儀器分析教學(xué)與實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生主體作用的培養(yǎng)

韓莉鋒，張永輝，陳俊利，肖元化，李 峰

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450002)

儀器分析教學(xué)與實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生主體作用的培養(yǎng)

韓莉鋒，張永輝，陳俊利，肖元化，李 峰

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450002)

通過對(duì)儀器分析課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，儀器分析的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)不僅為化學(xué)學(xué)科提供了發(fā)展的根本保障，同時(shí)，也被廣泛地應(yīng)用于材料、化工、生命、醫(yī)藥、食品、環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)前最重要的分析測(cè)試手段。因此，加強(qiáng)對(duì)儀器分析教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和研究顯得尤為重要。其原理抽象、理論性強(qiáng)、內(nèi)容廣泛，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法學(xué)生難以接受。對(duì)該課程的教學(xué)模式及觀念提出了改革措施，提高學(xué)生在其中的主體作用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新及實(shí)踐的能力。

儀器分析;教學(xué)方法;主體作用

眾所周知，儀器分析是一門多學(xué)科交叉、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支，它是以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法[1]。利用較特殊的儀器，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及形態(tài)分析。因此，從80年代初以來，儀器分析課程已成為高等院?；瘜W(xué)專業(yè)的共同基礎(chǔ)課。所以，了解或掌握儀器分析的原理、方法、應(yīng)用技術(shù)及其研究方法對(duì)高級(jí)人才的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。儀器分析的應(yīng)用技術(shù)原理不僅僅適合于指導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)的改良設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，對(duì)諸如軍事、生物、高分子材料、電子、醫(yī)療、環(huán)境、生活日用品等應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有普遍的指導(dǎo)意義。儀器分析日益廣泛地成為科研和生產(chǎn)提供有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成信息的現(xiàn)代化分析測(cè)試手段。

儀器分析是分析化學(xué)專業(yè)學(xué)生在研一時(shí)以及綜合性大學(xué)化學(xué)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[2]，主要內(nèi)容包括各種儀器的原理、方法及其應(yīng)用，教學(xué)內(nèi)容多、儀器分析手段多，每種儀器又自成一體。如何使學(xué)生能在一學(xué)期的時(shí)間內(nèi)掌握儀器檢測(cè)的基本原理，熟悉分析儀器的基本結(jié)構(gòu)、操作方法及應(yīng)用并具有一定的解決實(shí)際問題的能力，是儀器分析教學(xué)的首要問題，作為一名分析化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的教師，就分析化學(xué)的教學(xué)方法談幾點(diǎn)體會(huì)。

1 提升儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位

目前，有關(guān)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面的教材也是比較多的，受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，我國(guó)高校里重理論、輕實(shí)驗(yàn)的思想長(zhǎng)期占上風(fēng)，實(shí)驗(yàn)課程的附屬特性使得輕實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象普遍存在，大多數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程[3]。缺乏應(yīng)有的重視，實(shí)驗(yàn)過程中缺乏獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

根據(jù)國(guó)內(nèi)高等院校辦學(xué)、教學(xué)的總目標(biāo)，學(xué)生在經(jīng)過高校培養(yǎng)之后不僅要具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還應(yīng)具有適應(yīng)實(shí)際工作的任職能力，經(jīng)得起實(shí)際工作的檢驗(yàn)。開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生的能力，只靠課堂理論難以實(shí)現(xiàn)，必須貫徹理論聯(lián)系實(shí)際的基本原則。只有既學(xué)好理論，又掌握技能，才算真正學(xué)到了知識(shí)。所以，分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與理論教學(xué)并重，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，從院校領(lǐng)導(dǎo)到任課教師都應(yīng)該起到積極的引導(dǎo)作用，大力支持實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，鞏固和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行機(jī)制，從而引起學(xué)生重視，以學(xué)生為主體，加強(qiáng)學(xué)生的自主動(dòng)手的能力真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。我們要從培養(yǎng)對(duì)象出發(fā)進(jìn)行課程的再設(shè)置，針對(duì)本科生與研究生的培養(yǎng)，如何讓學(xué)生在科研能力方面得到提高是很有必要的，所以課程的講解是重要的。但要根據(jù)所講儀器的研究方向不同，對(duì)該課程進(jìn)行了內(nèi)容上的重新整合，盡量能夠滿足不同研究領(lǐng)域的學(xué)生在儀器分析方面的知識(shí)。

2 儀器分析課程改革的幾點(diǎn)建議

2.1 重視激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

儀器分析重點(diǎn)是介紹各種儀器使用的分析方法，在實(shí)際的教學(xué)過程中，不能直接就開始進(jìn)行儀器分析原理的講解，因?yàn)閷W(xué)生可能對(duì)該儀器尤其是儀器原理方法及其應(yīng)用方面的背景知識(shí)不夠了解，所以首先講述該儀器的發(fā)展歷史，即背景知識(shí)是很有必要的。通過對(duì)背景知識(shí)的講解，使學(xué)生能夠了解儀器分析是做什么的，因此能否上好歷史背景的介紹，對(duì)激發(fā)學(xué)生的深厚學(xué)習(xí)興趣，對(duì)他們以后能否學(xué)好儀器分析起著舉足輕重的作用。背景知識(shí)在介紹本課程的意義及應(yīng)用時(shí)，應(yīng)著重講述一些學(xué)生感興趣的社會(huì)性應(yīng)用，例如在講液—質(zhì)聯(lián)用時(shí)，可以講解以我國(guó)的三聚氰胺奶粉為例、原子吸收分光光譜分析時(shí)，以蘇丹紅事件事件為例，講述采用一定的儀器分析手段，可以進(jìn)行定性定量檢測(cè)，從而減少此類食品、藥品安全問題的發(fā)生。在課堂上增加這些內(nèi)容，有利于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)不再是被人強(qiáng)迫的事，而是來自內(nèi)心深處的一種需要，是一項(xiàng)充滿積極情緒體驗(yàn)的活動(dòng)。

2.2 課堂教學(xué)要多種形式

儀器分析課程內(nèi)容相對(duì)枯燥，實(shí)驗(yàn)有時(shí)更是機(jī)械重復(fù)性的工作，采用傳統(tǒng)的講課方式很容易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒。因此，在教學(xué)過程中，必須打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用多種課堂形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。可采用啟發(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，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[4]。在教學(xué)過程中曾采用分組、課堂討論及學(xué)生上臺(tái)講解等結(jié)合的方法，取得了較好的效果。在前一次課結(jié)束時(shí)，布置題目，由學(xué)生自己查閱資料，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)某種物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，講解后全體學(xué)生對(duì)不同組所選用方法進(jìn)行討論，通過討論，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的更扎實(shí)，對(duì)上課的熱情更加高漲。

多種形式的教學(xué)方法和手段相呼應(yīng)。單元循環(huán)制的教學(xué)方法分為正向制式和逆向制式兩種。正向制式是在熟悉理論的基礎(chǔ)上，加深鞏固和理解課堂內(nèi)容，是學(xué)生從理論到實(shí)踐的典型過程;逆向制式則以預(yù)習(xí)課的感性認(rèn)識(shí)為起點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)過程上升到理性認(rèn)識(shí)。大力提倡啟發(fā)式、對(duì)比式教學(xué)方法，多設(shè)問、多比較，注重運(yùn)用雙語教學(xué)、多媒體等教學(xué)手段。以“紫外－可見分光光度計(jì)測(cè)定水中微量鐵”為例，可提出以下系列問題，利用“紫外—可見進(jìn)行定量分析的依據(jù)是什么?鄰二氮菲分光光度法測(cè)定鐵的實(shí)驗(yàn)中，鹽酸羥胺溶液、醋酸鈉溶液、鄰二氮菲溶液各起什么作用?加入的順序能否顛倒?由工作曲線法與標(biāo)準(zhǔn)加入法分別測(cè)得試樣中鐵的含量，二者結(jié)果是否一致，為什么?紫外—可見分光光度法與經(jīng)典原子吸收不同的地方有哪些?”等，一步步引導(dǎo)學(xué)生深入到原理、儀器構(gòu)造、操作步驟等每一個(gè)環(huán)節(jié)。使傳統(tǒng)的灌輸式、驗(yàn)證性、模仿性教學(xué)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)性、探索性教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和科學(xué)性思維。

2.3 理論與實(shí)踐的結(jié)合

將學(xué)生帶入我們的大型精密儀器實(shí)驗(yàn)室中，讓學(xué)生獨(dú)立體驗(yàn)操作各種有關(guān)方面的儀器，把課堂上講述的抽象概念步入實(shí)際的應(yīng)用中。例如:我們講到紅外光譜與Raman光譜法的時(shí)候，首先讓學(xué)生對(duì)紅外光譜的發(fā)展歷程和原理做一個(gè)了解，再了解紅外光譜樣品的處理及制備過程，其次就是熟悉紅外光譜儀操作軟件。對(duì)于材料方面需要表征的儀器，可以通過參觀鄭州輕工業(yè)學(xué)院表界面重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器進(jìn)行了解。通過理論的學(xué)習(xí)，選擇合適的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐方面的研究，我們會(huì)了解一些儀器的基本操作，讓學(xué)生自己親手去制備、操作儀器并且進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。用到紅外光譜儀的時(shí)候要學(xué)生通過自學(xué)的方式，了解紅外光譜儀的構(gòu)造和測(cè)試原理，包括樣品的一些前處理。例如樣品是固體粉末時(shí)，需要通過干燥處理，并混合少量的KBr進(jìn)行壓片處理，最后再放進(jìn)紅外儀器中進(jìn)行測(cè)試，最終得到相應(yīng)的表征結(jié)果。雖然我們的操作過程比較簡(jiǎn)單，但是就是通過這樣一系列的操作，讓學(xué)生親身體驗(yàn)到做科研的一個(gè)流程，從而便于開展自己領(lǐng)域的工作，有效地鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

2.4 培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主體作用

一直以來，傳統(tǒng)的儀器分析實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課前教師把所用的試劑、材料進(jìn)行了預(yù)處理，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前匆匆看一遍講義，甚至不看，照著實(shí)驗(yàn)講義不用動(dòng)腦就把實(shí)驗(yàn)做完了，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握該分析方法的目的。因此，儀器分析實(shí)驗(yàn)課應(yīng)把學(xué)生被動(dòng)的做的實(shí)驗(yàn)變?yōu)橹鲃?dòng)，使學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體。首先，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，包括實(shí)驗(yàn)的原理、樣品制備方法等[5]。讓學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中，不僅僅知道實(shí)驗(yàn)該怎么做，更應(yīng)該知道為什么這么做，實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題如何解決。以ICP－MS法測(cè)定某種元素的含量為例，學(xué)生不僅應(yīng)該知道實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)，例如樣品處理采用微波消解，稀釋定容等，更應(yīng)該知道如果出現(xiàn)樣品沒有完全消解定容分析過程中的常見問題時(shí)，該如何改變條件以獲得較佳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢栽趯?shí)驗(yàn)開始前以提問、討論等方式讓學(xué)生掌握該類細(xì)節(jié)。

其次，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生自己動(dòng)手。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于儀器設(shè)備，尤其大型儀器設(shè)備的數(shù)量有限，在實(shí)驗(yàn)前，教師把所用的實(shí)驗(yàn)試劑及儀器設(shè)備的預(yù)運(yùn)行等都準(zhǔn)備好了，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師進(jìn)樣檢測(cè)，學(xué)生只需要記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣，就導(dǎo)致了學(xué)生游離在實(shí)驗(yàn)外，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程可能只記住了所用儀器的外觀，對(duì)于樣品預(yù)處理、儀器的開啟、運(yùn)行及條件優(yōu)化等都不熟悉。因此，在實(shí)驗(yàn)的過程中，我們應(yīng)該把學(xué)生分成幾組，每一組自己進(jìn)行樣品處理，遇到問題先組內(nèi)討論解決，教師輔助指導(dǎo)，同時(shí)在教師的監(jiān)督下，每個(gè)學(xué)生都有自己動(dòng)手設(shè)置儀器參數(shù)的機(jī)會(huì)，該方法大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的熱情。

2.5 建立多元化的考核方法

儀器分析作為一門實(shí)踐性比較強(qiáng)、對(duì)創(chuàng)新能力要求比較高的課程，單采用考試的方法仍然無法達(dá)到促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新的要求。為了增加學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，儀器分析課程成績(jī)的評(píng)定以理論上課為主，理論成績(jī)占60%，儀器操作考試成績(jī)占30%。平時(shí)成績(jī)占10%，期末操作考試由抽簽決定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生獨(dú)立完成，并在操作、結(jié)果、時(shí)間上嚴(yán)格把關(guān);筆試采用閉卷形式，內(nèi)容包括常用分析儀器的使用規(guī)則、實(shí)驗(yàn)原理及方案設(shè)計(jì)等，促使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步消化吸收，讓學(xué)生更好的掌握所學(xué)知識(shí)。

3 結(jié)語

總之，儀器分析作為一門理論和實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的課程，在分析化學(xué)專業(yè)中占有十分重要的地位，在儀器分析課中，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的主體作用，是教學(xué)的根本，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能滿足學(xué)生對(duì)基本知識(shí)及新知識(shí)更替的需求，通過改革教學(xué)方法，結(jié)合儀器分析課程的實(shí)際情況，立足學(xué)科特點(diǎn)，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)的領(lǐng)域，擴(kuò)大了學(xué)生學(xué)習(xí)自主權(quán)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，提升了學(xué)生在從事實(shí)際應(yīng)用工作方面的能力，為學(xué)生盡快適應(yīng)科研工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]趙麗嬌，鐘儒剛.食品質(zhì)量與安全專業(yè)《儀器分析》課程教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].廣西輕工業(yè)，2011，(1):136－137.

[2]葉憲曾.儀器分析教程[M].北京大學(xué)出版社，2007.

[3]安寅.高?，F(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理淺談[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，(5):1－3.

[4]李簡(jiǎn).食品科學(xué)與工程專業(yè)儀器分析課程教學(xué)探析[J].榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20(6):53－ 55.

[5]石瑩瑩.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索[J].廣西輕工業(yè)，2009，(11):19－ 20.

G642.423

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1003－3467(2012)07－0062－03

2012－02－17

韓莉鋒 (1980－)，男，碩士，助教，從事分析化學(xué)專業(yè)教學(xué)、功能納米材料研究工作，電話:(0371)63556510。