应用型高校食品专业仪器分析实验教学的探索

谭微 蔡锦源 崔娜 熊建文 吴文启

【摘 要】本文论述当前食品专业仪器分析实验教学中与实际应用联系不紧密、教学手段落后、综合性和创新性实验项目少等问题，提出强化综合性实验来优化教学内容、引入结合虚拟实验的虚实结合教学模式、利用校企合作丰富教学资源等对策，使教学与实际结合更紧密，更好地培养学生的综合能力和实践能力，以达到应用型本科院校培养应用型创新人才的教学目标。

【关键词】应用型本科院校 食品专业 仪器分析实验教学

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）06C-0158-03

为满足我国经济建设和社会发展对应用型人才的需求，从2013年起，教育部开始大力推动600多所1999年高校扩招后的新建本科院校向应用型高校转变。培养具有良好的实践应用能力、创新创业能力和精益求精工匠精神的高素质人才是应用型高校的主要任务。因此，在教学层面上，应用型高校需要进行教学改革，特别是实验实训课程的改革，把培养学生的实践操作能力放在重要位置。仪器分析实验作为广西科技大学鹿山学院食品专业的一门专业基础课，是仪器分析理论课程的实践教学环节，具有操作性强、应用性强、内容广等特点。随着食品行业的迅速发展，食品安全和品质监控越来越依赖于具有高精密度和高灵敏度的大型精密仪器，因此，能够熟练掌握仪器操作技能的食品检验检测人才需求量不断增加。为了满足人才市场的需求，广西科技大学鹿山学院以培养应用技术型人才为教学宗旨，针对实验教学中存在的问题，对仪器分析实验教学内容和方法进行探索，以期使学生既能熟练掌握各种大型仪器的操作技能，又能提高理论联系实际的创新能力，为将来从事与食品分析检测相关工作打下坚实的基础。

一、仪器分析实验教学现状及存在的问题

（一）实验教学与实际应用联系不紧密。得益于电子、通信和控制技术、材料科学等领域的发展和创新，各大仪器制造公司每隔几年就会推出更新换代的产品，而仪器分析实验教材内容的更新速度却远远滞后于仪器的发展速度，而且不同高校拥有的实验设备型号不同，实验条件和实验操作也存在不小差别，难以找到通用的实验教材。此外，现有的仪器分析实验教材很少有专门针对食品专业设置的实验项目。实验项目与实际应用联系不紧密是学生学习兴趣不高的原因之一。

对于应用型高校来说，“双师型”教师的比例偏少，大多数教师都是从高校毕业后直接进入学校工作，虽然拥有深厚的理论知识，却缺乏在相关行业的一线实际操作经历，对仪器的实际应用缺乏系统认识和体会，有很多实用的经验知识不能传授给学生。

（二）实验教学手段落后。传统的仪器分析实验教学模式通常分为三个步骤：首先，让学生自行预习，完成预习报告；其次，在课上，指导教师先让学生集中在仪器前，讲解仪器的构造、工作原理和操作方法，学生再按照实验步骤完成实验，获得数据；最后，课后学生完成实验报告。通过和学生的沟通，我们发现这样的教学模式存在一些问题：许多学生的预习报告都是为了应付老师，没有经过独立思考，完全照抄實验教材，达不到预习的效果；由于大型仪器通常价格昂贵，数量较少，通常是一组10多个学生只能用一台仪器，在教师讲解仪器构造和操作演示过程中，部分学生看不清楚，观察不仔细，演示效果达不到预期，抑制了学生的学习积极性。

（三）综合性和创新性实验项目少。各大院校仪器分析实验普遍存在验证性项目多、综合性项目少的问题。究其原因，一是因为课时较少，如广西科技大学鹿山学院食品专业的仪器分析实验课程是16学时，涉及光、电、色三类仪器，除去课前讲解，留给学生实验操作的时间所剩不多。为了完成实验任务，实验准备教师通常在课前已完成样品预处理，学生在课上只需要进样即可。二是每组的配套教学仪器设备少，造成部分学习主动性高的学生愿意进行操作，其他学生只是在旁边观摩，缺少了独立操作的机会。因此，我们应该在教学中加入综合性实验，让学生了解实际样品分析检测的整个过程，包括样品预处理，而不仅仅是进样过程。

二、对策

（一）优化实验项目，增加综合性实验。仪器分析课程涉及的仪器非常广泛，实验项目繁多，为了突出食品专业特色，广西科技大学鹿山学院教师对柳州市出入境检验检疫局、深圳市计量质量检测研究院食品所等企业的食品检测项目进行了调研，发现光谱和色谱类仪器在食品检测行业中占据重要地位，因此，在学时比较紧张的情况下，我们删减了电分析实验项目，着重优化光谱和色谱仪器的实验项目。在光谱类仪器（紫外—可见分光光度计、红外光谱仪和原子吸收分光光度计）中，由于原子吸收分光光度计可选择优化条件较多，样品前处理方法相对较丰富，所以设置了一个与原子吸收分光光度计有关的综合性实验。高效液相色谱仪和气相色谱仪虽然原理和操作方法不同，但两者对于样品前处理和检测条件优化的方法类似，所以挑选了一个与高效液相色谱仪相关的综合性实验。

验证性实验的主要目的是让学生掌握仪器基本操作技能和分析方法，综合性实验需要学生根据实际样品特性和待测物性质选择合适的样品前处理方法，再进行仪器检测，内容覆盖了样品分析的整个过程，有利于学生能力和素质的综合培养与提高。图1以“火焰原子吸收法测定食用植物油中的镁含量”为例进行说明。学生首先可以自由选择感兴趣的一种食用植物油作为样品，实验室提供了微波消解、湿法消解和干法灰化等三种样品前处理方法，然后通过查阅文献，确定适合的前处理方法并考虑实验条件，如消解溶剂体系和用量、料液比、消解温度和时间、微波消解中的微波功率、干法灰化中的马弗炉温度等因素，接着把处理好的样品溶液用火焰原子吸收分光光度计进行检测，用标准曲线外标法进行定量分析，最后得到分析结果，完成实验报告。在整个实验过程中，以学生为主，前处理方法和检测条件通过查阅文献确定，教师只是起到辅助指导作用，这样可以充分调动学生的主动性和积极性，既掌握了仪器的基本操作，又能了解一个完整的实际样品分析过程。在课程中增加了综合性实验，指导教师的工作任务和时长会增加，以后计划增加实验课师资，可以通过一台仪器由一位老师授课，学生采取组内循环的方式来解决这个问题。

近年来，国家大力提倡创新人才的培养，国家级、自治区级及校级大学生创新创业项目资助数量逐年增多。对于食品专业的学生来说，食品营养组分分析和食品安全检测等课题既和实际生活紧密相关，又能培养学生的创新能力，我们鼓励学生多申请相关课题，增加学习和操作大型仪器的机会。

（二）引入虚拟仿真实验的虚实结合实验教学模式。大型精密仪器价格昂贵，如一台液相色谱就需要几十万元，对于应用型民办独立院校而言，没有足够的经费采购多台相同的仪器。以集成化、虚拟化与网络化为特征的虚拟仿真技术，可以让学生人手一台电脑，在机房内通过软件模拟技术来达到真实实验的效果，解决了真实环境无法做到人手一台仪器的问题。依托系里的虚拟仿真实验室，我们引进了大型分析仪器仿真3D软件，可以提供紫外可见分光光度计、红外光谱仪、原子吸收分光光度计、气相色谱和高效液相色谱等仪器的内部构造、部件介绍、原理演示和实验过程的仿真模拟。

在实验课开始前，学生以班级为单位在虚拟仿真实验室完成预习任务，包括复习理论课已讲解的仪器相关知识，学习仪器构造，了解实验内容和操作方法。在预习完成后，会有测试题考查学生的掌握程度。传统的现场观摩式教学，每个实验项目教师一般需要花费1个课时去讲解仪器构造和实验内容并演示实验操作，且效果往往不尽如人意，但把虚拟仿真引入预习阶段后，教师可以提前根据测试题完成情况了解学生在预习中没有掌握的难点，然后在课堂上有的放矢地对难点着重讲解，这样既有针对性又能节约时间，可以把宝贵的课时用于学生的实验操作，给学生多使用仪器的机会。此外，虚拟仿真练习使学生在做实验前就获得了直观感受和印象，不同于讲义上刻板地对实验操作进行描述，前者增强了学生做实验的信心，也激发了学生对实验的兴趣，学习热情得到了提高。

（三）利用校企合作平台，丰富教学资源。课程指导教师由于缺乏实际生产的经验，对实际样品分析检测的经验和体会不深，借助学校转型而大力发展的校企合作平台，系里聘请了在柳州市出入境检验检疫局工作的企业教师给学生上实验课，他们在课上给学生传授了很多实用的经验，特别是仪器使用和维护方面的知识。例如在使用火焰原子吸收分光光度计时，我们往往忽略空心阴极灯电流的优化，通常采用仪器安装时的默认值。但灯电流直接决定了光源的强度，对仪器信噪比、精密度、检出限和背景校正等性能指标有影响，灯电流小，谱图的信噪比低，灯电流过大，会缩短灯的寿命，甚至烧坏空心阴极灯。企业教师在介绍仪器时，会让学生调节灯电流，观察空心阴极灯上注明的占空比和工作电流，先确认灯电流的适用范围，在满足最低样品浓度的信噪比条件下，设置比较低的灯电流，保护空心阴极灯和仪器。随着学校采购的仪器设备越来越多，系里和仪器公司的联系越来越紧密，我们计划以后邀请仪器公司的工程师以讲座的形式，向学生介绍仪器发展和应用的前沿知识。

校企合作平台的建立，还为学生提供了更多的实习机会。目前，广西科技大学鹿山学院食品专业的学生有在广西药用植物园、广州金域检测中心和深圳市计量质量检测研究院等单位实习，为他们的仪器分析实验课程提供了后续学习的机会，可以接触到更多更先进的大型仪器，有利于实践技能和综合能力的培养。

总之，应用型本科院校的定位就是培养理论和技能并重的创新型人才，根据食品专业的特点，我们优化实验内容，增加综合性实验，把大型仪器虚拟仿真3D技术引入实验教学，利用校企平台丰富教学资源，对仪器分析实验课程进行了探索，并取得了一些成效。随着教学改革的继续深入，我们应该使教学更加贴近实际，给学生创造更多的仪器操作机会，形成更加科学的仪器分析实验教学体系。

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【作者简介】谭 微（1986— ），女，广西柳州人，广西科技大学鹿山学院工程师，硕士，研究方向：分析化学和仪器分析理论和实验课程教学；熊建文（1981— ），男，湖南湘潭人，广西科技大学鹿山学院副教授，研究方向：食品生物技术。

（责编 卢 雯）