付 穎， 張永忠， 高 爽， 王宇昕

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

0 引言

儀器分析課程不僅是化學(xué)各專業(yè)的主干課程，也是農(nóng)學(xué)、食品科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的重要基礎(chǔ)課程，更是一門實(shí)用性較強(qiáng)的工具課程。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高靈敏度、高選擇性、自動(dòng)化、智能化、信息化和微型化的分析儀器及相關(guān)的新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，痕量與超痕量檢測(cè)是近代分析儀器的重要發(fā)展方向，也是21世紀(jì)分析化學(xué)發(fā)展的主流[1-4]。我們針對(duì)目前高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程課內(nèi)學(xué)時(shí)較少、實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備薄弱和現(xiàn)代儀器使用有限等問題，運(yùn)用先進(jìn)的理念，依托現(xiàn)代教育技術(shù)，通過對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式的改革，建立了儀器分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及校-所協(xié)作實(shí)踐教學(xué)平臺(tái);確定了以基礎(chǔ)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)為核心、開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為拓展、生產(chǎn)實(shí)習(xí)為延伸的“三位一體”培養(yǎng)模式;建成了“一體化管理、模塊式教學(xué)，拓展性實(shí)踐”的高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

1 儀器分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

運(yùn)用先進(jìn)的理念，依托現(xiàn)代教育技術(shù)，我們建立了儀器分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)(http://202.118.167.91/dahua/kcsz/yqfxgg/default.asp)和大型儀器管理平臺(tái)(http://202.118.166.225:8000/equipmentappointment/Default.jsp)。儀器分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)集指導(dǎo)系統(tǒng)、預(yù)習(xí)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)于一體，交互性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)?；谠撈脚_(tái)構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)資源中心和化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真模擬室可以使學(xué)生能夠從網(wǎng)上感受虛擬實(shí)驗(yàn)的效果[5-8]。我們借助計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，對(duì)于一些抽象、機(jī)理復(fù)雜的理論，以及難以實(shí)地實(shí)景呈現(xiàn)的儀器內(nèi)部構(gòu)造，均采用模擬教學(xué)演示，使學(xué)生能更多地了解課本之外的新型儀器設(shè)備和分析技術(shù)。一些大型高端精密儀器，如色-質(zhì)聯(lián)用分析法，學(xué)生可以在模擬實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)該種分析方法的基本原理，了解儀器的基本構(gòu)造，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生對(duì)各種分析儀器進(jìn)行模擬操作，反復(fù)練習(xí)，對(duì)儀器的整個(gè)操作過程以及原理進(jìn)行全面的了解和掌握。在進(jìn)行大型儀器設(shè)備的使用和操作前，先讓學(xué)生進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉儀器設(shè)備的部件、操作程序及實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化等，這樣既可減少實(shí)際實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的時(shí)間，同時(shí)也可以加深對(duì)理論知識(shí)的理解和鞏固，有利于進(jìn)一步將虛擬與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合[9-10]。通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)豐富和延伸了理論教學(xué)，有效地解決了大型儀器操作練習(xí)受限、條件優(yōu)化難及無法拆裝觀看儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)等問題，也能夠充分激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

2 校-院共建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

通過對(duì)儀器分析課程基本理論及實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握各種儀器分析方法的基本原理、特點(diǎn)、適用范圍和使用方法的基礎(chǔ)上，具有了應(yīng)用儀器進(jìn)行分析操作的基本技能，但對(duì)生產(chǎn)實(shí)際及科研實(shí)踐中的問題解決尚缺乏系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)。通過課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生深入生產(chǎn)實(shí)踐及科研過程中，真正掌握儀器分析在各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，使儀器分析課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系更為系統(tǒng)化、規(guī)范化，使學(xué)生進(jìn)入工作崗位后，能夠迅速適應(yīng)角色，勝任所從事的職業(yè)。我們分別與黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院及黑龍江省農(nóng)墾總局食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)所合作共建了校-所合作實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生通過生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)習(xí)，參觀學(xué)習(xí)液－質(zhì)聯(lián)用、氣－質(zhì)聯(lián)用、核磁共振波譜儀、透射電鏡等先進(jìn)大型分析儀器設(shè)備，參與進(jìn)行病毒檢測(cè)、生活飲用水質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境和各種產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)檢測(cè)鑒定，真正接觸到生產(chǎn)實(shí)際。這種生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)習(xí)，既解決了高校資源有限的問題，又加強(qiáng)了卓越工程師的培養(yǎng)力度。學(xué)生開闊了眼界，增長(zhǎng)了見識(shí)，學(xué)到了知識(shí)。很多學(xué)生在課程實(shí)習(xí)期間對(duì)儀器分析檢測(cè)產(chǎn)生了濃厚的興趣，利用假期又繼續(xù)到實(shí)習(xí)基地進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，既有助于自身綜合素質(zhì)的提高，又增加了實(shí)習(xí)經(jīng)歷及經(jīng)驗(yàn)，為畢業(yè)就業(yè)創(chuàng)造了更多的機(jī)會(huì)。

3 拓展、開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

將開放、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)引入到高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程體系中，建設(shè)拓展、開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供學(xué)生參與科研的機(jī)會(huì)，將能力與素質(zhì)培養(yǎng)緊密結(jié)合，為學(xué)生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑[11-12]。近年來，課題組老師根據(jù)自己的科研內(nèi)容，并結(jié)合農(nóng)科各專業(yè)特色，利用不同的分析儀器，開設(shè)了用高效液相色譜法測(cè)定了大豆異黃酮、紅三葉草中的異黃酮、紅甘藍(lán)中的矢車菊色素、槐角中的異黃酮等;氣相色譜法測(cè)定有機(jī)磷農(nóng)藥的殘留量;微波輔助提取—紫外分光光度法測(cè)定土壤中單嘧磺隆等開放性實(shí)驗(yàn)。開放實(shí)驗(yàn)合理有效地利用了實(shí)驗(yàn)室資源，為學(xué)生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑。學(xué)生通過參與開放、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，掌握了系統(tǒng)地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析樣品、解決生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的具體問題的基本方法和手段[13-16]。拓寬了學(xué)生的視野，鞏固了他們所學(xué)的知識(shí)，為學(xué)生將來的就業(yè)和讀研奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

在儀器分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及校-所協(xié)作實(shí)踐教學(xué)雙平臺(tái)體系基礎(chǔ)上，我們建立了“一體化管理、模塊式教學(xué)，拓展性實(shí)踐”的儀器分析全新的課程體系。我們將儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為3個(gè)階段，①以基礎(chǔ)知識(shí)和基本訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)為目標(biāo);②以開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的能力培養(yǎng)為目標(biāo);③以卓越工程師培養(yǎng)為目標(biāo)，極大地提高了儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的涵蓋范圍，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，提高了儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量。

在第一階段的基礎(chǔ)儀器分析實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)基本理論的不同將實(shí)驗(yàn)分為光譜學(xué)模塊、色譜學(xué)模塊、電化學(xué)模塊、虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K。結(jié)合專業(yè)開設(shè)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，在光譜學(xué)模塊，對(duì)資源與環(huán)境學(xué)院的學(xué)生開設(shè)紫外分光光度法測(cè)定水中及土壤中總酚的含量，而對(duì)于食品學(xué)院的學(xué)生開設(shè)熒光分光光度計(jì)法測(cè)定維生素B2含量，對(duì)于動(dòng)物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)原子吸收分光光度法測(cè)定魚體中銅、鈣元素的含量等。按傳統(tǒng)的大循環(huán)制，1或2人為一組，逐個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輪換。要求學(xué)生以實(shí)驗(yàn)為載體，搞懂分析儀器原理和結(jié)構(gòu)，初步學(xué)會(huì)儀器的操作技能，掌握定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的基本方法，為第二階段的開放式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，以上模塊式課程設(shè)計(jì)極大地促進(jìn)和加深了學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)中各類大型儀器的原理、設(shè)備相關(guān)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)等的理解與掌握，有效提高了教學(xué)效果。

5 教學(xué)成果的推廣應(yīng)用

(1)數(shù)字化資源建設(shè)和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成果顯著。經(jīng)過幾年的探索與積累，課題組制作的“儀器分析”課件獲得黑龍江省高等學(xué)校多媒體教學(xué)軟件評(píng)比三等獎(jiǎng)。“化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器管理系統(tǒng)”、“化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器管理系統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品管理系統(tǒng)”四項(xiàng)計(jì)算機(jī)軟件獲得國(guó)家版權(quán)局授予的軟件著作權(quán)，兩項(xiàng)儀器分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予的實(shí)用新型專利。

(2)人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提高，學(xué)生實(shí)踐能力明顯增強(qiáng)。通過儀器分析的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)及課外實(shí)踐，極大提高了學(xué)生的實(shí)踐能力及科研能力，促進(jìn)了學(xué)生綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)，將能力與素質(zhì)培養(yǎng)緊密結(jié)合，為學(xué)生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑。5年間，學(xué)生參與的開放實(shí)驗(yàn)33項(xiàng)，創(chuàng)新課題22項(xiàng)，在《食品工業(yè)科技》、《中國(guó)油脂》、《植物保護(hù)》等期刊上發(fā)表科研論文9篇，4篇論文被SCI、EI檢索。

(3)教材建設(shè)覆蓋面廣。課題組主編的農(nóng)業(yè)部“十一五”規(guī)劃教材《儀器分析》及普通高等學(xué)?！笆晃濉币?guī)劃教材《儀器分析實(shí)驗(yàn)》在我校及河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、江西農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)、安徽科技學(xué)院、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)等11所高校作為本科生教材使用，受到各高等農(nóng)業(yè)院校師生的一致好評(píng)。

6 結(jié)語

高等農(nóng)業(yè)院校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的改革與建設(shè)是長(zhǎng)期積累和實(shí)踐探索的過程，需要幾代教師堅(jiān)持不懈地努力奮斗。在改革建設(shè)過程中，還要調(diào)動(dòng)教師團(tuán)隊(duì)的積極性和進(jìn)取性，使其做到銳意創(chuàng)新、大膽改革，教學(xué)科研互動(dòng)，理論實(shí)踐相長(zhǎng)，不斷的總結(jié)和提高，使儀器分析理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)邁上一個(gè)新臺(tái)階。

[1] 陳 巖，高先池，楊桂朋.改進(jìn)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10(6):104-105.Chen Yan，Gao Xian-chi，Yang Gui-peng.Thinking of Improving the Teaching of Instrumental Analysis Experiment[J].Experiment Science and Technology，2012，10(6):104-105.

[2] 周金池，王美娟.研究生儀器分析實(shí)驗(yàn)課程改革思路初探[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，30(6):138-141.Zhou Jin-chi，Wang Mei-juan.Analysis Experimental Curriculum Reforms Primary Exploration on the Graduate Student Instrumental[J].Research and Exploration in Laboratory，2012，30(6):138-141.

[3] 胡萬群，張漢昌，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2011，26(5):30-32.

[4] 劉 靜，尚永輝，劉建波，等.提高儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，8(3):79-82.Liu Jing，Shang Yong-bo，Liu Jian-bo，et al.Exploration and Practices of Improvement on the Quality of Teaching Instrumental AnalysisExperimentand Cultivating Innovative Talents[J].Experiment Science and Technology，2010，8(3):79-82.

[5] 王宇昕，張永忠，徐雅琴.農(nóng)科“儀器分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革初探[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26(4):135-137.Wang Yu-xin， ZhangYong-zhong， XuYa-qin. Reform and Exploration of“Instrumental Analysis Experiment” in the AgriculturalBranch[J]. Experiment al Technology and Management，2009，26(4):135-137.

[6] 白靖文，徐雅琴，葉 非，等.化學(xué)系列網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)與制作[J].大學(xué)化學(xué)，2011，26(1):42-44.

[7] 付 穎，葉 非，徐雅琴.農(nóng)業(yè)院校開放化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27(3):79-80.Fu Ying，Ye Fei，Xu Ya-qin.Research and Exploration of Open Chemical Experiment in Agriculture University[J].Research and Exploration in Laboratory，2008，27(3):79-80.

[8] 王宇昕，張永忠，付 穎.儀器分析實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)體系的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14(6):34-36.Wang Yu-xin， Zhang Yong-zhong， Fu Ying. Exploration and Practice of Innovation Teaching System of Instrumental Analysis Experiment[J].Laboratory Science，2011，14(6):34-36.

[9] 白 雁，張 娟，潘 瑾，等.虛擬實(shí)驗(yàn)室”在高校儀器分析教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28(12):169-171.Bai Yan，Zhang Juan，Pan Jin，et al.Application of“Virtual Laboratory”in Instrumental Analysis Teaching in Colleges and Universities[J].Experimental Technology and Management，2011，28(12):169-171.

[10] 李慶生，譙康全.高校化學(xué)類儀器分析實(shí)驗(yàn)的信息技術(shù)教學(xué)模式研究[J].化學(xué)工程與裝備，2012，(6):234-235.

[11] 胡萬群，張漢昌，邵 偉，等.儀器分析開放設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31(7):317-318.Hu Wan-qun，Zhang Han-chang，Shao Wei，et al.Open Design of Experimental Teaching in Instrumental Analysis[J].Research and Exploration in Laboratory，2012，31(7):317-318.

[12] 易蘭花，馮春生，周方欽.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與實(shí)踐[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2010(6):10-11.

[13] 李愛峰，孫愛玲，柳仁民.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2012，27(6):29-33.

[14] 呂海濤.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14(3):16-18.Lv Hai-tao.Exploration and Practice on the Experimental Teaching Reform in Instrumental Analysis[J].Laboratory Science，2011，14(3):16-18.

[15] 谷春秀，周考文，李亞秋.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28(3):244-249.Gu Chun-xiu，Zhou Kao-wen，Li Ya-qiu.Experiment Teaching Reform and Practice of Instrument Analysis[J].Experimental Technology and Management，2011，28(3):244-249.

[16] 馬祥英，陳其鋒，許海棠.儀器分析實(shí)驗(yàn)課程改進(jìn)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11(2):76-78.Ma Xiang-ying， Chen Qi-feng， Xu Hai-tang. Improvement and Practice of Instrumental Analysis Experiment Course[J].Experiment Science and Technology，2013，11(2):76-78.