與時(shí)俱進(jìn)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)

楊孝容 張穎 宋九華 成英 曾紅耀 溫志國(guó)

摘要：隨著購(gòu)置大型儀器的種類(lèi)和臺(tái)件數(shù)增加，儀器分析實(shí)驗(yàn)的硬件條件有了較大改善。及時(shí)修訂人才培養(yǎng)方案和儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)整實(shí)驗(yàn)實(shí)施的手段和方法。與時(shí)俱進(jìn)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：儀器分析實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；與時(shí)俱進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）24-0272-03

為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求和教育教學(xué)改革發(fā)展要求，落實(shí)“推進(jìn)綜合改革，加快轉(zhuǎn)型發(fā)展”的戰(zhàn)略，學(xué)校開(kāi)展了2015年版本科人才培養(yǎng)方案的制訂工作，2017年對(duì)2015版培養(yǎng)方案做了修訂，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)調(diào)整了課程體系和課程學(xué)時(shí)數(shù)。我院化學(xué)師范專(zhuān)業(yè)、化學(xué)非師范專(zhuān)業(yè)、制藥工程專(zhuān)業(yè)，《儀器分析實(shí)驗(yàn)》作為一門(mén)課程單獨(dú)設(shè)置，分別為專(zhuān)業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)時(shí)數(shù)從24學(xué)時(shí)到32學(xué)時(shí)再到48學(xué)時(shí)。環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的《儀器分析及實(shí)驗(yàn)》為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)（理論）+32學(xué)時(shí)（實(shí)驗(yàn)）。實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)增加，一方面學(xué)校近年來(lái)投入大量的資金購(gòu)買(mǎi)了大量的儀器，使儀器分析實(shí)驗(yàn)的硬件條件有很大改善，能夠滿(mǎn)足開(kāi)設(shè)48學(xué)時(shí)的儀器設(shè)備；另一方面儀器分析實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面的作用越來(lái)越大，有許多經(jīng)典的化學(xué)分析方法漸漸被儀器分析方法取代，儀器分析在科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品安全和工業(yè)生產(chǎn)等等各領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。我校根據(jù)辦學(xué)條件和社會(huì)對(duì)人才需求及時(shí)修訂培養(yǎng)方案和課程大綱，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)整實(shí)施實(shí)驗(yàn)的方法和手段，培養(yǎng)滿(mǎn)足社會(huì)需求的較為全面的應(yīng)用型人才。

一、教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

最近五年新購(gòu)進(jìn)的大型儀器有：布魯克D8 Venture CMOS雙光源單晶衍射儀；布魯克AVANCEIII 400MHz核磁共振波譜儀，賽默飛Trace 1310 ISQ氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，島津LC-MS 8030三重四極桿液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，安捷倫SD-1制備色譜儀，賽默飛ICS-900離子色譜儀，北京瑞利AF-630A原子熒光光譜儀和WQF-530傅立葉變換紅外光譜儀，普析A3原子吸收分光光度計(jì)，上海屹堯COOLPEX微波消解儀，普析TU-1950和北分瑞利UV-2200紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，島津蘇州GC-2014C 3臺(tái)（分別配有TCD＼ECD＼FID＼FPD檢測(cè)器和自動(dòng)進(jìn)樣器、頂空進(jìn)樣器和熱脫附進(jìn)樣器），島津LC-16高效液相色譜儀配二極管檢測(cè)器和自動(dòng)進(jìn)樣器。根據(jù)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)和我院儀器設(shè)備，《儀器分析》理論教學(xué)分為光分析、電化學(xué)分析、色譜分析和質(zhì)譜分析四個(gè)板塊；與之相應(yīng)的《儀器分析實(shí)驗(yàn)》也是這四個(gè)板塊。但儀器分析實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)主要從分析檢測(cè)的角度，如理論教學(xué)講授“核磁共振”，在有機(jī)物結(jié)構(gòu)表征中功能強(qiáng)大，但不是常規(guī)的分析檢測(cè)儀器，在儀器分析實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有安排項(xiàng)目；光分析中講授的發(fā)射光譜有分子發(fā)光光譜、原子熒光分析和原子發(fā)射光譜分析，在實(shí)驗(yàn)中只安排了分子熒光的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，原子發(fā)射光譜儀沒(méi)有，在實(shí)驗(yàn)大綱中沒(méi)有涉及。核磁共振和原子熒光等儀器相關(guān)實(shí)驗(yàn)放在學(xué)生技能拓展板塊。儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱設(shè)計(jì)的項(xiàng)目見(jiàn)表1。

二、小組循環(huán)制實(shí)驗(yàn)

儀器分析實(shí)驗(yàn)不同于其他實(shí)驗(yàn)課程，儀器的臺(tái)件數(shù)不能滿(mǎn)足一個(gè)班同時(shí)開(kāi)展一、二個(gè)實(shí)驗(yàn)，采用小組循環(huán)制，每個(gè)教學(xué)班分6—8組，每組4—6人，每次實(shí)驗(yàn)課的教師3—4人，每位教師負(fù)責(zé)1—2組，指導(dǎo)1—2個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)講解儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理、軟件操作、參數(shù)設(shè)置、條件優(yōu)化等。小型儀器的型號(hào)和臺(tái)件數(shù)較多，如酸度計(jì)、可見(jiàn)分光光度計(jì)和庫(kù)侖滴定儀，在實(shí)驗(yàn)中保證1—2個(gè)學(xué)生使用一臺(tái)，這些小型儀器廠家和型號(hào)較多，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中相互交換，不同廠家儀器操作界面有一定差異，體會(huì)儀器操作的共性。紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、自動(dòng)電位滴定儀、微波消解儀、熒光分光光度計(jì)、電化學(xué)系統(tǒng)等儀器都有2—3臺(tái)，保證2—3位學(xué)生用一臺(tái)；而大型儀器氣相色譜-質(zhì)聯(lián)用儀、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、離子色譜儀、傅里葉變換紅外光譜儀分別只有1臺(tái)，這些儀器上開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一組4—6人用一臺(tái)儀器，在實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生交換操作，實(shí)驗(yàn)實(shí)際時(shí)間往往超出實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)數(shù)。

三、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)

為了讓每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中都有動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，對(duì)儀器的工作原理、工作環(huán)境、軟件操作、參數(shù)設(shè)置、條件優(yōu)化、分析對(duì)象、使用注意事項(xiàng)等充分地理解和掌握，根據(jù)每期全院開(kāi)課計(jì)劃、上課教師、開(kāi)設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)班級(jí)、實(shí)驗(yàn)教師的專(zhuān)長(zhǎng)等，安排3—6位實(shí)驗(yàn)教師參與儀器分析實(shí)驗(yàn)課的指導(dǎo)工作。實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)是儀器分析實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量的保證和前提，目前承擔(dān)儀器分析理論和實(shí)驗(yàn)的教師隊(duì)伍人數(shù)有8人，教授/研究員2人、副教授3人和中級(jí)職稱(chēng)3人。目前教師隊(duì)伍的教學(xué)、科研和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)都非常豐富，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的講授和應(yīng)用方面都非常熟練，實(shí)際案例多，理論和實(shí)踐緊密結(jié)合。

四、教師科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教師科研成果直接引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將教學(xué)和科研緊密結(jié)合相互促進(jìn)?？蒲谐晒远喾N方式引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等，如文獻(xiàn)[1]用在“紫外-可見(jiàn)分光光度法”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；文獻(xiàn)[2，3]用在電位分析法的“電位滴定法”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；文獻(xiàn)[4-6]用在高效液相色譜法的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“高效液相色譜法測(cè)定天然藥物活性成分的含量”；文獻(xiàn)[7-9]用在分子發(fā)光分析法的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“學(xué)習(xí)熒光光度計(jì)的使用及分析應(yīng)用”。在開(kāi)課計(jì)劃和任課教師確定后，在實(shí)驗(yàn)大綱的框架下，由實(shí)驗(yàn)主講教師和各實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師共同協(xié)商決定開(kāi)出的具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中三分之一來(lái)自教師科研。

五、實(shí)踐周和專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充和提升儀器分析實(shí)驗(yàn)

化學(xué)專(zhuān)業(yè)和制藥工程專(zhuān)業(yè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)48學(xué)時(shí)，環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)32學(xué)時(shí)。現(xiàn)有的各種儀器無(wú)法在實(shí)驗(yàn)課程中都安排。我校每期各專(zhuān)業(yè)都有為期一周的實(shí)踐周，實(shí)踐周的內(nèi)容安排多種多樣，到企業(yè)、質(zhì)檢、監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)、科研院所等參觀見(jiàn)習(xí)、蹲點(diǎn)學(xué)習(xí)，校內(nèi)安排先前課程的綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、儀器鞏固、新儀器學(xué)習(xí)等。根據(jù)專(zhuān)業(yè)不同，學(xué)習(xí)新儀器，如核磁共振在化學(xué)師范、化學(xué)非師范和制藥工程專(zhuān)業(yè)安排，原子熒光光譜法在環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)安排。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、液相色譜、氣相色譜、原子吸收光譜法、紫外-可見(jiàn)光譜法等在各專(zhuān)業(yè)實(shí)踐周先后都安排。在大三下學(xué)期，各專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，專(zhuān)業(yè)綜合課程由多個(gè)不同專(zhuān)業(yè)的教師組成，共同協(xié)商設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制訂教學(xué)計(jì)劃和擔(dān)任相應(yīng)部分的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，如2016級(jí)化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“二苯乙醇酸的綜合實(shí)驗(yàn)”，該綜合實(shí)驗(yàn)包括以下方面，有機(jī)老師設(shè)計(jì)“兩種路徑合成二苯乙醇酸”；分析老師設(shè)計(jì)“采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照高效液相色譜法檢測(cè)二苯乙醇酸中安息香和二苯乙二酮雜質(zhì)的含量”、“液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)二苯乙醇酸和二苯乙二酮的雜質(zhì)”、“酸堿滴定法測(cè)定合成二苯乙醇酸的純度”、“二苯乙醇酸的紫外光譜和表觀摩爾吸光系數(shù)測(cè)定”和“自動(dòng)電位滴定法測(cè)定二苯乙醇酸的解離平衡常數(shù)Ka（購(gòu)買(mǎi)二苯乙醇酸）”。所以?xún)x器分析實(shí)驗(yàn)是一門(mén)交叉性的課程，貫穿于其他課程、服務(wù)于其他課程。

六、開(kāi)放儀器室

儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和學(xué)習(xí)，貫穿在實(shí)驗(yàn)課堂之前、之中和之后，有的學(xué)生在課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上先到實(shí)驗(yàn)室看看儀器，對(duì)照儀器說(shuō)明書(shū)先熟悉軟件操作，設(shè)置參數(shù)的界面等；實(shí)驗(yàn)后在數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)中，發(fā)現(xiàn)代表性圖譜選擇不當(dāng)需要到實(shí)驗(yàn)室重新截圖，由于實(shí)驗(yàn)條件選擇不當(dāng)數(shù)據(jù)不好，部分學(xué)生提出重新實(shí)驗(yàn)，從頭到尾自己親自操作、鞏固實(shí)驗(yàn)的整個(gè)流程和儀器使用，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件重新采集數(shù)據(jù)等等。實(shí)驗(yàn)課前和課后學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間比實(shí)驗(yàn)中的時(shí)間更多。儀器室在時(shí)空上全方位向正在開(kāi)設(shè)和已經(jīng)開(kāi)設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)的學(xué)生開(kāi)放，時(shí)間上包括學(xué)生自習(xí)、雙休日和寒暑假。儀器室的管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)、儀器室開(kāi)放、畢業(yè)論文、學(xué)生科研等的保障。儀器室有常規(guī)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、儀器設(shè)備管理、周末和節(jié)假日儀器使用管理等一系列的規(guī)章制度，保障了實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備正常使用，滿(mǎn)足了學(xué)生學(xué)習(xí)、科研和畢業(yè)論文等使用儀器和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的需要。學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，實(shí)驗(yàn)教師、實(shí)驗(yàn)室管理人員對(duì)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真的培訓(xùn)，保證學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室的安全，同時(shí)養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

七、結(jié)束語(yǔ)

儀器分析實(shí)驗(yàn)是我院各專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課，根據(jù)社會(huì)需求和我院儀器設(shè)備的種類(lèi)和臺(tái)件數(shù)的增加和更新，及時(shí)修訂培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，認(rèn)真制訂教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。把新購(gòu)買(mǎi)的在企業(yè)、質(zhì)檢、分析機(jī)構(gòu)等應(yīng)用廣泛的儀器，盡可能貫穿在有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。與后續(xù)課的實(shí)驗(yàn)課程教師討論協(xié)商，設(shè)計(jì)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，補(bǔ)充和升華儀器分析實(shí)驗(yàn)，將教師科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，科研和教學(xué)相互促進(jìn)，全方位開(kāi)放儀器室，為學(xué)生課程學(xué)習(xí)、綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文、學(xué)生科研等服務(wù)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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