徐德聰，吳林生

(合肥師范學院 生命科學學院，安徽 合肥 230601)

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《生物儀器分析實驗》教學中“JIT”的方法運用

徐德聰，吳林生

(合肥師范學院 生命科學學院，安徽 合肥 230601)

針對生物儀器分析實驗課程特點及教學過程中存在的“看得到，叫不出”、“叫得出，用不來”、“用得了，講不來”的三種學習瓶頸，充分運用工作教導訓練(Jobinstructiontraining,JIT)的說給他聽、做給他看、他做我來看、他說我來聽四步教學法，提高了教學質(zhì)量并取得了良好的教學效果。

生物儀器分析實驗; 教學方法; 工作教導訓練(JIT)

生物儀器分析是一門多學科匯集、相互滲透的綜合性應用科學，是理論性、實踐性、技術性很強的綜合性課程，它交織著數(shù)學、物理學、生物學、電子技術和化學等學科的基礎知識，涉及光學、電學、磁學和計算機等技術，充分體現(xiàn)了知識間的相互滲透和交叉影響，分為理論教學和實驗教學兩部分。[1,2]其內(nèi)容涵蓋了生命科學領域較新的、應用性廣的儀器分析技術，主要包括光學分析法、電化學分析法、分離分析法和其他分析方法等。[2]隨著生命科學的高速發(fā)展，生物儀器分析已經(jīng)成為各所高校生命科學領域的本科生普遍開設課程，但是這門課對本科生而言抽象性太強，特別是近年來新的儀器設備不斷涌現(xiàn)，新的儀器分析方法和技術不斷產(chǎn)生，使得實驗教學往往與預期的教學目標相差甚遠。[3]因為生物儀器分析實驗教學操作安全要求高、儀器種類繁雜、儀器功能交叉點多、組合模式多樣化、樣品制備技術要求高、數(shù)據(jù)分析處理靈活多樣等一系列特點。[4]導致在教學過程中極易產(chǎn)生“看得到，叫不出”、“叫得出，用不來”、“用得了，講不來”的三種學習瓶頸，對此，本文將逐一分析并提出工作教導訓練(Jobinstructiontraining,JIT)的說給他聽、做給他看、他做我來看、他說我來聽四步教學法，供大家參考。

1 生物儀器分析實驗教學中所面臨的學生三種學習瓶頸

1.1 看得到、叫不出

由于目前生物儀器分析實驗參考的教材基本都是儀器分析實驗教材，而且儀器分析實驗教材的更新與學院實驗室儀器設備的更新不一致，有的儀器只在教材上見過，而自己實驗室擁有的儀器設備教材上卻沒有，儀器分析實驗教材與實踐脫節(jié)的矛盾嚴重影響了教學效果。例如，對于生物技術和生物科學專業(yè)的學生來說，PCR技術在分子生物學和基因工程等理論課程中都重點學習了，在相應的實驗課程中也開設了利用PCR儀進行的實驗，到了學習生物儀器分析時，可以開設實時熒光定量PCR技術相關的實驗，讓學生接觸現(xiàn)在生物實驗室基本都有的實時熒光定量PCR儀，但這樣的儀器幾乎都還沒有在教材中體現(xiàn)。另外，生物儀器涉及內(nèi)容廣泛，儀器種類繁多，但教者又想讓現(xiàn)有教學資源得到充分利用，往往一類儀器分析方法對應很多種儀器，學生學習時容易產(chǎn)生抵觸情緒，對部分儀器的實驗教學往往走馬觀花，學生只是看看所學的儀器，連儀器的名字都叫不出來或者叫錯，比如紅外吸收光譜儀和紫外分光光度計、原子吸收光譜儀和原子熒光光譜儀等容易混淆，更談不上操作了。特別是對一些新型的大型儀器設備，如超臨界CO2萃取設備，包括冷凍箱、加熱箱、萃取罐、貯罐、分離罐、攜帶劑罐、14個閥門，而且其操作模式可以有單釜操作、雙釜交替操作，有的學生單看如此多的設備名稱和操作程序就沒有深入了解的興趣了，認真的學生也只是用"眼睛看"、“本子記”，而沒有思考實驗原理和實驗思路，不用動手操作儀器，不用分析樣品流程，只是用眼睛完成了一次儀器操作流程，嚴重影響了教學效果，大多數(shù)學生對所學儀器是“看得到、叫不出”。

1.2 叫得出，用不來

正如前述，PCR儀幾乎成為每個生命科學實驗室的必備儀器，大多學生也都從各種渠道熟悉該儀器，但在真正用的過程中由于涉及樣品制備、酶種類選擇、引物設計等前期實驗準備，以及反應程序設定，使得學生往往會沒有頭緒，所以真正會用，而且用的好的卻并不多，這明顯不符合生物儀器分析實驗重點就是強調(diào)分析用生物樣品的制備和對測試結(jié)果進行生物學意義的闡釋的課程目標。同樣，在生物技術領域廣泛應用的另一現(xiàn)代分析儀器—高效液相色譜儀，由于其在食品、藥學等研究方向的重要作用，學生也都了解這類儀器，但在真正操作時，關于標準液制備、標準曲線制備、樣品液制備、色譜條件以及儀器操作規(guī)程，特別是色譜條件(色譜柱選擇、流動相配比、柱溫、流速、檢測波長和進樣量)的選擇原理和方法，學生如果只是作為一個聽者和觀看者，即使其當時了解了儀器，將來很可能還是無法正確使用。這種“叫得出，用不來”的現(xiàn)象同樣嚴重影響生物儀器分析實驗的教學效果。

1.3 用得了、講不來

紫外-可見光譜是現(xiàn)代生物學儀器分析中的“四大譜”之一。在生物儀器分析實驗教學中與其相對應的是紫外-可見光譜儀，經(jīng)過大學一二年級的訓練，學生基本都會操作可見分光光度計，所以通過學習都能夠基本掌握紫外-可見光譜儀的用法，但因為基礎理論知識的匱乏，很多同學只會用，不懂原理，導致用得了卻講不來的現(xiàn)象較多，而且這種現(xiàn)象有時直接導致在測定不同實驗對象時，波長選擇、參比液的使用出現(xiàn)錯誤操作。至于儀器本身有的同學只會操作課堂上學過的型號，這樣將來在實際應用中如果遇到其他型號的同類儀器仍然不會操作。

2 JIT四步教學法的應用

針對生物儀器分析實驗教學中出現(xiàn)的三種學習瓶頸，我們嘗試了“JIT四步教學法”，并在實際的教學過程中廣泛運用，取得了較好的效果。

2.1 說給他聽

為了解決學生面對眾多生物分析實驗儀器時，“叫不出、裝不來、用不了”的無從下手的學習窘態(tài)，教學者的第一步“說給他聽”尤顯重要。其具體的原則是：(1)正向積極，啟發(fā)式說。目的是讓學生的緊張心態(tài)得以放松，激發(fā)學生對未知掌握的愿望。如通過與社會生活緊密聯(lián)系的案例——“鎘大米”事件、 “蘇丹紅”事件、 “三聚氰胺嬰兒奶粉”事件，這些事件都給社會帶來惡劣影響，學生都有所關注。[5]提問學生這些成分可以分別用哪些現(xiàn)代儀器進行快速精確的檢測。能否用光學分析方法檢測大米中的鎘？能否用原子吸收光譜儀？樣品如何預處理？需要選擇什么樣的附件和條件？能否用色譜分析方法檢測奶粉中三聚氰胺和食品中的蘇丹紅？能否選擇高效液相色譜儀？樣品如何處理？色譜條件如何選擇？通過這些啟發(fā)式說，激發(fā)學生的學習興趣。(2)簡潔、系統(tǒng)、提綱式說。目的是讓學生最短時間內(nèi)系統(tǒng)了解生物分析儀器的使用目的及其功能及可能導致的正向和負向?qū)嶒灲Y(jié)果。促使學生對生物儀器的感性認識轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇运伎迹缭谥v解超臨界CO2萃取設備時，讓學生最短時間內(nèi)了解該儀器具備哪些特殊的先進的功能，并基于其基本原理指出其適用于哪些具體的研究對象，如果研究對象選擇不當，很有可能直接導致實驗失敗或結(jié)果不理想，這樣反過來促使學生去思考由于研究對象的不同而出現(xiàn)不同結(jié)果的儀器原理。

2.2 做給他看

生物儀器分析實驗是一門實踐性特別強的課程，光說不練，學生對實驗儀器運用的熟練程度是不可能達標的，因此，教學者的第二步就是為“用”做示范的“做給他看”。在這一步中，教學者要關注四個關鍵點，第一點是按實驗順序把主要實驗步驟邊說邊做給他看，此時切記讓學生站在自己的左邊或右邊，力避“面對面”(面對面站立會導致教學者和學生左右方向的錯位)，只有這樣，示范的效果才會最佳。特別是到了樣品上機操作儀器的時候，把剛“說”過給學生聽的內(nèi)容對著儀器再次提問，進一步加深學生對儀器部件的了解。如在操作火焰原子吸收分光光度計的點火步驟時，再次提問關于該儀器的霧化器、原子化器等核心部件的作用原理以及點火之前的初始化過程的意義。第二點，強調(diào)要點，說明理由，提示其理解、識記。對儀器的部件組合，操作先后順序要領要反復演示說明，特別是在外形功能作用相似相近的儀器選擇使用時及儀器可能存有安全隱患時，這尤為重要。如氣相色譜儀與高效液相色譜儀，二者主要區(qū)別在于選擇的流動相分別是氣體和液體，氣相色譜儀通過高壓載氣攜帶樣品流經(jīng)色譜柱，而高效液相色譜儀通過高壓泵將液態(tài)的流動相和待分析樣品帶入色譜分離系統(tǒng)，二者在進樣操作時既然就有顯著的區(qū)別，可以通過比較手段講解這類儀器，加深學生的理解與識記。其次，操作到色譜儀器的裝柱步驟時，照樣就二者在色譜柱的外形、固定液、擔體等結(jié)構(gòu)與組成的差異上采取比較講解方法。再如原子吸收光譜儀使用時必須注意點燃火焰時，必須先開空氣，后開乙炔，熄滅火焰時，則應先關乙炔，后關空氣，防止回火，爆炸事故的發(fā)生。第三點，不多教超出其理解能力以上的內(nèi)容。和其他學科的學習一樣，學生對開設的每個生物儀器分析實驗的理解需要一個漸進的過程，一堂課掌握2-3個知識點，對于其消化吸收更為有利。第四點，注意示范教授時教學者的情緒控制，避免給學生帶來焦慮和不快的心情。

2.3 他做我來看

這一步是學生從對生物儀器的感性認識到理性思考，再重回感性操作的重要一環(huán)，做好這一步要注意以下幾點。第一是聚精會神觀察學生的操作，及時糾正錯誤。第二是讓學生一邊操作一邊對每一步進行說明。第三是過程中的詢問，加深其對生物儀器分析實驗要領的掌握。第四也是最重要的一步，讓學生“復盤”重新操作一次，且邊做邊說明應注意的要點，只有通過“復盤”才能讓學生將實驗中每一步的操作要領貫穿起來，從而形成對實驗一以貫之的整體感受。解決了“裝得了，用不了”的學習瓶頸。由于課時的限制，這部分可以分小組讓學生分模塊演示，而且操作過程中讓組員之間相互提問。例如高效液相色譜儀從開PC電源和主機各模塊電源、進入色譜工作站、把各流動相放入溶劑瓶中、裝柱子、排氣、洗柱子、平衡柱子、進樣、數(shù)據(jù)采集、洗柱子到完成后關PC，關儀器。都必須進行詳細、規(guī)范的操作演示，并對關鍵環(huán)節(jié)進行詳細解說，對容易出現(xiàn)的問題進行重點突出。真正實現(xiàn)學生操作儀器為主，學生操作實驗流程為主的教學模式。學生在整體課程中，能夠全面積極動腦思考、獨立進行實驗操作，學生學習興趣得以提高，學習效果得以加強，學生的動手能力和創(chuàng)新思維得到相應的提高。

2.4 他說我來聽

通過前三步的教學，學生已掌握了生物儀器分析的相關重點，“他說我來聽”則是對學生掌握程度的教學效果的調(diào)查方法，目的有二，一是固化前三步的效果，二是對教學者教學效果的一種驗證，便于教學者根據(jù)反饋，調(diào)整教學內(nèi)容、方法、步驟，發(fā)現(xiàn)教學盲點。在此步中教學者應從學生復述的邏輯性、連貫性及觸類旁通的能力表達上判斷其掌握的熟練程度，通過在復述中提問、表揚、檢查等手段強化知識點。同時形成一部分以學生自身為核心的教授者團隊及指定可詢問人，擴大知識的共享面，解決生物儀器分析實驗過程中“一師多生，處處分心”的局面。保證生物儀器分析實驗的教學效果，實現(xiàn)學生分析實驗結(jié)果為主，教師講解結(jié)果產(chǎn)生原因為輔，學生總結(jié)實驗為主，教師講解注意事項為輔的新的教學模式，使得學生在每個實驗項目過程中，對實驗原理和儀器工作原理等理解深刻，對實驗內(nèi)容有整體全面的認知。

3 結(jié)語

通過對生物儀器分析實驗教學中出現(xiàn)的三個學習瓶頸的分析，以及在實際教學過程中“JIT四步教學法”的嘗試運用，我們在生物儀器分析實驗教學中取得了長足進步。在課堂上，同學們學習積極性更高，特別是針對每種儀器都有了與人們生活密切相關的熱點話題，如：原子吸收分光光度計能檢測食品營養(yǎng)元素含量的高低、檢測重金屬是否超標；高效液相色譜能檢測很多產(chǎn)品中的功能性成分等等。整個教學過程中，學生們興趣倍增，一改之前對生物儀器分析實驗課程枯燥無味的感觀，都覺得學好這門課，掌握一系列現(xiàn)代先進的儀器分析方法，對自己未來的工作和生活將有著極大的幫助，在取得了良好的教學效果的同時，也贏得了學生們的認可。這種教學效果在學生們掌握各類大型儀器的操作技術的硬性基礎上，更能激發(fā)其研究生物學更深層次的動力，導引出基于主、客觀能動性培養(yǎng)的途徑和渠道，為其日后科研實驗奠定了基礎。

JIT的四步教學法以其在生物儀器分析實驗教學中對學習環(huán)境的創(chuàng)設和打造，為“學生體驗學習”的方法提供了可能，真正體現(xiàn)了“學生為主體、知行合一，注重干悟”自主學習原則，通過知識信息傳播環(huán)境、實踐能力訓練環(huán)境的熏陶、形成有利于學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和探索精神健康發(fā)展的良性循環(huán)，極大地促進了學生潛能的發(fā)掘，對引發(fā)科學研究個性化，素質(zhì)提升全面化的教學實務嘗試具有積極的作用。

生物儀器分析這門課是發(fā)展中的實驗研究性課程，其特點決定了其不斷變化，不斷更新的發(fā)展趨勢，這種趨勢對身處教學一線的教師來說，也一定是一個要求不斷自我充電，更新知識的挑戰(zhàn)過程，我們作為教者，只有在注重提高自身創(chuàng)新能力的同時，在知識結(jié)構(gòu)和教學方法上狠下功夫，以“學高為師，身正為范”的高標準為要求，才能使學生與教師的思維同步，才能和本學科以及創(chuàng)新教育改革發(fā)展同步，以此豐富、完善生物儀器分析實驗課程的教學理論和實踐，為生物學領域培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀人才。

[1] 周杰,劉學群. 生物儀器分析現(xiàn)場實驗教學改革的探索與實踐[J]. 實驗室科學,2012,15(1): 35-39.

[2] 高向陽.新編儀器分析[M]. 北京：科學出版社，2013.

[3] 林葉,李慶章,高學軍. 生物儀器分析技術實驗教學實踐與探索[J]. 牡丹江師范學院學報(自然科學版),2010, (4): 79-80.[4] 甄貞,蒼晶,曲波,等. 開展生物儀器分析實驗課教學實踐的體會[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī),2015, (5): 144-145.

[5] 李萍,賈瀟凌,鄭權(quán),等. 《生物醫(yī)學儀器分析》的教學手段建設探討[J]. 高教學刊,2015, (21): 40-41.

2016-04-29

徐德聰(1974-)，女，安徽舒城人，博士，合肥師范學院生命科學學院副教授，主要研究方向：農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量分析。

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1674-2273(2016)06-0106-03