以實(shí)踐為核心的儀器分析課程改革

權(quán)英，丁建英，陳夢(mèng)玲，翟春，崔榮靜

（常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

以實(shí)踐為核心的儀器分析課程改革

權(quán)英，丁建英，陳夢(mèng)玲，翟春，崔榮靜

（常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

理論與實(shí)踐脫節(jié)是影響儀器分析課程教學(xué)效果的主要原因。以實(shí)踐為核心，通過(guò)優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，更新多種教學(xué)方法，對(duì)儀器分析課程進(jìn)行了改革。

儀器分析；實(shí)踐；課程改革

儀器分析是以測(cè)量物質(zhì)的物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法，由于這類方法通常需要使用特殊的儀器，所以得名“儀器分析”［1］。目前多數(shù)院校的理工科專業(yè)都開(kāi)設(shè)了這門(mén)課程，其特點(diǎn)是實(shí)踐性和技術(shù)性很強(qiáng)，涉及到光學(xué)、電學(xué)、量子力學(xué)、物理化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)，具有較強(qiáng)的綜合性［2］。

通過(guò)多年對(duì)儀器分析課程教學(xué)情況的研究分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的認(rèn)識(shí)模糊，不知道為什么要學(xué)，因此上課常缺乏積極性主動(dòng)性思考，提問(wèn)者寥寥。有些學(xué)生最初抱著對(duì)“儀器”的好奇而來(lái)，但隨著時(shí)間的推移、知識(shí)容量的增多、學(xué)習(xí)難度的加大，興趣的保持程度也逐漸降低，有的學(xué)生甚至完全喪失興趣。在對(duì)學(xué)生的課程調(diào)查問(wèn)卷中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生感覺(jué)這門(mén)課程深?yuàn)W難懂，儀器原理抽象晦澀，難以理解和掌握?？傊?，學(xué)生普遍對(duì)這門(mén)課程缺乏學(xué)習(xí)興趣。眾所周知，興趣是最好的老師，也是做好一切事情的根本，而傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法只會(huì)使教學(xué)過(guò)程陷入被動(dòng)的局面，不利于取得良好的教學(xué)效果?；诖耍狙芯恳詫?shí)踐為核心，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目標(biāo)，通過(guò)采用多種教學(xué)方法提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。經(jīng)過(guò)近兩年的實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

儀器分析方法的種類繁多，范圍涵蓋較廣，每種方法又各有自己的分析原理和適用對(duì)象，學(xué)生普遍感覺(jué)知識(shí)點(diǎn)太碎，缺乏主線，常常是一種方法剛剛勉強(qiáng)學(xué)懂，又開(kāi)始了另一種新方法的學(xué)習(xí)，最后導(dǎo)致對(duì)幾種方法混淆不清。因此，在內(nèi)容選取上，我們本著“學(xué)習(xí)一種方法即吸收一種方法”的原則，結(jié)合食品質(zhì)量與安全專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化為色譜（氣相色譜和液相色譜）和光譜（紫外可見(jiàn)吸收光譜、紅外光譜和原子吸收光譜）兩大模塊5種儀器方法。這兩個(gè)模塊各成體系，前者側(cè)重混合物的分離，后者則主要是利用物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立的定性定量分析法。每個(gè)模塊內(nèi)的方法分析原理基本相同。授課時(shí)，先對(duì)其方法的共性部分（主要是分析原理）進(jìn)行介紹，使學(xué)生先對(duì)這一類方法有基本的了解和認(rèn)識(shí)，進(jìn)而再分方法講授，最后再對(duì)每個(gè)模塊內(nèi)的方法進(jìn)行對(duì)比總結(jié)。這種對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化消除了學(xué)生對(duì)整本教材里面的公式、化學(xué)式、譜圖、儀器流程圖等感性的恐懼心理。另外，有主線的貫通式教學(xué)方式也是國(guó)內(nèi)學(xué)生普遍容易接受的一種教學(xué)方式。

二、教學(xué)方法的改革

（一）先看儀器后講理論

儀器分析課程涉及的儀器設(shè)備較多，每種分析方法的原理各不相同，所使用的儀器也不同。每次在講授新方法之前，讓學(xué)生先進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，實(shí)地觀察一下相關(guān)的儀器設(shè)備，比如在講液相色譜前，讓學(xué)生先分組參觀液相色譜儀，并讓學(xué)生大概了解什么是輸液泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)器等，可以用學(xué)生手機(jī)把主要部件拍下來(lái)。在增強(qiáng)對(duì)儀器感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，引發(fā)學(xué)生的思考：這個(gè)儀器能做什么？各個(gè)儀器部件又分別有什么作用？在接下來(lái)的理論課上，再有針對(duì)性地介紹儀器各個(gè)部件的作用、分析原理、分析流程等。學(xué)生根據(jù)對(duì)液相色譜儀的感性認(rèn)識(shí)，再結(jié)合自己所拍攝的儀器照片，以及事先查閱、了解的知識(shí)和存在的疑問(wèn)在聽(tīng)課過(guò)程中把抽象的理論知識(shí)和實(shí)物聯(lián)系起來(lái)，以更好地理解和掌握有關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

（二）以關(guān)鍵詞開(kāi)始每堂課

在每次課前，先通過(guò)電子郵件將本次課的關(guān)鍵詞發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己翻閱教材或參考書(shū)來(lái)對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行解釋，上課時(shí)以提問(wèn)的方式進(jìn)行檢查。這種方式使學(xué)生可以對(duì)本次課的內(nèi)容先有大致的了解，同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生的課前預(yù)習(xí)活動(dòng)。這些關(guān)鍵詞要能核心地體現(xiàn)本次課所要表達(dá)的主要內(nèi)容。比如在色譜分析法概論這一部分，給出的關(guān)鍵詞是：色譜柱、固定相、流動(dòng)相、分配系數(shù)、色譜峰、保留值、峰面積（峰高）。在講課過(guò)程中用通俗易懂的語(yǔ)言把這些關(guān)鍵詞解釋清楚并聯(lián)系起來(lái)。比如對(duì)色譜柱的形象解釋就是“步行街”，固定相就是“街兩側(cè)的店鋪”，保留值則為“購(gòu)物時(shí)間”等等。從我們的日常生活出發(fā)，通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵詞的解釋，使學(xué)生明白色譜分析的目的是“讓一群從步行街一端進(jìn)去購(gòu)物的人，最后單獨(dú)地、有序地從步行街另一端出來(lái)”，進(jìn)而基本掌握分離是如何實(shí)現(xiàn)的（即分離原理），混合物分離后呈現(xiàn)什么樣的圖形表現(xiàn)形式，如何根據(jù)所得結(jié)果進(jìn)行定性和定量分析等等。通過(guò)形象的比喻，增強(qiáng)課堂的趣味性，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。在每次課程結(jié)束之前，再讓學(xué)生把這些關(guān)鍵詞串講一遍，這樣既能鞏固本堂課所學(xué)內(nèi)容，又能檢查聽(tīng)課效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

（三）教會(huì)學(xué)生查閱文獻(xiàn)

和教材相比，學(xué)術(shù)期刊上的文章顯然要與時(shí)俱進(jìn)得多，而且內(nèi)容也更為凝練。但本科生大多沒(méi)有科研經(jīng)歷，主動(dòng)查閱文獻(xiàn)的并不多。每次講完一種分析方法，筆者都會(huì)安排一些時(shí)間和學(xué)生一起學(xué)習(xí)1～2篇該方法的文獻(xiàn)，文獻(xiàn)一般為權(quán)威期刊并且是最新發(fā)表的。在學(xué)習(xí)文獻(xiàn)時(shí)留給學(xué)生幾個(gè)問(wèn)題，讓他們帶著問(wèn)題去看。比如在學(xué)習(xí)文獻(xiàn)［3］時(shí)，留的問(wèn)題是：（1）該方法的色譜分析條件是什么？（2）為什么要采用程序升溫？（3）采用的是什么定量方法？（4）什么是加標(biāo)回收試驗(yàn)？其作用是什么？通過(guò)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，一方面可以加深學(xué)生對(duì)課堂上所講知識(shí)點(diǎn)的理解，另一方面，可以開(kāi)闊學(xué)生的眼界，提高他們運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓學(xué)生真切感受到該課程的重要作用，從而進(jìn)一步增強(qiáng)他們學(xué)好這門(mén)課的信心和決心。

（四）重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論課的重要補(bǔ)充，而實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告則是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。以往的實(shí)驗(yàn)課學(xué)生只考慮實(shí)驗(yàn)操作成功與否，是否獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)流于形式，相互抄襲現(xiàn)象普遍存在。如何提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣，使他們主動(dòng)投入到對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、步驟和結(jié)果的設(shè)計(jì)與分析中，增強(qiáng)學(xué)生科研意識(shí)、培養(yǎng)科研思維，是多數(shù)教師面臨的問(wèn)題。國(guó)家教育部《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》文件中提出要“創(chuàng)造條件使學(xué)生較早地參與科學(xué)研究和創(chuàng)新活動(dòng)”。因此，筆者從學(xué)生書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告入手，按科研論文寫(xiě)作格式要求，注重培養(yǎng)、提高學(xué)生的科技論文寫(xiě)作水平。

以“可見(jiàn)分光光度法測(cè)定樣品中的總鐵—分析測(cè)試條件的選擇”為例，實(shí)驗(yàn)需要對(duì)工作波長(zhǎng)、顯色劑用量、顯色時(shí)間以及溶液酸度進(jìn)行優(yōu)化選擇，并要求每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組成員任選一項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后只針對(duì)自己所做部分項(xiàng)目來(lái)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求涵蓋：為什么要對(duì)工作波長(zhǎng)/顯色劑用量/顯色時(shí)間/溶液酸度進(jìn)行優(yōu)化？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到哪些問(wèn)題以及如何解決？通過(guò)該實(shí)驗(yàn)有哪些收獲？還有哪些方法可進(jìn)行總鐵的測(cè)定？由于實(shí)驗(yàn)講義里只有簡(jiǎn)單的目的、原理介紹，所以學(xué)生要想回答這些問(wèn)題，必須查閱相關(guān)資料、認(rèn)真實(shí)驗(yàn)、思考和總結(jié)。另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及儀器的品牌型號(hào)、主要試劑的廠家級(jí)別也要一一注明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果里出現(xiàn)的圖表也要完全按照科研論文的規(guī)范格式來(lái)處理。在報(bào)告評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面，把是否符合科研論文寫(xiě)作基本要求納入評(píng)價(jià)中，比如寫(xiě)作格式的規(guī)范性，敘述的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性，表達(dá)的客觀性等均納入評(píng)價(jià)體系。

（五）按儀器分組實(shí)訓(xùn)

實(shí)驗(yàn)課受學(xué)時(shí)所限，大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需按既定步驟操作即可，難有主動(dòng)性和趣味性。針對(duì)這種情況，筆者利用現(xiàn)有條件，根據(jù)學(xué)生對(duì)儀器的不同興趣分組，如氣相色譜組、雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)組、液相色譜組等，利用空余時(shí)間進(jìn)行分組實(shí)訓(xùn)。這種實(shí)訓(xùn)自由度較大，以學(xué)生自愿參與為原則。教師先給每個(gè)實(shí)驗(yàn)組一個(gè)較寬泛的題目，然后由組內(nèi)學(xué)生分頭查閱文獻(xiàn)資料，寫(xiě)出1～3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師根據(jù)現(xiàn)有條件和可操作性對(duì)項(xiàng)目的內(nèi)容、方法等進(jìn)行選擇和修改，然后讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室利用各種儀器開(kāi)展自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。多數(shù)儀器由于實(shí)驗(yàn)課已經(jīng)接觸過(guò)，所以學(xué)生參考儀器使用說(shuō)明就可使用。對(duì)于大型精密儀器，比如色譜儀等，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格也相對(duì)昂貴，在學(xué)生使用時(shí)還應(yīng)有相關(guān)教師在場(chǎng)指導(dǎo)。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目綜合性較強(qiáng)，由于是在課余時(shí)間進(jìn)行，因此從樣品的前處理到最后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及研究論文的撰寫(xiě)，1個(gè)項(xiàng)目大概需要2～3周甚至更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成。但是，和固定的實(shí)驗(yàn)課相比，學(xué)生普遍感覺(jué)實(shí)訓(xùn)收獲大、體會(huì)多、印象深。一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的完成，不僅可以學(xué)會(huì)相應(yīng)儀器的使用和簡(jiǎn)單故障的處理，更可以收獲獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（六）適當(dāng)安排討論課

心理學(xué)家布魯納認(rèn)為：學(xué)習(xí)是一個(gè)主動(dòng)的過(guò)程。因此在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)多為學(xué)生創(chuàng)造思考的空間。組織小組討論也是如此，可以通過(guò)有趣、有吸引力的情境創(chuàng)設(shè)，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生興趣。討論一定要有實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，筆者通常選擇學(xué)生做過(guò)的與理論課相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為題目。由于課時(shí)限制，一般安排10分鐘左右的小組討論，然后隨機(jī)挑選幾個(gè)小組，選派代表進(jìn)行大約5分鐘的闡述。例如，在講解原子吸收光度法的物理干擾時(shí)，提出的問(wèn)題是：上次實(shí)驗(yàn)中，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定總鐵含量的結(jié)果是否準(zhǔn)確？由于是親手做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與的積極性很高，每個(gè)小組成員都在認(rèn)真回想后提出自己的觀點(diǎn)和想法。經(jīng)過(guò)討論，各組的答案不盡相同。最后教師引入結(jié)論：待測(cè)樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的組成不同，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。消除辦法有兩個(gè)：一是配置相似組成的標(biāo)準(zhǔn)樣品，二可采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。通過(guò)這種討論，既可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的思考力度，又提高了理論課知識(shí)點(diǎn)的吸收效果。另外，課堂討論應(yīng)爭(zhēng)取讓每位同學(xué)都表達(dá)其想法，但大多數(shù)教師都有相同的感受，即有部分學(xué)生始終以旁觀者的姿態(tài)參與，很少發(fā)表意見(jiàn)。鑒于此，教師可以點(diǎn)名要求這類學(xué)生發(fā)言，無(wú)論答案對(duì)錯(cuò)，表達(dá)是否流暢，均給予積極肯定，以增強(qiáng)他們的自信心和參與意識(shí)。

教師的職責(zé)不僅僅在于完成自己的教學(xué)任務(wù)，更在于怎樣促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)入學(xué)習(xí)，點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)的激情與渴望。興趣是最好的老師。一個(gè)成功的教師應(yīng)能夠在教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的持久興趣。教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期的需要不斷探索、完善的工程，要培養(yǎng)和保持學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，課堂教學(xué)手段就必須不斷更新，采用靈活多樣的教學(xué)方法，通過(guò)多種手段激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生變興趣為參與實(shí)踐的動(dòng)力，使學(xué)生成為教學(xué)過(guò)程的主角。

［1］朱明華，胡坪.儀器分析［M］.北京：高等教育出版社，2009：1.

［2］吳纓.儀器分析課程多媒體教學(xué)的實(shí)踐與探索［J］.合肥學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，16（1）：84-85.

［3］張紅霞，盧克剛，梁秀清，等.氣相色譜法測(cè)定液體乳及乳粉中的7種防腐劑［J］.中國(guó)乳品工業(yè)，2012，40（10）：46-48.

A Teaching Reform for Instrum ental Analysis with Practice as the Core

QUAN Ying, DING Jian-ying,CHENMeng-ling,ZHAIChun,CUIRong-jing
(School of Biology and Food Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

Disconnecting between theory and practice is the main cause affecting instrumental analysis course teaching and studying.The course is reformed by taking practice as the core,optimizing the course content and updating a variety of teachingmethods.

instrumental analysis;practice;course reforming

G642

A

1008-2794（2014）06-0049-03

2014-03-28

常熟理工學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目“食品專業(yè)《儀器分析》課堂教學(xué)改革探索”（JX11012100）；江蘇省教育廳高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于CDIO的食品感官評(píng)價(jià)項(xiàng)目化教學(xué)研究與實(shí)踐”（2013JSJG105）；常熟理工學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊(duì)培育項(xiàng)目“食品安全與品質(zhì)控制教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（JXNH2014115）

權(quán)英（1976—），女，河北廊坊人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)槭称钒踩珯z測(cè)。