色譜分析課程教學(xué)方法改革

邱　琦, 呂維忠

(深圳大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 廣東 深圳　518060)

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色譜分析課程教學(xué)方法改革

邱琦, 呂維忠

(深圳大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 廣東 深圳518060)

色譜分析課程受重理論而輕實(shí)踐的影響和教育經(jīng)費(fèi)等因素的限制,并且教學(xué)方法單一，不再適用于當(dāng)代大學(xué)生探求新知識(shí)的需求。任課教師需從提升自身色譜分析實(shí)驗(yàn)素質(zhì)出發(fā),積極創(chuàng)新理論課堂教學(xué)方法,靈活結(jié)合多媒體,將課堂講授和問答、課堂實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)室演示、課內(nèi)與課外相結(jié)合,激發(fā)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng),努力提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力,提高學(xué)生對(duì)色譜課程學(xué)習(xí)的積極性。

色譜分析； 儀器分析； 教學(xué)改革

色譜分析是分析化學(xué)及儀器分析學(xué)科的一個(gè)重要分支,是生命科學(xué)、食品科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、藥物和臨床分析、石油化工等領(lǐng)域必不可少的分析監(jiān)測(cè)方法,并發(fā)展成為高效、節(jié)能的分離工程技術(shù),尤其是在藥物、食品質(zhì)量控制等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。色譜分析課程在相關(guān)專業(yè)課程體系中有著較為重要的作用,該課程的設(shè)置對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握色譜分離原理，特別是選擇有效的色譜操作條件十分必要,是為相關(guān)專業(yè)的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供支撐的大學(xué)課程之一。

1　色譜分析課程面臨的問題

色譜分析課程是學(xué)院近年來開設(shè)的課程,沒有現(xiàn)成教案或者教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可循,雖然學(xué)生在儀器分析課程中對(duì)色譜分析的基本原理有所了解,如氣相色譜、液相色譜等分析方法,對(duì)氣相色譜和液相色譜儀器的操作、有所接觸,但是理論知識(shí)普遍欠缺。

學(xué)生對(duì)色譜分析技術(shù)多感覺新奇陌生,希望能夠多接觸色譜實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解,從而提升學(xué)習(xí)興趣[1]。但是各類色譜分析儀器均較為昂貴,最便宜的氣相色譜儀器也要約10萬元人民幣一臺(tái),而液相色譜、薄層色譜等儀器更加昂貴,多數(shù)院校只配有一臺(tái)色譜儀器供實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用。在儀器分析課程實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生實(shí)際操作色譜儀的時(shí)間很少[2]。色譜分析課程本科學(xué)生人數(shù)通常較多,每學(xué)期約60人左右,該課程在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面難度較大,故學(xué)院沒有設(shè)置配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué),無形中增加了學(xué)生理解和掌握色譜分析內(nèi)容的難度。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏造成學(xué)生對(duì)理論知識(shí)普遍理解不足[3],因此在純理論性的課堂教學(xué)中注意力容易分散,影響教學(xué)效果。對(duì)于該門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性對(duì)教師來說也就充滿了挑戰(zhàn)。

2　教學(xué)方法改革的新舉措

針對(duì)色譜分析課程面臨的問題,除了撰寫和完善色譜分析課程教案和講義為色譜分析課程的持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)外,我們也嘗試尋找其余多種途徑激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.1提升任課教師的素質(zhì)和能力

學(xué)生在學(xué)完課程理論知識(shí)后,對(duì)于各種色譜的應(yīng)用范圍和適用體系的認(rèn)識(shí)仍比較模糊,不懂得如何將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中。教師有必要提升自身的色譜分析素質(zhì)[4],通過在不斷的實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn),將實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論結(jié)合,積極參與到學(xué)院色譜實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理中:負(fù)責(zé)學(xué)院氣相色譜儀器的日常維護(hù)、學(xué)生儀器操作培訓(xùn)和樣品檢測(cè)；利用各種機(jī)會(huì)熟悉各類色譜儀器操作；利用課余時(shí)間參加校外色譜方面的專業(yè)培訓(xùn)。此外,還通過文獻(xiàn)檢索了解色譜儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的新進(jìn)展及應(yīng)用,將色譜教學(xué)和有機(jī)化學(xué)[5]、醫(yī)藥分析等結(jié)合,在理論講解中多給學(xué)生展示一些樣品分離檢測(cè)的實(shí)際例子,彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的欠缺。

教師平時(shí)在實(shí)踐中積累較為豐富的實(shí)際操作和解決色譜問題的經(jīng)驗(yàn),在理論課講解時(shí)就能夠提供較為生動(dòng)的實(shí)例與理論內(nèi)容結(jié)合起來,使學(xué)生對(duì)于色譜分離方法的理解更加深刻。在講解每一個(gè)新知識(shí)點(diǎn)時(shí),盡量結(jié)合學(xué)生日常生活中熟悉的例子[6],激發(fā)學(xué)生的好奇心,提高探索新知識(shí)的興趣。比如結(jié)合剛剛獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的屠呦呦分離青蒿素中有效成分的事例,引出中藥分析的首選方法就是色譜分析的方法,可以實(shí)現(xiàn)快速無損地分離和分析中藥中的活性成分[7]。

2.2突出實(shí)踐應(yīng)用,使色譜分析課程內(nèi)容多元化

學(xué)生在色譜課程中即使系統(tǒng)學(xué)習(xí)了理論知識(shí),仍然不會(huì)或者不敢操作色譜儀器,造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易感覺難懂、乏味,提不起興趣。即使是使用多媒體視頻進(jìn)行教學(xué),雖然比單純的靜態(tài)PPT圖片展示效果要好,比如氣相色譜進(jìn)樣口的拆與裝、進(jìn)樣口玻璃襯管的更換與選擇、氣相色譜柱的切割與安裝等[8],但是這些教學(xué)型的錄像往往講解比較單調(diào),仍然較難吸引學(xué)生的課堂注意力。應(yīng)盡量從學(xué)生熟悉的日常生活中引入相關(guān)知識(shí)點(diǎn),提升學(xué)生的注意力,具體有以下3種方法:

2.2.1方法一,播放與日常生活相關(guān)的多媒體視頻,彌補(bǔ)色譜理論課程中實(shí)驗(yàn)的不足

在流行的美國(guó)電視連續(xù)劇《犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查》(CSI)中,色譜分析是一種出現(xiàn)頻率較高的分析手段,我們有意識(shí)地截取故事情節(jié)中含色譜分析的片段,在講解到相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)播放,使學(xué)生形象了解色譜技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。例如,在講到氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀器(GCMS)的用途以及樣品采集在色譜分析中的重要性時(shí),播放了一段《CSI·拉斯維加斯》中約3min的片段。故事中,警方調(diào)查一起在男衛(wèi)生間發(fā)生的兇殺案,從空氣中氣體樣品的采集,到氣體樣品的GCMS分析以及氣體樣品的質(zhì)譜譜圖檢索都有描述,形象展示了樣品從采集、前處理到色譜測(cè)試和結(jié)果分析這些關(guān)鍵步驟,比播放單調(diào)的教學(xué)錄像生動(dòng)許多。錄像結(jié)束后,針對(duì)錄像中所采用的樣品采集方法及分析方法逐條進(jìn)行討論,學(xué)生參與的積極性高、興趣濃厚、注意力更加集中,學(xué)習(xí)效果更好。

2.2.2方法二,課堂實(shí)踐和理論學(xué)習(xí)結(jié)合

通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單生動(dòng)的課堂小實(shí)驗(yàn),克服目前色譜實(shí)驗(yàn)儀器有限、學(xué)生數(shù)量較多的困難。在講平面色譜這一章時(shí),設(shè)計(jì)了一個(gè)紙色譜分離色素的實(shí)驗(yàn)。色素分離實(shí)驗(yàn)對(duì)許多學(xué)生都不陌生,在中學(xué)生物課中做過葉綠素的分離,多采用紙色譜或者柱色譜進(jìn)行分離,使用有機(jī)溶劑為流動(dòng)相。針對(duì)大學(xué)生的特點(diǎn),課程設(shè)計(jì)的紙色譜實(shí)驗(yàn)是分離寫字筆中的色素。

在實(shí)驗(yàn)前先放了一段《CSI·拉斯維加斯》中截取的1.5min錄像。故事中警察WarrickBrown和GregSanders懷疑一份工作訂單(WorkOrder)中的日期被篡改,在確認(rèn)該文件是原始文件(不是復(fù)印件)后,SaraSidle將文件中的日期剪下來,將日期中每一個(gè)數(shù)字的墨水分別溶解在有機(jī)溶劑中,然后用毛細(xì)管將溶解了墨水的溶液點(diǎn)樣、層析分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過比較色素斑點(diǎn)的位置判斷出日期的確是被篡改了。

雖然是英文錄像,但是配上字幕和故事情節(jié),錄像播放完后學(xué)生仍意猶未盡。針對(duì)錄像又設(shè)計(jì)了若干問題:錄像中使用了哪種類型的色譜分析方法？判斷案件中的日期被更改的理論依據(jù)是什么？引起學(xué)生對(duì)薄層色譜的分析方法和比移值的關(guān)注和興趣。

課堂實(shí)驗(yàn),內(nèi)容是對(duì)日常生活中常用的寫字筆進(jìn)行紙色譜分離。筆是學(xué)生平時(shí)寫字用的筆,各種顏色的都可以,在課前已讓學(xué)生自己準(zhǔn)備好；層析用的紙色譜是實(shí)驗(yàn)室抽濾常用的圓形濾紙,事先在圓心處用剪刀剪出一個(gè)十字的缺口,缺口處由學(xué)生自己插入一小條吸水的餐巾紙。雖然實(shí)驗(yàn)采用比較便宜的紙色譜,層析實(shí)驗(yàn)也只是寫字筆的色素分離,但學(xué)生感覺是在驗(yàn)證破案的方法,都饒有興致地觀察層析的過程。由于每組學(xué)生點(diǎn)樣的筆都不相同,實(shí)驗(yàn)過程中,鼓勵(lì)學(xué)生在教室中自由走動(dòng),觀察、比較其他組的層析顏色和進(jìn)度的不同。整個(gè)層析過程在30min左右完成,學(xué)生觀察到黑色寫字筆可以層析出不同顏色,以及不同品牌的黑色寫字筆的層析結(jié)果差別很大。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中設(shè)計(jì)了思考題引導(dǎo)學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,比如比移值和寫字筆耐水性之間的關(guān)系,得出結(jié)論是比移值幾乎為0的筆耐水性非常好,適合需要長(zhǎng)期保存的資料的書寫。該課堂實(shí)驗(yàn)雖然內(nèi)容和中學(xué)所做葉綠素分離實(shí)驗(yàn)沒有本質(zhì)區(qū)別,但是結(jié)合錄像故事后給學(xué)生一種全新的認(rèn)識(shí),激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性。

2.2.3方法三,改變理論課堂地點(diǎn),在色譜實(shí)驗(yàn)室演示,同時(shí)講解理論知識(shí)

在學(xué)期中間,預(yù)留2～3次左右的實(shí)驗(yàn)室演示時(shí)間。將學(xué)生集中在色譜實(shí)驗(yàn)室,從樣品的取樣、進(jìn)樣到結(jié)果的輸出,親自演示給學(xué)生,內(nèi)容為學(xué)生在“儀器分析課程”中沒有接觸過的色譜實(shí)驗(yàn)類型,演示樣品都取自平時(shí)管理色譜儀器時(shí)師生送來檢測(cè)的樣品,在樣品進(jìn)入色譜進(jìn)行分離和檢測(cè)器檢測(cè)輸出結(jié)果的過程中,講解相關(guān)的理論內(nèi)容,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,注意力更容易集中,課堂效果更好。例如：在演示裂解氣相色譜實(shí)驗(yàn)時(shí),所分析的樣品是頭發(fā)[9],學(xué)生對(duì)于頭發(fā)也能夠裂解進(jìn)行氣相色譜分離非常好奇；在演示GCMS時(shí),所選樣品為學(xué)生送檢的自己合成并且提純的有機(jī)物結(jié)晶,在樣品演示時(shí),給學(xué)生提出問題,引導(dǎo)他們主動(dòng)思考[10]：“已合成的物質(zhì)在質(zhì)譜的譜庫(kù)里并不一定會(huì)有,也很難買到標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)照,那么如何判斷所合成物質(zhì)是目標(biāo)物質(zhì)？”在鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的看法后,將檢測(cè)的質(zhì)譜圖展示給學(xué)生,分析圖中的分子離子峰,確定被測(cè)物的分子量；此外,還在實(shí)驗(yàn)室親自給學(xué)生演示了進(jìn)樣口的拆與裝、玻璃襯管的更換、裂解爐樣品杯的清潔,這樣比在課堂上簡(jiǎn)單播放錄像效果更好。通過這些方式,學(xué)生對(duì)于色譜儀器的用途和適用樣品有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。

2.3鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)閱讀文獻(xiàn)并設(shè)計(jì)色譜實(shí)驗(yàn)

大學(xué)生獲得知識(shí)的主要方法和途徑是通過自學(xué),這點(diǎn)和中學(xué)生有明顯區(qū)別。學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的問題,很多時(shí)候需要學(xué)生主動(dòng)去圖書館或者網(wǎng)絡(luò)上查閱資料,結(jié)合教科書反復(fù)推敲,理解概念內(nèi)涵。課程中鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)色譜實(shí)驗(yàn)[11]或者在學(xué)校的開放實(shí)驗(yàn)中有意識(shí)地考慮使用色譜分析的手段,鼓勵(lì)學(xué)生通過參考文獻(xiàn)資料,將課外實(shí)驗(yàn)中需要檢測(cè)的樣品用色譜的方法親自進(jìn)行分離測(cè)試,通過鼓勵(lì)學(xué)生在自主摸索的基礎(chǔ)上與任課教師討論色譜條件的設(shè)置,鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、觀察分析的綜合能力[12]。

此外,還設(shè)計(jì)色譜分離的題目，如“目前社會(huì)上高度關(guān)注的食用油中摻雜地溝油的分離檢測(cè)”,讓學(xué)生去檢索圖書文獻(xiàn),總結(jié)食用油的色譜檢測(cè)方案,并按照科技文獻(xiàn)的格式寫出地溝油鑒定文獻(xiàn)閱讀報(bào)告,在自主閱讀和理解歸納的過程中加深對(duì)書本知識(shí)的理解。

3　結(jié)語

多數(shù)學(xué)生對(duì)知識(shí)有一種強(qiáng)烈渴求的愿望,“興趣是最好的老師”,需要教師對(duì)學(xué)生適當(dāng)引導(dǎo),提升學(xué)生對(duì)色譜分析方法的興趣,以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。我們依據(jù)課堂條件,在教學(xué)中積累經(jīng)驗(yàn),利用多媒體視頻設(shè)計(jì)隨堂色譜實(shí)驗(yàn),鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)相關(guān)內(nèi)容。課程目的是以色譜儀器的實(shí)際應(yīng)用作為學(xué)習(xí)重點(diǎn),強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過該課程的訓(xùn)練掌握色譜分離條件選擇及優(yōu)化的基本原理,結(jié)合參考文獻(xiàn),能夠選擇適合待測(cè)樣品的色譜儀器、設(shè)置合適的色譜分離條件、將色譜分析的方法運(yùn)用到課外實(shí)驗(yàn)及畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)中,最終對(duì)色譜分離結(jié)果進(jìn)行分析和處理。若條件允許,可考慮在課程中間安排社會(huì)實(shí)踐,參觀了解公司或企業(yè)中色譜分析技術(shù)的應(yīng)用。

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ReformofteachingmethodofChromatographicAnalysiscourse

QiuQi,LüWeizhong

(CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,ShenzhenUniversity,Shenzhen518060,China)

DuetolimitededucationbudgetforChromatographicAnalysiscourse,moreattentionispaidtotheoreticalknowledgeoverthelaboratorypractice.Simpleteachingmethodnolongermeetscontemporaryuniversitystudents’acquisitionfornewknowledge.Instructorsneedtostartfromimprovingpersonalexperimentalcompetence,combininginnovativeteachingmethodwiththetheoreticalclass,togetherwithmulti-mediameasurers.Studentsareencouragedtoactivelytakepartintheclassroomactivityforthepurposeofimprovingtherealpracticeability.Ultimately,insteadofpassivelearning,thestudentsbecomemoreactivelyinvolvedinChromatographicAnalysiscourse.

chromatographicanalysis;instrumentanalysis;teachingreform

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.044

2016-01-06修改日期：2016-03-29

深圳大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(803-0000240943)

邱琦(1976—),女,江蘇宜興,博士,副教授,從事納米功能材料研究

E-mail：qqiu@szu.edu.cn

呂維忠(1971—),男,江西興國(guó),博士,教授,從事納米功能材料研究.

E-mail：lvwzh@szu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)7-0178-03

實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究