應(yīng)用化學(xué)專業(yè)儀器分析課程改革與實(shí)踐

李學(xué)琴 魏 玲

(1，2.昌吉學(xué)院化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)系 新疆 昌吉 831100)

《儀器分析(含實(shí)驗(yàn))》課程是化學(xué)類本科生的主干基礎(chǔ)課程，在自然科學(xué)研究領(lǐng)域中提供物質(zhì)的靜態(tài)和動態(tài)關(guān)鍵信息。儀器分析匯集了化學(xué)、物理學(xué)、儀表電子學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的最新成就，已由單純提供分析測試數(shù)據(jù)上升到從原始的分析測試數(shù)據(jù)或現(xiàn)場分析測試信號中最大限度地獲取有價(jià)值的信息。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會對儀器分析方法寄予越來越大的期望，并提出越來越高的要求。儀器分析方法包括的范圍很廣,限于教學(xué)時(shí)數(shù),在取舍內(nèi)容時(shí),如何考慮應(yīng)用化學(xué)專業(yè)所具有的一些特點(diǎn),選取與專業(yè)聯(lián)系最密切的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué),通過儀器分析的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能基本掌握主要儀器分析方法和原理，并初步具有應(yīng)用這些方法解決相應(yīng)問題的能力，是值得認(rèn)真探討的。

一、儀器分析課程的現(xiàn)狀及不足

1.教學(xué)內(nèi)容的滯后，與應(yīng)用化學(xué)、化工專業(yè)培養(yǎng)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)相脫節(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的提高，儀器分析方法發(fā)展日新月異，新儀器新技術(shù)不斷出現(xiàn)。在教學(xué)中往往出現(xiàn)的問題是教材內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，教學(xué)效果不佳。

新疆大型石油化工、煤炭、精細(xì)化工等企業(yè)多數(shù)擁有較為先進(jìn)的大型精密儀器。大多學(xué)生從學(xué)校走上工作崗位以后，不能很快適應(yīng)新的環(huán)境和開拓創(chuàng)新的局面，即學(xué)生上崗后不能迅速頂崗，需要較長的適應(yīng)過程。傳統(tǒng)的儀器分析內(nèi)容只對吸光光度法、原子吸收、電位分析、氣相色譜分析等內(nèi)容進(jìn)行初步介紹。而對20世紀(jì)80年代以后迅速崛起的各種智能化、信息化分析儀器和波譜分析技術(shù)、聯(lián)機(jī)技術(shù)等觸及很少，甚至對現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的高效液相色譜只作簡介。然而后者正是現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展方向，所以必須進(jìn)行加強(qiáng)和完善。

目前儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，也存在著一些問題：(1)主要集中在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和規(guī)范化操作，缺乏科學(xué)的思維訓(xùn)練和創(chuàng)造性激勵(lì)；在實(shí)驗(yàn)員和實(shí)驗(yàn)老師的準(zhǔn)備下，造成實(shí)驗(yàn)的原理一閃而過(包括儀器的構(gòu)造和工作原理)，儀器操作過程更是匆匆完成(部分只做演示實(shí)驗(yàn))，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中完全缺乏主動性，使學(xué)生能力得不到培養(yǎng)和提高。(2)隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)對分析儀器要求的提高，分析儀器正在向著高科技性、操作個(gè)人化、智能化發(fā)展，從而使它的價(jià)格越來越昂貴。如紅外光譜儀、高效液相色譜儀、質(zhì)譜儀、X射線衍射儀等，每臺均為幾萬、幾十萬甚至幾百萬元。而且每次實(shí)驗(yàn)的耗材也要幾十到幾百元不等。(3)由于學(xué)校辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)不斷增加，原有儀器設(shè)備不足，儀器數(shù)量已不能滿足教學(xué)需要。許多大型儀器設(shè)備只有一臺，而且實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生往往只能觀摩，根本無法保證學(xué)生獨(dú)立操作。

2.教學(xué)技術(shù)較為單一

根據(jù)儀器分析課程涉及多學(xué)科、信息量大的特點(diǎn)，本門課程的基本理論部分采用傳統(tǒng)板書教學(xué)的方式，涉及儀器的構(gòu)造、工作原理、實(shí)驗(yàn)操作方法部分，學(xué)生學(xué)起來很抽象、難以理解。

3.新到大型精密儀器需要做好投入儀器分析教學(xué)的各項(xiàng)服務(wù)工作

隨著新建本科院校的發(fā)展，大型儀器設(shè)備陸續(xù)到位，其中元素分析儀、紅外光譜儀、氣相色譜儀、原子吸收光譜儀、等離子體原子發(fā)射光譜儀、分子熒光光譜儀、電化學(xué)工作站等儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，由于受到條件的限制，教師對新到高檔儀器接觸和使用的機(jī)會比較少，從而缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為了使這批設(shè)備能夠更好的為教學(xué)服務(wù)，提高大型設(shè)備的利用率。新到大型精密儀器需要做好相關(guān)指導(dǎo)老師的培訓(xùn)、補(bǔ)充和完善儀器展圖、儀器操作說明、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整及方案的編寫。

為適應(yīng)社會的發(fā)展，提高學(xué)生就業(yè)時(shí)的競爭力，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的綜合素質(zhì),結(jié)合儀器分析發(fā)展的趨勢、逐步到位的大型精密儀器更好的服務(wù)教學(xué)、應(yīng)用化學(xué)和化工人才培養(yǎng)的目標(biāo)、儀器分析課程存在問題來看，不斷適應(yīng)新形勢的要求，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，已成為儀器分析課程教學(xué)改革的重要課題。

二、改革措施及實(shí)施效果

(一)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和調(diào)整

1.結(jié)合應(yīng)化和化工專業(yè)特點(diǎn)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

儀器分析飛速發(fā)展，新方法、新儀器層出不窮，應(yīng)用日益廣泛，要講授給學(xué)生的知識內(nèi)容確實(shí)很多，但貪大求全，一味灌輸大量知識，效果并不佳，所以合理安排教學(xué)內(nèi)容是非常重要的。結(jié)合專業(yè)實(shí)際，合理安排教學(xué)內(nèi)容，突出實(shí)用性和科學(xué)性，把教學(xué)內(nèi)容改革放在“兩個(gè)銜接”和“兩個(gè)結(jié)合”上，即與國家標(biāo)準(zhǔn)相銜接，與科研內(nèi)容相銜接；與專業(yè)教育相結(jié)合，與就業(yè)市場相結(jié)合。(1)講授內(nèi)容比重重新合理分布。講授內(nèi)容圍繞應(yīng)用需要，考慮儀器分析發(fā)展的現(xiàn)狀和專業(yè)就業(yè)特點(diǎn)，針對不同專業(yè)需要選擇相應(yīng)內(nèi)容作重點(diǎn)講授。(2)精心選擇設(shè)計(jì)銜接點(diǎn)知識內(nèi)容，精心制作多媒體課件。例如，國家標(biāo)準(zhǔn)的儀器分析方法不僅方法成熟、應(yīng)用廣泛，而且在一些事關(guān)百姓也影響國際的社會熱點(diǎn)事件中角色位置舉足輕重，比如蘇丹紅事件、松花江污染事件、SK一Ⅱ化妝品事件、奶粉的三聚氰胺事件等這些內(nèi)容與專業(yè)教育和就業(yè)市場緊密聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)動力加強(qiáng)。另一方面，利用教師科研項(xiàng)目、本科生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生看得見、摸得著，學(xué)習(xí)興趣濃厚。

2.突出內(nèi)容的普及性和實(shí)用性[1]

儀器分析發(fā)展到今天，內(nèi)容已十分豐富，如何合理安排教材內(nèi)容是很值得探討的問題。既要使教材內(nèi)容與國際先進(jìn)教材逐步接軌，又必須考慮到我國分析化學(xué)的現(xiàn)狀。目前光譜分析、色譜及分離技術(shù)、電化學(xué)分析已成為主要三種分析手段，由此針對國內(nèi)現(xiàn)狀，較系統(tǒng)地、準(zhǔn)確地講授這3大部分內(nèi)容對學(xué)生走向工作崗位及適應(yīng)我國分析工作現(xiàn)狀會有很大的幫助。如液相色譜及分離技術(shù)是儀器分析中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的領(lǐng)域之一。對于這一部分內(nèi)容應(yīng)加強(qiáng)。紫外可見光譜分析內(nèi)容較成熟，儀器相對易得，屬于普及型儀器分析方法。

3.突出內(nèi)容應(yīng)具有前沿性和新穎性

以計(jì)算機(jī)為代表的高新技術(shù)迅速發(fā)展，使高靈敏度、高選擇性、高速化、高自動化、智能化的儀器分析代表著整個(gè)分析化學(xué)的發(fā)展方向；尤其近年來，由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，涌現(xiàn)出許多新的分析儀器和分析方法。應(yīng)用這些新儀器新方法，能使測試的靈敏度、精密度大大提高，并擴(kuò)展了儀器分析的應(yīng)用范圍。因此，要更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，跟上時(shí)代的步伐，在教學(xué)中必須在傳統(tǒng)的光分析、電分析、氣相色譜分析的基礎(chǔ)上注意反映近代科學(xué)技術(shù)的新成就，保持教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，使之具備與時(shí)代相應(yīng)的科學(xué)水平。

為此，在教學(xué)中我們著重解決的教學(xué)內(nèi)容問題有：(1)在明確教學(xué)指導(dǎo)思想和教學(xué)目的的基礎(chǔ)上，制定了新的教學(xué)大綱，并保持一定的靈活性和寬松度，為教師及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容和教材內(nèi)容留下余地，提供方便；(2)教師應(yīng)該準(zhǔn)確把握課程的基本思想，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，反映先進(jìn)、前沿的儀器分析的新方法和新技術(shù)。把知識傳授的重點(diǎn)放在生產(chǎn)、科研和學(xué)術(shù)活動中應(yīng)用最廣、普及率最高、實(shí)用性最強(qiáng)的紫外可見分光光度分析法、紅外光譜分析法、原子吸分光光度法、原子發(fā)射光譜分析法、電位分析法、氣相色譜法、高效液相色譜法、核磁共振等常用儀器分析方法上。同時(shí)兼顧學(xué)科發(fā)展前沿，不斷跟蹤科研與教研新成果。

(二)教學(xué)方法與教學(xué)手段的突破和更新

儀器分析要突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，緊緊圍繞人才培養(yǎng)這一根本，從教學(xué)方法與教學(xué)手段上凸顯實(shí)用性與科學(xué)性。

1 .在知識傳授上突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)

儀器分析的課程教學(xué)要緊緊圍繞儀器分析的基本原理、基本分析技術(shù)、儀器的基本結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用這條主線重點(diǎn)介紹學(xué)科的新理論、新方法、新技術(shù)和新成果，而對一些冗長的公式推演作出準(zhǔn)確而恰到好處的簡化處理，匯入一些頗具指導(dǎo)意義的應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)講清難點(diǎn)和疑點(diǎn)。力求做到簡明實(shí)用，重點(diǎn)突出，詳略適當(dāng)，深人淺出。例如，在光度分析法中要牢固掌握吸收定律及影響因素，正確地選擇測量條件進(jìn)行定量或定性分析；電位分析法的難點(diǎn)是離子選擇性電極的響應(yīng)機(jī)理，正確選擇電極進(jìn)行分析；色譜法在實(shí)際應(yīng)用中的難點(diǎn)是固定相及相應(yīng)操作條件的選擇。在教學(xué)內(nèi)容組織方式上要特別注意不同儀器分析方法、不同章節(jié)之問的相互聯(lián)系及區(qū)別，理論聯(lián)系實(shí)際，把課程教學(xué)與生產(chǎn)、科研的實(shí)踐活動結(jié)合起來，把基礎(chǔ)理論和前沿知識結(jié)合起來。

2.突出實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性和實(shí)用性

目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式采用的是“三定式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即在實(shí)驗(yàn)手段上采用規(guī)定好的實(shí)驗(yàn)路線和步驟，使用規(guī)定的儀器并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，采用這種教學(xué)，學(xué)生沒有選擇余地，思維力和創(chuàng)造能力得不到發(fā)揮。為了讓學(xué)生在“三式”的模式下按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，教師就得詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)，用教師講解代替學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，這對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高十分不利。為此，我們進(jìn)行了開放實(shí)驗(yàn)室、提高大型儀器使用率、調(diào)整實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式等系列改革。

開放實(shí)驗(yàn)有三種選題方式：(1)公選題，是老師為學(xué)生提供的實(shí)驗(yàn)課題。此類提供實(shí)驗(yàn)方法的課題，主要是吸引大量的學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練的同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。(2)自選題，自選題是學(xué)生帶著自己感興趣的課題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，通過查閱大量的文獻(xiàn)和資料，結(jié)合所學(xué)的知識論證課題的可行性，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)過審核合格，教師和工作人員盡最大努力配合學(xué)生完成其研究課題。這種實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供了施展才能和創(chuàng)造能力的空間，激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動性積極性及參與性。(3)科研課題，此類課題多為教師的科研項(xiàng)目。例如，蔬菜中農(nóng)藥殘留的測定方法研究，由于科研項(xiàng)目研究的都是本學(xué)科最前沿的問題，這會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、挑戰(zhàn)困難的勇氣和創(chuàng)新精神。同時(shí)，在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立解決問題，可以培養(yǎng)、鍛煉他們獨(dú)立工作的能力。總之，以學(xué)生為主體，教師加以啟發(fā)、指導(dǎo)、管理的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想的探索和改進(jìn)。

3.采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法和現(xiàn)代教學(xué)手段。

在儀器分析課堂教學(xué)中，內(nèi)容與時(shí)間的矛盾尤為突出，采取傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法既不能完成教學(xué)任務(wù)，也無法達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。因而，在儀器分析教學(xué)中必須打破“一言堂”，“滿堂灌”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法，通過課堂講授演示、提問、討論和課外講座等多種形式啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生抓住重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，明辨疑點(diǎn)，把教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用有機(jī)結(jié)合起來。

在儀器分析的教學(xué)中借助計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)可以降低學(xué)習(xí)難度，突破教學(xué)難點(diǎn)，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，展示語言難以描述的內(nèi)容，使抽象的內(nèi)容具體化，復(fù)雜的內(nèi)容簡單化。由于一些分析方法的原理比較抽象、儀器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，借助多媒體技術(shù)可將抽象的變化過程以形象直觀的圖片或動畫進(jìn)行演示，從而給學(xué)生留下深刻的印象。在教學(xué)過程中除了可以運(yùn)用Powerpoint、Flash等比較大眾化的圖形處理軟件外，教師可以通過借助一些專業(yè)化學(xué)軟件如Guassian03、Chemoffice、Chenwindow等構(gòu)建和演示分子的三維立體結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生對研究對象產(chǎn)生直觀形象的了解，從而既加強(qiáng)了對學(xué)生空間思維、形象思維的培養(yǎng)，又可使課堂變得生動有趣[2]。

4.課堂教學(xué)與課外自學(xué)結(jié)合。由于儀器分析課程內(nèi)容多，知識面廣，學(xué)科跨度大，因而，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，教師只能著重講授內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而對大量的有關(guān)知識只能依靠學(xué)生的課外自學(xué)來完成。因此，在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，必須充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，明確提出課外學(xué)習(xí)的任務(wù)和要求，認(rèn)真進(jìn)行課外輔導(dǎo)和答疑，定期進(jìn)行自學(xué)檢查和考核，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，把課堂教學(xué)與課外自學(xué)結(jié)合起來。

(三)加強(qiáng)大型精密儀器服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施和力度

為了使大型精密儀器設(shè)備能夠更好的為儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，提高大型設(shè)備的利用率，可以采取以下具體措施：

1.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師隊(duì)伍的建設(shè)及培訓(xùn)

儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量如何，關(guān)鍵是指導(dǎo)教師。安排經(jīng)驗(yàn)豐富、業(yè)務(wù)精湛的骨干教師承擔(dān)儀器分程的教學(xué)和建設(shè)。按一定比例配備輔導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備人員。對這些教師進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)的方式有： 儀器安裝調(diào)試人員對指導(dǎo)教師的培訓(xùn)；指導(dǎo)教師分批外出培訓(xùn)。為最大限度發(fā)揮大型儀器的功能提供保障。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容要具有先進(jìn)性和實(shí)用性，既要及時(shí)反映應(yīng)化和化工專業(yè)領(lǐng)域的最新科研新成果，又要密切聯(lián)系生產(chǎn)、教學(xué)和科研的實(shí)際需要。

儀器分析教研組首先根據(jù)現(xiàn)有儀器和專業(yè)特點(diǎn)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了專業(yè)特點(diǎn)和實(shí)用性更強(qiáng)的的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如：分子熒光法測定谷物中的核黃素，原子吸收法測定工業(yè)污水中Cd2+、Pb2+，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對合金中鉻、銅、錳、鎳、鈦等元素的定性和定量分析，氣相色譜法測定蔬菜中的農(nóng)藥殘留，單掃描示波極譜法測定工業(yè)污水中的鉛和鎘。并編寫了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。

三、小結(jié)

儀器分析課教學(xué)改革的實(shí)踐證明通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方式，提高大型儀器的使用率，增開開放實(shí)驗(yàn)，突出了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，真正做到優(yōu)生優(yōu)培、因材施教。近幾年，從應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生在石油化工分析、產(chǎn)品檢驗(yàn)等方面就業(yè)情況來看，就業(yè)的人數(shù)在逐年增加，而且大多數(shù)學(xué)生畢業(yè)后，經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可以快速適應(yīng)崗位需要，這也充分反映出根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和社會需求進(jìn)行儀器分析課教學(xué)改革的良好實(shí)踐效果。

教學(xué)改革是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，還需要不懈的努力，我們雖然對儀器分析課程改革進(jìn)行了初步的探索和實(shí)踐，并已初見成效。但還有很多問題有待于解決，如開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓寬，新的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目的開發(fā)等等。只要我們積極探索、銳意改革，儀器分析課程就會受到更多學(xué)生的歡迎，教學(xué)質(zhì)量就會得到進(jìn)一步的提高。

參考文獻(xiàn)：

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