環(huán)境儀器分析及實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)與實(shí)踐①

吳玲玲++陳玲++郭美婷++趙麗芳++陳皓++袁園

摘 要：環(huán)境儀器分析是面向環(huán)境類專業(yè)研究生開設(shè)的一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)學(xué)位課。針對環(huán)境類專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，依托學(xué)院自身發(fā)展的優(yōu)勢，從師資隊(duì)伍多元化、教學(xué)模式多樣化、理論和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合以及多元化的考核體系上探索出一套適合環(huán)境類專業(yè)研究生的教學(xué)方法，起到了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：環(huán)境儀器分析 課程建設(shè) 課程實(shí)踐

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0054-02

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染已經(jīng)由點(diǎn)源污染轉(zhuǎn)向面源污染，由單一的環(huán)境介質(zhì)轉(zhuǎn)移到大氣、水體、土壤以及生物體等多介質(zhì)，發(fā)生了不少震驚世界的污染事件，如舉世聞名的“八大公害”事件。20世紀(jì)80、90年代，又發(fā)生了一些突發(fā)性的嚴(yán)重公害事件，如印度博帕爾農(nóng)藥事件和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站泄漏事件等[1]。這些事件無疑給人類的生產(chǎn)生活帶來了巨大影響。隱藏在這些事件背后的環(huán)境問題直接或間接的與化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。究竟哪些是污染物質(zhì)、有毒物質(zhì)？這些物質(zhì)從何而來？其進(jìn)入環(huán)境之后會(huì)發(fā)生什么變化？可靠的儀器分析技術(shù)能為上述系列問題的正確解答提供依據(jù)，也能為環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定和科學(xué)研究、環(huán)境管理提供技術(shù)支持。

1 課程開設(shè)的必要性

在現(xiàn)代分析化學(xué)和分析儀器及其功能不斷完善、高靈敏度的新型分析儀器不斷涌現(xiàn)的今天，伴隨著全球環(huán)境問題、污染事件頻發(fā)，大型分析儀器在污染源解析、污染擴(kuò)散途徑追蹤、污染與健康關(guān)系以及在環(huán)境污染治理效率評價(jià)、工藝技術(shù)路線改進(jìn)等多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，先進(jìn)高效的化學(xué)、生物分析手段已成為環(huán)境分析科學(xué)的重要工具。這些技術(shù)手段涵蓋了微量和痕量污染物的識別、污染物形態(tài)、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu)分析（表面和微區(qū)）分析。因此，培養(yǎng)具備先進(jìn)儀器分析能力是環(huán)境教育領(lǐng)域人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。

同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院承擔(dān)著國家、省部級重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目，作為科研一線主力群體的研究生都將在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成某個(gè)研究方向上的論文實(shí)驗(yàn)研究。為了使學(xué)生能夠順利開展論文研究并提升論文質(zhì)量，掌握分析方法的基本原理和應(yīng)用技能十分重要，這也是在研究生學(xué)習(xí)階段開設(shè)環(huán)境儀器分析課程的重要原因。

2 課程建設(shè)的特點(diǎn)

“環(huán)境儀器分析”是同濟(jì)大學(xué)環(huán)境類專業(yè)研究生專業(yè)學(xué)位課程，始于1999年。伴隨著環(huán)境科學(xué)研究的需求，經(jīng)過十多年課程內(nèi)容和形式的與時(shí)俱進(jìn)，2011年成為同濟(jì)大學(xué)首批研究生精品課程。本課程重點(diǎn)介紹如何運(yùn)用現(xiàn)代儀器分析和樣品預(yù)處理的理論與技術(shù)來鑒別和測定環(huán)境介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)的種類、含量、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生依據(jù)待測環(huán)境樣品中各組分的物理、化學(xué)性質(zhì)的不同，選擇合適的儀器分析方法進(jìn)行目標(biāo)物的分離與富集，建立起準(zhǔn)確的“定性”及“定量”的概念，并掌握與此相關(guān)的基本理論、測定原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為后繼的論文科研和質(zhì)量提升打好基礎(chǔ)。另一方面，研究生在學(xué)習(xí)本課程后，可以增強(qiáng)對近代儀器分析的發(fā)展趨勢以及新方法、新技術(shù)的理解，掌握環(huán)境分析方法和技術(shù)的研發(fā)技能。

2.1 組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，豐富教學(xué)資源

該課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)有教師7人，其中教授3人，副教授等年青教師4人，其中實(shí)驗(yàn)教師2人。教師學(xué)歷、年齡及學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)任務(wù)分工明確，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員配備合理，為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。各位任課教師的研究領(lǐng)域各具特色，兼顧環(huán)境領(lǐng)域多學(xué)科融合，因此，在教學(xué)中能夠突出重點(diǎn)。

污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有各種光譜類、色譜類和生物類大型儀器，如GC/MS、HPLC/MS、ICP/MS和實(shí)時(shí)熒光定量PCR等，并且擁有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以為學(xué)生提供相關(guān)課件以及實(shí)驗(yàn)室儀器的操作、維護(hù)及實(shí)驗(yàn)講解錄像。實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程由骨干教師承擔(dān)，開設(shè)有光譜實(shí)驗(yàn)、色譜實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)，可以滿足教學(xué)需求。由研究生可依據(jù)今后論文研究方向選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，共享國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的各類分析儀器的豐富資源，實(shí)現(xiàn)了學(xué)有所用，學(xué)有專用。該課程深受學(xué)生歡迎，成為論文實(shí)驗(yàn)研究的“預(yù)備”課，學(xué)生們受益匪淺。

2.2 理論應(yīng)用相結(jié)合

依托同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的豐富資源，該課程的教學(xué)按理論授課和實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行，更注重分析儀器的基本原理、操作使用要點(diǎn)以及在環(huán)境科學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

在學(xué)習(xí)掌握了相關(guān)儀器分析理論后，學(xué)生有機(jī)會(huì)面對分析儀器，訓(xùn)練操作技能，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握儀器基本操作技術(shù)和基本實(shí)驗(yàn)技能。通過實(shí)踐課程的開展，讓同學(xué)親身體驗(yàn)各種分析儀器的功能，以理論指導(dǎo)實(shí)踐，彰顯理論的重要性。動(dòng)手實(shí)踐，也能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)專業(yè)知識的積極性，讓學(xué)生更有目的地進(jìn)行理論學(xué)習(xí)[2～3]。這樣的教學(xué)方法，不但減少了學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識時(shí)的盲目感，也大大提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，對學(xué)生的動(dòng)手能力也是很好的培養(yǎng)。

2.3 尊重自主，注重實(shí)效

鑒于學(xué)生興趣點(diǎn)的不同以及論文研究的需要，該實(shí)驗(yàn)課程分光譜、色譜和生物分析技術(shù)三個(gè)模塊供學(xué)生自主選擇。這在一定程度下，實(shí)現(xiàn)了小班教學(xué)，使得每個(gè)學(xué)生都能接觸操作自己迫切需要使用的儀器。另一方面，尊重學(xué)生自主性，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)。在大方向區(qū)分的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了小組模式，使得每位同學(xué)參與到其中，并且可以互相討論，共享不同途徑捕獲的信息。

通過本課程的學(xué)習(xí)，使研究生對儀器分析這一領(lǐng)域有較全面的了解，基本掌握儀器分析的各類方法，初步具備根據(jù)分析對象選擇合適的分析方法及理解相應(yīng)問題的能力，從而順利開展科學(xué)研究。據(jù)研究生反饋，該課程強(qiáng)化了學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識，提高了學(xué)生自主分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，并且減少了研究生論文研究中實(shí)驗(yàn)方面的問題。

2.4 撰寫教材重實(shí)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，分析儀器的面貌日新月異，儀器的更新周期越來越短，但是目前教材內(nèi)容的更新遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于新型儀器的更新速度[4]。為了把最先進(jìn)的內(nèi)容和教學(xué)科研的需求和特色相結(jié)合，我們在自編實(shí)驗(yàn)講義的基礎(chǔ)上，撰寫并于2008年由科學(xué)出版社出版了《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》，并于2013年6月更新出版了《現(xiàn)代環(huán)境分析技術(shù)》（第2版）。環(huán)境分析涉及的分析儀器種類多，面對的環(huán)境樣品也十分繁多和復(fù)雜。因此，該教材根據(jù)我國環(huán)境領(lǐng)域的實(shí)際需求和應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)圍繞環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用范圍廣、理論與技術(shù)相對成熟的方法，具體包括四個(gè)方面的內(nèi)容：（1）環(huán)境樣品分析中常用大型分析儀器的基本原理及其應(yīng)用；（2）環(huán)境樣品預(yù)處理技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用，如高效富集、分離方法等；（3）多種儀器和方法的聯(lián)合技術(shù)；（4）環(huán)境分析技術(shù)的發(fā)展，包括新理論、新方法和連續(xù)自動(dòng)化技術(shù)等。教材編寫過程中注重先進(jìn)方法的理論性與應(yīng)用性相結(jié)合，科學(xué)性、適用性強(qiáng)，更貼近學(xué)生的實(shí)際需求。

2.5 學(xué)習(xí)考核多方位

考核是對教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)，而考核方式也起著引導(dǎo)學(xué)生改變學(xué)習(xí)方式的作用，科學(xué)的考核方式會(huì)推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)向最佳方向發(fā)展[5]。本課程的期終考核成績由平時(shí)參與和期末考試兩部分組成。平常參與通過學(xué)生課堂表現(xiàn)（隨堂考試、課堂提問）或?qū)嶒?yàn)情況（實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等）等各方面綜合評定。針對目前大學(xué)課程知識容量大，容易出現(xiàn)滿堂灌，老師又很難及時(shí)、準(zhǔn)確了解每一個(gè)學(xué)生對當(dāng)堂課所授知識點(diǎn)的掌握情況的現(xiàn)狀，我們在隨堂考試中引入了同濟(jì)大學(xué)自主研發(fā)的“智能交互反饋系統(tǒng)”。該系統(tǒng)可以在課堂上即時(shí)了解學(xué)生對知識點(diǎn)掌握程度，以減輕學(xué)生在學(xué)期末的考試壓力。期末考試包括基礎(chǔ)理論知識考試和實(shí)驗(yàn)部分考試?；A(chǔ)理論知識考試旨在考查學(xué)生對儀器分析基礎(chǔ)理論知識的掌握情況；實(shí)驗(yàn)部分考試重在考查學(xué)生掌握儀器操作的能力。這種多元化的考評體系，更加注重評價(jià)學(xué)生主動(dòng)參與的過程、善于思考的能力，可以科學(xué)合理、全面公正地反映學(xué)生課程學(xué)習(xí)的真實(shí)水平。

3 結(jié)語

針對環(huán)境類專業(yè)研究生開設(shè)的“環(huán)境儀器分析”課程，為碩士研究生論文質(zhì)量的提升打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！皫熧Y隊(duì)伍多元化，教學(xué)模式多樣化”是課程教學(xué)質(zhì)量提升的根本保證，充分挖掘和利用高校大型儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為教學(xué)服務(wù)，是不斷提高教學(xué)質(zhì)量的重要舉措。

參考文獻(xiàn)

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