儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)踐*

胡萬(wàn)群 張漢昌

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 安徽合肥 230026)

儀器分析實(shí)驗(yàn)是化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程之一。在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中，我們?cè)絹?lái)越感到在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，傳統(tǒng)的以著重基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練為教學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容越來(lái)越不能滿足學(xué)生的探索求知欲望和培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的需求。本課程的教學(xué)目標(biāo)已不再是僅僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)加深對(duì)儀器分析方法原理的理解和鞏固課堂教學(xué)的效果，更重要的是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，了解先進(jìn)的分析技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，提高其獨(dú)立從事科學(xué)研究以及提出和解決問(wèn)題的能力[1]。圍繞這一目標(biāo)，我們對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方式與方法等進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

1 教學(xué)目標(biāo)與方法

在原有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排，在保留必要的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，新增開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)和教學(xué)內(nèi)容。將儀器分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)課教學(xué)分為基本實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)階段進(jìn)行。

基本實(shí)驗(yàn)階段重在對(duì)學(xué)生進(jìn)行儀器分析的基礎(chǔ)知識(shí)傳授和基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。要求學(xué)生以實(shí)驗(yàn)為載體，掌握分析方法的原理，了解儀器的工作原理與結(jié)構(gòu)，初步學(xué)會(huì)儀器的操作技能，掌握定性、定量分析的基本方法，為開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段打好基礎(chǔ)。

基本實(shí)驗(yàn)階段主要采用在教師指導(dǎo)下學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，重在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力。

開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段的教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生以2～4人為一組，根據(jù)興趣自主選題或由教師命題供學(xué)生選擇，然后查閱文獻(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，師生共同討論修改方案，最后分批實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案。

本階段采用以學(xué)生為主體的研討式教學(xué)方法，學(xué)生不再是照方抓藥式的被動(dòng)學(xué)習(xí)，而是從解決問(wèn)題的興趣出發(fā)，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。他們通過(guò)查閱資料，設(shè)計(jì)并實(shí)施方案，寫課程論文，鍛煉了在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，以及在撰寫論文和答辯過(guò)程中的綜合歸納能力、科技寫作能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。這種研討式的教學(xué)方式有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)創(chuàng)新熱情，提高從事科研活動(dòng)的能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

基本實(shí)驗(yàn)階段的教學(xué)內(nèi)容包括光(波)譜分析、電化學(xué)分析、色譜分析及熱分析中的若干經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，兩人一組，逐個(gè)輪換。如光譜分析實(shí)驗(yàn)：ICP-AES法測(cè)定茶葉中的礦物質(zhì)和微量元素，芳香類化合物的紫外與熒光光譜比較分析，X射線衍射物相分析；電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)：氟離子選擇電極測(cè)定湖水中的氟離子含量，恒流源的制作與庫(kù)侖滴定分析等；色譜分析實(shí)驗(yàn)：氣-質(zhì)聯(lián)用法推測(cè)有機(jī)反應(yīng)副反應(yīng)機(jī)理；熱分析實(shí)驗(yàn)：CaC2O4·H2O的差熱分析和熱重分析等。

開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段的教學(xué)內(nèi)容由教師命題和學(xué)生自主設(shè)計(jì)兩種形式組成。引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容首選近期基礎(chǔ)研究中涉及儀器分析方法相對(duì)較為全面(至少3種以上)的課題作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)題目；同時(shí)，選擇與生活實(shí)際密切相關(guān)的一些物質(zhì)，作為儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中研究分析的對(duì)象。如教師命題科研轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)題目：1，4-二氫吡啶衍生物的無(wú)溶劑合成研究及核磁、紅外分析,電磁感應(yīng)加熱-原子熒光光譜法測(cè)定生物樣品中的無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞，PbS納米方塊的合成及XRD表征,聚苯胺類導(dǎo)電聚合物的制備及降解過(guò)程的紫外可見(jiàn)光譜-電化學(xué)研究等；學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)題目：秸稈中纖維素的實(shí)驗(yàn)處理和紅外光譜表征，氣-質(zhì)聯(lián)用法測(cè)定實(shí)驗(yàn)室周邊土壤、水樣中的污染物，原子發(fā)射法測(cè)定口服液中的鈣、鐵、鋅含量，紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定番茄中維生素C含量，奶粉中三聚氰胺的液相色譜分離分析等。

3 學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定

實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核既要注意課程要求的全面性，又要注意各種儀器分析方法的特殊性，更要注意對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生綜合實(shí)踐能力的考核。本課程的總成績(jī)由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段和開(kāi)放、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段兩部分的實(shí)驗(yàn)成績(jī)組成。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段成績(jī)占總分的80%，開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段成績(jī)占總分的20%。實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度與精密度，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)的理解，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論，開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)情況等。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告25%，實(shí)驗(yàn)操作及技能45%，原始記錄25%，紀(jì)律與衛(wèi)生5%。評(píng)分重在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)。在開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)題目，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 “成敗”不作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核的主要依據(jù)，目的是讓學(xué)生得以放開(kāi)手腳，充分發(fā)揮想象力和自主創(chuàng)新性。

4 教學(xué)實(shí)踐效果和學(xué)生感言

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程是我?；瘜W(xué)專業(yè)及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)大三本科生的必修課程。該課程在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力方面起到了很好的示范作用，修過(guò)該課程的本科生無(wú)論是參加大學(xué)生暑期大研計(jì)劃還是參加課題組的科研工作，都能夠比較得心應(yīng)手地使用所學(xué)的儀器分析方法解決科研工作中遇到的問(wèn)題。此外，在我校教務(wù)處最近3年的學(xué)生課程調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果中，該課程均為“優(yōu)”，這在一定程度上反映了該課程的教學(xué)效果良好，受到了學(xué)生的歡迎。如一位學(xué)生曾這樣說(shuō)，“儀器分析實(shí)驗(yàn)記錄了我的很多第一次——第一次為了書(shū)寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告查閱了3本以上的專業(yè)書(shū)籍；第一次知道原來(lái)書(shū)本上的東西可以離生活如此近；第一次切身體會(huì)到化學(xué)是現(xiàn)代生活的重要基礎(chǔ)?！?/p>

5 實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍建設(shè)

高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍是高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的保證。實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的高低取決于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和意義的認(rèn)識(shí)，取決于教師的能力、經(jīng)驗(yàn)、積極性和責(zé)任心[2]。好的實(shí)驗(yàn)教師不僅要教會(huì)學(xué)生規(guī)范操作，還要教會(huì)學(xué)生善于觀察和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，啟迪學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、善于創(chuàng)新的優(yōu)良品質(zhì)。因此，實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高起著不容忽視的作用。

5.1 專職和兼職相結(jié)合的教學(xué)團(tuán)隊(duì)

本課程組教師由專職和兼職兩部分人員組成。專職人員都具有比較長(zhǎng)期的教學(xué)經(jīng)歷，對(duì)本學(xué)科的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技能都有深入的理解和掌握，教學(xué)效果良好。兼職人員主要是各相關(guān)學(xué)科的專家、教授，負(fù)責(zé)本學(xué)科的學(xué)術(shù)指導(dǎo)、把握本學(xué)科的發(fā)展方向和規(guī)劃等。

5.2 青年教師的培養(yǎng)

重視青年教師的培養(yǎng)有利于建設(shè)良好的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容、方法的改革和研究，促進(jìn)教學(xué)研討和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流。

通過(guò)以老帶新的培養(yǎng)模式，對(duì)剛參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的年輕教員進(jìn)行課前培訓(xùn)，對(duì)教學(xué)方法與教學(xué)方式等加以引導(dǎo)，促進(jìn)教師間的合作交流與傳、幫、帶[3]。召開(kāi)教學(xué)研討會(huì)，針對(duì)年輕教員提出的學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的典型教學(xué)案例，采取積極措施，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。

支持年輕教師參加由教育部及有關(guān)部門舉辦的各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)交流會(huì)，并定期請(qǐng)兼職教授做學(xué)術(shù)報(bào)告，以全面提升教師隊(duì)伍的綜合實(shí)力，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中給學(xué)生更多啟發(fā)和引導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力。

6 多媒體技術(shù)的利用及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境

采用多媒體方式對(duì)各種儀器分析方法的原理、儀器結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行介紹。將教學(xué)中的難點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)動(dòng)畫分解開(kāi)來(lái)，配合超鏈接等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重點(diǎn)講解，既直觀、易懂，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。再加上實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提問(wèn)式、討論式、啟發(fā)式的教學(xué)，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

開(kāi)設(shè)了方便學(xué)生學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課堂，將課程中各實(shí)驗(yàn)的教學(xué)課件及實(shí)驗(yàn)教學(xué)影片等，放在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的網(wǎng)站上，以方便學(xué)生預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)。各種儀器的簡(jiǎn)要介紹以及操作注意事項(xiàng)等也都放在網(wǎng)上供學(xué)生隨時(shí)查閱。

建立了師生互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)論壇，通過(guò)這種方式，提供學(xué)生與教師交流的平臺(tái)。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題和建議可以通過(guò)論壇發(fā)表，這樣也可起到對(duì)教學(xué)監(jiān)督和提高教學(xué)質(zhì)量的作用。論壇中的每個(gè)主題都有專門的教師負(fù)責(zé)管理和解答問(wèn)題。

7 體會(huì)與設(shè)想

儀器設(shè)備要跟上時(shí)代發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步，新儀器、新方法不斷出現(xiàn)，要使學(xué)生能夠及時(shí)了解新方法和新技術(shù)，就必須不斷增加與新儀器、新技術(shù)相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容,而如果沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)備是做不到這些的。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要不斷更新。尤其要與實(shí)際生活和科研相結(jié)合，把一些科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或讓學(xué)生用儀器方法解決有關(guān)科研和實(shí)際生活中的一些問(wèn)題。除一些基本實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和一般的綜合實(shí)驗(yàn)外，可開(kāi)設(shè)一些比較大的綜合性實(shí)驗(yàn)。如對(duì)一個(gè)比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或樣品，要求進(jìn)行定性、定量分析，表面和結(jié)構(gòu)分析等，通過(guò)聯(lián)合使用多種儀器方法解決問(wèn)題，使學(xué)生得到較為全面的儀器方法訓(xùn)練。

高素質(zhì)的教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)不容忽視。一方面要求教師專業(yè)知識(shí)雄厚、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，更重要的是要有高度的責(zé)任感，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的嚴(yán)把關(guān)、高要求、重啟發(fā)，兼顧對(duì)學(xué)生基本技能和創(chuàng)新能力的雙重培養(yǎng)。真正使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程不僅僅是理論與實(shí)踐的簡(jiǎn)單驗(yàn)證過(guò)程，而且還是在鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力的同時(shí)，能充分發(fā)揮個(gè)人聰明才智進(jìn)行思想創(chuàng)造與實(shí)踐的過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)室要開(kāi)放。除實(shí)驗(yàn)課以外，允許學(xué)生根據(jù)自己的興趣和需要，與教師預(yù)約后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室使用專用教學(xué)儀器做實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行科學(xué)研究，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。我們儀器分析實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備采用的是以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主、專人負(fù)責(zé)的管理模式；學(xué)生的上機(jī)時(shí)間由實(shí)驗(yàn)完成的情況決定。開(kāi)放、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段的教學(xué)至今已實(shí)施6年多，教學(xué)效果較好。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳培榕，李景虹，鄧勃.現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)與技術(shù).第2版.北京：清華大學(xué)出版社，2005

[2] 張樹(shù)永，張劍榮，陳六平.大學(xué)化學(xué)，2009，24(4)：25

[3] 陳六平， 童葉翔，瞿俊雄，等.大學(xué)化學(xué)，2010，25(2)：15