《生物仪器分析实验》教学中“JIT”的方法运用

徐德聪，吴林生

(合肥师范学院 生命科学学院，安徽 合肥 230601)



《生物仪器分析实验》教学中“JIT”的方法运用

徐德聪，吴林生

(合肥师范学院 生命科学学院，安徽 合肥 230601)

针对生物仪器分析实验课程特点及教学过程中存在的“看得到，叫不出”、“叫得出，用不来”、“用得了，讲不来”的三种学习瓶颈，充分运用工作教导训练(Jobinstructiontraining,JIT)的说给他听、做给他看、他做我来看、他说我来听四步教学法，提高了教学质量并取得了良好的教学效果。

生物仪器分析实验; 教学方法; 工作教导训练(JIT)

生物仪器分析是一门多学科汇集、相互渗透的综合性应用科学，是理论性、实践性、技术性很强的综合性课程，它交织着数学、物理学、生物学、电子技术和化学等学科的基础知识，涉及光学、电学、磁学和计算机等技术，充分体现了知识间的相互渗透和交叉影响，分为理论教学和实验教学两部分。[1,2]其内容涵盖了生命科学领域较新的、应用性广的仪器分析技术，主要包括光学分析法、电化学分析法、分离分析法和其他分析方法等。[2]随着生命科学的高速发展，生物仪器分析已经成为各所高校生命科学领域的本科生普遍开设课程，但是这门课对本科生而言抽象性太强，特别是近年来新的仪器设备不断涌现，新的仪器分析方法和技术不断产生，使得实验教学往往与预期的教学目标相差甚远。[3]因为生物仪器分析实验教学操作安全要求高、仪器种类繁杂、仪器功能交叉点多、组合模式多样化、样品制备技术要求高、数据分析处理灵活多样等一系列特点。[4]导致在教学过程中极易产生“看得到，叫不出”、“叫得出，用不来”、“用得了，讲不来”的三种学习瓶颈，对此，本文将逐一分析并提出工作教导训练(Jobinstructiontraining,JIT)的说给他听、做给他看、他做我来看、他说我来听四步教学法，供大家参考。

1 生物仪器分析实验教学中所面临的学生三种学习瓶颈

1.1 看得到、叫不出

由于目前生物仪器分析实验参考的教材基本都是仪器分析实验教材，而且仪器分析实验教材的更新与学院实验室仪器设备的更新不一致，有的仪器只在教材上见过，而自己实验室拥有的仪器设备教材上却没有，仪器分析实验教材与实践脱节的矛盾严重影响了教学效果。例如，对于生物技术和生物科学专业的学生来说，PCR技术在分子生物学和基因工程等理论课程中都重点学习了，在相应的实验课程中也开设了利用PCR仪进行的实验，到了学习生物仪器分析时，可以开设实时荧光定量PCR技术相关的实验，让学生接触现在生物实验室基本都有的实时荧光定量PCR仪，但这样的仪器几乎都还没有在教材中体现。另外，生物仪器涉及内容广泛，仪器种类繁多，但教者又想让现有教学资源得到充分利用，往往一类仪器分析方法对应很多种仪器，学生学习时容易产生抵触情绪，对部分仪器的实验教学往往走马观花，学生只是看看所学的仪器，连仪器的名字都叫不出来或者叫错，比如红外吸收光谱仪和紫外分光光度计、原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪等容易混淆，更谈不上操作了。特别是对一些新型的大型仪器设备，如超临界CO2萃取设备，包括冷冻箱、加热箱、萃取罐、贮罐、分离罐、携带剂罐、14个阀门，而且其操作模式可以有单釜操作、双釜交替操作，有的学生单看如此多的设备名称和操作程序就没有深入了解的兴趣了，认真的学生也只是用"眼睛看"、“本子记”，而没有思考实验原理和实验思路，不用动手操作仪器，不用分析样品流程，只是用眼睛完成了一次仪器操作流程，严重影响了教学效果，大多数学生对所学仪器是“看得到、叫不出”。

1.2 叫得出，用不来

正如前述，PCR仪几乎成为每个生命科学实验室的必备仪器，大多学生也都从各种渠道熟悉该仪器，但在真正用的过程中由于涉及样品制备、酶种类选择、引物设计等前期实验准备，以及反应程序设定，使得学生往往会没有头绪，所以真正会用，而且用的好的却并不多，这明显不符合生物仪器分析实验重点就是强调分析用生物样品的制备和对测试结果进行生物学意义的阐释的课程目标。同样，在生物技术领域广泛应用的另一现代分析仪器—高效液相色谱仪，由于其在食品、药学等研究方向的重要作用，学生也都了解这类仪器，但在真正操作时，关于标准液制备、标准曲线制备、样品液制备、色谱条件以及仪器操作规程，特别是色谱条件(色谱柱选择、流动相配比、柱温、流速、检测波长和进样量)的选择原理和方法，学生如果只是作为一个听者和观看者，即使其当时了解了仪器，将来很可能还是无法正确使用。这种“叫得出，用不来”的现象同样严重影响生物仪器分析实验的教学效果。

1.3 用得了、讲不来

紫外-可见光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。在生物仪器分析实验教学中与其相对应的是紫外-可见光谱仪，经过大学一二年级的训练，学生基本都会操作可见分光光度计，所以通过学习都能够基本掌握紫外-可见光谱仪的用法，但因为基础理论知识的匮乏，很多同学只会用，不懂原理，导致用得了却讲不来的现象较多，而且这种现象有时直接导致在测定不同实验对象时，波长选择、参比液的使用出现错误操作。至于仪器本身有的同学只会操作课堂上学过的型号，这样将来在实际应用中如果遇到其他型号的同类仪器仍然不会操作。

2 JIT四步教学法的应用

针对生物仪器分析实验教学中出现的三种学习瓶颈，我们尝试了“JIT四步教学法”，并在实际的教学过程中广泛运用，取得了较好的效果。

2.1 说给他听

为了解决学生面对众多生物分析实验仪器时，“叫不出、装不来、用不了”的无从下手的学习窘态，教学者的第一步“说给他听”尤显重要。其具体的原则是：(1)正向积极，启发式说。目的是让学生的紧张心态得以放松，激发学生对未知掌握的愿望。如通过与社会生活紧密联系的案例——“镉大米”事件、 “苏丹红”事件、 “三聚氰胺婴儿奶粉”事件，这些事件都给社会带来恶劣影响，学生都有所关注。[5]提问学生这些成分可以分别用哪些现代仪器进行快速精确的检测。能否用光学分析方法检测大米中的镉？能否用原子吸收光谱仪？样品如何预处理？需要选择什么样的附件和条件？能否用色谱分析方法检测奶粉中三聚氰胺和食品中的苏丹红？能否选择高效液相色谱仪？样品如何处理？色谱条件如何选择？通过这些启发式说，激发学生的学习兴趣。(2)简洁、系统、提纲式说。目的是让学生最短时间内系统了解生物分析仪器的使用目的及其功能及可能导致的正向和负向实验结果。促使学生对生物仪器的感性认识转变为理性思考，如在讲解超临界CO2萃取设备时，让学生最短时间内了解该仪器具备哪些特殊的先进的功能，并基于其基本原理指出其适用于哪些具体的研究对象，如果研究对象选择不当，很有可能直接导致实验失败或结果不理想，这样反过来促使学生去思考由于研究对象的不同而出现不同结果的仪器原理。

2.2 做给他看

生物仪器分析实验是一门实践性特别强的课程，光说不练，学生对实验仪器运用的熟练程度是不可能达标的，因此，教学者的第二步就是为“用”做示范的“做给他看”。在这一步中，教学者要关注四个关键点，第一点是按实验顺序把主要实验步骤边说边做给他看，此时切记让学生站在自己的左边或右边，力避“面对面”(面对面站立会导致教学者和学生左右方向的错位)，只有这样，示范的效果才会最佳。特别是到了样品上机操作仪器的时候，把刚“说”过给学生听的内容对着仪器再次提问，进一步加深学生对仪器部件的了解。如在操作火焰原子吸收分光光度计的点火步骤时，再次提问关于该仪器的雾化器、原子化器等核心部件的作用原理以及点火之前的初始化过程的意义。第二点，强调要点，说明理由，提示其理解、识记。对仪器的部件组合，操作先后顺序要领要反复演示说明，特别是在外形功能作用相似相近的仪器选择使用时及仪器可能存有安全隐患时，这尤为重要。如气相色谱仪与高效液相色谱仪，二者主要区别在于选择的流动相分别是气体和液体，气相色谱仪通过高压载气携带样品流经色谱柱，而高效液相色谱仪通过高压泵将液态的流动相和待分析样品带入色谱分离系统，二者在进样操作时既然就有显著的区别，可以通过比较手段讲解这类仪器，加深学生的理解与识记。其次，操作到色谱仪器的装柱步骤时，照样就二者在色谱柱的外形、固定液、担体等结构与组成的差异上采取比较讲解方法。再如原子吸收光谱仪使用时必须注意点燃火焰时，必须先开空气，后开乙炔，熄灭火焰时，则应先关乙炔，后关空气，防止回火，爆炸事故的发生。第三点，不多教超出其理解能力以上的内容。和其他学科的学习一样，学生对开设的每个生物仪器分析实验的理解需要一个渐进的过程，一堂课掌握2-3个知识点，对于其消化吸收更为有利。第四点，注意示范教授时教学者的情绪控制，避免给学生带来焦虑和不快的心情。

2.3 他做我来看

这一步是学生从对生物仪器的感性认识到理性思考，再重回感性操作的重要一环，做好这一步要注意以下几点。第一是聚精会神观察学生的操作，及时纠正错误。第二是让学生一边操作一边对每一步进行说明。第三是过程中的询问，加深其对生物仪器分析实验要领的掌握。第四也是最重要的一步，让学生“复盘”重新操作一次，且边做边说明应注意的要点，只有通过“复盘”才能让学生将实验中每一步的操作要领贯穿起来，从而形成对实验一以贯之的整体感受。解决了“装得了，用不了”的学习瓶颈。由于课时的限制，这部分可以分小组让学生分模块演示，而且操作过程中让组员之间相互提问。例如高效液相色谱仪从开PC电源和主机各模块电源、进入色谱工作站、把各流动相放入溶剂瓶中、装柱子、排气、洗柱子、平衡柱子、进样、数据采集、洗柱子到完成后关PC，关仪器。都必须进行详细、规范的操作演示，并对关键环节进行详细解说，对容易出现的问题进行重点突出。真正实现学生操作仪器为主，学生操作实验流程为主的教学模式。学生在整体课程中，能够全面积极动脑思考、独立进行实验操作，学生学习兴趣得以提高，学习效果得以加强，学生的动手能力和创新思维得到相应的提高。

2.4 他说我来听

通过前三步的教学，学生已掌握了生物仪器分析的相关重点，“他说我来听”则是对学生掌握程度的教学效果的调查方法，目的有二，一是固化前三步的效果，二是对教学者教学效果的一种验证，便于教学者根据反馈，调整教学内容、方法、步骤，发现教学盲点。在此步中教学者应从学生复述的逻辑性、连贯性及触类旁通的能力表达上判断其掌握的熟练程度，通过在复述中提问、表扬、检查等手段强化知识点。同时形成一部分以学生自身为核心的教授者团队及指定可询问人，扩大知识的共享面，解决生物仪器分析实验过程中“一师多生，处处分心”的局面。保证生物仪器分析实验的教学效果，实现学生分析实验结果为主，教师讲解结果产生原因为辅，学生总结实验为主，教师讲解注意事项为辅的新的教学模式，使得学生在每个实验项目过程中，对实验原理和仪器工作原理等理解深刻，对实验内容有整体全面的认知。

3 结语

通过对生物仪器分析实验教学中出现的三个学习瓶颈的分析，以及在实际教学过程中“JIT四步教学法”的尝试运用，我们在生物仪器分析实验教学中取得了长足进步。在课堂上，同学们学习积极性更高，特别是针对每种仪器都有了与人们生活密切相关的热点话题，如：原子吸收分光光度计能检测食品营养元素含量的高低、检测重金属是否超标；高效液相色谱能检测很多产品中的功能性成分等等。整个教学过程中，学生们兴趣倍增，一改之前对生物仪器分析实验课程枯燥无味的感观，都觉得学好这门课，掌握一系列现代先进的仪器分析方法，对自己未来的工作和生活将有着极大的帮助，在取得了良好的教学效果的同时，也赢得了学生们的认可。这种教学效果在学生们掌握各类大型仪器的操作技术的硬性基础上，更能激发其研究生物学更深层次的动力，导引出基于主、客观能动性培养的途径和渠道，为其日后科研实验奠定了基础。

JIT的四步教学法以其在生物仪器分析实验教学中对学习环境的创设和打造，为“学生体验学习”的方法提供了可能，真正体现了“学生为主体、知行合一，注重干悟”自主学习原则，通过知识信息传播环境、实践能力训练环境的熏陶、形成有利于学生创新意识、创新能力和探索精神健康发展的良性循环，极大地促进了学生潜能的发掘，对引发科学研究个性化，素质提升全面化的教学实务尝试具有积极的作用。

生物仪器分析这门课是发展中的实验研究性课程，其特点决定了其不断变化，不断更新的发展趋势，这种趋势对身处教学一线的教师来说，也一定是一个要求不断自我充电，更新知识的挑战过程，我们作为教者，只有在注重提高自身创新能力的同时，在知识结构和教学方法上狠下功夫，以“学高为师，身正为范”的高标准为要求，才能使学生与教师的思维同步，才能和本学科以及创新教育改革发展同步，以此丰富、完善生物仪器分析实验课程的教学理论和实践，为生物学领域培养出更多的优秀人才。

[1] 周杰,刘学群. 生物仪器分析现场实验教学改革的探索与实践[J]. 实验室科学,2012,15(1): 35-39.

[2] 高向阳.新编仪器分析[M]. 北京：科学出版社，2013.

[3] 林叶,李庆章,高学军. 生物仪器分析技术实验教学实践与探索[J]. 牡丹江师范学院学报(自然科学版),2010, (4): 79-80.[4] 甄贞,苍晶,曲波,等. 开展生物仪器分析实验课教学实践的体会[J]. 黑龙江畜牧兽医,2015, (5): 144-145.

[5] 李萍,贾潇凌,郑权,等. 《生物医学仪器分析》的教学手段建设探讨[J]. 高教学刊,2015, (21): 40-41.

2016-04-29

徐德聪(1974-)，女，安徽舒城人，博士，合肥师范学院生命科学学院副教授，主要研究方向：农产品质量分析。

G

B

1674-2273(2016)06-0106-03