應用型和創新型人才培養在儀器分析教學目標中的合理定位及實施方略

吳少尉　王聯芝　向東山　張升暉

（湖北民族學院化學與環境工程學院，湖北恩施445000）

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應用型和創新型人才培養在儀器分析教學目標中的合理定位及實施方略

吳少尉*王聯芝向東山張升暉

（湖北民族學院化學與環境工程學院，湖北恩施445000）

在化學工程與工藝、環境科學、化工與制藥、化學、應用化學等專業的儀器分析必修課教學中，既需強調其應用性，又有培養創新型人才兼顧個性發展的要務?；趹眯秃蛣撔滦腿瞬排囵B在儀器分析教學目標中的合理定位，在教學主線引領下，從精選儀器分析教學內容、建設專業背景需求的儀器分析課程新體系，多彩多樣教學方法的挖掘和適當使用，依層次循序漸進選擇性開設儀器分析實驗等3個方面系統組織構建人才培養方略。

應用型；創新型；儀器分析；教學目標；方略

化學化工、材料化學、環境科學、生物醫藥及農林相關專業開設的儀器分析課程實際是一門建立在化學、物理學、數學、計算機科學、精密儀器制造等學科之上的交叉綜合性課程。無論是國家一流大學還是地方院校，在其教學實施中整體上都保持著一條主線：首先講解儀器分析方法的基本原理，其次剖析各類儀器的系統結構，最后結合各種儀器分析方法的特點、應用范圍，引導學生根據分析對象和分析目的，學會正確選擇儀器分析方法，解決相關問題，培養學生獨立分析和解決一般實際問題的基本能力。目前在部分高校轉型定位中，我們不能偏見地認為只國家一流大學需進行創新型人才培養，而地方院校在儀器分析教學中只需履行培養應用型人才要務。其實，國家一流大學在相關專業的儀器分析教學中也需強調其應用性，地方院校在儀器分析教學中也有培養創新型人才兼顧個性發展的責任。我們在教學中也常聽到學生說儀器分析課程學習既輕松又困難，其實學生有這種認識是必然地，感覺輕松是因為教師在教學中對各類儀器分析方法教學主線的強化和對比，認為有難度是課程綜合交叉屬性所決定的。任何一種儀器分析方法都需要以上多個學科內容的支撐，學生在前期相關基礎課知識面上的欠缺勢必造成儀器分析深入學習的困難。一定程度上，這也從學生主體角度體現出教師在儀器分析教學中對培養應用型和創新型人才的合理把握和定位。

在多年儀器分析教學實踐中，我們對化學工程與工藝、環境科學、化工與制藥等相關專業的學生，側重應用為主的教學目標，同時兼顧創新能力的培養。課程學習后，學生應會合理使用儀器分析方法解決專業研究方面的相關問題。對于化學、應用化學等專業的學生，教學上不僅要求他們會正確使用各種分析儀器，而且注重創新意識強化、創新思維訓練，更加重視創新型人才的培養?；趹眯秃蛣撔滦腿瞬排囵B在儀器分析教學目標中的合理定位，針對不同專業，在教學主線引領下，我們從以下3個方面系統組織構建人才培養方式策略。

1　精選儀器分析教學內容，建設專業背景需求的儀器分析課程新體系

在傳統的光譜分析、電化學分析、色譜分析三大部分內容上，基本內容不刪減，合理選取教學內容，教學時數的傾斜突出專業背景需求?；緦W時數（48或32）再加X學時，X學時用于引入實時報道的儀器分析新理論和新方法，以及在各個專業領域的新應用。主講教師與時俱進地合理控制X具體值（0≤X≤4），X可靈活包括在基本學時內。以不同版本［1-4］教材為參考進行選取，表1為依據專業需求精簡后的相應教學內容及教學大綱學時分配。課程組在每學期開學前進行教研會議、編制更新教學內容體系，開學后按教學計劃執行。對于儀器分析的新理論、新方法以及新應用等更新內容，主講教師可從國內外分析化學著名期刊（如美國化學會的Analytical Chemistry，英國皇家化學會的Chemical Communications、Journal of Analytical Atomic Spectrometry、Analyst、Analytical Method，Elsevier出版集團的Journal of Chromatography A or B、Analytica Chimica Acta、Analytical Chemistry Research、Talanta，德國Springer數據庫的Analytical and Bioanalytical Chemistry，國內的《分析化學》、《分析科學學報》、《光譜學與光譜分析》、《高等學?；瘜W學報》等重要刊物）最新報道中動態選取。另外，還可從專題學術會議以及儀器廠商新品介紹中進行合理篩選、補充。任課教師教研會議交流對于地方院校課程組顯得尤為重要，相互學習也是教學相長的源泉。

表1　依據專業需求精簡后的儀器分析教學內容

以上5個專業儀器分析教學內容體系，首先都講2學時的緒論，讓學生對儀器分析的來源產生、發展變革及趨勢前沿，研究應用，以及儀器分析方法性能指標有一個總體認識。再相繼學習氣相色譜，液相色譜分離分析方法。在這之中，就開始涉及電學（電流轉化電壓）和光學（光度吸收）的檢測原理知識點，在教學內容和教學方式上有意識、一定程度地縱覽電和光的知識章節，讓學生開始了解儀器分析課程的全部內容。對于電化學分析中的庫侖分析法，主要是法拉第電解定律的應用，而法拉第電解定律在高中階段已經學過，顯得相對容易，布置學生自學。儀器分析教材一般內容較多，為避免學生看到一本厚厚的書而產生畏難情緒，要引導學生善于將一本厚書讀“薄”，有助于學生抓住主干，整體了解儀器分析課程內容及發展脈絡。對于化學工程與工藝、環境科學、制藥工程相關專業，在光譜儀器分析方法內容學習上，可以把原子發射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜聯系對比介紹，統一壓縮為原子光譜分析。把分子光譜分析中的紫外吸收光譜和紅外吸收光譜聯系對比講解。制藥工程專業需加重色譜分析的內容，因其在藥典標準分析方法上應用廣。而對于化學工程與工藝專業，還需要補充熱分析內容，因為他們在化工企業中涉及到測量物質的物理性質與溫度關系的這類儀器分析技術。

2　多種教學方法的挖掘和適當使用

結合課程本身的內容及性質特點，采取傳統教學（對重、難點的實時條理板書有利于學生抓住隨堂的知識邏輯順序）和現代多媒體教學手段（儀器結構、工作原理的圖文并茂動態顯示）相結合的教學方式。在現今大學課程“慕課”（Massive Open Online Course，MOOC）開放時代，我們已建立儀器分析視頻課程中心，將儀器分析課程相關資料上網（http://www.hhxy.hbmy.edu.cn/yqfx/）共享，包括課程介紹、教學課件、教學隊伍、教學大綱、授課教案、作業習題、實踐指導、講義編寫、考核方法、授課錄像、學科講座、教研交流等，為學生遠程學習本課程提供了便利。在具體教學過程中，既注重應用型人才培養，也要激發學生的創新思維。針對具體教學內容，要善于挖掘多種教學方法，并因地制宜地使用，以收到事半功倍的教學效果，保證教學目標的實現。

2.1啟發式講授教學法

啟發式講授教學法是教學中最傳統的方法，顯著特點是激發學生的順向思維。比如針對原子吸收光譜分析（AAS）的教學，從18世紀觀察到太陽光譜中的原子吸收現象出發，啟發誘導學生分析太陽光譜中暗線的產生。由淺入深地導入共振線、吸收線、氣態原子、基態、激發態、銳線光源、連續光源等術語，以及譜線輪廓、譜線變寬、積分吸收與峰值吸收等概念，推導激發態原子數與基態原子數服從的Boltzmann分配定律，歸納出Walsh“峰值吸收”測量原理及原子吸收定量分析的理論依據。延伸拓展創新教育，介紹當今連續光源AAS實現多元素順序測定的新儀器，學有余力的學生可參看Boltzmann分配定律聯系吸光度和溫度等重要工程參數的研究論文［5］。按照事物發展規律，逐步啟發學生明白這其實就是一個科學研究的歷程，知曉何為理論創新和怎樣去技術創新。潛移默化地啟迪學生關注各種儀器分析方法的最新研究成果，極大地激發學生的學習熱情和求知欲，深深懂得掌握基礎知識、學會熟練應用，才能達到升華創新。AAS內容啟發教學效果明顯，在期末考試中，對于由易到難所出的有關AAS內容試題，學生在這些知識點上很少丟分；對著打開的儀器，絕大部分學生能夠講清其部件作用和測試工作原理，每位學生都能夠獨立開機測試。

2.2對比式教學法

例如氣相色譜和液相色譜分離分析技術，從其分離分析原理、分類依據、儀器結構、分析性能及應用等方面一一對應比較異同點。抓住它們共性部分都是對復雜混合物分離后再逐一檢測單組份信息，評價柱效的馬丁辛格塔板理論和影響色譜峰流出曲線形狀的范第姆特速率理論方程同樣適合這兩種分離分析方法，并有效區分固定相和流動相之間的不同作用，據此而衍生的各類色譜分離方法的微視頻課件的動態適時展示，讓學生短時間內抓住精髓。又如原子發射光譜、原子吸收光譜和原子熒光光譜分析的測量原理都涉及到目標元素的氣態基態原子能級躍遷至激發態的過程，儀器部件都包含有光源、原子化器、分光元件和檢測單元等。通過對比教學的方法講授原子光譜分析技術［6］，有效地重整精簡了教學內容及學時，突出了重難點，使學生加深認識，前后聯系，融為一體。將“知其然”與“知其所以然”并重，進而從能量作用方向和物質作用結構層次等方面把原子光譜與分子光譜潛在的關系對比揭示出來。對比式教學無形中也讓學生掌握對比學習方法，促進他們發揮主觀能動性，學會對比，觸類旁通。

2.3討論交流式教學法

如果說啟發式講授教學方法是以教師為主，那么討論交流式教學方法則是以學生為主。如講授氣相色譜儀器的各種檢測器時，每組學生討論研讀一種檢測器，并輪流講授給大家聽，然后集中討論并總結熱導檢測、電子捕獲檢測、氫火焰離子化檢測、火焰光度檢測的特點及應用。最后老師歸納4種不同檢測器配置的氣相色譜儀器的分析性能及性價比，并及時點贊往屆畢業生就一種檢測器而從事的創業活動，讓學生明白就某一個儀器的零部件，都可能有創新創業的空間。師生可通過儀器分析QQ群（成員當然也包括已畢業的學生，他們是儀器分析課程組寶貴的資源）、電郵等形式補充討論交流學習。討論交流教學法不僅有助于師生之間、學生之間培養感情，而且在彼此的討論交流中，激發了思想火花，培養學生有自己的主見，教學效果好。

2.4聯想式教學法

聯想式教學方法可以有效地訓練學生的發散思維。儀器分析教學既要把前后的基礎理論知識有機地聯系，水到渠成地講解聯用分析技術，也要快速聯想到某類儀器分析方法在生產生活中的熱點應用，引導學生留心分析檢測中的熱點事件，教學中實時地切入熱點問題，有意識地培養學生關注問題、分析問題、發現問題和解決問題的能力。比如“鉻毒膠囊”、“鎘大米”事件的曝光，食品藥品中重金屬鉻、鎘的限量標準是必檢項目，我們可以在石墨爐原子吸收光譜分析（GFAAS）內容學習中實時提出，訓練學生發散思維，GFAAS不僅可以測液體樣也可以進行固體進樣分析。同時聯想到電感耦合等離子體發射光譜/質譜分析（ICP-OES/MS）和電熱蒸發電感耦合等離子體發射光譜/質譜分析（ETVICP-OES/MS）的液、固體進樣分析性能，順理成章聯想到懸浮、乳化、微萃取等樣品前處理技術。分析技術的聯用必然聯想到去解決復雜的金屬組學、蛋白質組學等前沿熱點研究問題。聯想式教學方法現實性強，使學生懂得學習儀器分析去做什么，充分調動了他們的學習熱情和創新研究興趣。將社會生活中出現的檢驗檢測熱點內容也融入儀器分析實驗教學中，激發學生的創新思維，綜合訓練其動手操作能力。

3　依層次循序漸進選擇性開設儀器分析實驗

儀器分析課程既是一門豐富的理論課程，又是一門實踐應用性強的課程。在教學過程中，課程組實行理論和實驗平行授課，加強理性和感性同步認識，互為補充，及時地引導學生理論聯系實踐。針對專業培養目標需求，設定不同教學目標對應的實踐實訓課程，首先針對5個專業均開設24學時關于色譜、電化學、光譜儀器分析的基礎理論和基本操作實驗，如色譜柱分離效能測試［7］、外標法和內標標準曲線法定量分析、紫外可見光譜掃描及測定應用、自動電位滴定分析、原子和分子光譜單成分測定、壓片法紅外掃描、利用廢舊儀器進行開蓋拆裝剖析儀器基本結構等。將儀器分析實驗課程的教學與現實生活生產中的應用緊密結合起來，讓學生清楚明白學以致用。再設定8學時的綜合實驗和X學時（16≤X≤64，16學時可折合1個創新學分）的創新實驗，如食品中有益有毒金屬組學信息的初步綜合分析（全面訓練學生實驗方案設計，原子發射、原子吸收、原子熒光光譜分析檢測應用，并與質譜法多元素高效同時檢測結果對比）、食品中農藥殘留的綜合分析等；化學和應化專業的學生必做，化學工程與工藝、環境科學、化工與制藥專業學生依據個人興趣選做。創新實驗一般由主持研究課題的教師指導，并依據實驗報告或者發表的論文給定相應成績，并計入總學分。這種基礎訓練加綜合分析到應用創新的模式、逐層推進的實踐實訓課程體系，使學生最大限度地得到全面的鍛煉和培養，在綜合和創新實驗訓練中，讓學生深深理解儀器分析在國家科技創新、社會生產生活中的巨大作用，明白國家自然科學基金為何還單獨列出了科學儀器制造專項資助等的重大意義。

此外，指導學生從國際著名儀器公司網站（比如Agilent Techlogy，Thermo Fisher Scientific）獲取儀器分析的專業知識，去國家質檢部門、環境監測站、地質檢測認證實驗室等相關單位參觀見習等，作為實踐教學方式的補充，多角度、全方位組織實施人才培養方略，達到教學目標。

4　結束語

我們對應用型和創新型人才培養在儀器分析教學目標中進行了合理定位，并從建設化學工程與工藝、環境科學、化工與制藥、化學、應用化學專業背景需求的儀器分析課程新體系，多彩多樣教學方法的挖掘和適當使用，到依層次循序漸進開設儀器分析實驗等3個主要方面系統組織實施。既注重了專業整體需求，又注重個體發展，做到因材施教，對每位學生挖潛充電、發揮專長。最終的實施效果比較理想。每屆學生通過教學系統網上逐項評教，總體反映教學目標明確和計劃周密，學生能夠快速適應、對號入座。教學思路清晰，授課方式多樣，能充分與學生溝通、解答疑惑。課程組的教師評價和課程評價均在94分以上，據院學生科統計，以上5個本科專業2008-2015八屆畢業考研學生中，有10人考取國內重點大學和科研院所分析化學專業研究生。2008-2015八屆本科畢業生在讀期間發表科研論文28篇；獲批國家大學生創新實驗項目6項，校內大學生科研創新項目26項；用人單位反饋我們的畢業生能夠快速適應分析檢測崗位任務，有405人已成長為研發骨干力量或擔當檢驗中心主任、質檢所長、環境監測站長等領導職務。

隨著教學經驗的積累，為了進一步提高教學質量、因材施教達到人才培養教學目標，地方院校儀器分析課程組要多結合當地資源開設學生創新實驗，鼓勵學生走創新創業之路。在實驗技術人員引進層次和交叉學科背景要求上都應逐步提高，并要求其參加各類項目的研究，全天開放實驗室，給予學生業余科研的最大保障。

［1］武漢大學化學系.儀器分析.北京:高等教育出版社，2001.

［2］北京大學化學系儀器分析教學組.儀器分析教程.北京:北京大學出版社，2002.

［3］方惠群，于俊生，史堅.儀器分析.北京:科學出版社，2003.

［4］朱明華，胡坪.儀器分析.北京:高等教育出版社，2008.

［5］吳少尉，鄭曉霞.冶金分析，2010，No.12，26.

［6］陳貝貝，何蔓，胡斌.大學化學，2014，No.6，11.

［7］蘇克曼，張濟新.儀器分析實驗.北京:高等教育出版社，2005.

Rational Positioning and lmplement Strategies for Training Applied Talents and lnnovative Talents in the Teaching of lnstrumental Analysis

WU Shao-Wei*WANG Lian-ZhiXIANG Dong-ShanZHANG Sheng-Hui
（Faculty of Chemistry and Environmental Engineering，Hubei Institute for Nationalities，Enshi 445000，Hubei Province，P.R.China）

In the teaching of instrumental analysis for students majored in chemical engineering and technology，environmental science，chemical and pharmaceutical engineering，chemistry and applied chemistry，emphases have to be made according to the specialty and the future career.With the rational positioning for training applied talents and innovative talents，the new course system was established by selecting course contents for specific major needs led by the main line of the teaching.Diversified teaching approaches as well as advanced instrumental analysis experiments are also adopted for training talents.

Application-oriented；Innovation-oriented；Instrumental analysis；Teaching objective；System strategies

O6；G64

10.3866/PKU.DXHX201507020

，Email:wushaowei55@sina.com

湖北省高校優勢特色學科群建設計劃資助項目（鄂學位［2015］5號）；湖北民族學院教研課題項目（2011JY27）