“儀器分析實驗”課程在化工制藥本科教學(xué)中的改革初探

胡承波，孟江平

(重慶文理學(xué)院材料與化工學(xué)院，重慶 402160)

儀器分析指采用儀器檢測的手段，測量某些物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)變化規(guī)律，并進一步對物質(zhì)進行定性或定量分析。隨著新學(xué)科的發(fā)展、融合以及各種分析儀器的更新，現(xiàn)代的儀器分析技術(shù)和方法已經(jīng)在多學(xué)科領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用，如農(nóng)林牧業(yè)、生態(tài)與環(huán)境、化學(xué)化工、食品醫(yī)藥等［1－3］，且發(fā)揮著越來越重要的作用。因此儀器分析實驗在本科教學(xué)中是一門非常重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。

儀器分析實驗以大型儀器為主要教學(xué)手段。由于大型精密儀器的昂貴以及高校精密儀器的數(shù)量有限，絕大多數(shù)高校的儀器分析實驗課程以教師的演示實驗為主，因此學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)中很難或者很少有實際操作的機會，這就為儀器分析實驗課程的教學(xué)帶來了難度［4－5］。近年來，國內(nèi)諸多高校的同仁對本科儀器分析的實驗教學(xué)提出了不同的改革意見和建議［6－8］。筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，該門課程存在受學(xué)生輕視、實驗課程設(shè)計與專業(yè)脫節(jié)以及學(xué)生的實踐操作機會較少等諸多問題。因此針對這些問題以及化工與制藥專業(yè)的特點，結(jié)合近幾年的實踐教學(xué)提出相應(yīng)的教學(xué)改革思路及措施。

1 本科生對儀器分析實驗課的輕視問題與改革思路

儀器分析實驗課在很多理工科院校中均對化學(xué)專業(yè)的本科生開設(shè)。但在教學(xué)過程中，針對不同的化學(xué)專業(yè)所開設(shè)的實驗內(nèi)容也有所不同。對于我院新開設(shè)的化工與制藥專業(yè)，大多數(shù)學(xué)生認為學(xué)好本專業(yè)的專業(yè)課程即可，對儀器分析理論課以及實驗課還沒有引起足夠的重視。同時，由于該課程內(nèi)容枯燥、抽象且繁瑣，導(dǎo)致學(xué)生為了學(xué)分而應(yīng)付儀器分析實驗課的現(xiàn)象。另外，還有部分學(xué)生認為此課程是分析化學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課程，以至于產(chǎn)生該門課程與本專業(yè)不緊密的片面認識。

因此，針對化工與制藥專業(yè)的學(xué)生對本課程的片面認識，我們在教學(xué)實踐之前給學(xué)生做專門的藥物質(zhì)量分析與管理講座，其目的是糾正學(xué)生的錯誤認識，使他們認識到儀器分析理論課不僅是本專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課程，而且是與本專業(yè)聯(lián)系非常緊密的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。特別是對于今后從事藥物分析的學(xué)生而言，更是一門非常重要的專業(yè)技術(shù)課程。另外，我們還定期請制藥企業(yè)的質(zhì)量管理部門的質(zhì)保部經(jīng)理給化工與制藥專業(yè)的學(xué)生介紹儀器分析在制藥企業(yè)中對藥品的QA(Quality Administration，質(zhì)量管理)與QC(Quality Control，質(zhì)量控制)的重要性。同時，我們還定期帶學(xué)生到制藥企業(yè)或者藥檢所等部門參觀儀器分析在藥品檢驗中的應(yīng)用。通過與企業(yè)以及相關(guān)部門的互動，該專業(yè)的學(xué)生意識到該實驗課對今后工作的重要性，在很大程度上提高了對本門課程學(xué)習(xí)的積極性。

2 本科生儀器分析理論課基礎(chǔ)知識薄弱的問題與改革思路

要學(xué)好儀器分析實驗課，學(xué)生應(yīng)該具有扎實的儀器分析和分析化學(xué)的理論基礎(chǔ)。在最近5年的儀器分析實驗的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在儀器分析方面的理論知識不扎實。比如進行紫外－可見光儀器分析實驗時，不知道朗伯－比爾定律是定量分析的基礎(chǔ)以及樣品的吸收值在0.2～0.8 之間才是朗伯－比爾定律定量分析的依據(jù);在進行色譜操作時，不知道哪些物質(zhì)適合氣相色譜分析，哪些物質(zhì)適合液相色譜分析，對其分離的原理及其適用范圍理論欠缺。種種問題暴露出學(xué)生理論知識的欠缺，更應(yīng)該接受直接的技能訓(xùn)練。

針對這些問題，我們意識到儀器分析實驗課教學(xué)任務(wù)更應(yīng)加重。我們在開始儀器操作之前，結(jié)合儀器的構(gòu)造，簡單直觀地再給學(xué)生講一次該儀器的原理，同時更注重講解分析樣品的前處理以及操作過程中的一些細節(jié)問題，使得學(xué)生把直觀的實際操作方法與理論知識結(jié)合起來，進一步加深對儀器的構(gòu)造以及分析原理的認識。但這樣勢必會增加課程的學(xué)時數(shù)，因此我們將以前人才培養(yǎng)方案中儀器分析實驗課程的總學(xué)時由18學(xué)時(每個實驗3 學(xué)時，共6個實驗)改為32 學(xué)時(每個實驗4 學(xué)時，共8個實驗)。經(jīng)過修改后，教師可以抽出半小時為學(xué)生講解一下理論知識及儀器的構(gòu)造和原理。學(xué)生在較充裕的時間內(nèi)在教師的指導(dǎo)下可以自己動手操作儀器，由以前的演示實驗變成學(xué)生的操作實驗。這在很大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時也使得學(xué)生的實驗技能得到真正的提高。

3 大型儀器缺乏和本科生儀器分析實驗教學(xué)的矛盾與改革思路

要讓學(xué)生真正掌握現(xiàn)代儀器的分析技術(shù)，僅僅靠理論知識以及有限的實驗教學(xué)是不夠的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)的發(fā)展，實驗室里的儀器設(shè)備需要及時更新才能滿足儀器教學(xué)的需要。同時，隨著學(xué)生招生規(guī)模的擴大，及時補充大型精密儀器設(shè)備的數(shù)量才能達到儀器分析實驗課程教學(xué)的目的［9］。但大型儀器屬于比較精密貴重的儀器，這就意味著需要增加儀器設(shè)備的資金投入。

比如，在沒有雙波長薄層色譜儀、氣相色譜、液相色譜之前，不能安排學(xué)生進行相應(yīng)的儀器分析實驗教學(xué)，因此我們通過與制藥企業(yè)的合作關(guān)系，利用周末的時間帶領(lǐng)學(xué)生到企業(yè)進行參觀學(xué)習(xí)。在參觀學(xué)習(xí)的工程中，學(xué)生不可能進行具體的操作，只能簡單看看儀器操作的過程。為了解決這些問題，我們學(xué)院通過日元貸款共建專項資金的建設(shè)方式在購置大型儀器方面得到了充足的經(jīng)費支持，購置了新的原子吸收光譜儀、元素分析儀、紫外－可見吸收分光光度計、熒光光譜儀、紅外光譜儀、多晶粉末衍射儀、氣相色譜、液相色譜、橢圓偏振光譜儀、核磁共振儀以及電化學(xué)綜合系統(tǒng)儀等各類大型儀器，基本滿足了化工與制藥專業(yè)儀器分析實驗課程教學(xué)的硬件需要。同時，我們在教學(xué)過程中，讓學(xué)生對以前廢舊的國產(chǎn)大型儀器，如氣相色譜儀、紫外－可見分光光度計等在教師的指導(dǎo)下進行拆卸和組裝，加深了對儀器的構(gòu)造及原理的理解。

本學(xué)院的實驗室管理中心利用大型儀器空閑的時間，加大了對實驗室開放的力度。首先由學(xué)生填寫申請表，在教師的指導(dǎo)下做一些開放性實驗。這些實驗由學(xué)生自行設(shè)計，教師提出一些合理性的建議，學(xué)生再在教師的指導(dǎo)下進行實驗操作。通過實驗的開放，絕大多數(shù)學(xué)生在四年本科階段的學(xué)習(xí)中能夠?qū)Υ笮蛢x器進行熟練的操作，明顯地提高了專業(yè)技能，為今后從事本行業(yè)的工作奠定了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。

4 本科生儀器分析教學(xué)效果差的問題與改革思路

通過對2007－2011年以來本學(xué)院儀器分析實驗課程本科生學(xué)習(xí)情況的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，約50%的學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)達到了課程的學(xué)習(xí)目標，在提高該課程理論知識的基礎(chǔ)上充分掌握了儀器的操作和使用，為自己今后的儀器分析實驗技能打下了很好的基礎(chǔ);30%的學(xué)生純粹為了學(xué)分而選修該課程，課程結(jié)束以后基本上沒有弄清楚所學(xué)的儀器的基本原理和操作規(guī)程;還有20%的學(xué)生處于一知半解、懵懂的狀態(tài)中。我們曾在實驗課程結(jié)束后，對每學(xué)年學(xué)習(xí)完的學(xué)生通過隨機抽查一種大型儀器實驗，讓學(xué)生講解其功能與構(gòu)造，結(jié)果只有60%的學(xué)生基本上能回答出問題和正確的儀器操作。因此，如何根據(jù)學(xué)生的實際情況和具體的教學(xué)要求建立多元化的考評體系是我們需要精心研究的問題。

針對該門實驗課程的特點，我們采取實驗平時考核和期末一對一考核相結(jié)合的考核方式。在考核評價方案中，改變以往以實驗報告成績定最終考核成績的方法，避免了學(xué)生做實驗走馬觀花，實驗完畢后相互抄襲的弊端。為了充分體現(xiàn)以學(xué)生能力考核為中心的考核理念，將考核形式以實驗報告考核形式轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)全過程的考核，將知識考核轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰己恕Ｔu定學(xué)生最終成績的方法如下:

學(xué)生綜合成績=平時考核80 %+期末一對一考核20%

具體考核項目及權(quán)重見表1和表2。

表1 平時考核項目權(quán)重

表2 期末一對一考核項目權(quán)重

在平時考核項目中，我們降低了實驗報告的權(quán)重，增加了實驗預(yù)習(xí)報告、課堂討論、文獻報告以及平時實驗操作的考核項目。通過這些項目的考核，提高了學(xué)生查閱文獻、收集資料、歸納總結(jié)以及實踐操作能力［10］，真正讓學(xué)生的實驗操作技能得到提高，并加深對理論知識的了解。學(xué)生在實驗前得到充分的預(yù)習(xí)，因此學(xué)生在操作過程中的動手能力得到加強，實驗報告質(zhì)量也得到提高。在實驗報告后，我們摒棄了傳統(tǒng)的報告模式，另行添加了實驗體會的考核項目，讓學(xué)生隨便寫自己在本次實驗過程中對具體的操作項目的感受，從中可以反饋出我們的教學(xué)方法以及教學(xué)過程的優(yōu)缺點，從而實現(xiàn)“教學(xué)相長”。

5 本科生儀器分析實驗傳統(tǒng)講授教學(xué)存在的問題與改革思路

傳統(tǒng)的教師講授演示、學(xué)生按部就班學(xué)習(xí)的教學(xué)模式極大地限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性?，F(xiàn)代社會的發(fā)展要求學(xué)校不能只注重學(xué)生理論知識體系的培養(yǎng)，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。高校綜合實力的一個重要標準就是科研成果，科研是提升高校專業(yè)實力與地位的最重要的途徑［11］。而科研活動所涉及的知識是當(dāng)前社會發(fā)展所需的，也是學(xué)生畢業(yè)后走向社會所面對的問題，因此將科研引入實驗教學(xué)能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

因此，針對該門實驗課程的特點，在教學(xué)過程中，我們采用“教學(xué)—科研—實驗三位一體”的教學(xué)模式。如我們在高效液相色譜實驗中，結(jié)合教師的科研項目“茶葉中咖啡因的提取研究”，指導(dǎo)學(xué)生進行茶葉中咖啡因的提取以及定性定量分析。在提取過程中，不僅涉及樣品的分離純化，還涉及學(xué)生如何對樣品進行色譜分析的前處理方法。如在紫外吸收分光光度法中測定醋酸地塞米松片中醋酸地塞米松的含量時，對于醋酸溶劑的選擇原則要求，最大吸收波長的選擇、配制合適的吸光度范圍的溶液濃度以及標示量的計算方法，都與藥物的儀器分析方法驗證的科研內(nèi)容相關(guān)。在氣相色譜教學(xué)實驗中，結(jié)合氣相色譜適合分析對熱穩(wěn)定、易于汽化的物質(zhì)的特點，可對白酒中的各種成分、石油中的各種揮發(fā)性成分進行定性分析，同時對苯、甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯以及間二甲苯混合物中各組分采用歸一化法進行定量分析。其他的紅外光譜、熒光光譜、多晶粉末衍射以及原子吸收等實驗，都根據(jù)每個教師的科研項目而采用合適的實驗教學(xué)內(nèi)容。

［1］劉玲，韋壽蓮.淺談分析化學(xué)教學(xué)中的“設(shè)計性”實驗［J］.實驗室研究與探索，2006，25(1):85－86.

［2］吳純，張列林，許曉娥.設(shè)計性實驗教學(xué)法的探索［J］.實驗室研究與探索，2005，24(4):74－75，78.

［3］盧玉坤，呂仁慶，于劍鋒，等.“儀器分析”課程改革初探［J］.廣州化工，2011，39(19):143－146.

［4］崔淑敏，宋美榮.儀器分析教學(xué)的一些思考［J］.經(jīng)濟研究導(dǎo)刊，2009，(39):246－248.

［5］花榕，羅明標，劉云海，等.淺談分析儀器設(shè)計與改造課程的設(shè)計［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版，2011，30(3):291－293.

［6］潘自紅，陳麗華，劉巧茹.普通高校儀器分析實驗教學(xué)改革探索［J］.廣東化工，2011，38(1):222－223.

［7］張雪紅.普通師范院校儀器分析實驗教學(xué)改革探討［J］.廣西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2011，14(3):120－122.

［8］余鵬，牟玲麗.藥學(xué)專業(yè)儀器分析實驗教學(xué)改革的探索［J］.中國醫(yī)藥導(dǎo)報，2011，6(8):103－105.

［9］黃忠臣，韓芳，王麗華.原子吸收實驗教學(xué)的改革［J］.實驗室研究與探索，2010，29(8):125－126，156.

［10］王志林，劉蘇明，邵進，等.高層次本科人才培養(yǎng)中的研究性實驗教學(xué)［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2006(2):45－47.

［11］尹先清，梅平，付家新，等.科研與教學(xué)結(jié)合促進人才［J］.中國高?？萍?，2012(6):43－44.