儀器分析課程教學(xué)方法的創(chuàng)新與實(shí)踐

趙東宇

摘 要：儀器分析課程是我?；瘜W(xué)、應(yīng)化、環(huán)境工程等專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課程，也是許多學(xué)科進(jìn)行科學(xué)研究不可缺少的關(guān)鍵手段，在教學(xué)、科研、生產(chǎn)和生活實(shí)踐中具有重要作用。傳統(tǒng)的儀器分析授課具有理論性強(qiáng)、枯燥抽象、學(xué)生不易接受等缺點(diǎn)。文章介紹了通過(guò)更新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)授課方式、將課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合等措施，對(duì)儀器分析課程進(jìn)行教學(xué)改革的情況，為提高大學(xué)儀器分析課程教學(xué)質(zhì)量提供幫助。

關(guān)鍵詞：儀器分析；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）04-0064-02

Abstract： Instrumental analysis course is not only a basic course for the chemistry， applied chemistry and environmental engineering students of our university， it is also an indispensable key means for the scientific study of many disciplines. Accordingly， instrumental analysis course has great influence in education， scientific research， production as well life practice. Conventional teaching of instrumental analysis course has many shortcomings such as strong theoretical knowledge， less interest and not easy to accept for the students. In this paper， the teaching reform situation of the course was introduced by means of updating teaching contents， improving teaching ways and incorporation of classroom teaching and the practical applications. This paper will be helpful for improving the quality of teaching of instrumental analysis course in university.

Keywords： instrumental analysis； teaching contents； teaching reform

一、儀器分析課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

儀器分析是研究運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)分離、識(shí)別與測(cè)定物質(zhì)的組成、種類、成分與含量及其化學(xué)形態(tài)的科學(xué)， 是分析化學(xué)的重要組成部分[1]。同時(shí)隨著儀器的普及， 這門(mén)學(xué)科在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍[2-4]?！秲x器分析》課程是一門(mén)理論和技術(shù)含量很高的應(yīng)用性學(xué)科，是我?；瘜W(xué)、環(huán)境工程、應(yīng)化等專業(yè)學(xué)生的一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，其主要教學(xué)內(nèi)容包括光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法及近代分析技術(shù)等。該課程體系匯集了多學(xué)科的最新理論知識(shí)和最新研究成果， 理論深、教學(xué)內(nèi)容涉及面廣， 實(shí)踐性強(qiáng)、更新快、難度大， 需要結(jié)合專門(mén)的儀器分析實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。因此，對(duì)儀器分析課程的教學(xué)進(jìn)行改革，不僅滿足學(xué)生對(duì)儀器分析基本理論及新知識(shí)、技術(shù)的學(xué)習(xí)要求，使未來(lái)的工作更加得心應(yīng)手，更將有利于學(xué)生從事研究生階段的科學(xué)，相應(yīng)的教學(xué)改革已勢(shì)在必行。

目前，儀器分析教學(xué)中存在的主要問(wèn)題是[5，6]：（1）理論知識(shí)較為枯燥，學(xué)生覺(jué)得抽象、不好理解。由于儀器分析包涵了了物理學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科的知識(shí)， 內(nèi)容非常廣泛，有些還涉及量子化學(xué)等艱深的理論知識(shí)，學(xué)生要在短時(shí)間內(nèi)真正掌握很困難；（2）教材的針對(duì)性不強(qiáng)，有些地方內(nèi)容陳舊，跟不上分析儀器的快速更新?lián)Q代，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣難以激發(fā)出來(lái)；（3）儀器分析課程涉及的分析方法眾多，容易混淆。如光譜分析法和色譜分析法、氣相色譜法和液相色譜法等，這些方法名稱只一字之差，但原理和儀器完全不同，“差之毫厘謬以千里”學(xué)生不易分清；（4）課程的邏輯性不強(qiáng)。各種儀器分析方法的原理和操作方式內(nèi)在聯(lián)系不明顯，知識(shí)點(diǎn)較散，不易抓住重點(diǎn)，難以記憶；（5）實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)不同步。所以課堂講到儀器組成結(jié)構(gòu)及工作原理這部分內(nèi)容時(shí)只能紙上談兵， 學(xué)生覺(jué)得枯燥。并且隨著新的分析技術(shù)和新儀器的不斷出現(xiàn)，需要對(duì)課程內(nèi)容隨時(shí)進(jìn)行更新。總之，儀器分析是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感到較難掌握的一門(mén)課程。因此，針對(duì)以上特點(diǎn)，我們?cè)诒ＷC儀器分析主干教學(xué)內(nèi)容基本完整的情況下，在教學(xué)大綱的調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容的講授、課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系及考核體系的多元化等諸多方面進(jìn)行改革探索，獲得了較好的教學(xué)效果。通過(guò)此次教學(xué)改革，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，加深對(duì)儀器分析課程的理解，解決教學(xué)中存在的問(wèn)題。

二、對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題的改革措施

（一）更新教學(xué)內(nèi)容

目前的儀器分析教材主要涉及的內(nèi)容有光學(xué)分析法、色譜分析法、電化學(xué)分析法、質(zhì)譜法等。我們根據(jù)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院的學(xué)科特點(diǎn)，在現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，增加了很多新儀器的和新的分析技術(shù)的介紹，使學(xué)生充分了解分析儀器的最新研究成果和和發(fā)展趨勢(shì)。例如，紅外光譜是一種用途廣泛的分子光譜，在有機(jī)物的分析和鑒定中有著極為重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)紅外光譜分析中非常關(guān)鍵的一步是樣品的制備。我們?cè)诮虒W(xué)中除了學(xué)生向講述了紅外光譜法的基本原理、儀器構(gòu)造和制樣方法-KBr壓片法以外，還向?qū)W生介紹了最新的顯微紅外光譜技術(shù)。這種先進(jìn)的紅外光譜技術(shù)不僅檢測(cè)靈敏度比傳統(tǒng)的紅外光譜法高，最重要的是制樣簡(jiǎn)單，免去了傳統(tǒng)方法用KBr壓片制備樣品的麻煩。我們?cè)谑谡n前錄制了用顯微紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試的錄像，當(dāng)在課堂教學(xué)中放映時(shí)，學(xué)生們看到利用這種新技術(shù)可以對(duì)樣品直接測(cè)試，表現(xiàn)出了極大的興趣，收到了很好的課堂效果。此外我們利用學(xué)院的儀器資源，還為學(xué)生錄制講授了最新型的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的使用，使他們了解了這種傳統(tǒng)的分析儀器所使用的新技術(shù)。此外在講授傳統(tǒng)的氣相色譜、高效液相色譜等章節(jié)時(shí)，向?qū)W生介紹了目前流行的氣相色譜-質(zhì)譜連用及液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，使學(xué)生對(duì)日新月異的新分析儀器有了了解和認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了知識(shí)面。

除了增加新儀器和新技術(shù)的介紹外，我們?cè)诤芏嗾鹿?jié)的概述部分精心安插了儀器發(fā)展史的介紹，這些儀器分析方法背后的故事，激勵(lì)了學(xué)生在儀器方面的志趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性。例如在講述質(zhì)譜法一章時(shí)，給學(xué)生介紹了質(zhì)譜儀的發(fā)明者阿斯頓發(fā)明質(zhì)譜儀的歷史。阿斯頓是英國(guó)物理學(xué)家，長(zhǎng)期從事同位素和質(zhì)譜的研究。他首次制成了聚焦性能較高的質(zhì)譜儀，肯定了同位素的普遍存在，并因此榮獲了1922年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)學(xué)生聽(tīng)到阿斯頓為了證明同位素的存在，數(shù)度攻關(guān)，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)包括有離子源、分析器和收集器三個(gè)部分的可以分析同位素并測(cè)量其質(zhì)量及豐度的新儀器-質(zhì)譜，并最終揭示了同位素的奧秘時(shí)，都對(duì)這種科學(xué)探索精神非常感動(dòng)，亦表現(xiàn)出對(duì)儀器科學(xué)發(fā)展史的濃厚興趣。通過(guò)上述的課程內(nèi)容的革新，精煉了課程內(nèi)容，使學(xué)生接受到“廣而精”的儀器分析基礎(chǔ)理論教育，受到廣大學(xué)生的歡迎和好評(píng)。

（二）豐富教學(xué)方式， 結(jié)合多種授課手段提高教學(xué)質(zhì)量

由于儀器分析課程枯燥內(nèi)容多，我們?cè)诮虒W(xué)中采用了多種授課手段。講授法，問(wèn)答法，探究法和演示法結(jié)合運(yùn)用，取得了很好的教學(xué)效果。除了課上的正常講授，我們每節(jié)課都抽出一定時(shí)間，用于同學(xué)生的問(wèn)答，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和記憶。演示法也是我們常用的一種授課手段。例如上文提到的對(duì)于新型儀器，我們專門(mén)請(qǐng)研究人員演示如何操作，并把操作視頻和講解錄下來(lái)，給學(xué)生以非常直觀的印象。

（三）將所學(xué)課程與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合

儀器分析是門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，廣泛應(yīng)用在生活和生產(chǎn)當(dāng)中。無(wú)論是在藥物分析、食品檢驗(yàn)、大氣檢測(cè)還是石油化工、體育檢測(cè)中都離不開(kāi)分析儀器。為了讓學(xué)生對(duì)于分析儀器的用途有深刻認(rèn)識(shí)，我們?cè)谑谡n之外，指導(dǎo)化學(xué)、應(yīng)化、環(huán)境工程三個(gè)專業(yè)的學(xué)生各完成1項(xiàng)與分析儀器有關(guān)的課題的調(diào)研報(bào)告。通過(guò)調(diào)研核磁共振譜在疾病檢測(cè)中的應(yīng)用，學(xué)生了解到核磁共振作為當(dāng)前臨床疾病診斷中的一種常用手段，目前已經(jīng)在諸多的疾病診斷中得到了較好的應(yīng)用。通過(guò)核磁共振成像所獲得的圖片能夠通過(guò)直觀了解到機(jī)體內(nèi)部的病理變化，為腦部疾病及腫瘤等很多疾病的診斷提供有力的依據(jù)。而對(duì)食品安全檢測(cè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，儀器分析在食品安全中所起的作用更是巨大，涉及氣相色譜、液相色譜、質(zhì)譜等很多儀器分析方法。在食品安全檢測(cè)中，很多樣品可采用氣相色譜儀進(jìn)行定性及定量分析，如蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、糖類、脂肪酸、農(nóng)藥殘留等。而高效液相色譜法應(yīng)用于食品安全檢測(cè)領(lǐng)域，可以對(duì)食品中各類營(yíng)養(yǎng)成分及含量進(jìn)行分離和測(cè)定，另外還可以對(duì)食品中殘留的一些有害的微量物質(zhì)及在食品腐敗過(guò)程中產(chǎn)生的各種毒素進(jìn)行分析。在調(diào)研中學(xué)生還了解到近年來(lái)面世的很多新型專用的高效液相色譜儀，如氨基酸分析儀、糖份分析儀等，在檢測(cè)食品中的營(yíng)養(yǎng)成分及污染物等方面得以充分應(yīng)用。而質(zhì)譜技術(shù)在食品安全檢測(cè)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，其主要通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，超臨界流體色譜-電感耦合等離子-質(zhì)譜聯(lián)用等來(lái)實(shí)現(xiàn)。環(huán)境保護(hù)是現(xiàn)代社會(huì)普遍關(guān)心的問(wèn)題。我們對(duì)環(huán)境工程的專業(yè)學(xué)生提出的色譜分析在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用的課題，引起學(xué)生的研究興趣。在調(diào)研中學(xué)生發(fā)現(xiàn)，環(huán)境監(jiān)測(cè)化學(xué)的發(fā)展極大地依賴于儀器分析技術(shù)的進(jìn)步。氣相和液相色譜作為經(jīng)典的分離技術(shù)和分析方法，以其強(qiáng)大的分離效能、快速靈敏的檢測(cè)能力和準(zhǔn)確有效的測(cè)定結(jié)果，在各種常規(guī)污染物監(jiān)測(cè)分析，包括監(jiān)測(cè)水質(zhì)中的污染物、監(jiān)測(cè)土壤中的殘留農(nóng)藥、監(jiān)測(cè)空氣中的有毒氣體等等方面取得了巨大的成功。通過(guò)對(duì)這些與日常生活密切相關(guān)的分析儀器的使用調(diào)研，學(xué)生認(rèn)識(shí)到先進(jìn)的儀器分析方法在醫(yī)學(xué)、環(huán)保及食品領(lǐng)域的重要地位和發(fā)揮的巨大作用，大大加深了對(duì)儀器分析課程的理解和認(rèn)識(shí)，提升了學(xué)習(xí)興趣。

（四）改革考試方式

儀器分析是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程，需要對(duì)儀器原理的理解，不適宜死記硬背。多元化考核體系的建立，可以全面考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。我們通過(guò)改革考試方式，建立了多元化的考核體系。將考勤、平時(shí)作業(yè)、課程發(fā)言、參加教學(xué)活動(dòng)、小型項(xiàng)目、課程論文、報(bào)告、設(shè)計(jì)或方案，閉卷或開(kāi)卷考試等表現(xiàn)，作為綜合考核成績(jī)。取得了良好的效果，達(dá)到了提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

三、結(jié)束語(yǔ)

我們通過(guò)更新授課內(nèi)容、豐富教學(xué)方式，將課堂理論與實(shí)際相聯(lián)系及完善考核方式等多種手段結(jié)合運(yùn)用，對(duì)儀器分析課程進(jìn)行了改革嘗試。經(jīng)過(guò)這些改革措施，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提升，對(duì)于學(xué)習(xí)儀器分析不再是紙上談兵的感覺(jué)，對(duì)于課程的積極性大為提高，收到了顯著效果。但是儀器分析課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)，所面臨的問(wèn)題也不是一次教學(xué)改革所能全部解決的，在今后的教學(xué)中還需要不斷探索。

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