化學(xué)及相關(guān)專業(yè)儀器分析實(shí)驗(yàn)中存在的問題及解決措施

高曉慧 劉英姿 劉浩然 夏新華

摘要：當(dāng)前儀器分析實(shí)驗(yàn)存在理論與實(shí)踐脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)完整性系統(tǒng)性不夠、學(xué)生參與意識不強(qiáng)，以及師資參差不齊等問題。要解決上述問題，需要彌補(bǔ)儀器結(jié)構(gòu)知識、整合實(shí)驗(yàn)、加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、組織專門培訓(xùn)來提升儀器分析的實(shí)踐應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：儀器分析;實(shí)驗(yàn);改革

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）43-0262-02

儀器分析是化學(xué)專業(yè)本科生的必修課程，在其專業(yè)教育中有重要的地位。儀器分析實(shí)驗(yàn)是促進(jìn)學(xué)生鞏固理論知識并提高實(shí)驗(yàn)技能的重要手段。儀器分析實(shí)驗(yàn)具有自身不同于其他實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是：儀器貴重、臺套數(shù)少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，且對師資的要求高。長期以來，學(xué)生儀器分析實(shí)驗(yàn)“走馬觀花”，其實(shí)驗(yàn)技能得不到實(shí)質(zhì)性的提高[1]。要解決這些問題，需要深入剖析其背后的根源，并提出有力的改革措施。以下是筆者在教學(xué)中總結(jié)出的一些關(guān)鍵問題及解決措施。

一、當(dāng)前儀器分析實(shí)驗(yàn)存在的問題

1.理論教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)。隨著社會的發(fā)展，儀器分析手段越來越廣泛，涵蓋的知識越來越多。但是，化學(xué)專業(yè)的教科書幾乎普遍存在的一個(gè)問題是：部分教科書某些內(nèi)容跟不上日新月異的儀器行業(yè)的發(fā)展變化，對重要的應(yīng)用內(nèi)容介紹不多，部分內(nèi)容理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)[2]。

2.儀器分析的完整性、系統(tǒng)性不夠。當(dāng)前儀器分析實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)問題是：實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性、完整性不夠。不少高校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程是以兩學(xué)時(shí)或四學(xué)時(shí)為單位的。為節(jié)約時(shí)間，很多實(shí)驗(yàn)是由老師配制好樣品，只由學(xué)生進(jìn)樣獲得結(jié)果。學(xué)生除了進(jìn)樣過程，其他的技能都沒有學(xué)到，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果。

3.學(xué)生參與意識不強(qiáng)。一方面因?yàn)閮x器分析的設(shè)備多屬大型精密儀器，不同于常規(guī)的儀器，學(xué)生動手會產(chǎn)生一定的畏懼心理[3]。另一方面，有部分學(xué)生認(rèn)為儀器精密度高，由誰來操作結(jié)果都一樣，自己沒有必要參與，只需要一個(gè)結(jié)果就行了。此外，個(gè)別儀器太過先進(jìn)，自動化程度特別高，學(xué)生可參與的步驟太少。這也大大降低了學(xué)生的參與意識。

4.儀器分析師資參差不齊。儀器分析實(shí)驗(yàn)的帶教老師，需要非常熟練的操作技能。但目前一個(gè)相當(dāng)尷尬的現(xiàn)象是：帶教老師的隊(duì)伍參差不齊。有的高校是以理論課老師同時(shí)帶教實(shí)驗(yàn)，有的高校有專門的實(shí)驗(yàn)老師，有的高校是以長期操作和維護(hù)儀器的實(shí)驗(yàn)員為主來帶實(shí)驗(yàn)。但某些老師同時(shí)帶多個(gè)實(shí)驗(yàn)，并不是對每種儀器都非常熟悉。諸如此類的種種現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器分析的師資隊(duì)伍差異較大，實(shí)驗(yàn)效果也差別很大。

二、解決儀器分析實(shí)驗(yàn)問題的措施

1.全方位讓學(xué)生了解儀器結(jié)構(gòu)與性能。鑒于當(dāng)前學(xué)生對儀器結(jié)構(gòu)不了解的狀況，可以幾個(gè)方面著手解決這一問題。一是組織經(jīng)驗(yàn)豐富的一線教師編寫相關(guān)教材，著重以儀器真實(shí)結(jié)構(gòu)而不僅僅是原理示意圖來解析儀器的功能，并編入儀器操作、維護(hù)及建立分析方法的詳細(xì)步驟。二是通過視頻來增強(qiáng)學(xué)生的可操作性。對于儀器操作軟件的帶教，則可通過屏幕錄制軟件來再現(xiàn)整個(gè)軟件操作過程。三是通過拆裝舊儀器獲得儀器結(jié)構(gòu)的知識。廢舊儀器雖然已不適應(yīng)時(shí)代需要，但其基本結(jié)構(gòu)仍然對學(xué)生有啟發(fā)。將達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的儀器讓學(xué)生來拆裝，可使其深刻理解結(jié)構(gòu)及其對性能的影響。

2.儀器適當(dāng)配套使用。儀器要做到適當(dāng)配套使用才能發(fā)揮最大效益，即：國產(chǎn)儀器與進(jìn)口儀器配套、手動儀器與自動儀器配套、新儀器與舊儀器配套。通過配套使用，可增強(qiáng)對儀器性能的認(rèn)識。用國產(chǎn)儀器、手動儀器多訓(xùn)練學(xué)生的動手能力，用進(jìn)口儀器、自動化儀器可感受到數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)，這樣相得益彰，必然能提高學(xué)生的儀器應(yīng)用能力。

3.合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。儀器分析多采用精密貴重儀器，臺套數(shù)一般比較少。要讓多人得到鍛煉，比較合適的方法是“以時(shí)間換空間”。即通過每次三至四人，多輪實(shí)驗(yàn)的方式來增加每個(gè)人平均使用儀器的時(shí)間。這一方式已在不少高校得到推廣。如一次開設(shè)三至四個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)四人，這樣就充分利用了儀器。此外，利用開放實(shí)驗(yàn)亦可增加儀器的使用率，而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力[4，5]。國內(nèi)外高校有不少采用這一方法。

4.提高學(xué)生參與度。儀器分析實(shí)驗(yàn)，如果只是被動地執(zhí)行實(shí)驗(yàn)過程，相對而言是比較枯燥的。要提高學(xué)生的參與度，就要努力提高學(xué)生的興趣[6]。一方面，通過選題來增強(qiáng)學(xué)生的參與度。檢測生活中的實(shí)際樣品，關(guān)注熱點(diǎn)問題，均可以提高學(xué)生興趣。如：以氣質(zhì)聯(lián)用檢測樟樹葉中的揮發(fā)性成份、檢測可能受污染的水或土壤中的鉻。另一方面，可以通過對比不同實(shí)驗(yàn)方法提高學(xué)生對樣品前處理、分析精度的重視。

5.整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。目前國內(nèi)許多高校的儀器分析實(shí)驗(yàn)都是單個(gè)的、分散的實(shí)驗(yàn)，且不少實(shí)驗(yàn)只讓學(xué)生參與部分分析過程，這對于學(xué)生的能力的培養(yǎng)是不利的。完成一個(gè)完整的分析過程對學(xué)生來說是非常必要的，國外高校多采用這一方法[7]。以綜合型實(shí)驗(yàn)的形式將不同的實(shí)驗(yàn)技能串連或并聯(lián)起來，讓學(xué)生在得到實(shí)驗(yàn)技能鍛煉的同時(shí)又提高了思維能力[8]。如：設(shè)計(jì)一個(gè)以抗凝血藥華法林鈉為中心的實(shí)驗(yàn)，可設(shè)計(jì)如下系列實(shí)驗(yàn)：華法林鈉的合成、華法林鈉的紅外光譜測定、華法林鈉差熱—熱重曲線的測定、華法林鈉X射線衍射譜的測定、氣相色譜法檢測華法林鈉中異丙醇的溶劑殘留。

6.組織專門培訓(xùn)。最近幾年筆者所在學(xué)校綜合各方意見，啟動了大型精密儀器培訓(xùn)工作。培訓(xùn)工作與儀器分析理論課程相銜接。培訓(xùn)工作分為理論培訓(xùn)、實(shí)踐操作及上機(jī)考核三部分。理論培訓(xùn)分為兩大部分，一是講解儀器分析實(shí)驗(yàn)安全性，二是分別講授每種儀器的結(jié)構(gòu)及操作注意事項(xiàng)。實(shí)踐操作主要培訓(xùn)硬件操作、軟件使用、分析方法的建立及維護(hù)注意事項(xiàng)。上機(jī)考核則主要是由學(xué)生自行建立方法分析結(jié)果。培訓(xùn)工作由長期工作在一線對儀器非常熟悉的教師承提。從儀器原理、結(jié)構(gòu)到維護(hù)、操作及方法的建立，一步一步循序漸進(jìn)。每種儀器的培訓(xùn)，均有培訓(xùn)大綱規(guī)劃整個(gè)流程，由淺入深，逐步滲透，讓學(xué)生真正地、扎實(shí)地掌握儀器操作，達(dá)到獨(dú)立操作的水平。

綜上所述，儀器分析實(shí)驗(yàn)中提升學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的重要學(xué)習(xí)過程，要改變當(dāng)前存在的問題，就要加強(qiáng)學(xué)生對儀器結(jié)構(gòu)的認(rèn)識、提高學(xué)生的參與度并全面系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，只有大量的、全方位的實(shí)踐，才能讓學(xué)生真正地掌握和提高儀器分析的實(shí)踐應(yīng)用能力。

致謝：本文受湖南省2015年度研究生教學(xué)研究課題及校企溝通化學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練基地經(jīng)費(fèi)及2016年湖南省研究生創(chuàng)新基金資助。

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The Problems and Resolution in the Instrument Analysis Curriculum for Chemistry Major Students

GAO Xiao-hui1， LIU Ying-zi2， LIU Hao-ran3，XIA Xin-hua1

（1.College of Pharmacy，Hu'nan University of Chinese Medicine，Changsha，Hu'nan 410208，China;

2.College of Medicine，Hu'nan Normal University，Changsha， Hu'nan 410006，China;

3.College of Chemistry and Chemical Engineering，Hu'nan University，Changsha，Hu'nan 410082，China）

Abstract：The problems existing in current instrument analysis experiment included the non-matching between theory and practice，the weak systematicness of experiments， poor participation consciousness in students and different teaching ability etc. In order to solve the above problems，it is suggested to improve the education on the knowledge of the instrument structure，integrate the disperse experiments，enhance the students' interest in learning，and conduct special training to strengthen the ability of student on ?the practical application of analysis instrument.

Key words：Instrumental analysis;Experiments;Reformation