食品质量与安全专业仪器分析教学探索与研究

2019-02-16原晓喻张西亚张秋会余小领

山东化工 2019年23期

原晓喻，张西亚，李瑜，张秋会，余小领

(河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州 450002)

化学分析和仪器分析是分析化学的两大部分，后者在食品质量安全和营养检验中非常重要，是食品专业学生的一门重要的基础课程，尤其是在食品质量与安全专业课中用途较多。仪器分析这门课程在实习环节如本科毕业论文和实验室开放创新项目中起着重要支撑作用[1]，也能够为他们今后的工作提供相应帮助。

仪器分析课程是我校食品科学技术学院本科生主干课程之一，在培养应用型人才方面具有重要的支撑作用。随着分析方法更新，仪器性能提高，新型仪器不断问世，仪器分析在食品领域的应用也在不断深化。高校仪器分析课程的教学理念和实验方法在一定程度上滞后于当前社会的需要，难以与时俱进[2]。针对应用型本科教学特点，改革仪器分析教学手段、教学理念、教学方法和考核方式，增强学生的学习兴趣和内在驱动力，有助于培养学生独立思考和独立动手的能力，进而提高食品学科本科生的教学质量。

1 课程教学中存在的不足

1.1 课程内容抽象晦涩，学生兴致缺缺

仪器分析是一门综合性较强的专业基础课，涵盖光学、电学、化学、数学、计算机等多门学科知识。课程内容包括色谱分析、光谱分析、电化学分析和质谱分析等四大块，每种分析方法原理晦涩难懂且各不相同，知识点分散、跳跃性大，因此，本课程需要掌握的知识非常多。其次传统的教学手段一般都是板书和PPT，难以把各种分析方法的原理清晰地展现在学生面前。学生在学习时只能凭空想象，在没有任何基础的情况下，仅能理解一些基础概念，难以真正掌握仪器的结构和工作原理，难有较好的学习效果，这样容易使学生在学习过程中兴致缺缺，产生堕怠情绪。最后，随着高校招生规模的扩大，学学生整体自律能力不足，如果理论内容枯燥，必然致使学习效率降低，再加上部分学生化学、数学、物理基础薄弱，学习起来更吃力，这都导致理论课程的教学不容乐观。

1.2 学校仪器落后，最新分析方法难以实施

随着科技大踏步向前发展，各类型仪器的性能也在不断提高，新的分析方法和原理层出不穷，使其在食品领域的应用得到迅猛扩展。与此同时，新的检测靶标物持续更新，传统检测标准不断被优化。但是传统课堂教学的知识体系更新不能与时俱进，体现不出来实时性。使得学生难以接触到最新的仪器分析方法，导致应用型人才的培养和社会需求之间略有差距，以至于走上相关工作岗位以后，还需要花费一些精力和时间去适应新的工作环境。

1.3 学生实际操作能力不够

我院具备一些性能很好的大型仪器分析实验教学设备，如气相色谱、液相色谱、原子吸收光谱仪等。但是因为仪器昂贵、操作复杂、需要配备经验丰富的专业人员、后期维修成本高，这些限制性条件使得学生接触和使用大型仪器的机会较少，实验项目也多做演示说明，难以真正提高学生的实践操作能力。

2 课程改革方案

2.1 增强文献阅读和启发式教学

仪器分析是一门内容兼顾广度和深度的学科。在授课过程中，发现很多学生都缺乏兴趣、存在惰怠情绪，从而导致授课结果不太理想。于是作者基于课本大纲，结合自己的科研经历，并分享优质论文，与学生共同探讨分析方法和应用案例，极大的提高了学生兴趣。例如近几年来，在学校教改项目的支持下，我们教学团队逐渐探索了一种适合仪器分析的新方法：案例主导的启发式教学法。例如，在讲解高校液相色谱的分离检测性能时，我们以食品添加剂的分离和定性为启发性案例[3]，该案例贴近现实生活，学生们兴趣盎然，然后教师通过启发式教学对课堂教学进行设计如下：

提出问题：乳制品中有哪些常见的食品添加剂？

分析问题：引导学生查文献，讨论，得出结论：安赛蜜、糖精钠、苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、甲基香兰素和乙基香兰素。若想要知道乳制品中防腐剂种类，须找到一种快速、同时检测这7种添加剂的简便方法，此时引出高效液相色谱法，并进行相关知识的讲解。在启发性案例中，让学生带着问题去探索知识，会获得较好的教学效果。

解决问题：首先利用高效液相色谱检测添加剂(国标)的标准曲线，找出添加剂保留时间、浓度和色谱峰面积之间的关系，然后与待测乳制品的色谱流出曲线进行对比，得出乳制品中添加剂的种类和含量。通过购买市场上各种类型的乳制品并进行检测，将检测结果与商品标签进行核对，观察检测结果是否正确。此类教学设计极大得提高了学生的发散思维能力，比如有的同学会将乳制品带入实验室，想验证乳制品中添加剂的种类和含量。结果发现，此教学方法深受学生喜爱，教学效果甚好。

2.2 科研与校企合作，共同带动教学

为了进一步减小实验水平与课堂理论知识之间得差距，作者采用了一个非常有用的教改措施：积极引导本科生参与科研课题。学生可以通过参与课题研究，更加深入得理解课堂上的理论知识；其次可以查阅文献、设计实验，到最后通过动手实践完成实验，提高解决问题的能力，实现理论与实验相辅相长。

另外，我校还积极开展具有专业特色的“创新实验大赛”、“技能大赛”、 “本科教学实验室开放性创新实验” 、“大学生创新计划”等，使学有余力的学生能够自行设计实验内容，并与指导教师讨论实验方案的可行性，在开展实验项目时，教师和学生都能在此过程受益匪浅，从而进一步提高教学质量。

最后，可以积极开展校企合作，增加见习环节，参与分析仪器的工作流程，使学生对仪器构造、检测原理、和分析方法有更深刻的认知。此外学生可以通过对企业的了解，在将来就业时更清楚自己的工作岗位。例如我们班一位本科生曾在一家第三方检测机构进行半年的实习，在企业工程师的带领下，对高效液相色谱和气相色谱的常规检测方法进行了细致的学习，使得其在毕业找工作时，直接适应了工作单位对人才的需求。

对于实践性很强的“仪器分析”实验课而言，期末考核方式这根“指挥棒”决定了学生的实验操作比重，近年来作者逐渐将实验预习和实验过程纳入考评体系，对学生预习情况进行深度提问，多次巡视其实验操作过程并随时指导和评价，重点关注学生对实验结果的思考和讨论。另外，需要同时考察学生的动手能力、实验操作科学性以及数据记录的规范性等给出最终成绩。所以，多元化考核体系能够更好的评价学生的理论知识、实践知识、综合能力和素质。

2.3 引入虚拟仿真实验室，丰富平台资源

虚拟仿真实验室是基于仿真技术构建的开放式、网络化的虚拟实验室，具有很强的仿真性[4]。教师通过预先定义虚拟仪器的功能和实验步骤，让学生不受时间和空间的限制，在终端上完成实验预习和操作。在虚拟实验室中，学生可以直观了解到各种大型仪器的组成、操作步骤、掌握各类样品定性和定量分析方法。虚拟仿真实验室可以同时多人在线学习，具有利用率高、易维护的优点。近几年来许多高校陆续建立了虚拟仿真实验室，极大得提高了实验教学效果[5]。加深了学生对分析方法的理解，提高应用能力、增加趣味性。