開(kāi)放式教學(xué)在化學(xué)類研究生儀器分析實(shí)驗(yàn)課程中的運(yùn)用探析

孫麗波

摘要：針對(duì)目前燕山大學(xué)化學(xué)類研究生儀器分析實(shí)驗(yàn)課程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了探討，提出了相應(yīng)的教學(xué)改革思路。通過(guò)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)模式、增強(qiáng)大型儀器培訓(xùn)及完善考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)等改革措施，進(jìn)一步提高研究生獨(dú)立思考和從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力，為其開(kāi)展課題研究和圓滿完成畢業(yè)論文奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)類研究生;儀器分析實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G643 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）22-0273-02

儀器分析是以物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)及其在分析過(guò)程中所產(chǎn)生的分析信號(hào)與物質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系為基礎(chǔ)，并借助比較復(fù)雜或特殊的現(xiàn)代儀器，對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析和動(dòng)態(tài)分析的一類分析方法[1]。儀器分析實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代分析化學(xué)中占據(jù)了主導(dǎo)地位，是化學(xué)各專業(yè)研究生的專業(yè)必修課程，對(duì)于培養(yǎng)研究生的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)都起到十分重要的作用[2，3]。

燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院自2003年為化學(xué)各專業(yè)碩士研究生開(kāi)設(shè)了儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生們較好地掌握了分析測(cè)試設(shè)備的基本原理和操作方法。作為培養(yǎng)研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力的教學(xué)平臺(tái)，先進(jìn)的大型分析測(cè)試儀器在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是不可或缺的。而大型儀器由于價(jià)格昂貴、臺(tái)套數(shù)少、操作復(fù)雜加之實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)相對(duì)較少等客觀因素使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成了大型精密儀器的操作只能以學(xué)生軟件模擬，教師演示為主的局面，學(xué)生無(wú)法獲得充足的實(shí)踐機(jī)會(huì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)感受不深，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果難以保證。如何使研究生儀器分析實(shí)驗(yàn)課程跟上先進(jìn)分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展步伐，挖掘大型實(shí)驗(yàn)儀器的使用效益，使學(xué)生扎實(shí)地掌握現(xiàn)代分析測(cè)試方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是這門(mén)課程開(kāi)設(shè)以來(lái)始終需要重視的課題。

一、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，突出前沿技術(shù)應(yīng)用

這門(mén)課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師講解為主，介紹常規(guī)的儀器分析方法，包括紅外光譜分析、氣象色譜分析等，課程內(nèi)容符合研究生培養(yǎng)大綱的要求，涵蓋了化學(xué)類研究生需要掌握的基本研究方法。但是作為研究生儀器分析課程教學(xué)，不僅要注重傳統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)和研究方法的培養(yǎng)，更應(yīng)讓學(xué)生掌握儀器分析最前沿的應(yīng)用和技術(shù)，為研究生開(kāi)展課題研究拓展更廣闊的知識(shí)視野。

針對(duì)以往教學(xué)中存在的問(wèn)題，結(jié)合化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院對(duì)儀器分析課程教學(xué)進(jìn)行了調(diào)整，將理論學(xué)時(shí)內(nèi)容進(jìn)行了刪繁就簡(jiǎn)的歸并，適當(dāng)增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容在傳統(tǒng)的色譜、光譜等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加了現(xiàn)代儀器分析領(lǐng)域較熱門(mén)的表面分析技術(shù)，包括透射電子顯微鏡分析氧化鋅粉末樣品、原子力顯微鏡測(cè)定光柵的表面形貌、二氧化鈦的X射線粉末衍射分析等。

二、突破演示教學(xué)模式，實(shí)施分階段多項(xiàng)目教學(xué)

以往的研究生儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及到大型儀器的教學(xué)內(nèi)容多以教師演示教學(xué)為主，其原因是大型精密儀器價(jià)格昂貴、臺(tái)數(shù)少，操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，加之實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)相對(duì)有限等多方面因素的制約，學(xué)生很難在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)熟練掌握儀器的使用。

根據(jù)上述情況，燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院開(kāi)展了分階段教學(xué)模式。第一階段的授課主體為研究生入學(xué)新生，在新生入學(xué)教育時(shí)，引導(dǎo)新生參觀大型儀器實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)場(chǎng)介紹儀器概況，使新生了解儀器的特性、應(yīng)用、設(shè)備組成，了解儀器在本學(xué)科研究領(lǐng)域所能實(shí)現(xiàn)的功能，展示往屆研究生利用該儀器取得的科研成果，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為進(jìn)入課題展開(kāi)科學(xué)研究提供方法學(xué)的引導(dǎo)。第二階段的授課主體為研一學(xué)生，通過(guò)第一階段的介紹，學(xué)生對(duì)大型儀器并不陌生，在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，增加實(shí)踐操作環(huán)節(jié)。采取理論講解結(jié)合儀器演示的方式，準(zhǔn)備了涉及光譜分析、色譜分析、電分析化學(xué)及表面分析等5～6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將學(xué)生按照每組3～4人分組。針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案和所使用的儀器設(shè)備，預(yù)先提出思考題，學(xué)生們帶著問(wèn)題進(jìn)行預(yù)習(xí)，教學(xué)中由理論教師和實(shí)驗(yàn)教師分別就理論內(nèi)容和儀器原理、操作進(jìn)行邊講授邊演示，學(xué)生邊練習(xí)，教師邊指導(dǎo)。然后由學(xué)生從樣品制備、儀器操作到數(shù)據(jù)采集、分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題先由小組進(jìn)行討論，然后由教師面向各組進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)，再由學(xué)生去處理和解決問(wèn)題。將教學(xué)重點(diǎn)由理論課堂轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)室，教學(xué)主體由教師轉(zhuǎn)向?qū)W生，學(xué)生的思路和視野更加開(kāi)闊，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，收到了良好的教學(xué)效果。

三、挖掘?qū)嶒?yàn)儀器使用效益，開(kāi)展學(xué)生操作技術(shù)培訓(xùn)

研究生在前期儀器分析課的基礎(chǔ)上，對(duì)大型儀器的功能有了一定的了解。在課題實(shí)驗(yàn)階段，還需要掌握不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作技能。因此，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式由授課改為技術(shù)培訓(xùn)[4]。針對(duì)研一第二學(xué)期的學(xué)生開(kāi)展不定期的短期儀器操作培訓(xùn)，內(nèi)容包括應(yīng)用講座和實(shí)際操作訓(xùn)練，所有培訓(xùn)研究生均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的考核，考核合格后獲得培訓(xùn)合格證書(shū)，使學(xué)生的儀器操作技能進(jìn)一步提高，為以后大型儀器設(shè)備面向科研開(kāi)放、研究生自己上機(jī)測(cè)試奠定基礎(chǔ)。

1.制定規(guī)范，保證大型儀器正常運(yùn)行。建立健全規(guī)范性的儀器管理制度，是減少大型儀器損壞，保證大型儀器正常使用與運(yùn)行的有效措施[5]。以透射電鏡實(shí)驗(yàn)室為例，燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院根據(jù)透射電鏡實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)和儀器的基本要求，制定了《透射電鏡實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)范》，明確了電鏡實(shí)驗(yàn)室要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)約規(guī)則、設(shè)備故障或意外情況的應(yīng)急機(jī)制、規(guī)范化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)拷貝等事項(xiàng)。制定了《透射電鏡標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范》供學(xué)生隨時(shí)查閱該儀器的操作方法，避免在使用儀器的過(guò)程中因忘記操作方法而造成儀器損壞。

2.基本操作培訓(xùn)與嚴(yán)格考核。大型儀器基本操作培訓(xùn)采取導(dǎo)師推薦的原則，對(duì)于大型儀器使用機(jī)時(shí)較多的課題組，導(dǎo)師可以推薦一位責(zé)任心強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ν怀龅膶W(xué)生參加培訓(xùn)，測(cè)試中心根據(jù)學(xué)生報(bào)名情況組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行一對(duì)一的全程指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)糾正，對(duì)出現(xiàn)頻次較高的共性錯(cuò)誤進(jìn)行先行提示，指導(dǎo)學(xué)生正確使用大型儀器，直至掌握基本的操作技能，能夠獨(dú)立上機(jī)操作[6]。以場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡SUPRA 55 SAPPHIRE為例，基本操作培訓(xùn)包括：掃描電鏡的應(yīng)用范圍、操作注意事項(xiàng)、樣品制備以及基本操作步驟。包括：（1）開(kāi)機(jī)。（2）調(diào)試與觀察。①選區(qū)。②選擇放大倍數(shù)。③反復(fù)調(diào)節(jié)粗調(diào)。④像散消除。（3）拍照、取圖。（4）觀察完畢，關(guān)閉高電壓，卸載真空，取出樣品等操作步驟。操作培訓(xùn)結(jié)束后，由測(cè)試中心組織專業(yè)技術(shù)人員組成考核小組，就培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行逐個(gè)嚴(yán)格的獨(dú)立上機(jī)考核，學(xué)生單獨(dú)操作，考核通過(guò)的學(xué)生，頒發(fā)大型儀器獨(dú)立操作上崗證書(shū)。持證學(xué)生可以預(yù)約晚上、周末或者節(jié)假日時(shí)間進(jìn)行單獨(dú)加時(shí)測(cè)試。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，真正做到了學(xué)生獨(dú)立操作，促使學(xué)生快速提高實(shí)驗(yàn)技能，達(dá)到了應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。endprint

3.落實(shí)管理責(zé)任制。為了保證大型儀器的完好率，必須落實(shí)儀器管理和使用責(zé)任制。在上崗證上明確具體儀器的操作注意事項(xiàng)和持證學(xué)生的責(zé)任，持證學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)要出示上崗證，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生填寫(xiě)“儀器使用記錄”，學(xué)生測(cè)試結(jié)束離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，教師就儀器狀態(tài)、衛(wèi)生安全等事項(xiàng)進(jìn)行檢查并填寫(xiě)記錄。為了避免個(gè)別學(xué)生因長(zhǎng)期不做實(shí)驗(yàn)而忘記儀器操作步驟，要求持證學(xué)生在規(guī)定工作日內(nèi)要完成一定的測(cè)試頻率，否則上崗證失效。此外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還要求學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室要衣冠整齊，嚴(yán)肅認(rèn)真，保持室內(nèi)清潔，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求每人從制樣、上機(jī)操作到結(jié)果分析，要獨(dú)立完成。實(shí)驗(yàn)后要求學(xué)生對(duì)制樣室、電鏡室進(jìn)行清潔。要求儀器管理人員根據(jù)大型儀器的使用機(jī)時(shí)數(shù)對(duì)儀器進(jìn)行定期保養(yǎng)，保證大型儀器性能、延長(zhǎng)儀器使用壽命，使大型儀器發(fā)揮出最大的效益[7]。

四、結(jié)論

先進(jìn)的分析測(cè)試儀器是化學(xué)類科研工作者的“眼睛”。儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生掌握儀器分析方法、理解儀器工作原理的重要途徑，通過(guò)這門(mén)課程，為化學(xué)類研究生開(kāi)展設(shè)計(jì)型、研究型實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建一個(gè)培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)平臺(tái)，是這門(mén)課程的首要任務(wù)。大型實(shí)驗(yàn)儀器是這門(mén)實(shí)驗(yàn)課程中不可缺少的重要元素，靈活開(kāi)放運(yùn)用大型實(shí)驗(yàn)儀器，挖掘其使用效益，不僅為儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)發(fā)出了更加豐富、綜合、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更為學(xué)生今后的科研和工作提供了實(shí)習(xí)的平臺(tái)。

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