高等分析化學(xué)課程教學(xué)探索與實踐

柯從玉 孫嫵娟 鄭莉 張群正

(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 陜西西安 710065)

高等分析化學(xué)是一門研究和應(yīng)用尖端分離分析方法和技術(shù)的課程，該課程近年來在很多高校的化學(xué)專業(yè)高年級學(xué)生和研究生階段得到廣泛開設(shè)。當(dāng)然，其內(nèi)容區(qū)別于大學(xué)一年級開設(shè)的分析化學(xué)[1-2]和二年級開設(shè)的儀器分析[3]，目的是使學(xué)生掌握用于成分及組成分析、結(jié)構(gòu)分析、表面形態(tài)分析、物質(zhì)物化性質(zhì)測定的大型分析儀器的基本理論，訓(xùn)練學(xué)生正確掌握現(xiàn)代大型儀器分析實驗的基本操作技術(shù)，能獨立進行實驗，具有分析問題和解決問題的科研能力，能夠了解分析化學(xué)的前沿和發(fā)展方向。然而，在開設(shè)這門課程的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如高等分析化學(xué)課程的定位、教材建設(shè)以及如何改善教學(xué)方法等。首先，在教學(xué)過程中，沒有合適的教材可供選用，目前只有李建平編寫的《高等分析化學(xué)》(2007年出版)，但這本書的內(nèi)容還是相對比較滯后，很多現(xiàn)代儀器分析方法沒有介紹到，而且很多內(nèi)容和分析化學(xué)及儀器分析教材的內(nèi)容重復(fù)，只能作為參考書目使用。實際上，很多學(xué)校在開展這門課程時，都是從近代儀器分析教材和一些最新文獻中整理出一些內(nèi)容而編寫講義進行教學(xué)，這在很大程度上給這門課程的開設(shè)和學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來不便。其次，在教學(xué)過程中，由于這門課程缺少相應(yīng)的實驗課，而且介紹的很多內(nèi)容都是比較新的儀器分析方法，儀器結(jié)構(gòu)和分析原理相對復(fù)雜，這給教師的教和學(xué)生的學(xué)都帶來很大的困難，結(jié)果導(dǎo)致教師覺得難教，學(xué)生覺得沒興趣學(xué)。筆者近年來主要承擔(dān)分析化學(xué)及高等分析化學(xué)的教學(xué)工作，現(xiàn)就高等分析化學(xué)教學(xué)過程中存在的一些問題談幾點體會。

1 高等分析化學(xué)課程的定位

分析化學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了3次巨大變革，從20世紀初的經(jīng)典化學(xué)分析，到20世紀60年代的儀器分析，而今，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光、生物技術(shù)、納米技術(shù)、光導(dǎo)纖維、功能材料、等離子體、化學(xué)計量學(xué)等新技術(shù)、新材料和新方法的快速發(fā)展，更進一步推進了分析化學(xué)的發(fā)展。分析化學(xué)已經(jīng)發(fā)展到分析科學(xué)階段，成長為一門建立在化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、精密儀器制造科學(xué)等學(xué)科之上的綜合性邊緣科學(xué)。從發(fā)展趨勢來看有以下特點：

(1) 高靈敏度(原子級、分子級水平)，高選擇性，快速、 自動、簡便、經(jīng)濟,分析儀器自動化、數(shù)字化和計算機化并向智能化、信息化縱深發(fā)展。

(2) 微型化、特征化、傳感化、仿生化，以及化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展。

(3) 各類方法的聯(lián)用技術(shù)是分析化學(xué)發(fā)展的另一熱點，特別是分離與檢測方法的聯(lián)用。

(4) 運用先進的科學(xué)技術(shù)發(fā)展新的分析原理并建立有效而實用的原位、在體、實時、在線和高靈敏度、高選擇性的新型動態(tài)分析檢測和無損分析。

由此不難看出，現(xiàn)在的分析化學(xué)實質(zhì)上是現(xiàn)代儀器分析的時代，因此，高等分析化學(xué)也可以稱之為現(xiàn)代儀器分析。它是建立在傳統(tǒng)的化學(xué)分析和儀器分析基礎(chǔ)之上的一門學(xué)科，代表了分析化學(xué)發(fā)展的前沿和方向，是化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生必須掌握的現(xiàn)代分析技術(shù)。它對于學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著非常重要的作用，可作為化學(xué)專業(yè)高年級本科生或研究生的選修課程。

根據(jù)分析化學(xué)發(fā)展的趨勢，課程設(shè)計的思路應(yīng)從不斷提高測定方法靈敏度到加強儀器的聯(lián)用和計算機化、密切與生命科學(xué)及材料科學(xué)相聯(lián)系出發(fā)，并引進化學(xué)傳感器和化學(xué)計量學(xué)這樣的新分支學(xué)科，以便從不同側(cè)面反映出現(xiàn)代分析化學(xué)發(fā)展的方向。教學(xué)重點應(yīng)放在各種新分析方法的原理和結(jié)合實際進行應(yīng)用上。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)分析對象的要求結(jié)合學(xué)到的各種儀器分析方法的特點、應(yīng)用范圍，選擇適當(dāng)?shù)姆治龇?，具備分析、解決實際問題的能力，從而為其以后的工作、科研及進一步的學(xué)習(xí)做必要的鋪墊。顯然，高等分析化學(xué)課程對于化學(xué)化工和一些工科類專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要的意義。

2 高等分析化學(xué)教材建設(shè)

為了適應(yīng)高等分析化學(xué)課程開展的需要,首先必須要有相配套的教材。雖然分析化學(xué)和儀器分析的教材很多,但目前市場上還沒有一本好的高等分析化學(xué)教材,因此,高等分析化學(xué)教材建設(shè)勢在必行。

當(dāng)今分析化學(xué)知識在多個前沿領(lǐng)域不斷蓬勃發(fā)展，尤其是分析儀器的發(fā)展和更新更是日新月異。因此，雖然一本教材不可能包括所有的儀器分析新方法和新技術(shù)，但在內(nèi)容選取上應(yīng)既兼顧知識的全面性，又具有代表性。高等分析化學(xué)教材必須能夠緊扣分析化學(xué)發(fā)展的前沿，介紹分析化學(xué)中的新原理、新技術(shù)和新儀器，包括化學(xué)計量學(xué)、傳感器過程控制、自動化分析、專家系統(tǒng)、生物技術(shù)和生物過程以及分析化學(xué)微型化帶來的微電子學(xué)、集微光學(xué)和微工程學(xué)等。由于這門課程是在分析化學(xué)和儀器分析基礎(chǔ)上開展的，故在內(nèi)容選取上盡量不要與這兩門課程重復(fù)。儀器分析法包括光分析、電化學(xué)分析、色譜分析、質(zhì)譜分析、熱分析及分析儀器聯(lián)用技術(shù)6大類，而每一類分析技術(shù)里面又包括很多分析方法。由于受學(xué)時安排和學(xué)生接受能力的限制，大部分高校的儀器分析課程內(nèi)容都是選取一些最基本和常用的分析方法進行講授，而一些原理和儀器較復(fù)雜的新方法卻往往沒有涉及到，比如光分析中的核磁共振波譜、X射線熒光，電化學(xué)分析中的化學(xué)修飾電極、超微電極等，色譜分析中的二維液相色譜及超高壓液相色譜技術(shù)；熱分析及分析儀器聯(lián)用技術(shù)在儀器分析課程中也較少涉及到?？蛇@些內(nèi)容才是現(xiàn)代分析科學(xué)的前沿技術(shù)，也是目前高通量、高選擇性分析手段的代表。因此，可以把這些內(nèi)容放在高等分析化學(xué)的教材里，使之成為學(xué)生所學(xué)知識的延續(xù)。另外，教材的對象并不僅限于從事分析化學(xué)的專業(yè)人員，生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、海洋科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)以及地理地質(zhì)等諸多學(xué)科的研究和發(fā)展都離不開分析化學(xué)原理和技術(shù)的進步與發(fā)展。

根據(jù)高等分析化學(xué)的定位，結(jié)合我校專業(yè)設(shè)置的特點及分析化學(xué)和儀器分析課程的內(nèi)容，我校開展的高等分析化學(xué)課程內(nèi)容及學(xué)時安排如表1所示。本課程的內(nèi)容安排基本包括了分析化學(xué)發(fā)展的新方法和新技術(shù)以及最新的一些新儀器，能夠充分體現(xiàn)高等分析化學(xué)課程的特色。

3 如何教好高等分析化學(xué)課程

根據(jù)高等分析化學(xué)課程的特點,大部分高校只開設(shè)了理論課,而且由于所介紹的內(nèi)容一般較新,很多技術(shù)原理和儀器結(jié)構(gòu)都相對比較復(fù)雜,教學(xué)內(nèi)容涉及的知識點繁多、零碎，章節(jié)之間的聯(lián)系與區(qū)別難以有機地結(jié)合起來形成一個完整的課程體系,導(dǎo)致教師對課堂教學(xué)的尺度難以把握,不易激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對學(xué)生來說，由于缺乏實踐環(huán)節(jié)，很多知識點僅憑教師的講解很難使他們有直觀的認識，對很多分析原理的認識也很模糊，從而使基礎(chǔ)較差的學(xué)生跟不上教學(xué)進程，產(chǎn)生消極情緒，教學(xué)效果不佳。根據(jù)這幾年的教學(xué)經(jīng)驗，本人認為可從以下幾方面著手來提高這門課的教學(xué)效果。

表1 高等分析化學(xué)課程的章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時安排

(1) 教師應(yīng)提高自身業(yè)務(wù)水平。

教師作為教學(xué)的組織者和知識的傳授者，要講好高等分析化學(xué)課程，必須要表達清晰、知識淵博，尤其要掌握分析化學(xué)領(lǐng)域的前沿動向，只有這樣才能在課堂上揮灑自如，才能將深奧的理論知識講得深入淺出，生動形象，才能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，達到事半功倍的效果。如果教師對講授的內(nèi)容只是簡單地了解而不是系統(tǒng)地掌握，那么教學(xué)效果自然不佳。所以教師應(yīng)該不斷提升自己的業(yè)務(wù)水平，吃透教材內(nèi)容，而且要多看文獻和參考書，不斷完善自己的知識結(jié)構(gòu)，在教學(xué)中不斷提高自己，為搞好教學(xué)打下堅實的基礎(chǔ)。由于教材內(nèi)容永遠跟不上分析化學(xué)發(fā)展的步伐，因此，在教學(xué)過程中既要尊重教材但又不能拘泥于教材，教師要能夠聯(lián)系實際，將最新的儀器分析發(fā)展動態(tài)介紹給學(xué)生。

(2) 調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在教學(xué)方法上，應(yīng)注意發(fā)揮學(xué)生的主體作用，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。在課程的講授、作業(yè)、習(xí)題等教學(xué)環(huán)節(jié)上采用以教師課堂講授為主，結(jié)合討論課和自學(xué)指導(dǎo)課等幾種不同類型，這樣既可節(jié)省一定量的課時，緩解教學(xué)內(nèi)容多與計劃學(xué)時少的矛盾，又可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和查閱文獻的能力。

高等分析化學(xué)也是一門實踐性非常強的課程，如果單靠教師在課堂上講授很難起到很好的作用。在教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生布置作業(yè)，選取一些與生活息息相關(guān)的實際問題讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識來設(shè)計分析方案，比如在講到液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用時，聯(lián)系目前市場上存在的瘦肉精問題，讓學(xué)生通過課后查閱相關(guān)資料，并根據(jù)所學(xué)知識設(shè)計檢測方案，然后在下節(jié)課開始時留出一部分時間進行討論交流，并將學(xué)生的表現(xiàn)計入平時考核成績。這種方式既可以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，又可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深對課堂講授內(nèi)容的理解。

(3) 注意不同分析原理和方法的對比。

講授好這門課的關(guān)鍵是讓學(xué)生了解這些新分析方法的特點、基本原理、儀器的基本構(gòu)造及主要部件的作用、方法的應(yīng)用范圍，并掌握常見型號儀器的操作規(guī)程及使用方法。高等分析化學(xué)課程中的許多知識點都具有一定的關(guān)聯(lián)性，因此教師在教學(xué)過程中應(yīng)注意內(nèi)容之間的相互聯(lián)系與融合。比如超高壓液相色譜，其分析速度、分辨率和靈敏度都遠遠高于傳統(tǒng)的高效液相色譜技術(shù)，其原因是什么？如果我們對這兩種分析方法的原理及儀器結(jié)構(gòu)進行對比，結(jié)果就一目了然了。總之，在教學(xué)過程中要善于對不同分析方法的原理及分析儀器結(jié)構(gòu)的異同點、優(yōu)缺點進行對比，這樣有助于加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和鞏固。

(4) 充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

隨著教學(xué)體制及教學(xué)改革的不斷深入，只靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)教育發(fā)展的需要。多媒體的使用改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使抽象的理論以直觀的形象展現(xiàn)在學(xué)生面前，大大提高了教學(xué)效果。同時，采用現(xiàn)代教育技術(shù)，能擴大課堂傳授的信息量，靈活多樣的教學(xué)手段也能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

由于這門課程涉及到很多新原理、新儀器，在沒有實踐課的條件下，一方面教師很難通過板書的形式把教學(xué)內(nèi)容講清楚，另一方面學(xué)生也沒興趣聽，而多媒體技術(shù)剛好能彌補這個缺憾。多媒體技術(shù)聲、文、圖、像并茂，有效克服了傳統(tǒng)教學(xué)單調(diào)乏味的不足，有助于提高學(xué)生理解能力，提高學(xué)習(xí)效率。教師可借助于網(wǎng)絡(luò)平臺，下載或制作一些和課堂內(nèi)容相關(guān)的圖片、動畫等，再結(jié)合教學(xué)內(nèi)容制作高質(zhì)量的多媒體課件進行授課，比如在講電子能譜時，由于原理比較復(fù)雜，學(xué)生很難掌握。如果按以下形式講授：X射線光電子產(chǎn)生→X射線光電子對待測原子內(nèi)層電子的激發(fā)→形成空穴→較外層電子躍遷到這個空穴→將能量傳遞給較外層的另一個電子并使其發(fā)射→形成電子能譜(圖1),并將整個過程用動畫的形式表現(xiàn)出來，就非常形象，而且很容易理解。

圖1 Auger電子產(chǎn)生的原理

實踐證明，這種圖片+動畫+講授的教學(xué)模式深受學(xué)生的歡迎。另外，通過多媒體課件、計算機模擬輔助軟件和多媒體教學(xué)軟件等，可以模擬和演示實驗過程，幫助學(xué)生直觀理解抽象理論；同時還可以方便地處理和分析真實的實驗數(shù)據(jù)和圖譜，培養(yǎng)學(xué)生研究性和創(chuàng)新性意識。

4 結(jié)束語

高等分析化學(xué)作為一門新興的課程越來越得到廣泛開展，然而從教材建設(shè)、內(nèi)容選取、開設(shè)對象以及教學(xué)方法上都有很多地方值得探討。為了使學(xué)生更好地掌握這門課程，要求教師必須更新教育觀念，改進教學(xué)方法和教學(xué)思路，提高教學(xué)質(zhì)量。

參 考 文 獻

[1] 李克安.分析化學(xué)教程.北京：北京大學(xué)出版社，2006

[2] 武漢大學(xué).分析化學(xué)(上冊).北京：高等教育出版社，2006

[3] 全國高等農(nóng)業(yè)院校教材指導(dǎo)委員會.現(xiàn)代儀器分析.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010