啟發(fā)式及研討式教學在色譜分析課程中的應用

尤慧艷

（大連大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧大連116622）

·教學研究與改革·

啟發(fā)式及研討式教學在色譜分析課程中的應用

尤慧艷*

（大連大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧大連116622）

以色譜專業(yè)課為藍本，運用多個教學實例，闡述了如何應用啟發(fā)式教學模式培養(yǎng)學生的學習興趣，使學生在更深層次上掌握所學理論知識；如何應用研討式教學模式使學生靈活運用所學知識解決實際問題，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

啟發(fā)式；教學模式；興趣；學習；創(chuàng)新能力

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目前，大部分分析化學或儀器分析教科書中都有氣相色譜法、液相色譜法、毛細管電泳色譜法等內(nèi)容，許多高校在專業(yè)課中也開設色譜技術及應用、現(xiàn)代色譜技術等課程，本校也給本科生和研究生開設色譜理論基礎及應用課程，可見色譜課程的重要性。如何讓學生對一門不熟悉的課程感興趣，是教師長期研究的課題；如何通過這門課的教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，更是教師不斷探索的課題。本研究通過多年教學實踐，對如上兩個課題進行了研討，在色譜理論基礎及應用課程授課過程中充分運用啟發(fā)式和研討式教學模式，采取由淺入深、循序漸進的方法，解決教學難點問題，收到了較好的教學效果。

1　啟發(fā)式教學模式的應用研究

啟發(fā)式教學模式就是指教師在課堂教學過程中，充分發(fā)揮主導作用，根據(jù)教學任務和學習客觀規(guī)律，從學生的實際出發(fā)，采用多種方式，以啟發(fā)學生的思維為核心，增強學習目的和動機教育，調動學生學習的主動性和積極性，增強學生獨立分析問題和解決問題的能力。啟發(fā)式教學的實施要求教師將教學目的貫穿于教學的始終，深入研究教學內(nèi)容的邏輯性，運用生動的教學用語和教學實例，循序漸進地引導學生。在啟發(fā)式教學中通常要引導學生理論聯(lián)系實際，體現(xiàn)在化學學科上，就是要充分發(fā)揮化學是一門實驗性學科的特點，將描述聯(lián)系實物，見如下課堂教學實例。

（1）色譜分析法的教學。

色譜分析是儀器分析的三大方法之一。根據(jù)一般教科書中色譜的定義［1，2］，可將其歸納為“色譜是一個分離過程，它利用不同組分在相對運動、相互不溶的兩相，即相對靜止的固定相和相對運動的流動相中的吸附能力、分配系數(shù)、離子交換能力、親和力或分子大小等性質的微小差別，經(jīng)過連續(xù)多次在兩相間的質量交換，使不同組分得到分離?！睘榱吮ＷC科學的嚴謹性，定義中通常術語較多，學生剛接觸色譜法，對方法不熟悉，看到這么長充滿術語的定義，容易產(chǎn)生畏難情緒，此時需舉例說明。鑒于學生剛開始接觸該門課程，第一步可以通過生活實例激發(fā)學生的學習興趣。

可以讓學生先暢想一下游人站在小溪邊，看著小河潺潺流水，內(nèi)有各種魚兒游動，河中有圓圓的鵝卵石，石間長滿了水草，小魚一邊吃著水草，一邊被水流帶著向前游動，多么美麗的一幅畫！正像樣品被分離的過程。小河流水就是流動相，各種魚就是樣品中的各種組分，河中的鵝卵石就好像硅膠固定相，石間的水草就是硅膠上鍵合的C18等各種基團。各種魚兒游動的速度取決于水草的可口與否、鵝卵石的大小和形狀、河水的流速等等，就像樣品中各種組分的運動速度取決于固定相的種類、大小及形狀、流動相的流速一樣。如果游人不能長期駐足又希望小魚兒跟著走，可向河中撒點魚食，魚兒就跟著游人走了，想讓好看的魚兒跟著走，就要撒些它們愛吃的魚食，就像色譜中改變流動相組成進行的條件優(yōu)化。如果水流太急，魚兒來不及吃草就容易被沖跑，所以色譜分離也不能操之過急，洗脫太快則達不到分離的目的。

第二步，可以通過介紹色譜起源的典型實驗，即用傳統(tǒng)柱色譜法分離植物色素，使知識深入一步。

通過描述實驗場景使學生眼前浮現(xiàn)出如圖1所示的實驗示意圖。

圖1　色譜起源實驗示意圖

俄國植物生理學家和化學家次維特在做此實驗時，玻璃柱中放入了碳酸鈣，將待分離的植物色素溶液倒入玻璃柱中，向其中加入石油醚沖洗，看到了色素溶液在向下運動的過程中出現(xiàn)黃綠色、綠色、黃色、橙黃色4條色帶，直至流出玻璃柱。

這一過程就是色譜分離，碳酸鈣就是相對靜止的固定相，石油醚就是相對運動的流動相，植物色素即是被分離的不同樣品組分，玻璃柱即是色譜柱，學生就會印象深刻。接下來可以提問碳酸鈣起什么作用？石油醚起什么作用？它們是否為唯一選擇？進而再講分離機理、固定相與流動相的種類等，這樣學生就很容易接受。

（2）色譜分離機理的教學。

色譜分離機理教學中主要涉及兩個專業(yè)術語，即“差速遷移”和“分布離散”，剛接觸時學生感覺很難，無從下手，可通過體育比賽的例子來模擬。被分離兩組分在柱內(nèi)運動類似于百米賽跑，體育隊與化學隊各出10名優(yōu)秀隊員，體育隊的10名隊員在前，化學隊的10名隊員在后，即色譜中兩組分的差速遷移；每個隊中的隊員也不是同時闖線，或有先后，亦有并列，即色譜中的分布離散（也稱分子離散）。

（3）色譜固定相封端的教學。

目前最常用的色譜固定相是化學鍵合型固定相，最常用的是硅膠上鍵合C18，由于C18碳鏈過長，鍵合覆蓋率不高，硅膠被覆蓋不完全，容易造成峰拖尾，需要用碳鏈短的烷烴封端，學生往往不能理解。課堂上可以舉例，硅膠上鍵合C18類似在一個球體表面接上長長的卷發(fā)，由于彎曲的發(fā)絲之間有空間位阻，單位面積上接種的發(fā)絲有限，球體表面就會有空白，封端類似于在長長的卷發(fā)中間接上位阻小的短發(fā)，使空白位點得到覆蓋。

（4）色譜系統(tǒng)組成的教學。

在介紹色譜儀器五大系統(tǒng)時，可以借鑒圖1的實驗。玻璃柱及柱內(nèi)的固定相構成色譜的分離系統(tǒng)。其他系統(tǒng)可通過啟發(fā)學生思考引出，如植物色素如何加入？石油醚如何加入？量如何控制？是否可以借助儀器？從而引出進樣系統(tǒng)和流動相驅動系統(tǒng)。再提問如果樣品中各組分無色，看不到怎么辦？即可引出檢測系統(tǒng)。接下來信號如何處理？即涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。然后講色譜儀由輸液－進樣－分離－檢測－數(shù)據(jù)處理五大系統(tǒng)構成，學生就很容易掌握，也有興趣學習。

如果講如上各系統(tǒng)的功能及原理，可以進一步引申。如在講檢測器的原理時，教師可提問學生如何能根據(jù)化合物性質檢測到該化合物？可聯(lián)系學生學習過的紫外光譜、熒光光譜等知識，提示學生色譜檢測器大部分與化合物的光分析原理有關，還有一些與電分析原理有關，接著再介紹各種檢測器的檢測原理，并激勵學生在有條件時可以自行研制檢測器，教學過程就會生動許多。

2　研討式教學模式的應用研究

研討式教學模式是以解決問題為中心的教學方式，通過由教師創(chuàng)設問題情境，然后師生共同查找資料，研究、討論、實踐、探索，提出解決問題辦法的方式，使學生掌握知識和技能。研討式教學要求以“導”為主，設置貼近學生生活、富有吸引力的情境，提出有思考價值的問題，要求教師有全面、深刻、獨到的見解，了解學生原有知識基礎和能力水平，并且有熟練利用現(xiàn)代化手段教學的能力。要求學生通過查閱資料、研究討論后解決問題。教師要收集足夠的資料，便于雙方節(jié)約時間，變原來的組織教學為討論講解，引導學生利用資料表達自己的看法，教師應珍視之，并予以鼓勵。教師還要參與多方面的研討，使研討式教學既有廣度又有深度［3］。

（1）關于制備色譜條件選擇的教學。

在講授各種色譜分析方法時，經(jīng)常要講條件優(yōu)化，學生在設計實施色譜實驗時，也會變換各種方法改變實驗條件，特別是在沖洗劑中添加劑的選擇上，如加入手性選擇劑、離子液體等，以提高分離效率。在基礎研究中，這些都無可非議，但是在應用研究中就會出現(xiàn)問題，如在進行制備色譜條件選擇的教學時，如果采用上述方法選擇色譜條件往往就會脫離實際。實際上在藥廠進行藥物分離純化的色譜條件選擇時是非常受限制的，沖洗劑要與前面工序保持一致，不可以隨意更換，藥廠常用氯仿、甲醇、水，只能在此基礎上進行優(yōu)化，否則藥廠就需要重新報批，周期很長，影響效益。學生在實驗室做實驗，如果玻璃容器被打碎，隨手就可換一個塑料的，但這在藥廠是絕不允許的，要提供證明塑料對生產(chǎn)藥品無害的、完整的證明材料報批。除此之外，實際生產(chǎn)中還要考慮成本等諸多因素。因此進行這樣的教學之前，應提出如何在藥廠進行藥物分離純化等問題，先請學生查閱相關文獻，有條件時最好帶學生到藥廠或請藥廠的技術人員來校交流，沒有條件時教師要扮演用戶角色，先與學生研討，讓學生了解實際需要，這樣才能培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

（2）樣品前處理方法選擇的教學。

色譜分析過程中，樣品前處理所占的時間為60%，提高前處理效率顯得格外重要。教學過程中在講解各種樣品前處理通用方法（如過濾、離心、蒸餾、蒸發(fā)濃縮、消解、微波提取、超聲提取、膜透析、生物樣品水解、蛋白沉淀、萃取等）的基礎上，請學生就食品樣品前處理進行研究?？梢赃x擇水果、蔬菜、奶類等不同食品，讓學生查閱資料，特別提示學生查閱并參考國家標準和行業(yè)標準中對于各類食品前處理的具體要求，設計出食品樣品前處理實驗方案，在課堂上交流研討，然后教師根據(jù)分析方法學的要求進行評價，從而培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

通過如上教法研究和教學實例，培養(yǎng)了學生的學習興趣和創(chuàng)新能力，加深了學生對知識的深入理解與應用。

［1］傅若農(nóng).色譜分析概論.第2版.北京:化學工業(yè)出版社，2008.

［2］李發(fā)美.分析化學.第7版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2012.

［3］http://baike.baidu.com/view/5980152.htmh

Application of Heuristic and Research Teaching in the Course of Chromatography Analysis

YOU Hui-Yan*
（College of Environmental and Chemical Engineering，Dalian University，Dalian 116622，Liaoning Province，P.R.China）

Based on the chromatography course，we discussed how to cultivate students'interest and creative ability by using heuristic teaching and research teaching mode.Some examples used during the practice were given in the paper.The practice has proved that both teaching modes are important for further improving students'knowledge.

Heuristic teaching；Teaching mode；Interest；Study；Creative ability

G64；O657.7

10.3866/PKU.DXHX201602013

，Email:dlyhy@dicp.ac.cn