“色谱与分离”教学研究

吴泽颖，壮亚峰，陈建欣

(常州工学院数理与化工学院，江苏 常州 213032)

0 引言

“色谱与分离”是常州工学院化学工程与工艺专业一门重要的专业基础课，主要讲授分离与色谱分析的原理、方法、技术和应用。在化工和制药等过程中，往往需要采用多种分离和分析方法，才能实现产品设计和质量控制等具体要求。因此，“色谱与分离”在化学工程与工艺专业课程体系中占有非常重要的地位。

“色谱与分离”这门课程在内容上，由“质”和“量”的化学、分析以及评价组成，其中蕴含着烦琐的数学运算、严谨的逻辑推理和细致的实验操作。这些特点决定了此课程既需要教授学生科学知识，又需要培养学生工程能力。因此，在教学过程中要强调理论与实践结合，着重培养学生解决分离与色谱分析实际问题的能力。

多年教学实践经验表明，“色谱与分离”课程信息量大，课外延伸内容多，如何引导学生重视这门课程的学习，提高积极性，从被动听课到主动研究，进而灵活运用知识，解决实际问题，是教学中的重点和难点。本文对教学过程中发现的问题进行总结分析，研究提高教学效果的方法。

1 突出实际问题，校企结合，培养应用型人才

目前，应用型人才是新时期高等教育研究关注的热点[1]。应用型人才培养的目的不仅要培养会动手的人才，还要培养能思考的人才，具备创新能力的人才[2]。

结合我校培养应用型本科人才的办学目标，在“色谱与分离”课程教学中，将工程实践作为教学目标，要求学生在掌握理论知识的基础上，具备解决实际问题的能力。

在化工和制药过程中，为了获得符合质量要求的产品，技术人员需要采取合适的技术和手段，利用物质物理或/和化学性质上的差异，将理论的分离可能性转化为实际的色谱操作。这一要求使得我们在授课时必须将理论与实践紧密结合，通过工程案例的提出和讲解加深学生对理论知识的理解和运用。比如，在讲授气相色谱检测器时，通过列举一系列目标化合物和对应的实际分析任务(例如化学试剂中水分和塑料中丙烯腈单体残留的测定等)，引导学生根据分析对象和任务的特征，选择最合适的检测器。这一教学目标的实现，不仅要求学生掌握检测器的基本原理和构造，而且要求学生结合分析目标，能够自行确定使用何种检测器，进而掌握实际可行的操作步骤，这是学生应用和实践素质培养中一个极其重要的环节。在此基础上，引导学生进一步明确，为了达到多种不同类型化合物同时分离分析的目的，可以采用气相色谱与质谱联用的方式。例如，蔬菜中多种有机农药残留量的测定。但是，在许多工业生产中，进行具体方法的选择时，不仅需要满足理论和技术可行的要求，还必须考虑成本、能耗和环保等问题，这就需要侧重研究工业化的分离方法以及最佳操作条件等。学生通过这些具体实例的讨论和运用，树立了实践和应用意识，面对各种不同的分析任务时，可以独立自主地选择合适的分析技术。

“色谱与分离”是一门来源于实践并且最终运用于实践的课程。因此，在教学过程中，我们与相关企业，尤其是与色谱及分离技术大量运用的检测机构合作，在了解了行业和企业的具体需求后，结合本专业的特点和优势，由企业专家进行技术指导，并将真实的企业项目(例如将食品和药品中化合物分离和分析方法的开发)带入课堂中，通过项目式的教学方法，使学生能够体验到真实的项目开发流程和技术手段。同时，通过与企业共建实践基地的方式，选拔部分成绩优秀的学生进入这些企业进行实践，使学生在进一步完成从知识到应用转化的同时，增强了团队合作意识，了解了行业前沿。来自企业的良好反馈表明，这一方式可以为学生成长为优秀的应用型职业人才打下坚实的基础。参与校企实践的大部分学生由于其扎实的理论基础和出色的动手能力，在大四上学期就得到了优秀企业的聘用，真正将所学的知识和技能运用于实际生产中。

2 注重师生交流，开放互动，提高教学效果

在传统的教学过程中，主要是以教师为主，学生为辅，这种教学方式并不能全面发挥学生的主观能动性。尤其在理科基础课的教学中，经常出现以下现象：①学生积极性不高，和教师有距离感；②学生不明白该课程有什么用，各学期课程的联系性不强；③学生基础不同，针对一部分学生的难度很可能影响另一部分学生的吸收[3]。

“色谱与分离”的教学过程中也难以避免出现上述状况。因此，在教学过程中，我们首先研究了应该如何调动学生的积极性和自发性，形成教和学互动的氛围。一个非常有效的手段是基于问题进行教学，在课堂中设置疑问，启发学生思考。设置的问题不仅与理论结合紧密，而且将抽象的知识变得生动有趣。经过几年的教学实践，我们结合教学内容，选用的问题大多为学生熟悉的实验事实和日常生活实例。例如，化工精馏实验和色谱塔板理论的联系、生活中一些分离现象的原理等。色谱塔板理论是一个十分抽象的假定，即使通过大量的板书和动画演示，仍有部分学生无法理解，产生抵触情绪，学习积极性下降。通过学生熟悉的化工精馏实验，提问其与色谱塔板理论的异同，激发学生进行思考和探索，从而理解所学内容，由考核结果可以看出，所有学生都可以通过与化工精馏实验的联系，理解色谱塔板理论的原理及作用。提出问题后，再做进一步讲解，并启发学生运用所学理论知识分析和解释实验现象，再次激发学生的学习兴趣。

另外，在课程讲授过程中，我们还设置了一部分开放的、无固定标准答案的问题，鼓励学生课后形成讨论小组，利用本课程上学到的知识，通过查阅文献和资料，进行研讨式学习，并在课堂上发言，也可以以提问的方式进行交流互动。设置的问题包括日常生活和化学工程工艺相关的社会热点问题，例如，酒精/兴奋剂测试、中药质量控制等。学生在平时的学习和生活中，本身对这些问题十分关注，通过合理的提问，如怎么判定是酒驾还是醉驾，使学生自发地、感兴趣地进行研究。在讨论过程中，我们更注重对学生有创新性或可行性的答案加以支持和表扬，使学生体会学习和自我探索的快乐。在完成了这些讨论后，学生对所接触到的其他问题或热点，如面包中含有偶氮甲酰胺等，会主动进行文献检索，形成实验方案，讨论后进行实践和验证，获得自己解决问题的成就感，从而不再对本课程有灌输式学习的印象[4]。学生在课程相关的问题和热点中提炼了自己的毕业论文选题或比赛课题，运用所掌握的知识和方法设计并完成实验。一位同学获得了校级优秀毕业论文三等奖，一位同学获得了校级 “挑战杯”比赛三等奖。

3 多种方法并用，双语教学，拓宽学生视野

“色谱与分离”课程涉及许多仪器和部件的原理、结构和操作规程，在传统的教学模式中，只展示挂图和照片等，教学不够生动，效果不好。为了克服以上缺点，我们更多地使用多媒体方式教学，融合图、文、声、像，为学生提供更直白的观感和丰富的资源。对于分离原理和分离过程，我们采用动画等方式动态地展示，将抽象的知识点更直观、清晰地展现出来，不仅增强了课堂教学的信息量和趣味性，更便于激发学生学习的积极性，学生普遍反映比单幅的照片更有利于理解和掌握。况且在授课过程中我们并没有采用单一的多媒体教学方法。在公式和推导较多的章节，比如色谱的理论知识部分，就不适合利用多媒体教学。我们通过板书将推导过程一步一步展现出来，更便于学生识别重点，理解及记录。同时，由于网络教学可以不受时空限制，有利于拓宽学生的视野，因此我们也进行了网络课程的建设，通过毕博系统中的在线问答等方法，可以及时解决学生学习过程中遇到的问题，加深和巩固课上教学内容[5]。

由于色谱分析方法起源于国外，其中涉及的很多专业术语和词汇都是从英文翻译过来的。因此，在教学过程中，我们也进行了双语教学模式的探索。考虑到学生的英文水平和接受程度，我们将PPT课件的部分内容，特别是一些专业术语，采用中英文对照的方式呈现。在讲课时仍然以中文为主，英文为辅，使学生在学习专业知识的同时，强化了英文的应用能力，更方便地阅读国外文献，从而更好地了解学科前沿发展，拓展视野，培养科研意识。此外，“色谱与分离”包含内容较多，各章节内容相对独立，每个章节涉及的专业词汇量大，交叉较少。因此，在每个章节中，我们将内容分为“基础” “应用”和“研究”3个部分。首先确保学生掌握中英文知识要点，包括方法的原理、分类等内容；其次，通过英文国际标准等实例增加学生对知识点在应用中的认识；最后，通过国内外知名专家学者的研究成果，引导、鼓励和支持学生进行课外研究和学习。在教学过程中逐渐增加英文授课的比例和难度，从专业术语的介绍逐渐过渡到原理和流程的示范。目前，学生普遍反映对英文术语的接受程度较高，对考卷中出现的英文术语感到习惯并理解；个别英语基础较好的学生，已经能够独立撰写英文小论文；大部分学生已经能够独立翻译部分英文资料；仍有少部分学生阅读并理解全英文文献仍有较大困难。因此，在今后的教学过程中，我们还将逐步增加与学生的英文交流以及学生之间的英文讨论。同时，在课后通过各种方式，了解学生对英文内容的理解程度和对这种教学方式的接受程度，并根据实际掌握情况调整英文授课的范围，在学生接受度和教学国际化之间找到平衡。

4 改革考试模式，因材施教，促进个体发展

具有科学性、客观性与可行性的考核方式，可以检查学生对教学内容的掌握情况，促进学生的学习，也可以进行课堂教学效果的评价，提高教学效果，促进教师改进教学方法[6]。

传统的考试模式以书面考试为主，侧重于考查学生的记忆能力，对基本概念、原理的理解和掌握。而“色谱与分离”是一门工程性和实践性很强的课程，要求学生具有分析和解决工程实际问题的能力。因此，使用传统的考试模式并不能真正考查学生运用知识解决实际问题的能力。为了改变学生死记公式，而不能从解决实际问题出发，合理利用公式的情况，我们在教学过程中增加了课堂提问这一考核手段。由于各种客观原因的存在，大学课堂上提问相对较少，但我们发现提问可以更直观地检验学生的学习效果。我们通过提问各种情况下应采用什么分离和色谱分析方法，使学生更好地集中注意力，推动了学生开动脑筋独立思考，开拓了学生解决工程问题的思路。在传统的书面考试中，我们增加了大量工程类和实践性的题目，相较于死记硬背的学生，能够灵活运用理论知识的学生才能取得优秀的成绩。同时，我们还鼓励学生进行小组讨论、撰写学术论文和开展校外实践。

此外，不同的学生学习背景、专业基础和职业生涯规划不同，“色谱与分离”教学内容的设计更注重基础知识的讲授，结合要点举例说明，使学生更透彻地理解和掌握。对于学有余力的学生，我们在基础教学之外，适当增加色谱和分离科学前沿的介绍以及校外实验室的参观实践，提供更多的学习机会，使学生对色谱在环境、生物和医学等方向上的应用获得初步的认识，在保证课程深度的基础上增加知识点的广度，加强与其他课程的联系，帮助学生建立知识网络。例如，在液相色谱这一章节中，对于以就业为目的的学生，我们列举了大量操作过程中可能出现的问题。例如，基线漂移和压力异常等，并讲解了可能的原因和对应的解决方法，鼓励学生多做实验，从实践中学习；对于立志考研的学生，我们从生命科学等液相色谱应用最多的前沿领域介绍了蛋白质组学和代谢组学的最新发展，为他们提供更广阔的学习空间，同时为他们考研选择导师和学校指明了方向；对于基础较为薄弱的学生，我们提供了多种联系方式和充分的课外时间为他们答疑，与他们交流。通过持之以恒地教育和引导，以就业为目的的学生通过扎实的操作技能获得了众多企业的青睐，以考研为目的的学生找到了合适的导师，考取了理想的学校，一个因人而异和多面发展的教学体系由此而建成。

5 结语

总之，“色谱与分离”是理论与实践并重的专业基础课程。在教学过程中，我们强化了工程和实践能力的培养，不断地改进教学和考核方法，以学生为本，与时俱进，提高了学生上课的积极性、学习的主动性，和将所学知识用于实践中的工程性，发挥了本课程在培养应用型人才上的作用。在今后的教学改革中，我们还将针对学科发展的趋势，进一步提高教学质量，提升国际化教学能力，满足学校和社会发展对人才培养的要求。

[1]白靖文,徐雅琴,许晶,等.基于应用型创新人才培养的高等农业院校分析化学实验课程教学改革研究[J].化工高等教育,2012,29(6):28-30.

[2]王承学,石秀敏,王树江,等.应用型和创新型化工人才培养的双结合模式研究[J].化工高等教育,2010,27(6):8-11.

[3]张安琪,郑耿锋.互动式教学在普通化学全英文授课中的探索[J].教学研究,2015,38(1):49-52.

[4]郑竞发.争取学生热爱你的学科：读《给教师的建议》有感[J].中国科教创新导刊,2007(11):92.

[5]白靖文,徐雅琴,叶非,等.化学系列网络课程设计与制作[J].大学化学,2011,26(1):42-44.

[6]唐树戈,牟林,郑其格,等.高等院校物理化学课程教学实践的研究[J].教学研究,2015,38(3):81-83.