儀器分析實驗的教學改革與探討

馮素玲，陳粵華，李全民

（河南師范大學 化學化工學院 河南師范大學國家化學實驗教學示范中心，河南 新鄉(xiāng) 453007）

儀器分析實驗是化學專業(yè)、應(yīng)用化學專業(yè)和材料化學專業(yè)本科生的一門基礎(chǔ)課，涉及物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，如光、電、熱、磁和化學反應(yīng)等知識，是一門理論性和實踐性都很強的基礎(chǔ)課程。通過本課程的學習可以培養(yǎng)學生的各種能力，包括應(yīng)用現(xiàn)代儀器分析測試技術(shù)的技能、動手能力、理論聯(lián)系實際的能力、統(tǒng)籌思維能力、創(chuàng)新能力、獨立分析解決實際問題的能力、查閱手冊資料并運用其數(shù)據(jù)資料的能力以及歸納總結(jié)的能力等。總之，在整個實驗課過程中，應(yīng)利用一切環(huán)節(jié)進行能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。但由于一些原因，使學生在有效的實驗時間內(nèi)不能最大限度地使能力得到提高。為此，在儀器分析實驗的教學中，逐漸進行了一系列的嘗試。整合教學內(nèi)容，更新實驗選題，“以學生為本”，著眼于學生素質(zhì)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，構(gòu)建實驗教學的新體系[1]，收到了良好的教學效果。

一、采用研討式教學方法

教學方法是教學環(huán)節(jié)中非常重要的一個組成部分，會對教學效果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)教學方法以教師講授為主，學生被動地接受[2]。其弊病是限制了學生學習的主動性、能動性和思維能力的發(fā)展，大大影響學生的學習效果，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高[3]。為了克服傳統(tǒng)教學方法帶來的弊病，以研討式教學方法為主要教學手段之一。要求學生預(yù)習實驗，對實驗內(nèi)容及相關(guān)知識進行思考并提出問題。鼓勵學生對知識的探究和懷疑，對實驗內(nèi)容應(yīng)最大限度地詢問“為什么”，甚至每句話都要詢問“為什么”或凡事問“問什么”。課前指導(dǎo)教師也對每個實驗精心設(shè)計問題。通過與學生之間的討論，極大地調(diào)動了學生學習的積極性和主動性，收到了很好的教學效果。例如分光光度法測定混合液中鉻和錳的含量，設(shè)計以下問題。在鉻和錳的存在形式中，哪些溶液有顏色？測定吸光系數(shù)時，為什么鉻（Ⅵ）標準溶液中，只加入了濃酸，而不加入氧化劑；而錳（Ⅱ）標準溶液中，既加入了濃酸，又加入了氧化劑過碘酸鉀？在樣品溶液中，又加入了氧化劑過硫酸鉀？加入銀離子的目的是什么？同學們還可以提出哪些測定混合液中鉻和錳的方法？所提出的方法有哪些利弊？在示差分光光度法實驗中，對同學們提出下列問題。什么是差示分光光度法？什么情況下使用差示分光光度法？分光光度法的最佳讀數(shù)范圍是多少？差示分光光度法的目的是什么？上述問題的提出及討論既可以很好地激發(fā)學生學習的積極性，使學生的思維處于活躍狀態(tài)，又可以訓(xùn)練學生解決問題的思維方法，為學生進行設(shè)計實驗打下一定的基礎(chǔ)。學生做完實驗后，讓學生對整個實驗過程進行反思和討論，總結(jié)成功和不足之處。一方面，在總結(jié)和反思中加深體會；另一方面，為今后的實驗提供借鑒。

二、充分發(fā)揮廢舊儀器的作用

在講解儀器結(jié)構(gòu)時，將組裝儀器和商品儀器同時使用。商品儀器中，各基本單元被組裝在一個或幾個模塊中，不能直觀察儀器內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)。因此，實驗課上將廢舊儀器的結(jié)構(gòu)和組成展示給學生，學生可以清楚、直觀地看到儀器各組成部分，更清楚地了解儀器的原理和結(jié)構(gòu)，使學生看得清楚、學得明白，收到了很好的教學效果。

三、合理安排講授時間與實驗操作時間

實驗課上，傳統(tǒng)的講授方法是，將實驗原理、實驗步驟、儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及有關(guān)的注意事項等內(nèi)容全部講解完之后，學生進行實驗。實驗內(nèi)容一般包括溶液的準備、配置及使用儀器獲得有關(guān)數(shù)據(jù)等步驟。上述教學方法帶來的問題是，從教師講授完儀器的使用方法到學生進行測定，中間會間隔一段時間，從而導(dǎo)致學生使用儀器時，忘記了儀器的使用方法，教師需要占用一定的時間重復(fù)講解過的內(nèi)容，影響實驗效率。為了克服上述問題，在實驗課上，先講解實驗原理、實驗步驟以及實驗中的注意事項；然后，安排學生配制溶液。之后，重新將學生組織在一起，講解儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及其注意事項。上述教學環(huán)境的安排能夠帶來如下好處：講解儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及其注意事項之后，學生可以立即使用儀器進行測定，不容易忘記儀器的使用方法，從而可以減少錯誤使用儀器的機會，也可以提高學生使用儀器的自信心，使實驗效率得到提高。

四、增加設(shè)計性和綜合性實驗

由于儀器條件的限制，過去開設(shè)了分光光度法測定鐵、分光光度法測定磷、紫外光度法測定硝酸鹽氮和紫外分光光度法測定對苯二酚等實驗內(nèi)容。上述實驗原理相似，使用的儀器也基本相同，不能很好地激發(fā)學生的學習興趣，影響對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。隨著儀器條件的改善，新儀器的不斷增加，刪去了一些原理相似、儀器相同的實驗，開設(shè)了有關(guān)電化學工作站、高效液相色譜和高效毛細管電泳等實驗內(nèi)容。另外，儀器分析的研究發(fā)展很快，教師注意查閱儀器分析的最新進展，將新進展融入實驗教學中[4]。大大開闊了學生的眼界，使學生的創(chuàng)新能力在潛移默化中得到了提高。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高學生的動手能力、獨立思考和獨立解決問題的能力，加大了設(shè)計性和綜合性實驗內(nèi)容，如設(shè)計性實驗——氣相色譜分析測定酒中甲酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯等。要求學生查閱資料，寫出實驗原理，自擬實驗方案。實驗課上，首先讓一些學生講解自己的實驗方案，圍繞實驗方案進行提問和討論，對實驗方案中正確和錯誤的內(nèi)容都進行分析、講解。通過上述教學過程，學生可以真正地將學到的理論知識和實際問題結(jié)合在一起，充分調(diào)動了學生學習的積極性，也使學生體會了學習的樂趣，還使學生在解決問題之后有了成就感。

五、加強實驗室硬件建設(shè)，打造過硬的教學隊伍

儀器分析實驗同其他化學實驗相比，一個突出的特點就是需要大型且價格比較昂貴的儀器。因此，需要各級領(lǐng)導(dǎo)重視有關(guān)儀器分析實驗室的建設(shè)。只有在思想上引起足夠的重視，就會并且有可能投入資金進行實驗室建設(shè)，才能為儀器分析實驗的開設(shè)提供必要的條件，為學生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境和氛圍[5]。在建設(shè)國家級化學實驗教學示范中心的過程中，學校和學院各級領(lǐng)導(dǎo)給予了大力支持，購置了必要的教學儀器，使實驗室硬件建設(shè)得到了很好的改善，使實驗開設(shè)內(nèi)容上了一個新臺階?！皩嶒炛行摹苯⒘苏n程負責人制度、集體備課和預(yù)做實驗制度以及新教師試講等制度?；瘜W分析實驗和儀器分析實驗統(tǒng)一由一位課程負責人負責。課程負責人負責上述有關(guān)實驗的實驗教師的聘任、教學效果的檢查、實驗內(nèi)容的修改和更新等。實驗教師集體備課并預(yù)做實驗，對有關(guān)問題進行討論。新教師要在老教師的指導(dǎo)下準備實驗，并進行試講。試講通過后，方可指導(dǎo)學生進行實驗。上述一系列制度的建立對有效地保證教學內(nèi)容的質(zhì)量和深度起到了良好的作用。

六、綠色化學實驗，加強學生環(huán)保意識

環(huán)境問題已經(jīng)是當今人類面臨的一個重要而急迫的問題。在化學實驗教學中應(yīng)使學生有保護環(huán)境的意識和責任。例如，將庫侖滴定法測定砷改為庫侖滴定法測定硫代硫酸鈉。兩者實驗原理完全相同，不會影響實驗效果，但卻避免了污染物砷的排放。再如，將示差分光光度法測定鉻（Ⅲ）改為示差分光光度法測定高錳酸鉀。一方面避免了了有毒物質(zhì)鉻（Ⅲ）對環(huán)境的污染，另一方面，由于鉻（Ⅲ）的吸光吸收較小，測定時需要較高濃度的溶液，而高錳酸鉀的吸光系數(shù)較大，消耗試劑明顯減少，從而又減少了化學試劑向環(huán)境的排放。氣相色譜法適用于測定低沸點組分，可用于苯、甲苯和二甲苯的分離和檢測，但這三種組分均具有毒性，為致癌物。因此，改為氣相色譜法測定酒中的雜醇。實驗室產(chǎn)生的廢液直接排放到地下，也會對環(huán)境產(chǎn)生污染。要求學生不要將廢液直接倒入水池排放，而是對實驗室的廢液進行回收處理。在教學中，點點滴滴注意對學生進行環(huán)保意識的教育。

經(jīng)過教學方法和教學過程的改革，使學生由被動地學，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥貙W，提高了學生的創(chuàng)新能力和科學思維的方法以及學生的綜合能力和素質(zhì)。

[1]陳旭，雍克嵐.儀器分析實驗教學的改革[J].實驗室研究與探索，2009，28（4）：118-121.

[2]朱志昂.物理化學課程教學內(nèi)容和教學方法的改革[J].大學化學，2012，27（5）：9-13

[3]李愛峰，孫愛玲，柳仁民.儀器分析實驗教學改革實踐[J].大學化學，2012，27（5）：26-28

[4]王琦，張思銳.儀器分析課程教學與實驗改革[J].大學化學，2006，21（2）：22-24.

[5]海金萍.切實強化實驗教學培養(yǎng)應(yīng)用型人才[J].實驗室科學，2009，7（2）：46-47.