理工科院校儀器分析課程教學(xué)改革探索

陳景文

(鹽城工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院 江蘇鹽城224051)

理工科院校儀器分析課程教學(xué)改革探索

陳景文

(鹽城工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院 江蘇鹽城224051)

儀器分析是理工科院校化學(xué)及相關(guān)學(xué)科本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本文針對(duì)儀器分析課程具有的前沿性、發(fā)展性、實(shí)踐性和應(yīng)用性等特點(diǎn)及在教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了儀器分析課程教學(xué)改革的思路。

儀器分析是理工科院?；瘜W(xué)及相關(guān)學(xué)科本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要包括電化學(xué)分析法、光學(xué)分析法、色譜分析法、質(zhì)譜分析法、熱分析法和核磁分析法等。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握常用儀器分析方法的原理和基本操作，并能正確選擇分析方法，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于儀器種類及分析方法繁多，每種儀器又有相對(duì)獨(dú)立的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要想在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握多種分析儀器，為將來(lái)解決生產(chǎn)、科研中的實(shí)際分析問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，就需要對(duì)教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。本文針對(duì)儀器分析課程的基本特點(diǎn)及在教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出教學(xué)改革的思路。

(1)注重課堂講授方法，提高教學(xué)效果。儀器分析課程包括多種儀器的工作原理、儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及分析方法的建立等教學(xué)內(nèi)容，每種分析儀器都不盡相同，而且有些儀器原理及結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容很抽象，教師講課難，學(xué)生學(xué)習(xí)也難。這就導(dǎo)致了一些院校中的儀器分析課程出現(xiàn)教師不愿意教，學(xué)生沒(méi)興趣學(xué)的狀況。其原因是課堂教學(xué)方法存在問(wèn)題。由于不同儀器有不同的工作原理、結(jié)構(gòu)及使用方法等，從而使得綜合對(duì)比教學(xué)法在儀器分析課堂教學(xué)中顯得比其他課程重要。在教學(xué)中，應(yīng)以儀器的工作原理或結(jié)構(gòu)為主線，對(duì)相對(duì)獨(dú)立的不同分析方法進(jìn)行歸納與分類，通過(guò)對(duì)比、分析，找出不同分析方法在工作原理、儀器結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方面的共性，適當(dāng)?shù)瘑蝹€(gè)儀器的內(nèi)容講解，總結(jié)出課程教學(xué)內(nèi)容的連貫性和系統(tǒng)性，然后突出各類分析法之間的差異［1］。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)就不會(huì)感到不同分析方法間的孤立，有利于掌握所講授的內(nèi)容。如光譜分析的內(nèi)容可以按照下列幾種分類方法進(jìn)行對(duì)比教授:①按照與電磁輻射作用的粒子不同，可分為原子光譜分析、分子光譜分析和核磁共振波譜法3大類，其中原子光譜分析法包括原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法;分子光譜分析法可分為紫外－可見(jiàn)吸收光譜法、紅外吸收光譜法和熒光光譜法等。②按照電磁輻射與粒子的作用過(guò)程不同可分為發(fā)射光譜法(發(fā)射過(guò)程)、吸收光譜法(吸收過(guò)程)、拉曼光譜法(散射過(guò)程)、衍射光譜法(衍射過(guò)程)、旋光色散法和圓二色光譜法(光的偏振特性)等。然后再?gòu)?qiáng)調(diào)不同分析法的特點(diǎn)，突出他們的不同之處。這種綜合對(duì)比的教學(xué)方法，可使學(xué)生不但能掌握不同儀器分析法的原理、分析方法的共性，對(duì)諸多分析法形成全面、總體的認(rèn)識(shí)，而且能夠了解其各自的特性，從而對(duì)各分析法之間的聯(lián)系與區(qū)別有較好地理解。這種教學(xué)方法要求對(duì)教材的章節(jié)進(jìn)行合理的調(diào)整，打破單個(gè)分析獨(dú)立成章、逐一描述的情形。

(2)利用好現(xiàn)有儀器資源，多安排現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。儀器分析課程講述的內(nèi)容涉及比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，在學(xué)生了解了儀器的基本原理之后，教師在進(jìn)行各種分析法的特點(diǎn)講授時(shí)，可利用現(xiàn)有儀器資源，將教室移到儀器室，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。這種教學(xué)方式直觀、生動(dòng)，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，有利于對(duì)課堂所授內(nèi)容的理解和掌握，并可進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的記憶。

(3)加強(qiáng)儀器設(shè)備硬件建設(shè)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。儀器分析是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在儀器現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展教學(xué)可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)儀器工作原理的理解及其結(jié)構(gòu)特征的感性認(rèn)識(shí)，但要利用不同儀器建立物質(zhì)的測(cè)定方法及對(duì)方法進(jìn)行優(yōu)化，就必須親自動(dòng)手操作。如果學(xué)完了儀器分析課程，卻對(duì)于如何制備樣品、如何處理數(shù)據(jù)、如何判斷測(cè)定結(jié)果的可靠性，甚至如何進(jìn)樣都不會(huì)，這樣的教學(xué)效果無(wú)疑是不符合要求的。要解決上述問(wèn)題，就必須加強(qiáng)儀器設(shè)備硬件的建設(shè)，這是提高儀器分析課程教學(xué)質(zhì)量的基本保證。但分析儀器的價(jià)格普遍比較昂貴，在儀器數(shù)量有限的情況下，儀器分析實(shí)驗(yàn)往往采用教師演示、學(xué)生旁觀的方式，或?qū)⒁粋€(gè)班的學(xué)生分成若干組，每個(gè)組安排1～2個(gè)學(xué)生操作，其余學(xué)生旁觀，而不是讓每個(gè)學(xué)生都實(shí)際進(jìn)行操作。對(duì)于這種情況，可以學(xué)習(xí)麻省理工學(xué)院的做法，充分利用報(bào)廢或淘汰的舊分析儀器，組建分析儀器實(shí)驗(yàn)室。麻省理工學(xué)院有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室，幾乎集中了來(lái)自不同渠道的全世界各個(gè)歷史時(shí)期的發(fā)動(dòng)機(jī)。該實(shí)驗(yàn)室為機(jī)械及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在拆裝過(guò)程中學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、各部件的功能和工作原理，了解發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)變遷。這種做法很值得我們參考。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，我國(guó)很多院校添置了大批先進(jìn)教學(xué)儀器，同時(shí)報(bào)廢了一批儀器，各院校應(yīng)該珍惜這些退下來(lái)的儀器設(shè)備資源，加以充分利用，組建相關(guān)儀器實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在了解儀器發(fā)展的歷史過(guò)程中認(rèn)識(shí)人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)鍛煉自己的動(dòng)手能力。

(4)合理安排實(shí)驗(yàn)課。目前，各院校一般都開(kāi)設(shè)了儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，但有些實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及時(shí)間安排不夠合理，未能達(dá)到理想的教學(xué)目的。如有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的項(xiàng)目基本相同，導(dǎo)致學(xué)生失去興趣;有些實(shí)驗(yàn)安排的時(shí)間與理論課不同步，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)理論課上所學(xué)知識(shí)的記憶已經(jīng)模糊;還有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目孤立，缺乏綜合性，使學(xué)生只知其一，不知其二，等等。針對(duì)上述情形，可以采取如下辦法加以解決:①安排同一個(gè)教師講授理論課和實(shí)驗(yàn)課，這樣比較容易按照理論課的進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)時(shí)間，達(dá)到理論與實(shí)踐教學(xué)相輔相成的目的。②改革教材，將儀器分析和儀器分析實(shí)驗(yàn)合二為一，編寫《儀器分析及實(shí)驗(yàn)》，在教材中，根據(jù)需要在適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)后安排相關(guān)實(shí)驗(yàn)。③改變現(xiàn)行《儀器分析實(shí)驗(yàn)》教材中一種儀器分析法安排一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的做法，參照上述在理論課教學(xué)中綜合對(duì)比的方法，將原理相同或相近的分析方法安排成一個(gè)綜合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在其中突出各方法的差異，以達(dá)到觸類旁通的教學(xué)效果。④適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)。在實(shí)驗(yàn)課中，教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的審核，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。

(5)打破一門課由一名教師獨(dú)攬的傳統(tǒng)，適當(dāng)調(diào)整師資，讓精通某種儀器的教師承擔(dān)該儀器的教學(xué)工作。儀器分析課程與其他理論課不同，教師應(yīng)具有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，還應(yīng)具有豐富的儀器分析經(jīng)驗(yàn)，否則，他可能就只會(huì)照本宣科地講理論或者只憑經(jīng)驗(yàn)給學(xué)生傳授操作技能，而無(wú)法保證這門課程的教學(xué)質(zhì)量。

(6)采用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，形象、生動(dòng)地開(kāi)展儀器分析課程教學(xué)。這種教學(xué)方法目前已普遍實(shí)行，其優(yōu)缺點(diǎn)也已在很多文章中有論述［2］。有必要在這里指出的是加強(qiáng)課件制作的質(zhì)量及其他資源的利用必須引起人們的高度重視。課件的內(nèi)容不應(yīng)該僅僅是儀器圖片的粘貼、儀器工作流程的轉(zhuǎn)載以及一套電子教案使用數(shù)年的做法，還應(yīng)充分利用儀器廠家附贈(zèng)的模擬軟件，同時(shí)要不斷跟蹤國(guó)內(nèi)外專業(yè)教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)的最新動(dòng)態(tài)，使用高水平的教學(xué)資源。此外，應(yīng)盡可能多地利用網(wǎng)絡(luò)課程和虛擬實(shí)驗(yàn)室?guī)椭鷮W(xué)生理解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，開(kāi)設(shè)部分虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生的求知欲望。

(7)改革考核方式?？己朔椒ㄔ谝欢ǔ潭壬鲜菍W(xué)生平日怎么學(xué)、怎么做的指揮棒，必須引起教師的重視。傳統(tǒng)的考核方式是學(xué)生背幾天書(shū)，教師出一份試卷，閉卷筆試，教師給學(xué)生打個(gè)分?jǐn)?shù)。這種考核方式并不適合儀器分析課程的考核。如前所述，儀器分析是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，儀器分析課程的考核應(yīng)適當(dāng)減少原理部分的內(nèi)容，而側(cè)重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑u(píng)價(jià)。原理部分的理論知識(shí)可采用口試與筆試相結(jié)合的方法，避免學(xué)生考前突擊、死記硬背。在授課期間，可擬定若干有前沿性或應(yīng)用性的題目，讓學(xué)生自主選擇，安排學(xué)生課余到圖書(shū)館或網(wǎng)絡(luò)上查閱，了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)儀器及分析方法的發(fā)展動(dòng)態(tài)，提出解決方案，撰寫小論文，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)鞏固課堂教學(xué)成果。學(xué)生的考核成績(jī)可以是本課程理論部分的筆試與口試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)及論文成績(jī)的綜合。這種考核方法有助于學(xué)生重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，真正學(xué)好儀器分析課程。

［1］ 何金蘭.湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(6):122

［2］ 劉海燕，賈安強(qiáng)，楊旭哲，等.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2006(10):122