對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考*

黃 唯，劉鳳平

(廣西民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，廣西 崇左 532200)

分析化學(xué)作為化學(xué)的一個(gè)應(yīng)用型較強(qiáng)的分支學(xué)科，是化學(xué)、生物、材料、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、食品等相關(guān)專業(yè)的必學(xué)基礎(chǔ)課，而其中的儀器分析應(yīng)用最為廣泛[1]。儀器分析是基于物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)建立起來的一種分析方法，在實(shí)驗(yàn)過程中需要使用比較復(fù)雜且昂貴的儀器，要學(xué)好儀器分析就要學(xué)會(huì)掌握各種分析儀器的使用。因此，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)就顯得尤為重要。儀器分析實(shí)驗(yàn)的目的是為了讓學(xué)生掌握各類儀器的基本原理、操作及應(yīng)用，提高他們的動(dòng)手能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力，并能分析一些常見的儀器故障及解決它[2]。

1 廣西民族師范學(xué)院儀器分析實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)狀

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程是廣西民族師范學(xué)院化學(xué)、化學(xué)教育、制藥工程、化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠全面系統(tǒng)地掌握各種現(xiàn)代分析儀器的基本原理、儀器結(jié)構(gòu)，熟悉各類儀器分析方法的應(yīng)用對(duì)象及分析過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，提高和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生將來進(jìn)入相關(guān)行業(yè)工作和科學(xué)研究創(chuàng)新打下理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。

為此，廣西民族師范學(xué)院儀器分析實(shí)驗(yàn)開設(shè)有高效液相色譜儀、原子吸收光譜儀、氣相色譜儀、紫外可見分光光度計(jì)及電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)。每種儀器涉及2～4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如氣相色譜儀實(shí)驗(yàn)開設(shè)有保留值定性分析、氣相色譜法測(cè)定肉桂精油中肉桂醛的含量、定量校正因子的測(cè)定、歸一法對(duì)甲苯和二甲苯的定量分析。不論從儀器的種類還是開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)都能夠使學(xué)生對(duì)常見的儀器原理的掌握及應(yīng)用。

但是從近幾年學(xué)生、教師和企業(yè)反饋的信息來看，廣西民族師范學(xué)院儀器分析實(shí)驗(yàn)課并未達(dá)到預(yù)期的效果。學(xué)生的理論基礎(chǔ)不扎實(shí)，對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)不熟，操作只能按部就班，遇到故障不能利用基本原理進(jìn)行分析和解決問題。如在氣相色譜測(cè)定肉桂醛實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)兩個(gè)峰，問學(xué)生為什么有兩個(gè)峰、哪個(gè)峰是肉桂醛的峰，他們基本回答不上來，出現(xiàn)兩個(gè)峰是因?yàn)槌巳夤鹑┑姆暹€有溶劑峰，而為了判斷哪個(gè)峰才是肉桂醛的峰可以利用氣相色譜儀基本原理或者第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的保留值定性分析進(jìn)行分析，在同樣條件下進(jìn)一針純的肉桂醛對(duì)比保留時(shí)間即可，也可以讓幾個(gè)不同溶度的肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜峰全部出來后對(duì)比哪個(gè)峰高或峰面積隨溶度逐漸增加而增大，則該峰為肉桂醛的峰。但是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)諸如此類簡(jiǎn)單問題并不懂得如何分析解答。究其原因主要是在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在以下幾個(gè)問題。

1.1 課程安排的時(shí)間不合理

各專業(yè)的儀器分析理論和實(shí)驗(yàn)課均安排在大二上學(xué)期。造成理論課還沒開始學(xué)習(xí)某種儀器，該儀器的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就已經(jīng)開始了，導(dǎo)致學(xué)生在儀器操作過程中不知其然，更不知其所以然，學(xué)習(xí)效果極差。

1.2 教學(xué)方式單一

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)通常采用課前預(yù)習(xí)，寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告，課堂中老師對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解，然后進(jìn)行儀器操作講解示范，最后學(xué)生各自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，課后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教學(xué)方式單一[2]。通過對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是一樣的，甚至直接抄實(shí)驗(yàn)課本中的內(nèi)容，并未認(rèn)真的預(yù)習(xí)過。導(dǎo)致上課過程中老師說什么就是什么，而沒有帶著問題的學(xué)，也就無(wú)法很好的理解和掌握儀器的操作。

1.3 教學(xué)內(nèi)容陳舊

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容未能及時(shí)更新、補(bǔ)充或拓展。以氣相色譜儀為例，4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依然是十多年前內(nèi)容，而目前廣西民族師范學(xué)院的教材已經(jīng)改選用了胡坪主編的《儀器分析實(shí)驗(yàn)》教材(第三版，高等教育出版社，2016年)。部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教材不一致或者沒有與前沿科研、與社會(huì)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來，造成與社會(huì)脫節(jié)，很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.4 實(shí)驗(yàn)教師對(duì)儀器不熟練

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程屬于比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊婚T課，需要理論知識(shí)精通和操作技能嫻熟的教師方能勝任，現(xiàn)實(shí)情況是多數(shù)教師缺乏培訓(xùn)，對(duì)于一些精密儀器如原子吸收分光光度計(jì)、氣相色譜儀等的使用生疏，并未完全掌握實(shí)驗(yàn)儀器的理論和運(yùn)用，部分教師甚至到了要上課的時(shí)候才跟儀器負(fù)責(zé)的老師學(xué)，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣。上課過程中一旦出現(xiàn)問題便無(wú)從下手，更不用說回答學(xué)生的問題，嚴(yán)重降低教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性不高，學(xué)習(xí)興趣不濃，學(xué)習(xí)氛圍較弱。

2 教學(xué)改革措施

2.1 修改儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的安排

儀器分析實(shí)驗(yàn)應(yīng)根據(jù)理論課進(jìn)度為依據(jù)來安排，可以上完某一種儀器即安排該種儀器實(shí)驗(yàn)，也可以將儀器分析理論課安排在某一學(xué)期的前面。而儀器分析實(shí)驗(yàn)安排在該學(xué)期靠后。其次每一種儀器的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不必太多，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的增加并未對(duì)學(xué)生的操作起到很好的作用，相反對(duì)學(xué)生來講是負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致每次上實(shí)驗(yàn)課學(xué)生都是為了完成任務(wù)，對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課提不起興趣。以氣相色譜實(shí)驗(yàn)為例，共4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生對(duì)儀器的構(gòu)造比較新奇，上課能夠認(rèn)真聽講、動(dòng)手操作。而到后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生明顯表現(xiàn)的不積極，自認(rèn)為儀器操作就那么幾步，都已經(jīng)會(huì)了，全然不知道實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅僅是儀器操作那么簡(jiǎn)單，還有背后涉及到的理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目的，沒有真正將理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。另外，部分學(xué)生反映即將要去實(shí)習(xí)或者面試時(shí)才發(fā)現(xiàn)完全不記得某種儀器的原理和操作，考慮到儀器分析的應(yīng)用性較強(qiáng)，將儀器分析實(shí)驗(yàn)安排在大三學(xué)年較為妥當(dāng)。

2.2 上課過程靈活

實(shí)驗(yàn)課要采用多種教學(xué)形式，如引入案例、啟發(fā)式教學(xué)、問題式教學(xué)、多媒體教學(xué)等。以氣相色譜實(shí)驗(yàn)為例，每種物質(zhì)在特定的色譜條件下具有特定的保留時(shí)間，當(dāng)進(jìn)一針混合物后，出現(xiàn)多組峰，這時(shí)可以對(duì)學(xué)生提問，如何判斷每個(gè)出峰位置代表何種物質(zhì)；當(dāng)色譜峰不出現(xiàn)時(shí)，可先讓學(xué)生思考原因，對(duì)于較難的原因可以適當(dāng)提醒，然后帶領(lǐng)學(xué)生逐個(gè)原因進(jìn)行排查，提高學(xué)生思考能力和解決問題的能力。此外，開始試驗(yàn)前可通過提問等方式檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)做好充分的預(yù)習(xí)；對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)方面的講解我們可以盡量展示出來，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)儀器進(jìn)行部分元件的拆解及安裝，讓學(xué)生對(duì)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理理解更加透徹。同時(shí)對(duì)一些儀器的原理、結(jié)構(gòu)及裝置圖比較復(fù)雜的儀器若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，如粉筆在黑本上板書，不僅費(fèi)時(shí)，而且效果不理想。因此，有必要運(yùn)用多媒體手段，生動(dòng)、形象地給學(xué)生展示各種分析儀器的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)地測(cè)量過程，使學(xué)生深刻理解儀器的作用原理，將枯燥的知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的形象，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力[3]。教師可以課前上網(wǎng)收集有關(guān)儀器結(jié)構(gòu)、原理等動(dòng)畫，在儀器講解時(shí)展現(xiàn)出來，讓學(xué)生深入了解各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和作用，增加對(duì)儀器的感性認(rèn)識(shí)。如氣相色譜實(shí)驗(yàn)可以利用動(dòng)畫將樣品如何在進(jìn)樣口瞬間氣化，氣化后在色譜柱中如何分離，最后檢測(cè)器利用什么原理進(jìn)行檢測(cè)等。此外，老師還可以對(duì)儀器常見的一些故障進(jìn)行講解、分析，使學(xué)生深入掌握儀器使用和維護(hù)以及提升學(xué)生分析和解決問題的能力。

2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量直接影響教學(xué)水平和教學(xué)效果，進(jìn)而影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)新性。隨著相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展需求和科技水平的提高，儀器分析方法和和技術(shù)也在不斷的更新和發(fā)展，為了滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的需求，要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也必須隨著時(shí)代的進(jìn)步而不斷更新、豐富和發(fā)展。其次，為了使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更適合人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，在內(nèi)容和形式上都更加重視專業(yè)建設(shè)，在教學(xué)方法、內(nèi)容、應(yīng)用都更具有專業(yè)特色[4]，教師在教學(xué)過程中可以根據(jù)不同專業(yè)和學(xué)時(shí)有所側(cè)重地選用不同的教材，以符合各專業(yè)的專業(yè)特色[5]。

2.4 不斷提高教師的操作技能

教師的儀器操作技能關(guān)系著上課的質(zhì)量[6]。因此，儀器購(gòu)入時(shí)安裝要求上該儀器課的老師必須現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，主動(dòng)了解最新的儀器分析檢測(cè)的方法，培訓(xùn)完后進(jìn)行獨(dú)立操作，對(duì)儀器有任何問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)提問，留下工程師的聯(lián)系方式，方便日后儀器出現(xiàn)故障隨時(shí)溝通。其次，派相關(guān)老師參加經(jīng)銷商提供的培訓(xùn)，做好記錄。另外，最好讓該儀器的課題研究老師上該儀器的實(shí)驗(yàn)課，因?yàn)樵摾蠋熃?jīng)常使用該儀器，對(duì)儀器的了解和操作經(jīng)驗(yàn)都是相當(dāng)豐富的，并且實(shí)驗(yàn)過程中可介紹有關(guān)該儀器發(fā)展和應(yīng)用的最新研究情況，有助于提高學(xué)生對(duì)該儀器的認(rèn)識(shí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

儀器分析技術(shù)在各行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，儀器分析技術(shù)的掌握對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力具有重要的作用，同時(shí)也是就業(yè)的籌碼[7]。近年來，廣西民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)的投入越來越多，但是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能并未有所提高。因此儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革已迫在眉睫，這將是一個(gè)長(zhǎng)期而艱難的過程，需要領(lǐng)導(dǎo)、老師和學(xué)生的全體配合，在實(shí)踐中不斷積累和探索。