結(jié)合儀器分析課程教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

周美楊 蒼 晶

[摘要] 《儀器分析》是一門重要的新興學(xué)科,是醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)、化學(xué)及生命科學(xué)等相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程,該課程的教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識具有積極意義。本文從重視緒論和概述的講授、解析前沿儀器分析技術(shù)角度,討論了怎樣結(jié)合課程教學(xué)培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)精神和科技創(chuàng)新意識。

[關(guān)鍵詞] 儀器分析 創(chuàng)新意識 課程教學(xué)

儀器分析學(xué)科的發(fā)展歷程,是科學(xué)思想和創(chuàng)新意識應(yīng)用于新工具、新方法,并用之解決新問題的典型個案。作為涉及環(huán)境安全、食品安全、化學(xué)、醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)等多個自然學(xué)科專業(yè)的碩士研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課,儀器分析這門課程除了教授學(xué)生在科研工作中所必需的儀器分析原理及實驗技能外,還應(yīng)該結(jié)合課程教學(xué)的實際,努力通過啟發(fā)和引導(dǎo)式教學(xué)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)精神和科研能力。

一、重視緒論和概述的講授

緒論和每部分的概述分別是儀器分析課程和某一類分析方法的總述,對于相應(yīng)部分的內(nèi)容來說,這些總述都是相當(dāng)重要的開篇引論,起著提綱挈領(lǐng),貫穿全篇知識結(jié)構(gòu)的作用。因此,應(yīng)格外予以重視,重點講解,而絕不應(yīng)視為可有可無,草草帶過。在講授緒論的過程中,為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,開闊學(xué)生的視野和科研思路,筆者選擇儀器分析的發(fā)展簡史作為重點講授的內(nèi)容。在儀器分析發(fā)展史中,有許多位科學(xué)家因其在儀器分析領(lǐng)域作出的杰出貢獻而獲得諾貝爾獎。這些科學(xué)家以及他們的貢獻對于近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著舉足輕重的推動作用。1945 年,以Bloch 和Purcell 為首的兩個課題組同時發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象,并共同獲得了1952 年的諾貝爾物理學(xué)獎;2002年,Kurt Wuthrich 教授獲得了諾貝爾化學(xué)獎,貢獻是研究出應(yīng)用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的新方法。核磁共振技術(shù)能夠提供分子空間立體結(jié)構(gòu)的信息,已經(jīng)發(fā)展成為分析分子結(jié)構(gòu)和研究化學(xué)動力學(xué)的重要手段。在有機化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)及藥物化學(xué)等領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用,反映出了核磁共振技術(shù)的飛速發(fā)展以及對于前沿自然科學(xué)研究工作的巨大貢獻……通過對儀器分析發(fā)展簡史的講述,不僅使學(xué)生了解到學(xué)科發(fā)展的歷史,杰出科學(xué)家們的卓越貢獻以及儀器分析科學(xué)的發(fā)展給人類文明和科技的進步帶來的重大影響,同時也大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、對專業(yè)的熱愛以及為科學(xué)獻身的崇高理想。

二、重點突出儀器分析學(xué)科理論聯(lián)系實際的特點

儀器分析是一門實用性和實踐性很強的學(xué)科。當(dāng)今,從尖端的航天科技和生命科學(xué)的研究到百姓最關(guān)注的食品藥品和環(huán)境安全等領(lǐng)域無不滲透著它的的痕跡。比如,圓二色光譜(CD) 和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)可提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的多種信息,輔以二階導(dǎo)數(shù)、去卷積、曲線擬合等解析方法可以研究蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)以及變化規(guī)律。近年來,應(yīng)用FTIR和CD從分子水平的角度研究癌癥的成因及有效的治療藥物成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。

在教學(xué)過程中,筆者尤其注重結(jié)合自己的科研實際列舉有關(guān)現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在生命科學(xué)、生物制藥、環(huán)境監(jiān)測、食品藥品檢測等學(xué)生格外感興趣的熱門研究領(lǐng)域中的應(yīng)用實例。如食品中化學(xué)添加劑的檢測、近日來影響面極大的“三聚氰胺”事件、知名品牌化妝品“SKⅡ”中重金屬超標(biāo)等這些貼近學(xué)生生活實際,也是他們較為關(guān)心且與自身專業(yè)有緊密聯(lián)系的問題,通過學(xué)習(xí)儀器分析這門課程之后都能得到解答。這樣的講解對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)他們獨立思考,發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力都是十分有益的,同時也在無形中樹立了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想,開闊了他們的科研思路,提高了他們的創(chuàng)新意識和科研能力。

三、綜合運用各種課堂教學(xué)藝術(shù)

1.適當(dāng)運用形象幽默的比喻

儀器分析課堂教學(xué)中,如果教師在講授時適度運用風(fēng)趣的語言、適當(dāng)?shù)谋扔?就能使學(xué)生在輕松愉快的氣氛中掌握知識。比如,在講解儀器分析緒論當(dāng)中關(guān)于準(zhǔn)確度、精密度和精確度這幾個概念時,因為概念不太容易理解且較易混淆,那么,筆者在講解這部分內(nèi)容時,運用了打靶的情況來比喻。打中靶子的子彈相互之間較為接近,但全部偏離靶心,這種情況就表示精密度很高,但準(zhǔn)確度很低;彈孔之間分散在靶心周圍的情況表示精密度低,但準(zhǔn)確度較高;如果彈孔非常集中,且均勻分布在靶心附近,這種情況則表示精密度和準(zhǔn)確度都很高,即精確度很高……這樣,使學(xué)生對這幾個概念有了深刻的理解和記憶。

2.合理運用啟發(fā)式教學(xué)方法

英國教育家羅素說過:“一切學(xué)科本質(zhì)上應(yīng)該從心智啟迪開始,教學(xué)語言應(yīng)當(dāng)是引火線、沖擊波、興奮劑。要有撩人心智,激人思維的功效”。啟發(fā)式教學(xué)應(yīng)該是一個在教師的啟迪下,學(xué)生自主參與的過程。通過教授儀器分析課程既要使學(xué)生掌握本門課程的知識,更要努力開闊學(xué)生的思路,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才。

在教學(xué)的過程中,教師不能僅僅只充當(dāng)知識傳授者的角色,同時也要承擔(dān)起啟迪學(xué)生思維、激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和指導(dǎo)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)方法的責(zé)任。例如,在講授光譜分析法概述部分的時候,筆者引用“千丈虹橋望入微,天光云彩共樓飛”的詩句引導(dǎo)學(xué)生的思維,使學(xué)生通過這樣的詩句聯(lián)想到彩虹這種光學(xué)現(xiàn)象。然后,又接用乾隆皇帝“誰把青紅絨兩條,半紅半紫掛天腰”以及紀(jì)曉嵐續(xù)接的“上皇昨夜鑾輿出,故而空中架彩橋”這一歷史典故,引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想起彩虹不同顏色的分布位置,進而從光學(xué)角度講述引起這種現(xiàn)象的原因,進一步引出光的波粒二相性以及光與物質(zhì)之間的相互作用。在這一連串的遞進當(dāng)中,層層引出光的性質(zhì)以及光譜分析法的原理,利用光這種自然現(xiàn)象的原理設(shè)計分析儀器來為人類服務(wù),這一過程本身就大大激發(fā)了學(xué)生思考的興趣。學(xué)生自然積極認(rèn)真地參與其中,感受到現(xiàn)有儀器設(shè)計的巧妙,體會到儀器分析的樂趣并自發(fā)產(chǎn)生設(shè)計儀器、改進儀器的愿望。

綜上,儀器分析是一門理論與實踐緊密結(jié)合的特色學(xué)科,它的誕生和發(fā)展體現(xiàn)著人類認(rèn)識自然和改造自然的智慧與力量,其本身就是創(chuàng)新精神與創(chuàng)新意識在生產(chǎn)生活實際中的完美應(yīng)用。因此,結(jié)合儀器分析的課堂教學(xué),立足學(xué)科特點,順應(yīng)學(xué)科前沿的發(fā)展方向開展教學(xué)工作,同時在教學(xué)方法和語言藝術(shù)上大膽創(chuàng)新。這些方式不僅能讓學(xué)生掌握學(xué)科的基本知識和應(yīng)用技能,而且能讓學(xué)生體會到,儀器分析法是解決現(xiàn)實復(fù)雜科學(xué)技術(shù)問題的重要工具,但還有很多難題無法用現(xiàn)成的儀器手段來解決,這就需要不斷改進現(xiàn)有儀器,不斷發(fā)明新的儀器,以滿足科學(xué)研究的需要,對于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識具有積極的推動作用。

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