從實際問題出發(fā)的儀器分析實驗教學改革

付翠翠　石文兵

摘要：針對儀器分析實驗教學的一些現狀，結合國內外同行對儀器分析實驗教學改革取得的進展，提出從實際問題出發(fā)的儀器分析實驗教學改革的初步探索，旨在提高儀器分析實驗教學質量，培養(yǎng)學生分析問題和解決實際問題的能力。

關鍵詞：儀器分析實驗；教學改革；實際問題

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0111-02

儀器分析實驗是分析化學的重要組成部分，它是以物質的物理和化學性質為基礎，利用較為特殊的儀器，對物質進行定性、定量以及形態(tài)分析的一種實驗方法[1]。儀器分析技術在解決實際問題方面發(fā)揮著重要作用，成為社會發(fā)展最為依賴的科學之一。為了與科學技術的發(fā)展相適應，高校教師對儀器分析人才的培養(yǎng)要著重培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

一、普通高校儀器分析實驗教學現狀分析

1.儀器分析實驗是一門實踐性很強的課程，是分析化學重要的教學環(huán)節(jié)之一。然而，與理論教學相比，許多普通高校儀器分析實驗課程安排的學時較少，學生通過上實驗課進行親身實踐，解決問題的機會不多。

2.實驗室儀器設備種類不全，數量不足，部分損壞的儀器得不到及時修理，導致許多理論課上涉及的實驗項目無法開設實驗教學，使得學生對儀器分析知識的學習不夠直觀深入，甚至無法理解。

3.由于受到以上兩點，即課時和儀器數量的限制，加之學生人數較多，很多儀器分析實驗項目都是采取多人一組的形式進行教授，但是卻無法保證每個學生都有機會操作儀器。一些學習興趣不高的學生在整個過程中采取觀望的態(tài)度，導致對該實驗項目的學習不完整，印象不深刻，甚至有學生在做完實驗后，還不知道如何使用儀器，更不知道如何利用該技術解決實際問題。

二、儀器分析實驗教學改革取得的進展

1.教學方法的改革。為了充分發(fā)揮學生的主觀能動性，儀器分析實驗課在教學方法上不斷做出改革。實驗教學不再是單調乏味的講授法，而是多種方法有機結合。比如，討論法，教師對主要內容進行講解后，讓學生通過討論，自行設計實驗流程。實驗過程中遇到問題，也是鼓勵學生通過討論，集思廣益，想辦法去解決，這樣便可以充分激發(fā)學生主動學習和思考的潛能；競爭法，將學生分成若干小組，每個小組自行安排實驗分工，互相競爭完成相應的實驗項目，教師對實驗過程和結果進行監(jiān)督和檢查，這樣不但可以培養(yǎng)學生的合作能力，而且能夠增強集體榮譽感；獎勵法，每個學生按照實驗操作步驟獲得相應的得分獎勵，就像理論考試題的采分點，為了得到最終的結果，可能有不同的實驗路線，教師酌情給分，并將實驗操作得分，作為儀器分析實驗課最終成績的獎勵分，這種方法能夠引起學生對實驗細節(jié)的重視，養(yǎng)成良好的實驗習慣。

2.教學手段的改革。21世紀是信息、網絡高速發(fā)展的時代，為了適應時代的需求，充分汲取社會發(fā)展的最新成果，許多普通高校將多媒體教學手段引入儀器分析實驗課堂，利用生動的視頻畫面展示儀器的組成、構造、原理等內容。有聲的畫面比書本上的文字更能吸引學生的注意力，有利于學生對儀器基本信息進行直觀的了解，為自己動手進行實驗操作做好預習。此外，隨著科學技術的發(fā)展，儀器設備的更新速度很快，學生實驗室的儀器很難做到與時俱進。為了保證學生可以接觸到先進的儀器和技術，某些儀器分析實驗可以到學校附近的質檢部門或者研究機構進行現場教學。通過參觀學習，可以使學生充分理解分析化學是什么，認識到儀器分析實驗的重要性，為以后利用所學知識解決實際問題打下基礎。

3.教學理念的改革[2]。許多儀器分析實驗項目是學生畢業(yè)論文選題青睞的對象，所以，在上課的過程中，引入科學研究的理念非常重要。許多教師將自己的科研成果融入課堂教學，向學生介紹如何設計科學實驗，指導學生根據實驗項目查閱相關文獻，有興趣的學生可以加入到教師的科研小組，熟悉各種儀器的使用，學習數據的處理方法，學會對實驗結果進行分析和總結，為以后書寫畢業(yè)論文做好準備。

三、從實際問題出發(fā)的儀器分析實驗教學改革初探

由問題引發(fā)的教學并不是一個新概念，早在20世紀60年代中期，堪薩斯大學的Herbert Laitinen教授就提出以問題解決為基礎的分析化學本科課程的開發(fā)，在成為分析化學（Analytical Chemistry）雜志的編輯后，他寫道：“分析樣本并不是分析化學的真正目的，分析的真正目的是解決問題。”[3]比利時根特大學Timmers等人認為，分析化學教師應該扮演教練的角色，訓練學生養(yǎng)成獨立解決各種問題的能力[4-5]。然而，許多畢業(yè)生在走向分析化學相關的工作崗位之后，不能適應產業(yè)要求，缺乏解決實際問題的能力。由此可見，高校分析化學課程要高度重視理論與實際相結合，儀器分析實驗教學改革勢在必行。

1.在儀器分析實驗課程中引入社會項目。在本科教學中引入與實際生產生活相關的社會項目，有助于學生將理論或者實驗課中學習到的內容用于解決實際問題。加利福尼亞大學對本科化學專業(yè)學生開設的儀器分析實驗包括用紅外光譜對生物柴油進行定量研究。生物柴油作為一種可再生燃料來源，可以減少溫室氣體和微粒排放，可以在美國生產，備受社會關注。該實驗通過教師指導學生制備生物柴油并使用FTIR定量監(jiān)測反應和確定混合物，使得學生能夠充分了解這些可用于汽車發(fā)動機油的生物柴油的生產過程。這種與社會生產息息相關的實驗一直做下去，其教學效果是非常好的。

2.在儀器分析實驗課程中引入實際案例。近年來，藥品安全突發(fā)事件時有發(fā)生。與常規(guī)檢測不同，應急檢驗的樣品一般都含成分不明物質，這將考驗實驗技術人員解決實際問題的能力。在儀器分析實驗教學中，以服用藥物過量致人死亡的案件為例，設計一個典型的高效液相色譜（HPLC）實驗，可以引起學生的興趣。學生利用HPLC對模擬死亡案件的胃液進行分析判斷，查找死因。讓學生做HPLC實驗，確定涉及藥物的含量，并自己上網查找這些藥物的允許量和致死量。這樣的內容其實與儀器分析實驗課上所做的HPLC實驗是一樣的，但是這樣以實際案例為背景設計實驗，學生更愿意去做。在該HPLC實驗中，學生們分工合作，分別進行試樣準備、儀器操作、查找資料、結果分析等步驟，可以培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。這樣的案例型儀器分析實驗課程改革值得提倡。由此可見，通過將實際問題引入到儀器分析實驗教學當中，可以使枯燥的樣品分析變得充滿啟發(fā)性，富有趣味性。學生在很大程度上參與整個過程，學會如何定義問題，討論如何處理問題。我們給學生盡可能大的想象空間，即使在某些情況下，他們選擇的方法可能不完全按照預想的那樣發(fā)揮作用。培養(yǎng)學生積極的實驗態(tài)度，獲得解決實際問題的能力，便是這門課程最重要的貢獻。

四、結論

以上結合國內外同行在儀器分析實驗教學中的一些動向，討論以實際問題為基礎的儀器分析實驗教學改革問題。提出在儀器分析實驗教學中，引入社會項目和實際案例，將實驗課程變得生動有趣。這樣的課程從實際問題出發(fā)，注重從教學過程中培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，使學生獲得獨立解決各種問題的能力。

社會的發(fā)展正在給分析化學人才的培養(yǎng)帶來新的挑戰(zhàn)。只有通過對實驗教學的不斷改革，提高儀器分析在化學學科中的地位，才能為培養(yǎng)真正能適應社會發(fā)展的高素質人才做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]陳國松，陳昌云.儀器分析實驗[M].南京：南京大學出版社，2009.

[2]邰佳，沈飛.寓教于研的儀器分析實驗教學改革探討[J].廣州化工，2017，45（3）：109-111.

[3]Laitinen，H.，Anal.Chem.，1966，38，1441.

[4]Timmers S.，Baeyens WRG.，Remon JP.，Nelis H.，Microchimica Acta，2003，142 （3）：167-175.

[5]俞汝勤.漫談分析化學教學改革與課程建設[J].大學化學，2008，23（5）：1-6.