仪器分析课程理论与行业需求融合实践探索

巩飞龙，弓丽华，王焕新，陈涛伟，张永辉*

（1.郑州轻工业大学材料与化学工程学院 河南 郑州 450001；2.河南广电计量检测有限公司 河南 郑州 450001）

随着科学技术的发展，仪器分析已经成为各个领域解决问题的关键手段和“眼睛”。它渗透科学研究、生产过程中的质量检测和控制等各个主要环节和领域，是一个极其重要的技术体系。仪器分析课程是化学类、环境科学类、医药类等学科各专业必修的基础课程，采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法，是学生必须掌握的现代分析技术。课程大纲包含十个章节的内容，包含光谱分析法、质谱分析法、电化学分析法、色谱分析法等，每一种分析方法中又涵盖了各种仪器设备，介绍了常用仪器分析方法的原理和应用。课程目标要求学生具备运用适宜的研究与测试方法或手段解决实际问题的能力。

但是在讲解教授仪器分析课程理论知识的同时也逐渐暴露出一些教学问题：学生方面，理论知识难理解，仪器构造和工作原理难掌握，遇到分析类实际问题无法有条理地选择合适的仪器设备辅助分析和解决问题，造成学生厌学，失去学习动力；教师方面，课程压力大且任务重，无法完成课程目标，以至于仪器分析课程成了“烫手山芋”[1]。近年来关于仪器分析课程的教学探索不断地被提出，从教学理念[2-3]、教学方法[4-6]、教学内容[7]等方面开展了大量的探索研究，目的在于加深学生对理论知识的理解，为更深层次的科研学习和行业应用打下坚实的基础，从而提高学生的实践能力和运用理论知识解决实际问题的能力。本文围绕仪器分析课程的教学改革，以行业需求为出发点，结合难点和瓶颈，融合实践教学与虚拟仿真平台，让学生亲自参与设计实验方案，动手实操演练，激发学生的学习兴趣，实现理论与实践的统一，最终达到本课程的教学目的。

1 教学改革措施

1.1 引入行业需求

随着时代发展的不断进步，人们对于食品和环境的要求更加苛刻，绿色无污染、营养、口感好的优质食品受到越来越多人的喜爱。然而3 15 晚会曝光的“泰国香米”竟是香精勾兑而来的内幕和各式各样的食品安全问题，让食品检测分析显得格外重要。琳琅满目的化学试剂被商家添加到食品当中来提高口感和卖相，却忽略了它对人体的伤害。面对种类繁多的化学试剂，有些是有国家检测标准的，有些是没有国家检测标准的。因此，需要学生主动对接行业发展需求，在进入企业时具备分析检测的能力，对于没有国家检测标准的化学试剂或者添加剂，在进行检测分析时应该怎么运用所学的知识和实践对它进行分析，选择哪种仪器和方案进行分析，解决问题的过程就涉及了仪器分析课程知识。

1.2 融合企业见习

带领学生到分析检测公司进行实地观摩和学习，学习检测分析的工作内容和操作流程。材料与化学工程学院与河南省分析测试中心，河南省质量监督局，河南省畜牧局，河南广电计量检测有限公司等保持长期的合作关系，签订了校外实践平台合作协议。以企促学，以学辅企，相互合作，提升分析检测技术的先进性和准确性，判断产品质量是否合格，为质量改进提供可靠的依据，从而更好地服务于社会。学生以小组为单位，每组5 人，推选出一位组长，负责本组的集体活动。每组学生由一位公司的检测工程师负责，带领学生全程学习分析检测的整个过程。观摩学习后总结归纳分析检测的基本流程，与仪器分析课程中的知识点相结合（图1）。

图1 行业检测需求与仪器分析课程融合内容框架

突出“学生中心、产出导向、持续改进”的教育理念，依托“国家级校外大学生工程实践教育中心”等校外实习基地，加强与行业企业的互动发展，推动产教深度融合，深化校企合作育人。学生在企业中能够身临其境地感受到分析检测任务的重要性和规范性，一方面极大提高了学生的学习兴趣，以企业的需求为前提，学生能有一个明确的目标，带着问题更好地促进求知欲望，另一方面促使学生快速适应企业，实现人才的高质量培养。

1.3 结合校内实践

材料与化学工程学院以应用化学专业课程和学科为依托，创建了分析测试实验平台，重点实验室和工程中心。拥有应用化学专业实验室，河南省表界面科学重点实验室，具备仪器分析课程中涉及的原子吸收光谱仪，紫外可见分光光度计、红外光谱、核磁共振波谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪和质谱仪等设备，能够满足检测分析的硬件需求。教师在学生学习理论课程的过程中加入目前检测分析行业遇到的难点问题和瓶颈，启发学生进行思考，围绕“以解决问题为导向，以培养能力为目标，教学相融”的思路，引导学生带着问题在课堂中找答案，通过解决问题收获成就感。在每一章的教学设计中，都会涉及“相关实例、知识拓展、生产生活问题讨论”等方面的内容，通过学习解决问题使学生感到知识的实用价值，激发学习兴趣。教师根据企业中遇到的没有国家检测标准的检测项目设计提出问题，学生按照5 人一组分组设计检测方案，由每组组长代表本组讲解检测分析方案，经课堂讨论后在校内实验室进行实操演练（图2）。实践的过程中涉及样品预处理方法的比对，不同仪器检测结果的比对，学生之间检测结果的比对，坚持“以学生为本，全员参与，持续改进”的原则，在实践过程中发现问题并解决问题，提升学生的动手能力、工程实践能力和创新能力，不断改进检测分析方案，最终加强学生对仪器分析知识的学习和应用能力，获得行业认同。

图2 校内分析检测任务实践流程图

1.4 应用虚拟仿真平台

结合现代信息技术，强化教学实验，科学实践，大力推进虚拟仿真实验建设[8]。学院建设有仪器分析虚拟仿真平台，教师可以利用仪器分析实训仿真软件进行课堂教学，与学生互动，活跃学习气氛。对仪器的认知可以通过软件实现实验仪器设备的组装，实时查看各组件，让学生认识仪器；同时可以模拟真实的实验室环境，仪器操作，数据采集，数据分析，得到仿真结果，让学生掌握仪器的使用和操作步骤，加深学生对仪器分析原理、操作规程和仪器维护的理解认识。课后，学生可以利用仪器分析仿真软件进行实操训练，强化巩固课堂知识。学生经过企业见习，校内实践后，结合三维虚拟仿真，创建实虚结合的模式，让学生能够在实操和虚拟仿真结合的环境中完成知识、技能的学习。教师在仪器分析课堂教学中利用数字化教学资源，加入计算机、虚拟仿真等现代技术，改变了以往的教学模式，让学生在做中学、学中做，“教”“学”更灵活。同时将专业理论知识与行业岗位实践相结合，大大增强学生的学习兴趣和思维能力。

挖掘校内校外教育资源，以行业企业需求为出发点，教师结合当前行业遇到的难点问题和瓶颈，提出问题下发任务，学生结合企业见习和查阅文献制订方案，运用虚拟仿真平台，增强认知性，从而找到问题的最优解，通过校内实践方案的实施，并与行业工程师比对，以学生的获得感和成就感促进学习兴趣和求知欲，提升学生的动手能力、工程实践能力，解决问题的能力和创新能力。

2 完善教学评价体系

坚持“以学生为本，过程管理，全员参与，环节可测，持续改进”的原则，构建学生、老师、用人单位等共同参与的“以学生为中心”的培养质量持续改进体系，完善从“培养目标—毕业要求—课程体系—课程大纲—课程评价—改进方案实施—培养目标”的闭环质量持续改进体系。建立教学质量标准和评价机制，保证人才培养质量的全面提升。

在校内实践过程中，邀请行业工程师现场评分，对样品预处理，人员结果比对，仪器结果比对等项目实施打分制，从而反馈校内实践教学的质量和问题，促进教学质量的持续改进。仪器分析虚拟仿真平台能有效记录考核成绩，学生可以进行学习效果的自我检测，同时，考核数据也会自动同步到系统后台，反馈给教师，方便教师了解学生对知识和技能的掌握情况，辅助教师对课程教学的改进和调整，更好地教学，真正实现教学闭环。

3 加强教学组织建设

引进与专业方向高度契合的博士（后），形成高学历层次，职称结构合理的多学科交叉融合的高水平师资队伍。坚持立德树人引领，提高教师的综合修养。推进教师队伍的培训交流，加大青年教师培训力度，坚持传帮带、听课、督课常态化，组织教学大奖赛等方式提升教师的教学能力。鼓励教师开展科学研究，注重科研反哺教学，将科研成果引入教学，同时加强与行业企业的合作交流，将行业需求和问题引入教学，以高水平科研和适应行业需求支撑高质量人才培养。定期开展教育教学研讨，交流教学经验，加强团队建设，创建优秀基层教学组织。

4 结语

“仪器分析”课程是一门理论与实践并重的专业课，以行业企业需求为前提，对仪器分析课程的教学方法和内容等方面开展了一系列教学改革措施的探索。结合课程的特点，教师采取“以解决问题为导向，以培养能力为目标，教学相融”的思路，在讲授知识的同时结合行业的难点和瓶颈，提出问题，促使学生带着问题学习，并尝试找出解决问题的方法，融合企业见习、校内实践和虚拟仿真平台，以理论与实践，实操与虚拟相结合，提高教学质量，加深学生对课程的理解，提升学生的工程实践能力和解决问题的能力，为培养符合行业需求的应用型分析人才奠定坚实的理论实践基础。