大型分析儀器的實驗教學(xué)改革策略及效果分析

姜瑞平 徐晶 邵信儒

摘要：通過課前準(zhǔn)備、實驗理論內(nèi)容、具體實際操作、實驗數(shù)據(jù)處理及考核方式等方面的改革，更好地鍛煉了學(xué)生的實驗動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科研素養(yǎng)，充分體現(xiàn)了實驗教學(xué)在本科教學(xué)中的重要作用。

關(guān)鍵詞：儀器分析 實驗教學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號：TH70 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-5349（2018）19-0184-02

儀器分析在現(xiàn)代分析領(lǐng)域的地位日趨重要，在石油、化工、食品、醫(yī)藥以及科技開發(fā)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今時代高教界普遍重視實踐教學(xué)、強化應(yīng)用型人才培養(yǎng)，因此，許多地方高校已將儀器分析列為化學(xué)、食品等專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)課程，以從容迎接和面對新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對高層次應(yīng)用型人才需要的挑戰(zhàn)。[1，2]通過大型分析儀器實驗的開展有利于學(xué)生對于現(xiàn)代分析方法的了解和掌握，但大型分析儀器均操作復(fù)雜，且數(shù)量有限，無法滿足學(xué)生完全由自己實際操作演練的要求，同時可能會因操作不當(dāng)而導(dǎo)致儀器損壞。因此，針對儀器分析實驗教學(xué)體系的特點及現(xiàn)狀，對大型分析儀器的實驗教學(xué)提出改革意見，旨在改善儀器分析實驗的教學(xué)現(xiàn)狀、提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠掌握相關(guān)技術(shù)知識和實操技能。

一、大型分析儀器實驗教學(xué)體系的現(xiàn)狀

大型分析儀器的實驗教學(xué)現(xiàn)狀普遍存在以下特點：①教學(xué)儀器設(shè)備臺套數(shù)不足，學(xué)時偏少，通常是將班級分多個小組，一組3～4人操作，但也不能保證每個學(xué)生可以在4學(xué)時內(nèi)獨立完成實驗操作，同時設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目較少，多為驗證性實驗。[3，4]在有限學(xué)時中往往以教師講解為主，學(xué)生只要按照教師講解的操作步驟按部就班地操作即可順利完成實驗，學(xué)生始終處于完全被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，對所做實驗記憶不深刻，不能有效地掌握實驗技能和方法。[5]②學(xué)生課前不預(yù)習(xí)或預(yù)習(xí)不充分。儀器分析實驗主要是借助于大型精密儀器，如果學(xué)生不提前預(yù)習(xí)，那么對儀器的結(jié)構(gòu)、操作方法等缺乏直觀的認(rèn)知，在這種狀態(tài)下聽課，學(xué)生較被動，無法及時地消化理解教師講授的內(nèi)容，更談不上對于知識的內(nèi)化。③重實驗操作技能，輕樣品前處理。實驗中不同的樣品、不同的實驗?zāi)康木衅涓髯韵鄳?yīng)的樣品前處理方法，但在有限的實驗教學(xué)時間內(nèi)通常是學(xué)生在教師講解后，直接按照要求進(jìn)行實驗操作，樣品的前處理由教師提前準(zhǔn)備好，忽略了學(xué)生對于樣品前處理方式的技能培養(yǎng)。[6]針對這一現(xiàn)狀，以高效液相色譜法（HPLC）實驗為例，對大型分析儀器的實驗教學(xué)進(jìn)行了一些探索。

二、大型分析儀器實驗教學(xué)的改革

（1）重視實驗課前準(zhǔn)備。課前一周將由儀器公司開發(fā)的儀器部件及操作視頻提前發(fā)給即將進(jìn)入實驗室的學(xué)生，要求認(rèn)真觀看，初步了解儀器，并根據(jù)下發(fā)的實驗卡片書寫預(yù)習(xí)報告，了解實驗的內(nèi)容，同時，每組學(xué)生自愿報名和教師一起進(jìn)行實驗前的樣品預(yù)處理準(zhǔn)備工作，了解實驗的全過程。

為了檢查學(xué)生預(yù)習(xí)效果，可在正式教授實驗內(nèi)容前利用5～10min左右提出問題與學(xué)生互動。主要圍繞HPLC相關(guān)的基礎(chǔ)知識，如HPLC的組成、工作原理以及保留時間、峰面積等專業(yè)術(shù)語。此外，還可以與學(xué)生探討更深入的問題，例如，采用HPLC內(nèi)標(biāo)法測定撲熱息痛和阿司匹林中咖啡因的含量，內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法相比較，各自的優(yōu)缺點。通過這種師生互動式學(xué)習(xí)和知識串聯(lián)式學(xué)習(xí)，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊了其思維。[5]

（2）重視實驗理論內(nèi)容的講授方法。通過學(xué)生預(yù)習(xí)，對儀器的測定原理及各部分構(gòu)件有一定認(rèn)知，教師再對儀器設(shè)備的各個部件用實機演示結(jié)合儀器公司開發(fā)的動畫視頻講解一遍，同時講述各項內(nèi)容并強調(diào)注意事項。通過實機演示讓同學(xué)對于設(shè)備有了較為直觀的認(rèn)知，結(jié)合觀看的動畫視頻，這些生動形象的動畫讓學(xué)生對實驗的儀器設(shè)備有了更深刻的理解。

（3）強化實驗操作。教師在給學(xué)生做實機構(gòu)造講解后，打開儀器，從開機、工作站的使用、方法的建立、樣品的準(zhǔn)備與進(jìn)樣分析，整個過程逐一講解，再讓學(xué)生按照要求在教師的指導(dǎo)下完成講授的過程，強調(diào)每個學(xué)生都必須操作一遍。在學(xué)生操作中出現(xiàn)錯誤，要及時糾正，并在實驗結(jié)束后總結(jié)學(xué)生操作上容易出現(xiàn)的錯誤做反向演示，然后由學(xué)生指出錯誤并做正確演示，同時將學(xué)生表現(xiàn)記錄到考核成績中。在學(xué)生實際操作的同時，教師可以給學(xué)生介紹一些其他色譜分析法在實際中的具體應(yīng)用，如離子色譜、液-質(zhì)聯(lián)用，超高效液相色譜等，拓闊學(xué)生的知識面。

（4）加強實驗數(shù)據(jù)處理。處理實驗數(shù)據(jù)時可以讓學(xué)生利用第三方軟件（Excel）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線、計算回歸方程、回歸系數(shù)，利用標(biāo)準(zhǔn)物與樣品色譜圖上的保留時間、峰面積等色譜參數(shù)進(jìn)行定性和定量分析，加深理論知識的學(xué)習(xí)。最后學(xué)生獨立完成一份實驗報告，包括實驗的目的、原理、步驟、數(shù)據(jù)、結(jié)果分析和思考題。

（5）細(xì)化考核方式。根據(jù)學(xué)生課前準(zhǔn)備與出勤情況（10%）、課堂表現(xiàn)與儀器的操作（40%）、實驗效果（10%）、數(shù)據(jù)的后期處理與思考題等實驗報告內(nèi)容的書寫（40%），按一定比例合分，可以較全面地考查實驗課前后效果。其中實驗操作和實驗效果占總成績的50%，主要評價學(xué)生對實驗儀器使用的理解程度，從而綜合評價學(xué)生的實踐動手能力，達(dá)到實驗教學(xué)的目的。對實驗數(shù)據(jù)和報告，要求學(xué)生通過數(shù)據(jù)處理認(rèn)真分析結(jié)果，得出結(jié)論，規(guī)范地書寫實驗報告，實驗報告比重占40%，目的在于通過實驗報告能夠加深學(xué)生對實驗的理解，同時促使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)，不能隨意更改實驗數(shù)據(jù)。

三、教學(xué)反思

在授課過程中，總有一些同學(xué)在實驗整個過程中存在應(yīng)付心理，那么如何調(diào)動這部分學(xué)生的積極性呢？通過與學(xué)生探討與反思，可以通過多途徑激勵學(xué)生：①實驗項目的設(shè)定貼近生活實際。比如利用HPLC法測定飲料中的糖精鈉含量、測定護(hù)膚品中防腐劑的含量等，引起學(xué)生的求知欲，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。②以就業(yè)為背景，加強學(xué)生學(xué)習(xí)能力。以已畢業(yè)學(xué)生的質(zhì)檢、化驗工作為例，說明儀器分析的重要性。[7]③開設(shè)開放性實驗。學(xué)生可以自行選題，通過查閱資料整理好實驗提綱，在實驗指導(dǎo)教師的同意下，在開放時間進(jìn)行實驗探索，這樣可以補充并深化學(xué)生在有限課堂上的所學(xué)知識。[8]

實踐表明：改革后的實驗教學(xué)，學(xué)生不僅對大型分析儀器的原理、構(gòu)造等有了直觀的深刻的理解，而且更好地鍛煉了實際操作能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，充分體現(xiàn)實驗教學(xué)在實踐型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)上的重要作用。

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：趙慧敏