食品专业仪器分析课程教学优化

张乐乐，王振杰，刘艳红，王彩虹，季春艳，李双芳，刘生杰,2*

(1.阜阳师范大学信息工程学院，安徽 阜阳236041；2.阜阳师范大学 生物与食品工程学院，安徽 阜阳236037；

仪器分析课程是分析化学的重要分支，也是与食品分析和研究相关的一门最重要的课程。仪器分析是以测量物质的物理性质或物理化学性质为基础来确定物质的化学组成、含量以及化学结构的一类分析方法[1]，将物质的物理和物理化学信息转化为分析信号，然后采集、传送、处理和最大限度地利用这些信息，对其解释、研究和应用[2]。随着科学技术的发展，仪器分析课程已经成为化学、生物化学、环境化学、食品科学等专业的基础课程。

对于食品专业来说，仪器分析课程是一门应用性很强的课程，起到连接理论知识与应用技术的桥梁作用，其内容在食品化学、食品分析、食品生物化学等课程中都有涉及，同时具有仪器分析理论知识对于学生毕业从事相关食品安全检测工作或是继续深造学习，从事科研具有重要的指导意义。但是经实际调查发现，已毕业的食品专业人才在各企事业单位的食品分析岗位上从事检测工作，基本依靠仪器检测，而仪器分析理论与实验操作能力比不上化学专业人才；继续深造的食品专业本科生在研究生阶段，对于精密仪器可操作率比较低[3]，足以反映食品专业的本科生在仪器分析课程的学习上还存在很大的不足。因而，现有的仪器分析的课程教学亟待创新。

1 仪器分析课程的教学现状

1.1 学习方法不当，基础薄弱，操作能力欠缺

仪器分析课程教学安排包括：课堂理论教学和实验教学两部分。理论内容抽象繁杂，在实际教学过程中发现，有些学生对于课程的学习方法不当，不能及时掌握知识要点，甚至还没有从高中生的角色转变为大学生角色，没有适应大学学习方法，在课堂上缺乏独立思考。课程的学习演变成：课上被动学习，考前死记硬背，突击复习。

食品专业的学生，与化学专业学生相比，在分析化学等基础知识的储备上相对薄弱。教师在讲解一些化学的基本知识点的时候，如果不深入分析讲解，学生不容易理解，容易产生厌学情绪。

食品专业虽说是工科专业，男女生比例不平衡，就阜阳师范学院信息工程学院食品系在校生（2015-2018 级），食品科学与工程、食品质量与安全2 个专业，4 个年级16 个班级而言，男女生比例约达到1∶1.5，而女生心思细腻，对于大型仪器有畏惧感，对实验操作的动手能力需要进一步加强。

仪器分析实验教学中涉及大型精密仪器，由实验室专人教师负责仪器的管理和定期维护保养。在实验课程中，大多课时里都是学生观摩教师的演示实验，很少参与到实验的过程中，对于课程的重要性和应用性没有切身的感受，容易造成学习的懈怠。有的学生甚至上实验课时只为“凑个热闹”，应付实验。在实验课上只是机械重复实验，缺乏独立思考能力。

学生在质检所或检测公司见习期间，面对学过的仪器而不识，之前学过的仪器原理以及相关的仪器应用随着考试结束基本忘记，远远达不到理论联系实际的层次。

1.2 教学满堂灌，知识更新滞后

课程理论教学知识点多且分散，教学模式仍然以教师为中心，学生只能被动接受，教师怎么讲，学生就怎么听，整个教学过程中，课堂缺乏互动性，教师忽略了学生的主导地位，更无法处理好能力和情感目标的关系。

仪器分析课程交叉了化学、光学、物理学、电子技术等学科，教师由于自身研究领域的局限性不能精通所有仪器，在教学过程做到学科间的融会贯通有一定难度，对于所涉及的专业知识理解不够透彻，增加教学难度。教材的内容过于陈旧，教师授课中又只拘泥于课本上陈列的古老仪器，没有及时与时俱进，忽略了新技术、新方法、新仪器的教学。

实验教学中教师为了节省时间，提前准备好样品，调好仪器，学生对于实验样品前处理和仪器的日常维护缺乏直观认识。同时验证性实验较多，而综合性和设计性实验较少，难以达到预期的教学效果。

2 仪器分析课程教学优化的建议

从食品专业的特点出发，针对仪器分析课程中存在的现状，根据课程教学目标，从教学方法、教学内容、开放实验室等方面，对课程的优化，提出了几点建议：

2.1 改进教学方法，提高学习积极性

食品专业学生对分析化学的理解相对薄弱，对于教师要求较高，需要教师用通俗易懂的语言、多引用事例解析分析化学知识点，以加强学生的理解，打好基础知识。实施主题教学法，结合时下热门社会生活，鼓励学生动手查阅文献资料。例如，市面上经常出现“瘦肉精”猪肉，可以引导学生参阅文献资料，搜索检测“瘦肉精”猪肉有哪些方法。出现的塑化剂事件，塑化剂的检测有哪些仪器可以实现等等，甚至可以请同学自己做成PPT，进行讲解讨论，让学生成为课堂的主体，既锻炼同学们查阅文献，讲解的能力，又增加学生对于仪器原理的理解。

随着进入“互联网+”时代，教师可以将课堂延伸到课外，将课程知识点发布在教学APP 上，学生可以利用课余时间巩固学习，总结提高，讨论交流；教师也可以掌握学生的学习进度，及时答疑，提高教学效率[4,5]。

理论课程的学习地点可以不再拘泥于教室，可以换在实验室，让学生直观看到仪器，摸到仪器，“百闻不如一见”，真实看到仪器的构造，而不是只停留在多媒体上的图片，以加深印象。

学校可以购买一些废旧仪器。拆装废旧仪器使学生真实看到各个仪器的组成元件，例如紫外分光光度计和原子吸收光谱仪都具有光源，但光源并不一样，前者是氢灯或是氘灯，后者是空心阴极灯。通过拆下废旧仪器中的光源，对比，以加深学生的理解，避免概念混淆。在拆装废旧仪器的过程中，使得学生对于仪器构造的元件有了进一步的认识，也锻炼了动手能力。拆装过程中，缓解学生对于昂贵仪器的畏惧感和紧张情绪，提高学生对于仪器学习的积极性。

采用多元化的教学方法，激发学生的学习兴趣，让学生在一种轻松氛围中理解课程内容，掌握专业知识。

2.2 丰富教学内容，开阔学科眼界

教师应该积极探索科研，加强知识储备。例如，结合历年奥运会兴奋剂检测的历史事件，了解质谱技术在常规检测中的发展脉络[6]。时下，吸毒酒驾鉴定事件中，常有尿检阳性的嫌疑人声称服用了帕金森治疗的处方药物司来吉兰，但是液相-质谱是可以帮助实现区分毒品滥用与司来吉兰服用的区别[7]，同时对学生进行珍爱生命，远离毒品的情感教育。

科学在发展，技术在进步，教师在教学过程中，不应只停留在书本上古老仪器。一方面，应介绍当前最新技术成就，以保持教学内容的先进性和前瞻性。例如，在讲到质谱的飞行时间质量分析器（time of flight analyzer,TOF），可以介绍一下先进的基质辅助激光解吸-飞行时间质谱仪（MALDI-TOF-MS）以及蛋白质组学上用到的MALDI-TOF/TOF/质谱仪，以增加学生知识储备，开阔学生的学习视野及知识面。

另一方面，也应及时拓展与食品专业相关仪器的最新成果，可以安排学生查阅一些常见的小型仪器的使用方法和应用范围，虽然教材上没有，但在实际工作中可能会用到的仪器，例如电子鼻、电子舌、质构仪等新兴食品检测仪器。

仪器厂家及型号在教材中很少涉及，但在实际操作中使用的频率却很高[8]。每一台仪器生产的厂家不同、型号不同，操作不同，实现的功能也不太一样。所以，在实践中，需要学生掌握仪器的厂家和型号，在面对不同的检测目的时能够选择正确的仪器型号。例如，常用到的液相色谱仪的品牌主要有安捷伦（Agilent）、岛津（Shimadzu）、沃特世（Waters），可以鼓励学生课下登录专业网站，搜索比较不同品牌色谱仪的差异，以扩展学生对于仪器性能的了解。

在教学过程中可以适当引入专业英语阅读辅助手段，穿插专业英语术语和部分英文思考题，推荐专业的英文杂志，例如Chromatographia、Journal of Chromatography A、Journal of Chromatography B 等等，辅助学生学习与仪器相关的英语专业术语，既可以丰富仪器分析的教学内容，又使学生对仪器分析所涉及的英语词汇、习惯用法、写作规范及相关的国际组织有一定的了解，对于培养既懂专业知识又懂英语的人才具有重要意义。

2.3 搭建虚拟平台，构建开放实验室

搭建虚拟平台，以丰富教学的表现形式，提高实验教学的操作性。通过在计算机上建立虚拟仿真系统，学生利用键盘和鼠标操作[9]，以提高实践动手能力。虚拟实验平台可以将实验方法和仪器原理的抽象概念具体化，从而激发学生实验学习的积极性[10]。有些仿真软件不仅可以分模块训练，还有相关实验完整的操作和样品的前处理过程，以及考核和自学模块。实验课前，学生预习实验，自主观看实验视频，理解仪器工作原理。虚拟实验课上，学生在虚拟仿真软件上进行仪器操作，不仅可以巩固仪器分析的基本原理，还可以通过亲自操作，获得直观的体验，掌握仪器操作的要领。同时在软件上设定参数，模拟实验过程，完成定量分析，以系统化进行实验训练。同时还可以进行操作自检，如果操作有误，无法进入下一步操作界面，直至学生发现错误并修改成功，以此规范学生的实验操作。教师可以对虚拟进程进行记录，统计学生所犯的错误，查看熟练程度，并加强相关知识点的教学[11]。不同仪器的操作界面略有区别，仿真软件通常具有一定的局限性，不通用所有的仪器型号[12]，教师应介绍仪器与虚拟软件操作的一些区别。同时要重点强调仪器操作的安全性教育，不能因为仿真软件对错误操作有提示，在操作真实仪器时就忽视安全问题，从而酿成巨大的安全事故[13]。实验室条件允许，应该从仿真软件再次过渡到真实仪器上操作。虚拟仿真技术作为实验教学的辅助手段，提供形象直观、动静结合的实验内容，提高学生的学习兴趣，加深学生知识理解，提高学习效率，同时解决了大型精密仪器数量不足，减少仪器损坏率，降低实验成本、减轻经费支出等问题。

建立开放实验室模式，开放常规仪器例如：紫外分光光度计、原子吸收分光光度计、液相色谱、气相色谱等，提供实验平台。解决实验课教学时间不足、内容单一、缺乏探索性和设计性实验问题[14-15]。开放实验室，调动学生实验的积极性，发挥他们在实验环节主体性作用，在发现问题解决问题的过程中，真正将理论知识和实验操作联系起来。

学生可以结合专题讨论、热门事件，开展PBL（problem-based learning）教学模式[16]，该教学模式在地方省属高校推行具有重要意义[17]，发挥学生自主创新意识，学生根据自己兴趣选择或自拟课题，查阅资料小组讨论，设计实验方案，对所需使用的仪器填写预约申请，教师加以指导辅助，完成实验过程。学生从样品的预处理，到仪器操作，到数据分析整个过程独立完成，这样不仅加强了仪器操作技能，训练了思维方式，建立了知识体系，培养了科学素养，积累了科研经验，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

通过开放实验室平台，学生积极参与到教师的科研项目中，可以激发学生对于专业的热爱[18]，培养学生自主探索能力。教师将科研项目转化为实验课程，以科研促进教学，可以提高实验教学质量和水平[19]。开放实验室对教师的教学能力提出了要求，同时也激励教师勤于钻研，努力提高自身业务水平，减少验证性实验，增设综合性创新性实验[20]。开放实验室模式，使闲置的仪器设备在课余时间能更好地为教学、科研服务，提高实验室和仪器设备的利用率[21]。建立开放实验室，可谓一举三得。

3 小结

在仪器分析课程优化的过程中，应不断发现问题解决问题，加强师资建设，完善虚拟平台以及开放实验室等基础平台建设，以提高仪器分析课程的教学质量，实现应用型、创新型人才的培养。