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摘 要：本文结合本校教学实际，分析了当前一般地方高校仪器分析化学实验教学存在的一些不足，结合本校教改实践对仪器分析实验教学改革提出了一些建设性建议。这些改革措施的实施有望提升学生学习积极性，提升教学效率，增强学生的动手能力和创新思维，有助于提高应用型人才的培养质量。
关键词：仪器分析；实验教学；教学改革
本文引用格式：许富刚，等 . 面向应用型人才培养的仪器分析实验教学改革研究 [J]. 教育现代化 ,2020,7(34):87- 90,101.
Research on the Teaching Reform of Instrumental Analysis Experiment for the Training of Applied Talents
XU Fu-gang1, SHANG Wen-juan1, MA Guang-ran2
(1. College of Chemistry and Chemical Engineering of Jiangxi Normal University, Nanchang Jiangxi; 2. Analysis and Test Center of Jiangxi Normal University, Nanchang Jiangxi)
Abstract: Based on the teaching practice of this university, this paper analyzes some existing deficiencies in the experimental teaching of instrumental analysis chemistry in local universities, and puts forward some constructive suggestions for the teaching reform of instrumental analysis experiments in combination with the teaching reform practice of this university.The implementation of these reform measures is expected to enhance students ‘learning enthusiasm, improve teaching efficiency, enhance students’ practical ability and innovative thinking, and help improve the quality of application-oriented talents.
Key words: Instrumental analysis chemistry; Experimental teaching; Teaching reform
一 引言
仪器分析广泛应用于化学与化工、生物与医学、食品与安全、生态与环境等领域专业研究和生产实践中。伴随着科学研究和生产实践的快速发展与巨大需求，各高校对仪器分析实验这门实践课程也越来越重视。对此，国家也大力提倡地方本科高校努力向应用型高校转变，为经济和社会的发展提供具有创新能力和实践能力的应用型人才 [1-3]。然而当前我校及同层次的高校在仪器分析实验教学中上存在一些不足，因而本文对当前教学现状进行了初步分析，并对改革措施提出一些见解。
二 当前仪器分析实验教学现状
近几年随着办学条件的改善，更多的学校有条件开展相关的仪器分析实践教学。一些经典的实验仪器在一般高校普及率也比较高，新仪器及新型仪器的配备速度也越来越快，学生有了更多接触仪器的机会。多种仪器的学习实践极大地拓展了毕业生的动手能力及应用仪器解决问题的能力，显著提升了就业竞争力。因而引入多种仪器，让学生多接触新仪器，多操作仪器，对于提升仪器分析实验的教学质量至关重要，这已经成为高校实验教学的共识。另一方面，大型仪器由于成本较高，维护较复杂，因而多数高校配备的仪器种类、数量仍不能完全满足培养全面高质量应用人才的需求。另外，很多学校配置的仪器都集中在几种典型的经典分析仪器，例如色谱仪等，导致不同学校之间重复购置， 没能实现很好的统筹规划，未形成有效的相互补充。最终导致经费花费不少，但是仍然没有新仪器用。
从教学角度看，大多数学校对于实验教学都非常重视，学校也积极争取资源为学生配备新的教学仪器。教师对于实验教学也能够认真准备，仔细演示。但是由于仪器的缺乏、教学方式的不足，学生对于仪器的应用认识严重不足，重视不够，对于仪器的原理，应用，操作关键没有很好的理解；学生在课堂学习学到的很少，实际动手操作的机会比较少，导致操作技能较差，综合素质亟待提高 [4,5]。
三 当前仪器分析实验教学存在问题
（一） 仪器种类、数量少，利用率低，学生动手机会少
由于仪器成本较高，特别是大型仪器购置、维护都需要较大开支，因而各高校普遍存在仪器种类数量不足的现象。以我校为例，几种仪器，例如气相色谱仪，原子吸收光谱仪等只有两台，远远不能满足学生动手操作的需求。这种情况下，一些实践课变成了观摩课，学生的实际动手能力未能得到足够的锻炼。即使较小的仪器也是学生分组动手，通常也是每组几个爱动手的学生操刀，其他学生围观， 总体教学效果较差。而且据作者所知，类似情形在很多普通高校中都较为普遍。实验教学的目的就是锻炼学生的操作能力，解决实际问题的能力，是切实相关应用型人才培养的最直接的课程，而这些问题显然不利于培养高质量的应用型人才。
再者仪器种类少，新仪器更少。当前学校配备的， 用于教学的大都是经典的分析仪器，例如原子发射光谱，气相色谱仪，液相色谱仪等。虽然这些仪器应用较广泛，在生产生活中例如食品工业，药物研发等产业中发挥着重要作用，但是这些都是经典仪器，这使得学生学习没有新鲜感，觉得学了这些仪器也就是能做个操作员，没有成就感。另外，这些经典仪器的教学也无法适应快速发展的仪器分析行业对新仪器技术人员的需求，也使得学生难以接触前沿科技，不利于他们科研兴趣及创新能力的培养。而当学生面对新的分析任务，需要用到新仪器时可能会表现出不知所措，甚至不愿意利用新的高效的仪器解决问题，不愿意学习新的知识技能。从而扼制了其创新思维的开发。这也是同应用型人才的培养初衷背道而驰的。
另一方面，尽管多数学校大型仪器资源有限， 有一个奇怪的现象是在实验课堂之外的时间，教学仪器又显著闲置。学校也知道学生操作能力有限， 多加练习肯定能够提升学生的动手操作能力，有利于提升学生的综合素质。但是学校担心学生自己操作贵重仪器出故障，从而影响正常教学，并导致不必要的经济损失。从而导致一个不好的结果：实验课结束后，实验室大门紧锁，不让本科学生在课堂外练习、使用仪器。这就造成学生不能在课堂外接受训练或者练习仪器操作，导致了仪器的利用率低， 学生动手学习机会少。对于一些主动想多次练习实验操作的学生而言也对他们的学习热情起到了负面影响。久而久之，学生也默认了这种做法，下了实验课也从来不想着我哪里没有学明白，是不是找个机会再重新操作几遍，熟悉一下原理与操作流程。时间长了，学生可能会产生消极的想法：反正实验课就几个小时，我根本来不及认认真真的好好学习， 不如人云亦云，照葫芦画瓢算了，反正后面也没时间再学。这将极大地损害学生主动积极学习的能力， 也不利于培养创新型的应用人才。
（二） 实验内容老旧，与生产科研实际联系不紧密
当前大多数实验内容的设计都是对已有理论的验证，即课堂教学教给学生仪器的原理及构成，实验教学教给学生仪器的操作步骤，动手演练一番。而对于仪器在实际科研、生产中发挥着怎样的作用、如何应用缺乏认识，这不利于激发学生学习的积极性，对于学生将来的就业、读研也没能起到积极的促进作用。学生对于实验课的认识不够重视，认为实验课不重要，还是理论课重要，能多拿分。因而不重视实验课的预习，不认真听老师对操作的讲解， 对原理和操作的认识较为古板，仅仅限于死记硬背， 对于如何操作背后的缘由没有进一步的思考，因而也就不会举一反三，拓展思维及动手能力 [5,6]。
举个例子，紫外可见吸收光谱教学，我校及很多普通高校基本上是让学生测定一个特定的有色物质，比如高锰酸钾的吸收，从而验证朗伯比尔定律。实验内容的设计偏重于验证朗博比尔定律这条理论及对仪器本身的实验操作，内容够丰富。学完之后， 学生的认识可能是这样的：紫外光谱仪能够测试有色物质溶液，利用朗博比尔定律进行定性定量分析这种笼统的认识。至于这个定律和光谱仪在实际生产生活中是怎么应用的，可以应用于哪些场景，有哪里优势，哪些不足，学生缺乏足够的认识。此外， 由于教学内容太过传统，也可能导致学生认为紫外光谱仪也就能测个有色溶液，没多大用处，不够高大上，没意思这种错误认识。从而使得学生对于光谱仪的实际应用、科研价值缺乏足够的认识。
再如色谱仪，大都是直接测试几种有机物的混合溶液，让学生眼见为实：色谱仪的确能够将不同物质分离开来。这种示例过于简单，没有让学生体会到仪器的广泛重要用途。色谱仪在许多食品，环境， 药物领域都具有广泛的应用，这种简化的教学不利于学生充分理解仪器的作用及应用，不利于激发其学习动力，也不利于培养其综合应用能力。
（三） 学生理论基础弱，理论教学 - 实践教学脱节
仪器分析所涉及的仪器种类较多，每种仪器的理论基础，工作原理又有较大的差异，学生学习起来本来就比较吃力。而由于仪器数量及课时安排的原因，理论课通常明显滞后于实验课，很多实验在还没学习理论课的情况下，学生便提前上阵，效果显然不好。由于仪器资源有限，很多情形下，实验课的教授是以平行小组的形式，轮流开展教学。这样可以较大程度的提高学生动手操作的可能性，也有利于提高教学效果。但是理论课的教学却是按部就班的一起推进，两种相辅相成的课程因为教学组织方式的不同被硬生生的分成两类。许多情况下， 学生第三章的内容还没学完，没有理解透彻，就要去做第六章的仪器的实验。由于缺乏预先的认识造成部分同学不知所措，对教师的教授似懂非懂，甚至完全不知所云，大大打击了其学习积极性。
另一方面，部分学生自身自觉性不高，未能提前预习，或者预习困难较大，动力不足，这导致很多实验课上，学生在不了解原理的情况下，机械地盲目的操作，对于为什么这么操作，不这么操作会产生什么结果，不明就里，灵活应用更无从谈起。在学完之后，对于仪器的构成，操作要点，以及操作的意义不甚明了，对学习内容印象不深，对于操作能力的提升十分有限。而下一次实验课可能还是这样，没有学习，没有预习便开始学习操作，导致恶性循环，学生信心不足。
（四） 实验课考核方式落后
考核方式是学生最为关注的问题，考核方式合理与否直接关系学生对这门课的学习态度。好的考核方式可以激发学生的学习积极性，引导学生正确的学习方法，提升教学效果；而如果考核方式不够合理，则会打击学生的学习积极性，导致学生不愿意主动学习，丧失掌握实验技能的信心。
当前实验课的考核方式仍然存在一些问题，多数学校还是将实验报告和实验结果作为主要考核内容。由于仪器数量少，大多数实验采取分组方式进行， 最后的实验报告，大多数同学，特别是同一组的基本都是一样的，难以区分学生对知识能力的掌握程度，普遍存在抄实验报告的现象。由于雷同度较高， 教师难以发现不同学生的问题所在，因而教学方式， 教学内容便不能及时的更新，重点，难点不够突出； 而学生则可能会觉得做好做坏一个样，因而不再积极预习，不认真实验，只是照葫芦画瓢的抓药式地机械操作，而过于关注实验报告则不能反映出这些问题，不利于及时反馈，提升教学效果。
最后期末考核是学生最为关注的。由于设备有限，本校只考核一项分光光度计的操作，这样的话对学生使用仪器能力的考察很不全面，导致学生基础不扎实，投机于期末前的突击复习，平时不认真学习，不多加练习，能不动手就不动手，甚至认为实验课有点浪费时间。由于事先知道考哪一项操作实验，很多同学考前突击一下，摸一下仪器，背背机理，考试时互相参照一下操作也能顺利通过。完全把培养技能束之高阁。这显然不符合应用型人才培养初衷。有些学校甚至不设置期末动手实验考核方式，仅仅以书面实验知识考核来评价学生实验课程的学习效果，颇有些本末倒置的意味。严重偏离应用型人才培养的要求。
四 针对应用型人才培养的教学改革措施
针对上述仪器分析实验教学中存在的问题，结合一些新引入的教学方式、教学媒介以及我校教改实践，笔者对于当下仪器分析教学改革提出以下改进措施。
（一） 增加仪器购置，合理统筹共享，引入虚拟仿真，校企合作，开放实验室
在经费允许情况下加大实验仪器购置，以国产代替进口仪器，提高仪器数量，这是最直接的方法。学校内部，甚至学校之间要统筹安排，设置类似科研共享平台的仪器教学共享平台，从而减低成本， 提高利用率。这一点上省级教育主管部门及物资采购部门要对高校加强引导和管理，促进教学资源的共享互补，实现高效利用，避免财政资金的重复利用和浪费。
对于新的大型贵重仪器，可以考虑用相关公司研发的虚拟仿真软件代替，其成本较低，不占空间， 同时又能逼真的模拟真实实验操作环境，因此在提高教学效率方面有着很强的优势 [6,7]，这方面我校已经加入省级虚拟仿真教学平台，并接入国家平台， 目前尚在试用阶段，初步的结果表明，这种方式能够有效地弥补大型仪器匮乏的不足，有望对实验教学起到积极的促进作用。
再者可以开展必要的校企合作，将实验操作培训作为校企合作的一部分，提高为企业对接培养应用型人才的能力及效率。学校可以与一些企业开展合作，为企业培养应用人才，在校生可以在寒暑假等空余时间，几种到企业开展定期的仪器使用、操作培训。通过培训不仅提升了学生的实际操作能力， 也对其理解仪器的应用，实际使用中分析问题，解决问题的能力也得到了极好的锻炼。
为了提升仪器的利用效率，建议适当开放教学仪器室，鼓励学生在正式的实验教学课堂之外进一步巩固学习仪器使用。开设开放性实验项目，鼓励有意愿学生自行设计实施相关实验，或者参与到教师的相关课题中，这样学生在能够得到教师更多的指导，同时也能够更好地了解科研前沿，有利于培养其科研兴趣。为了鼓励学生及教师参与课外学习，可以轮流安排教师指导，对教学指导工作量予以认定。
（二） 结合生产科研现状，增加新颖性设计性实验
结合生产及科研的应用现状，与时俱进，引入新颖的实验教学内容，减少或者淘汰一些老旧的验证性实验内容。旧的实验内容如果在当前已经没有实用价值，没有实用情境，建议直接删除；如果尚有较重要的实用场景，则可保留，但是不要把整堂课都集中在这种旧内容的教学上。建议压缩旧应用内容，扩展新应用内容，让学生了解最新的，最前沿的应用方式，重新认识经典仪器的重要作用。而新实验的引入可以是购置新型仪器后开设的教学实验，更多的是建立在已有仪器基础上，结合新的实际应用开展的仪器教学实验。
以上述讲到的紫外可见分光光度计为例，可以将对朗博比尔定律的验证压缩到半个小时，考虑将更多时间用于讲授光谱仪在比色法这一新的分析方法中的应用，进一步结合食品安全检测等相关主题 [7,8]， 设计开展教学实验。这种实验内容更加贴近生活及生产实际而更能引起学生的兴趣，提高学习动力与兴趣。再者，纳米酶比色检测是当前科学研究的一个热点内容，其主要内容就是纳米材料的制备及利用光谱进行检测，因此其内容难度适宜本科教学，将这样的实验内容引入课堂还可以为学生接触科研前沿提供良好的机会，培养、激发学生的科研兴趣 [9]。通过多引入这种新颖的仪器分析实验，让学生有更多机会认识到传统仪器在新技术中的应用，有利于培养他们的发散思维及科研兴趣，符合应用人才培养目标。
（三） 加强预习监管，强化理论教学与实验教学的融合
加强对学生预习的监管，提高其预习意识，将预习纳入成绩考核。为提高预习效果，教师应当准备好一些易于学生自主学习的微视频等课件，让学生随时可以观看学习仪器的主要原理，构造部件及使用注意事项，此外还可以提前让学生进入实验室观摩、预习仪器的使用等。此外还可以将仪器在生产生活中的应用相关的视频发给学生，让学生了解其现实应用，激发其学习兴趣。
另外现在网络特别发达，网络学习资源丰富，既有理论课视频资源，也有实验课视频资源。教师要把这些推送给学生，学生要在实验前将理论课实验课课程都自学一遍，这是完全可以实现的。教师再通过超星等平台及时了解反馈，这样课上的教学就能够有所针对，提高效果，避免理论课实验课脱节带来的种种问题。
有些网络把科研实验的主要步骤也发布到了网站上，因此，教师在课前也可以将相关仪器的实验视频连接发送给学生，让学生了解这种仪器在生产或者科研中的应用，从而增强学生的学习兴趣，加深学生对其应用的了解。将科研思维引入到课堂教学当中，帮助学生树立科学的思维方式，通过理论指导实践的训练，培养他们发现问题解决问题的能力。
教师要动用必要的媒介比如超星等学习平台对学生的预习情况进行及时了解、考核，让学生的预习有一定压力，有有效输出，从而提高预习效率。
（四） 多元化考核方式
为保障各环节的教学效果，应当适时机动地改革考核方式。在仪器分析实验从预习到期末考核的各个环节建立相应考核环节，实现多元化考核。
例如预习阶段通过超星学习通等教学平台上发布简单的问答实现对学生预习效果考核，从而掌握学生对新知识的理解程度，做到上课有针对性，重点突出；实验阶段以翻转课堂 [10]，现场问答等方式进行考核，鼓励学生自己阐述实验原理，关键操作， 以及分析操作的原由，分析出现问题的原因及探索尝试解决问题的方法，对这些主动学习的行为予以肯定及赋分认定；在实验报告上对数据处理，结果分析上要加强考核力度，培养其严谨认真的态度及良好的科研实验习惯；最终的期末考核采用笔试 + 现场抽签操作的方法，打消学生投机取巧的心态， 将实验考核变得更加全面，方式更加严肃，内容更加合理，结果更加公平。
这些考核环节的设立目的就是要学生更加扎实地掌握理论知识及实操技能，培养其科学思维能力， 加深其对仪器的功用的认识，从而对自己的未来规划奠定坚实的基础。
五 结论
为国家培养合格的应用型人才是高校教师的职责，这需要教师学生一起努力，也需要学校、政府主管部门的支持配合。要切实认识到以生为主的教学理念，处处为学生着想，积极改进教学方式方法， 提升教学育人效果。在对学生提高要求的同时，高校教师也要加强自身学习，特别是对一些新技术新方法新理念要做到与时俱进 [11-13]，乐于学习，把最好的理念带到课堂，加强师生互动，切实提升教学效果和育人质量 , 培养创新型应用人才。
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