应用导向型生物技术专业仪器分析教学改革探索

张杰良，王 敏

(1.汕头大学 理学院生物系，广东 汕头 515063 ；2.汕头大学附属中学，广东 汕头 515063)

随着科技的发展和时代的进步，我国经济迅速发展。科教兴国，而高等教育则象征着一个国家的发展水平和发展潜力。高等院校作为培养科技创新性人才的主要基地，理论与实践相结合、倡导科研创新和独立探索成为课程教学的主要目标。

仪器分析是生物技术等多个学科领域开展工作不可或缺的工具。理论与实践紧密结合是该课程最大的特色，应用导向教学能够培养学生运用仪器分析所具备的基本素质和技能，同时也锻炼了学生的科研思维和独立思考能力[1]。从本课程中，学生能够掌握分析仪器的检测原理、生物活性物质的结构鉴定及其理化性质分析等基础知识，以提高学生的分析和解决问题的能力，为今后展开科研工作或到相关岗位任职奠定良好的基础[2]。新的仪器设备、仪器分析方法和技术随着科学技术的发展和社会的进步不断更新迭代，采用有效、化被动为主动的以应用为导向的教学方式培养学生对先进仪器设备知识的掌握并进行科学研究，对于培养适应社会的创新型科技人才，提高生物技术学科的研究水平极为重要。

1 仪器分析教学中存在的问题

1.1 理论课教学形式呆板，内容枯燥

仪器分析这门课综合性强，涉猎面广，涵盖光谱分析、色谱分析、电化学分析、质谱分析等方面的内容。学生在实践操作前需要了解仪器的组成结构、工作原理、分析检测手段等基本知识点[3]。但这些基础理论的知识点分散、杂乱，难度大、不系统。教学方法通常采用传统的“教师-学生”灌输式教育，通过教师讲解原理，学生听课做笔记的方式进行学习，效率低不高且难以真正吸收。容易造成课堂积极性差，师生互动性少，学生丧失学习热情等问题。笔者也发现在教学过程中单纯的理论灌输，内容容易脱离实际，加之期末考试内容通常以笔试做题为主，学生容易进行机械式记忆，对仪器的基础理论知识点理解不到位且不会真正操作。

1.2 实际操作和理论教学难以结合

近年来，各个高校招生规模不断扩大，大班授课的形式使得教师无法对学生进行一对一辅导，个性化教育还有待完善。因此，积极性不强的学生很难培养出独立思考、科研创新的能力。例如，学生缺乏文献阅读积累，学科前言知识与动态更新获取不足，仅凭书本上的理论获取陈旧的信息，不利于提起他们对仪器设备和新型分析方法的兴趣；学生探索精神不足，论文撰写功底薄弱，实验课只是根据书本步骤进行的验证性操作，按部就班，缺乏独立设计实验、分析结果的科研能力，且实验报告的格式固定、语言单一，对科技论文写作技能的提升帮助不大；学生动手实践能力弱，因为分析仪器(如高效液相色谱、原子吸收光谱仪、扫描电镜等)价格昂贵，维修成本高，实验室配备的基本满足实验课教学要求但所配备台数不多，不可能经常更新换代。通常由经过培训的专业人员操作，这就导致很多学生没有实际动手操作的机会，学生们更多是站在旁观者的角度，很难对仪器进行系统的认识[4,5]，更不用谈独立完成操作的能力。

2 教学方法改革

2.1 理论课从“教师-学生”被动式教学转变为“学生-学生”互动式教学

传统的教师为主导，学生被动式听课的教学方式不利于学生培养独立思考的能力，知识接受度低[6]。为迎合当代00后年轻人的喜好，将授课变为他们更易于接受的方式，笔者旨在提出“学生-学生”的互动式教学，即将班级成员分为小组，就仪器分析课程不同章节的讲解任务分配给各个小组，由学生自行展开课前调研、难点梳理、归纳总结，教师加以引导，然后向其他组的同学进行课程讲解展示，教师最后进行知识点补充和总结点评。展示形式呈现多样化，可以开展以近期食品与药品质量安全问题为主题的圆桌会议(如近期所发生的食品药品安全质量问题，或化妆品店出售不合规的药妆产品等事件)，紧跟时事热点探究最适合解决该问题的分析仪器和分析检测方法。也可以借助各大互联网平台进行知识分享，比如拍摄抖音短视频、Vlog、网络直播、B站等。一方面，这种新兴的授课形式更容易被“互联网的一代00后”所接受，让他们体验从学生到教学主播的身份转变，激发热情，调动课堂参与积极性；另一方面，他们在准备授课内容时会进行任务分配，追踪最新学科前言信息，从而提高学生的自主探索能力和团队协作精神。

2.2 短视频助推学生学习兴趣

短视频平台从2016年开始热度骤增，至2020年规模有望突破500亿[6]。科普视频借助这一火爆趋势，以寓教于乐的方式进入百姓生活，深受公众喜爱。但其中不乏为了博取流量关注度而出现的“假科普”现象。作为生命技术专业人员，我们有必要对这些不科学的虚假科普信息进行辟谣，开拓新的平台，将科学合理的信息传播给大众。此时，基于科普短视频辟谣形式的教学方法顺势而生。譬如针对各大网红、民间科学家所拍摄的居家鉴定地沟油的土方法(蒜头法、冷冻法等)，暨南大学拍摄了“美好生活，油此而来”MOOC视频进行指导纠正，向观众阐明了地沟油的鉴定需要科学的分析手段，即通过色谱技术判别植物油中是否含有甾醇物质、苯并芘；通过电导率的变化测定油中的重金属等物质来判别地沟油[7]。这种拍摄科普短视频式的教学方法即能激起学生兴趣，使其身临其境去探索问题解决方案，又可以创造出对社会有价值的视频，带领普通观众走出假科普的误区，在玩中受益。教师作为视频的“总导演”应给予正确引导，教师可创建账号提供优质的科普内容，通过学生所拍摄的短视频进行内容运营，打造众创平台。账号可以周期性的更新，即每学年仪器分析课程开展时间段，每届学生都提供新的剧本以确保平台高质量化。

这种学生之间互动式教学的方式打破了传统教育的壁垒，新兴的授课方式更容易激发学生自主学习动力，教师作为催化剂参与到同学们的相互反应中，推动课程进展。小组展示效果和同学反馈作为期末考核分数的一部分。同龄人之间的交流更为高效，有利于激发同学们的创造力和信息检索、收集能力。

2.3 校企联合带动教学

高校可以通过加强与企业的合作进行学科交流，为学生提供实践平台[8]。通常来说，企业的分析仪器主要为了提高工作效率和准确度，设备先进，数量多且能接触到成熟的分析方法。学校和企业之间可以联合举办“创新性仪器分析技能大赛”等竞赛，借助企业提供的实验室平台使学生们得到动手实践的机会，即锻炼了动手能力，培养了科研思维，也能接触到新型分析仪器，开拓了眼界。此外，企业可以提供实习机会，让学有余力的学生深入企业，在工程师的指导下学习仪器构造知识、检测原理和分析方法，学生在得到一对一专业培训的同时也塑造了就业观。还可以邀请公司的仪器分析工程师来校开展讲座，分享最新的分析仪器前沿动态和分析方法，开阔学生眼界，了解学术动态[1]。

2.4 根据教师研究课题开展实践平台

承担科研任务的教师通常都紧跟学科前沿信息，本科生进入相应的平台后能够与最新科研动态接轨，全身心投入到科研情境中，并且能够在研究生的指导下学习和掌握分析仪器操作技术要领。本科生可组成科研小组或“大创团队”承担教师的部分课题，独立完成实验并发表科技论文。在此过程中，学生开始由验证性实验转向探索性实验，发挥创造性思维进行文献调研和实验设计，期间可以向研究生请教技术经验，和老师探讨科研问题和论文写作。笔者发现，学生在文献查阅能力、动手能力和论文写作能力都得到大幅度提升，对培养应用型科研人才大有裨益。比如，笔者的课题组着重于海藻多糖的研究，本科生组成的研究团队为探究多糖的构效关系，即多糖单糖组成和结构成分，让学生掌握了紫外可见吸收光谱仪对总糖含量进行定量，采用PMP柱前衍生后以高效液相色谱仪对多糖的单糖组成进行定性与定量分析的方法，采用红外分析光谱仪对多糖官能团的分析检测技术。这无疑为他们后续的科研工作奠定了坚实的基础，实现教学与研究有机结合[9]。

2.5 高校的中心实验室定期开放共享平台

考虑到高校大型分析仪器数量不足的问题，为保证每位学生都能亲自实践，构建中心试验室定期开放共享平台是个不错的方式。学生可2～4人一组分批预约进入实验室操作，由专业的实验老师进行技术指导，实现一对一个性化教学。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，每一位学生经过实践后，对分析仪器的工作原理和操作技术会了解得更加透彻。

3 结语

高等仪器分析教学改革目的在于培养应用导向型人才，与传统的教学方式相比，多渠道、开放性、重实践的教学风格更能激发学生的学习热情和创造性。因此，着重教学形式的变革，扩展实验课开展平台和丰富教学方式是全面提高学生综合素质、实现教学效果最优化必不可少的一步。