淺談高?！皟x器分析”及其實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革*

王曦?zé)?/p>

(內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，國家級化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

儀器分析及其實(shí)驗(yàn)是內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、蒙藥學(xué)院等開設(shè)的一門必修課，主要利用各種大型儀器來測定物質(zhì)的化學(xué)組成、含量、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等。通過課程的教學(xué)，能夠使學(xué)生初步了解和掌握常用的儀器分析方法，并能夠利用相關(guān)儀器解決實(shí)際問題。在目前教學(xué)內(nèi)容更新快、學(xué)時減少的背景下，必須對課程的教材、理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)等多方面內(nèi)容進(jìn)行改革，以促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提升，適應(yīng)未來社會發(fā)展的需要。

1 理論課教材內(nèi)容的改革

1.1 可以在每個大章節(jié)前加一章導(dǎo)論內(nèi)容

儀器分析課程教學(xué)內(nèi)容從大類上講主要有光譜、電化學(xué)、色譜三部分內(nèi)容，每部分內(nèi)容又與其它專業(yè)基礎(chǔ)課有著緊密的聯(lián)系，但側(cè)重點(diǎn)有所不同。比如學(xué)習(xí)光譜時會接觸到“共軛大π鍵體系”，這與有機(jī)化學(xué)相關(guān)；學(xué)到電化學(xué)時，涉及到原電池、電解池這部分內(nèi)容時，會與物理化學(xué)的相關(guān)內(nèi)容產(chǎn)生交叉；講到色譜分析時，電負(fù)性、極性、“相似相溶原則”等內(nèi)容又會與無機(jī)化學(xué)產(chǎn)生聯(lián)系。如果教師一開課直接進(jìn)入新內(nèi)容的學(xué)習(xí)，會使學(xué)生感覺很生硬，無法觸發(fā)學(xué)生深層次的記憶，其它專業(yè)的基礎(chǔ)也就白打了。正因如此，在介紹儀器分析各大章節(jié)前，可以分別加一章導(dǎo)論內(nèi)容，幫助學(xué)生回顧一下以前其它專業(yè)課相關(guān)的知識，這樣會讓學(xué)生產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的代入感，為學(xué)生學(xué)習(xí)更有深度的內(nèi)容做好過渡和鋪墊。

1.2 盡量將新儀器、新分析方法融入到教材中

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)隨之不斷創(chuàng)新，新儀器、新分析方法層出不窮。一般來說，像質(zhì)譜、核磁共振這樣的大型分析儀器，每兩年就會更新升級換代，而儀器分析教材再版時間非常長，其內(nèi)容更新速度遠(yuǎn)跟不上時代步伐。為解決這個矛盾，從事該門課程的教師需要付出比其它專業(yè)教師更多的努力，一方面盡可能將新知識加入到再版教材中，再有必須利用課下時間充分挖掘互聯(lián)網(wǎng)中的內(nèi)容，盡可能多地查閱新的分析儀器及相關(guān)檢測技術(shù)，然后將這些最前沿的知識總結(jié)并傳授給學(xué)生，使他們了解當(dāng)今世界最新的分析儀器發(fā)展趨勢，為其日后的工作或進(jìn)一步深造做必要的鋪墊[1]。

2 理論課教學(xué)內(nèi)容的改革

2.1 將前沿科學(xué)知識融入課堂教學(xué)中

儀器分析主要由六章內(nèi)容組成，分別是光譜分析法(紫外可見光譜法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法)、電化學(xué)分析法(電位分析法、伏安分析法)、色譜分析法(氣相色譜法)，課程主要介紹這些大型儀器的分析原理、儀器構(gòu)造、定性定量分析方法、儀器應(yīng)用等內(nèi)容。以光譜分析為例，光譜這三章總體內(nèi)容比較枯燥，三種儀器分析原理及儀器構(gòu)造各不相同，基本概念極易混淆，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，課程開展困難。因此，如何解決這個難題，并最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣顯得尤為關(guān)鍵?？茖W(xué)的發(fā)展能夠促進(jìn)儀器分析這門學(xué)科不斷進(jìn)步，而檢測手段的不斷改進(jìn)又能為食品藥品事件、公共衛(wèi)生事件提供有效的解決方法。如2019年底爆發(fā)的嚴(yán)重的新冠病毒疫情，對人民生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的破壞，新冠病毒的檢測就顯得尤為重要。我國學(xué)者利用熒光免疫層析法標(biāo)記2019-nCoV特異性抗體用于新冠病毒感染的篩查，取得顯著成效[2]。如果課上老師能將課本知識與該突發(fā)熱點(diǎn)事件結(jié)合起來授課，就能將學(xué)生帶入到科研人員的角色中來，并用實(shí)際例子告訴他們，學(xué)習(xí)的知識是很重要的，如果學(xué)有所成將來一定會有用武之地。這不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，從而使他們真正地投入到學(xué)習(xí)中去；同時，科研工作者的先進(jìn)事跡正是社會主義核心價值觀與奉獻(xiàn)精神、人文素養(yǎng)相結(jié)合的綜合體現(xiàn)，授課過程中對我國科研工作者在抗疫過程中做出的重大貢獻(xiàn)進(jìn)行宣講也是課程思政元素挖掘的體現(xiàn)，這樣的授課方式能以“潤物細(xì)無聲”的形式讓學(xué)生接受主流價值觀的熏陶，從而讓課程整體有趣且有深度[3]。

2.2 必須保留的教學(xué)內(nèi)容—液相色譜法

液相色譜法主要包括以下幾部分：高效液相色譜儀的主要構(gòu)造、正相色譜與反相色譜、高效液相色譜的主要分離類型。除了以上內(nèi)容，教師可以根據(jù)自己的知識面額外介紹一些內(nèi)容，如超臨界流體色譜、毛細(xì)管電泳、固定化金屬離子親和色譜等。目前，我校儀器分析課程總學(xué)時為48學(xué)時，課程內(nèi)容多，課時緊張，因此色譜分析法的介紹主要以氣相色譜為主。但在實(shí)際的生產(chǎn)生活實(shí)踐中，液相色譜法的應(yīng)用要更為廣泛，可以說，化學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生只要今后讀研或者從事與化學(xué)檢驗(yàn)有關(guān)的工作，都會接觸到液相色譜檢測技術(shù)。因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，必須在總體學(xué)時安排時做適當(dāng)傾斜以突出本章內(nèi)容的地位，舍棄本章內(nèi)容則更不可取。

3 實(shí)驗(yàn)課的改革

3.1 充分發(fā)揮線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的輔助作用

疫情期間，線下實(shí)驗(yàn)課無法開展，因此我們學(xué)院引進(jìn)了“微瑞”線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺組織學(xué)生學(xué)習(xí)。該平臺實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較全，儀器外觀與實(shí)際非常相近，實(shí)驗(yàn)步驟也很詳細(xì)。平臺最大優(yōu)點(diǎn)是各個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以反復(fù)操作練習(xí)，而線下一些大型儀器由于個數(shù)有限無法保證每個同學(xué)都能充分上手操作，平臺則完美解決了這個難題。疫情結(jié)束后，學(xué)生也可以利用該平臺進(jìn)行操作方面的預(yù)習(xí)，提前了解儀器構(gòu)造和實(shí)驗(yàn)步驟，為線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定了非常好的基礎(chǔ)，達(dá)到了事半功倍的效果。但有一點(diǎn)必須強(qiáng)調(diào)，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)永遠(yuǎn)都要以“線下為主-線上為輔”的模式來安排課程，不能本末倒置，因?yàn)檎嬲軌蜃寣W(xué)生加深印象、加深理解的實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)都是學(xué)生能夠真正動手接觸到的實(shí)驗(yàn)[4]。

3.2 新加入的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在我院19版培養(yǎng)方案調(diào)整過程中，儀器分析實(shí)驗(yàn)大綱新加入了氣相色譜分析實(shí)驗(yàn)，即“混合烷烴的分離”。氣相色譜法是利用毛細(xì)管柱作色譜柱，固定液涂抹在管壁上作固定相，氣體作流動相的分離分析方法。根據(jù)色譜圖中的出峰時間和順序，可對化合物進(jìn)行定性分析；根據(jù)峰的高低和面積的大小，可對化合物進(jìn)行定量分析。氣相色譜法適合分析沸點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性高的化合物，在石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、生物化學(xué)、食品檢測等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。我校蒙醫(yī)藥專業(yè)師生在研究各種蒙藥的揮發(fā)油成分時，用到最多的大型儀器就是氣相色譜儀。因此，氣相色譜實(shí)驗(yàn)的開設(shè)意義重大。氣相色譜法是儀器分析理論課的重要章節(jié)，其課程內(nèi)容的設(shè)置是先講色譜法基本概念與基本理論(塔板理論、速率理論)，接著講定性定量分析方法，然后講氣相色譜儀的構(gòu)造，最后講該方法的應(yīng)用。雖然考試重難點(diǎn)是頭三部分內(nèi)容，但對學(xué)生而言，如何將書本知識學(xué)以致用才是重中之重，正所謂“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向”。遺憾的是，由于條件所限，以前我院并未開設(shè)氣相色譜法相關(guān)配套實(shí)驗(yàn)課程。這樣，當(dāng)學(xué)生走進(jìn)工作崗位后，還需要重新進(jìn)行培訓(xùn)，而那時理論課知識可能早已淡忘。這學(xué)期通過該實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，學(xué)生在親手操作的過程中加深了對課本知識的記憶和理解，一些課上不懂的知識點(diǎn)也會在實(shí)驗(yàn)過程中豁然開朗。同學(xué)們實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)積極性高，與老師的交流互動更為積極，課堂氣氛活躍，實(shí)驗(yàn)課取得了良好的教學(xué)效果。

3.3 可以調(diào)整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

目前，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的總學(xué)時數(shù)有不斷下降的趨勢，如何利用有限課時選取更為重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行操作就顯得非常關(guān)鍵[5]。以筆者多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來說，氣相色譜、液相色譜、紅外光譜、紫外光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜等都是必不可少的項(xiàng)目，有條件的學(xué)?？梢蚤_展質(zhì)譜、核磁共振、掃描電鏡等項(xiàng)目。相對而言，一些原理易懂、操作簡單的小型儀器項(xiàng)目就沒必要占用課時了，具有代表性的就是一些電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如，庫倫分析法就是利用法拉第電解定律測電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電量，而庫侖滴定池目前已經(jīng)很難買到了；循環(huán)伏安法，學(xué)生畢業(yè)后接觸到的概率并不大；電位滴定分析，就是通過儀器確定滴定終點(diǎn)，老師簡單演示一下即可。這里要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下極譜分析實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駝h除存在一定爭議，有人認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)接觸到了過多的有毒金屬離子，因此必須刪除，但筆者認(rèn)為，一方面該實(shí)驗(yàn)是與課本知識相配套的實(shí)驗(yàn)課程，理論課知識相對復(fù)雜，必須借助實(shí)驗(yàn)課加深學(xué)生的理解;另一方面，只要不是長期大量接觸有毒離子，對自身的危害其實(shí)并不大。因此，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的保留利大于弊。通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的刪減優(yōu)化，讓學(xué)生接觸到未來應(yīng)用最廣泛的大型儀器，既讓學(xué)生開了眼界，又讓學(xué)生將理論知識與上機(jī)操作相結(jié)合解決了實(shí)際問題，這就為學(xué)生未來的就業(yè)創(chuàng)造了良好的條件。