的总结和提高，使仪器分析理论和实验教学迈上一个新台阶。

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