推進(jìn)現(xiàn)代分析測試技術(shù)的普及

曾　琴，駱立鋼，王　璐，周仕林，余治昊，李　靜

(1 上海理工大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)中心，上海 200093；2 華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海 200241)

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推進(jìn)現(xiàn)代分析測試技術(shù)的普及

曾琴1，駱立鋼2，王璐1，周仕林1，余治昊1，李靜1

(1 上海理工大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)中心，上海 200093；2 華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海 200241)

摘要：現(xiàn)代分析測試技術(shù)是當(dāng)今化學(xué)等專業(yè)本科畢業(yè)生必須要熟練掌握的基本技能之一。然而現(xiàn)在分析測試技術(shù)教學(xué)存在著一些問題，例如課時少，學(xué)生缺少主動性和積極性，分析技術(shù)掌握不到位。針對以上存在的教學(xué)問題提出了幾點(diǎn)教學(xué)建議并進(jìn)行實(shí)踐，旨在讓本科生都能掌握基本分析測試技術(shù)，提高本科生的實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大型儀器分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果

1　引言

近年來，信息、計(jì)算機(jī)、電子、傳感與控制等新技術(shù)及現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展極大地推動著現(xiàn)代分析測試技術(shù)的發(fā)展，最典型的是電子學(xué)、計(jì)算機(jī)以及激光等科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，帶來了分析技術(shù)的變革[1]。而今現(xiàn)代分析技術(shù)越來越多樣化：包括光譜分析法、電子能譜分析法、衍射分析法、電子顯微分析法、色譜分析法、表面分析技術(shù)以及分析儀器聯(lián)用等等技術(shù)，集中類型具體有：原子力顯微鏡(AFM)、原子發(fā)射光譜(ICP-AES)、激光拉曼光譜(LRS)、掃描探針和隧道顯微鏡(SEM和TEM)、X射線衍射儀(XRD)、熱重(TGA)、核磁共振(NMR)、紅外光譜(IR)、紫外光譜(UV)、質(zhì)譜(MS)、氣相色譜(GC)、液相色譜(LC)，液相、氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS和LC/MS)技術(shù)[2-3]。隨著高校教育經(jīng)費(fèi)的大幅度提高，各個高校購置了各種大型儀器，這些大型儀器往往操作簡便，使得處理數(shù)據(jù)相對便捷[4]。高校中開設(shè)大型儀器教學(xué)目的在于讓學(xué)生獲得將大型儀器分析技術(shù)并應(yīng)用于自身科研課題中的能力。并且現(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)量評價的重要手段，是化學(xué)等專業(yè)本科畢業(yè)生必須要熟練掌握的基本技能之一[5]。然而由于本科生課時少，能力差別，缺少主動性和積極性，沒有更多機(jī)會深入了解并使用這些儀器等原因，導(dǎo)致現(xiàn)今的分析測試技術(shù)教學(xué)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生今后的發(fā)展。因此，為了改善目前本科生現(xiàn)代測試技術(shù)的培養(yǎng)，筆者在結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了一些見解。

2　分析課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

2.1學(xué)生的狀況

近年來，我國的高等教育改革取得了長足的進(jìn)步，但是我們也必須清醒地看到其中存在的問題[6]。一方面，高校的本科生擴(kuò)招直接導(dǎo)致學(xué)生整體質(zhì)量的普遍下降。另一方面，學(xué)校教育片面追求升學(xué)率使應(yīng)試教育成為中小學(xué)教學(xué)的主旋律，學(xué)生淪為做習(xí)題的機(jī)器，直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、思考能力和知識結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重下降。尤其是進(jìn)入大學(xué)后，學(xué)生擺脫了“老師嚴(yán)抓、父母嚴(yán)管”的中學(xué)教育模式，逐漸走向獨(dú)立，于是有相當(dāng)一部分學(xué)生受各種外界思潮的影響，本末倒置，對學(xué)習(xí)缺乏自覺性、主動性，因而學(xué)生對于通過儀器分析操作實(shí)驗(yàn)解決問題的能力也在下降。相反，現(xiàn)今企業(yè)隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的引入，對于儀器分析技術(shù)也越來越重視，這就導(dǎo)致了企業(yè)更加注重儀器分析技術(shù)人才的吸納和培養(yǎng)，而學(xué)生卻恰恰缺乏相關(guān)的儀器分析能力。

2.2教學(xué)現(xiàn)狀

長期以來，各個學(xué)校所設(shè)分析測試技術(shù)課時較少，很多教師更多的是注重知識點(diǎn)的傳授，而忽略了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，學(xué)生對于儀器的認(rèn)識限存在于課本上儀器的介紹。僅僅開設(shè)了一些簡單的儀器操作實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，很多情況是教師操作分析儀器，而學(xué)生只是觀摩操作過程，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)了儀器操作的基本原理和簡單操作卻不能應(yīng)用在實(shí)際中的分析。

而且如今大型儀器設(shè)備的自動化程度越來越高，其操作步驟并不復(fù)雜。但是由于課時緊張等原因，任課教師對于學(xué)生的實(shí)際操作規(guī)范并沒有足夠的重視，沒有強(qiáng)調(diào)正確使用儀器的規(guī)范性，使得學(xué)生對儀器的操作規(guī)范程度不夠，甚至不重視儀器的正常使用，因而對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析不夠透徹。

3　分析測試技術(shù)教學(xué)模式優(yōu)化改革與實(shí)踐

化學(xué)學(xué)科是一個以實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)科，化學(xué)的許多重大發(fā)現(xiàn)和研究都是通過實(shí)驗(yàn)獲得，因此化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著重要地位，而實(shí)驗(yàn)分析是一個重要過程。因此為了培養(yǎng)具有科研能力的新一代高水平高層次的化學(xué)技術(shù)人才，需要加強(qiáng)對儀器操作的能力，主要可以通過以下幾種方式來強(qiáng)化。

3.1提高實(shí)驗(yàn)室儀器管理老師的專業(yè)素養(yǎng)

由于現(xiàn)代大型儀器越來越復(fù)雜，其功能越來越強(qiáng)大，因此需要重視提高儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師的專業(yè)素養(yǎng)。一方面，需要及時關(guān)注新設(shè)備的引進(jìn)，另一方面，需要培訓(xùn)或者加強(qiáng)教師的業(yè)務(wù)水平，本實(shí)驗(yàn)中心開展教師間儀器教學(xué)的比賽以及開設(shè)儀器專業(yè)講座，以此提升實(shí)驗(yàn)教師的實(shí)力。

3.2開設(shè)相應(yīng)選修課增加課時量

鑒于儀器分析課時較少的現(xiàn)狀，本實(shí)驗(yàn)中心開設(shè)了現(xiàn)代分析測試技術(shù)以及分析儀器數(shù)據(jù)解析等選修課供本科生學(xué)習(xí)。選修課的時間定在周六上午，這樣避免了平時上課課時緊張等問題。并且通過選修課的學(xué)習(xí)也保證了學(xué)生的上課時間，也能夠盡量做到每位同學(xué)都能操作儀器。

3.3利用寒假和暑假開放實(shí)驗(yàn)室

大型分析儀器在寒暑假期間往往閑置無人使用，而且現(xiàn)在有一部分學(xué)生專心科研，更希望進(jìn)一步深造，因而他們對于大型分析儀器的需求比較強(qiáng)烈，本實(shí)驗(yàn)中心利用放假后一到兩周的時間為學(xué)有余力的學(xué)生開放分析儀器供其使用，并且在開放實(shí)驗(yàn)室期間，實(shí)驗(yàn)中心教師也參與指導(dǎo)，不僅可以及時規(guī)范學(xué)生的儀器操作，更重要的是及時地解決學(xué)生儀器操作中出現(xiàn)的問題。

3.4分小組進(jìn)行學(xué)習(xí)

如今各個專業(yè)的學(xué)生人數(shù)眾多，采用大班化教授儀器分析課程效果往往不佳。本實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)將化學(xué)大類本科生分成8組每組4～5人，每周由一位專業(yè)教師進(jìn)行指導(dǎo)操作一種大型儀器技術(shù)，給予每人充分上機(jī)操作的時間，實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，教師要求學(xué)生養(yǎng)成及時對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的習(xí)慣以及按時完成實(shí)驗(yàn)報告。在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題由老師組織大家一起交流討論，啟發(fā)思維，引導(dǎo)學(xué)生不斷地修正實(shí)驗(yàn)思路，突出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的主觀能動性。任課指導(dǎo)老師采用基本原理提問的方式，帶領(lǐng)學(xué)生了解儀器的基本構(gòu)造，通過已知化合物的結(jié)構(gòu)為例演示進(jìn)行分析。在這個過程中，教師需特別強(qiáng)調(diào)操作的規(guī)范性，例如：紅外光譜中樣品的研磨要在紅外燈下進(jìn)行，防止樣品吸水；紫外光譜需要注意保護(hù)好吸收池只能用手觸摸兩側(cè)的毛玻璃，不可接觸光學(xué)面；XRD需要注意將樣品粉末研磨成合適的粉末并制成十分平整的平面試片。

3.5設(shè)立相應(yīng)的課題供學(xué)生參與

為了培養(yǎng)本科生，本實(shí)驗(yàn)中心的授課可與各任課教授老師的課題相結(jié)合，不僅設(shè)立了一些讓學(xué)生驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，也開辟了一些探索性課題供大三、大四的學(xué)生參與：例如利用熱重分析儀探討草酸鈣中結(jié)晶水的組成，利用原子力顯微鏡觀察單分子和分子納米的結(jié)構(gòu)，利用掃描電鏡觀察低碳鋼板表的氧化膜形貌，也有紫外光譜在污水化合物測定中的應(yīng)用。通過這些驗(yàn)證以及探索性實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新意識，也能夠讓學(xué)生在未來的就業(yè)道路上脫穎而出。

4　結(jié)語

通過對化學(xué)大型儀器技術(shù)教學(xué)的實(shí)踐探索，我們發(fā)現(xiàn)教師本身需要綜合解析儀器實(shí)驗(yàn)講義，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，精心設(shè)計(jì)儀器實(shí)驗(yàn)對象，讓學(xué)生抓住每一個儀器分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)來收集數(shù)據(jù)，讓每一個學(xué)生都能夠熟悉儀器的操作和分析，并且投入實(shí)際的應(yīng)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器分析技術(shù)過程中，充分鍛煉了其動手能力，培養(yǎng)了主觀能動性，教師也大大提高了教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有科研能力的新一代高水平高層次的化學(xué)技術(shù)人才夯實(shí)了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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通訊作者：曾琴，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究；E-mail：zengqinllg@163.com；Tel：18818275203

中圖分類號：G 642.0

Propulsion the Popularization of the Modern Instrument Analysis Technology

ZENG Qin1，LUO Li-gang2，WANG Lu1，ZHOU Shi-lin1，YU Zhi-hao1，LI Jing1

(1 University of Shanghai for Science and TechnologyThe Public Experiment Center，Shanghai 200093，China；2 East China Normal University Department of Chemistry，Shanghai 200241，China)

Abstract：Modern analysis and testing technology is one of the basic skills that chemistry and other major of undergraduates must master. However，there are some problems in the experimental teaching. For example，there is less class time，lack of initiative and enthusiasm among students，and unfamiliar with the operation. It introduces the strengthening experiment teaching of the modern instrument technology in chemistry of undergraduates，and puts forward some suggestions on the teaching problems of the present problems. It aims at mastering basic analysis and testing technology，stimulating students’ learning interest and initiative，and improving the students’ practical ability，subjective initiative and innovation consciousness.

Key words：experimental teaching，modern instrument analysis，experimental effect