化工等專業(yè)本科儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

孫素莉，趙文英，范志先

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

化工等專業(yè)本科儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

孫素莉，趙文英，范志先

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

以青島科技大學(xué)化工學(xué)院化工專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，總結(jié)化學(xué)工程與工藝等專業(yè)本科儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，根據(jù)近幾年來學(xué)生反饋的意見及建議，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法等方面進(jìn)行了探索和改革。實(shí)踐證明，改革后的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和探索未知事物的能力，使儀器分析實(shí)驗(yàn)課程更加切合專業(yè)認(rèn)證對該課程培養(yǎng)學(xué)生能力方面的要求。

儀器分析；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革；探索

現(xiàn)代儀器分析技術(shù)已經(jīng)成為化工產(chǎn)品研制開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)的重要手段，是化學(xué)工程與工藝等專業(yè)本科畢業(yè)生必須要熟練掌握的基本技能。青島科技大學(xué)化工學(xué)院為拓寬知識面，滿足未來技術(shù)工作崗位競爭的需要，培養(yǎng)出合格的人才，化工、輕化、制藥、藥劑專業(yè)本科生開設(shè)了專業(yè)選修課程儀器分析，理論部分28學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)部分12學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)部分由4個(gè)實(shí)驗(yàn)組成，與其他的實(shí)驗(yàn)相比，儀器分析實(shí)驗(yàn)具有更強(qiáng)的理論性和實(shí)用性，是當(dāng)代科學(xué)研究不可缺少的檢測手段。由于儀器分析課程涉及化學(xué)、物理學(xué)和電子技術(shù)等相關(guān)學(xué)科，是一門學(xué)科交叉很強(qiáng)的課程。而儀器分析實(shí)驗(yàn)不僅要讓學(xué)生了解儀器的基本原理及構(gòu)造，還要在有限的學(xué)時(shí)里掌握儀器的基本操作步驟及注意事項(xiàng)，并利用這些儀器完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這使實(shí)驗(yàn)課程存在一定的難度。我們將實(shí)驗(yàn)安排在新奇、趣味和實(shí)用上下功夫，以最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的熱情和積極性。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅能夠加深理解課堂學(xué)習(xí)的相關(guān)理論知識，增強(qiáng)動(dòng)手操作精密儀器及利用工作站處理數(shù)據(jù)的能力，進(jìn)而提高動(dòng)手能力及為產(chǎn)品創(chuàng)新提供有價(jià)值信息服務(wù)的能力。本文對近年來儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)分析，并根據(jù)近年來收集的學(xué)生的意見及建議，在現(xiàn)有師資條件下，對儀器分析實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行了改革和探索，以期達(dá)到更佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，為培養(yǎng)人才服務(wù)[1-5]。

1 存在的問題

目前，由于學(xué)生人數(shù)的增加和受到實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)數(shù)、設(shè)備臺(tái)套數(shù)限制，教與學(xué)的矛盾日益突出。儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題有：(1)由于儀器分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備普遍造價(jià)較高，國家下?lián)艿膶?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備經(jīng)費(fèi)有限，分析儀器的臺(tái)套數(shù)較少，實(shí)驗(yàn)分組人數(shù)較多，導(dǎo)致學(xué)生的參與度不高，影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情。(2)由于儀器分析實(shí)驗(yàn)涉及化學(xué)、電子學(xué)及物理學(xué)等方面的知識，是一門學(xué)科交叉較強(qiáng)的綜合性學(xué)科，再加上儀器造價(jià)較高，學(xué)生平時(shí)很少有機(jī)會(huì)接觸這些高端儀器設(shè)備，單靠3個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)掌握起來有一定難度。(3)儀器分析實(shí)驗(yàn)涉及的儀器設(shè)備雖然自動(dòng)化程度很高，操作起來不算復(fù)雜。但是學(xué)生平時(shí)缺少這方面的訓(xùn)練，操作規(guī)范化程度不高，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。例如，氣相色譜、液相色譜和離子色譜的進(jìn)樣都要求動(dòng)作規(guī)范，特別是氣相色譜對進(jìn)樣的規(guī)范性要求更是嚴(yán)格，否則會(huì)對結(jié)果的重復(fù)性和準(zhǔn)確性有很大影響。(4)儀器分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理雖然工作站能夠自動(dòng)分析，但是需要實(shí)驗(yàn)者建立方法。例如氣相色譜的內(nèi)標(biāo)法，液相色譜及離子色譜的外標(biāo)法，每個(gè)工作站各有不盡相同的建標(biāo)方法和程序。雖然學(xué)生能夠按照實(shí)驗(yàn)操作步驟完成建立方法及數(shù)據(jù)處理，但也是機(jī)械式地照單抓藥，缺乏深刻理解及靈活掌握。(5)原來的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程針對化學(xué)工程與工藝等化工類專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及順序如表1所示。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐表明個(gè)別實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順序不利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方法的掌握和數(shù)據(jù)對比，有待調(diào)整。(6)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成績考核方式相對單一，以往只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出成績，不能全面反映學(xué)生的動(dòng)手能力及實(shí)驗(yàn)探索精神和認(rèn)真態(tài)度。

2 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

2.1 注重實(shí)驗(yàn)安排操作細(xì)節(jié)

實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)過程中操作細(xì)節(jié)的安排對實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果會(huì)產(chǎn)生影響。具體調(diào)整工作有：(1)將原來每班的1天實(shí)驗(yàn)安排為2個(gè)半天進(jìn)行，學(xué)生反饋效果較好；(2)原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)開始前，先點(diǎn)火測定上一組配制的溶液，這樣使學(xué)生對測試過程有一個(gè)大致的了解，提高了對繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的認(rèn)識，進(jìn)一步保證了測定結(jié)果的準(zhǔn)確性；(3)鼓勵(lì)學(xué)生自帶家鄉(xiāng)自來水樣品的測試，這樣可以提高實(shí)驗(yàn)的積極性和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)心。

2.2 挖潛現(xiàn)有儀器設(shè)備潛力，增加儀器臺(tái)套數(shù)及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

隨著化學(xué)工程與工藝及其他化工專業(yè)招生規(guī)模的擴(kuò)大及學(xué)生對儀器分析及實(shí)驗(yàn)課程的興趣增加，選修該課的人數(shù)日益增多，這樣儀器臺(tái)套數(shù)不足的矛盾更加突出。實(shí)驗(yàn)室多年來一直堅(jiān)持將最先進(jìn)的儀器設(shè)備用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合科研測試實(shí)際應(yīng)用情況，增加了紅外光譜實(shí)驗(yàn)觀摩項(xiàng)目。另外，還升級改造了1臺(tái)氣相色譜儀用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。要求氣、液相色譜實(shí)驗(yàn)正式采集數(shù)據(jù)之前，每名學(xué)生先進(jìn)樣一針，解決了“只有看的份，沒機(jī)會(huì)打一針”的問題，也使學(xué)生對色譜分析的特點(diǎn)有了深入的了解。通過上述兩項(xiàng)措施，使原來每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組由6～7名減少至4～5名，基本符合專業(yè)認(rèn)證的要求。通過整改，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的人數(shù)減少，學(xué)生的參與度增加，不僅激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，同時(shí)也鍛煉了動(dòng)手能力，增加了學(xué)生創(chuàng)新技術(shù)能力的儲(chǔ)備。

2.3 堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)開放日制度

根據(jù)每學(xué)期的實(shí)驗(yàn)安排，實(shí)驗(yàn)前一周安排兩天作為實(shí)驗(yàn)開放日。學(xué)生可根據(jù)課程安排，隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，配制溶液，調(diào)試分析條件，就實(shí)驗(yàn)有關(guān)的問題和指導(dǎo)老師討論交流。在保障儀器設(shè)備安全的狀況下，盡量把能打開的儀器蓋子掀開或卸掉，既滿足了一部分學(xué)生的好奇心，也使學(xué)生對儀器設(shè)備的構(gòu)造有了直觀的認(rèn)識。通過實(shí)驗(yàn)開放日制度，增加了學(xué)生接觸儀器的機(jī)會(huì)，加深了對實(shí)驗(yàn)儀器構(gòu)造及實(shí)驗(yàn)原理的了解。同時(shí)，針對三個(gè)色譜實(shí)驗(yàn)進(jìn)樣方式不同的情況，在實(shí)驗(yàn)開放日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師著重加強(qiáng)指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范進(jìn)樣的練習(xí)。通過直觀接觸及強(qiáng)化練習(xí)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性大大提高，實(shí)驗(yàn)效果得到明顯提高。

2.4 充分利用輔助教學(xué)手段

實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)對所做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)所用的試劑、所用儀器設(shè)備的操作方法以及最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法等進(jìn)行預(yù)習(xí)。但如果學(xué)生僅對著教材或講義進(jìn)行預(yù)習(xí)，對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理等相對容易理解，而對儀器的結(jié)構(gòu)、操作方法的理解有一定的難度，有紙上談兵之感[6]。特別是儀器分析的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，幾乎全部是大型精密儀器，造價(jià)昂貴，日常要求規(guī)范使用、定期保養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)過程中如果違反操作規(guī)程，可能會(huì)損壞儀器，不僅維修麻煩，還會(huì)耽誤正常的實(shí)驗(yàn)安排，所以實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生充分的預(yù)習(xí)非常重要。充分利用網(wǎng)站，把與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的儀器設(shè)備的相關(guān)信息、實(shí)驗(yàn)講義、課程PPT全部上傳，學(xué)生可以隨時(shí)上網(wǎng)查看。另外，全部實(shí)驗(yàn)的操作流程視頻也提前發(fā)給學(xué)生，學(xué)生對照視頻學(xué)習(xí)，就可以掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。特別是三個(gè)色譜實(shí)驗(yàn)的建標(biāo)方法，視頻里有詳細(xì)的步驟及說明，學(xué)生如果認(rèn)真觀看，基本能夠掌握操作要領(lǐng)。因?yàn)轭A(yù)習(xí)充分，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)有信心，這不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使實(shí)驗(yàn)更加順利，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情及擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的想法。

2.5 改革實(shí)驗(yàn)成績評價(jià)體系

2.6 適時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及順序

根據(jù)工作實(shí)踐及學(xué)生近幾年提出的建議，及時(shí)調(diào)整開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及順序。調(diào)整前后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及順序如表1所示。

表1 調(diào)整前及調(diào)整后的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)采取小組循環(huán)的方式進(jìn)行，調(diào)整前按照表中的順序從1到4的實(shí)驗(yàn)順序進(jìn)行。調(diào)整后，實(shí)驗(yàn)順序中的2、3實(shí)驗(yàn)是一個(gè)小組，4、5是一個(gè)小組。安排實(shí)驗(yàn)時(shí)，先2、3小組內(nèi)或者4、5小組內(nèi)循環(huán)，小組內(nèi)循環(huán)完成后再調(diào)換。這樣安排的好處是同一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)“火焰原子吸收法測定自來水中的鈉”后，接著做“自來水中常見七種陽離子的測定—離子色譜法”?！半x子色譜法陽離子的測定”里也有鈉離子的含量，學(xué)生可以就同一個(gè)水樣測定結(jié)果的差異來比較光譜法和色譜法的區(qū)別。同樣，4、5小組內(nèi)的學(xué)生也可以就氣相色譜的內(nèi)標(biāo)法和高效液相色譜的外標(biāo)法有一個(gè)清楚的比較和認(rèn)識。實(shí)踐表明，調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)順序更符合思維習(xí)慣，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探索精神。

3 結(jié)束語

儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革不僅是招生規(guī)模擴(kuò)大的要求，也是專業(yè)認(rèn)證對儀器分析教學(xué)效果的要求。通過對儀器分析實(shí)驗(yàn)涉及的教學(xué)儀器設(shè)備的挖潛改造、教學(xué)手段及教學(xué)評價(jià)體系等方面的教學(xué)改革，使該課程更加符合教育教學(xué)規(guī)律。通過教學(xué)改革，繼續(xù)關(guān)注解決深層次的問題，提高了教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了其動(dòng)手能力，培養(yǎng)更加符合社會(huì)發(fā)展需求的創(chuàng)新型人才。

[1]劉紅霞，張業(yè)明，吳風(fēng)林，等.開放式分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，9(3)：111-114.

[2]張國乎，訾言勤.化學(xué)工程與工藝專業(yè)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探[J].淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，31(2)：84-86.

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[4]張大偉，韋軍.現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009,26(12)：117-118.

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Reform of Experiment Teaching in Instrumental Analysisof Chemical Engineering and Technology Specialty

SUN Suli，ZHAO Wenying，F(xiàn)AN Zhixian

(College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China)

Based on professional certification of chemical technology specialty, we summarize the problems in teaching of instrumental analysis experiment. According to advices and suggestions from students these years, some exploration and reform have been carried out in teaching contents，teaching method，and teaching assessment. The results show that reformed teaching of instrumental analysis experiment can stimulate the enthusiasm of students, foster the rigorous scientific attitude and ability to explore the unknown of students.

instrumental analysis；experimental teaching；teaching reform; exploration

2014-02-23

孫素莉(1970- )，女，碩士，助理研究員，主要研究方向：化工儀器分析。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.033