“儀器分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)

羅盛旭，范春蕾，劉 用，梁振益

（海南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，海南 海口 570228）

儀器分析是以測量物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法，是“分析化學(xué)”課程的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，新的儀器分析方法不斷涌現(xiàn)，拓寬了對物質(zhì)進(jìn)行分析檢測的范圍和層次，提升了分析檢測的靈敏度和可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用。儀器分析在分析化學(xué)中所占的比例越來越大，儀器分析實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)化學(xué)的重要支柱，典型分析儀器的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)已成為化學(xué)及與化學(xué)相關(guān)的工作者所必須掌握的基礎(chǔ)知識和基本技能。我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置分析科學(xué)方向，主要面向化工、環(huán)保、檢驗(yàn)檢疫、海關(guān)、醫(yī)藥等生產(chǎn)和行政技術(shù)部門，培養(yǎng)從事專業(yè)檢測的應(yīng)用和研究的高級專門人才。因此，儀器分析及其實(shí)驗(yàn)課程是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的核心課程。

儀器分析實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，涉及知識面寬，與化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科相關(guān)，提高“儀器分析實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)效果，對學(xué)生的鍛煉是綜合性的，能夠?qū)W(xué)生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，筆者在從事“儀器分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)普遍存在教學(xué)效果不佳的問題，主要表現(xiàn)有：（1）學(xué)生預(yù)習(xí)流于形式，對儀器原理、分析方法、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)和數(shù)據(jù)處理等不甚了解；（2）實(shí)驗(yàn)要求不夠全面，教材與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容匹配性較差，沒有突出實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟的作用，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度、實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量缺乏明確要求；（3）儀器設(shè)備價(jià)格較高，使設(shè)備臺套數(shù)較少，每組學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生動手機(jī)會有限，形式近于演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏應(yīng)有的鍛煉，且實(shí)驗(yàn)儀器更新、維護(hù)不及時(shí)，一些高校儀器設(shè)備不夠先進(jìn)，學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間使用型號相對較舊的儀器，不利于未來走上工作崗位快速適應(yīng)更先進(jìn)的儀器設(shè)備；（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的要求不明確且要求偏低，學(xué)生缺乏數(shù)據(jù)處理的實(shí)踐應(yīng)用機(jī)會；（5）實(shí)驗(yàn)成績的評定不夠科學(xué)合理?；谝陨系膯栴}，筆者在火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中［1］，以著力培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)為切入點(diǎn)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了有益的改革與探索，取得了較明顯的教學(xué)成效。

一、注重學(xué)生預(yù)習(xí)效果

實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生預(yù)習(xí)是通行的做法，其重要性已經(jīng)得到廣大教師的認(rèn)同［2］。好的預(yù)習(xí)使學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理與方法、把握儀器構(gòu)造和明確實(shí)驗(yàn)步驟等基礎(chǔ)上，帶著自己的想法去做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮主觀能動性，其實(shí)驗(yàn)效果必然事半功倍。然而，筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的預(yù)習(xí)多流于形式，出現(xiàn)所呈交的預(yù)習(xí)報(bào)告為摘抄實(shí)驗(yàn)教材中的內(nèi)容應(yīng)付教師檢查的現(xiàn)象，對儀器原理、分析方法、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)和數(shù)據(jù)處理等不甚了解，很少有人有自己的理解、認(rèn)識和方案。

針對這一問題，筆者借助火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)，在課前通過QQ群共享教學(xué)資源，包括微課、教學(xué)視頻等，讓學(xué)生通過多種教學(xué)資源提前全面了解實(shí)驗(yàn)原理、方法、步驟、注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用等，提高學(xué)生對該類分析方法的認(rèn)知，熟悉儀器使用方法，便于在課上將更多的時(shí)間用于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析結(jié)果。其中，微課作為“碎片化”的教學(xué)模式，可以抓住實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的關(guān)鍵問題，精心設(shè)計(jì)教學(xué)，以圖片和流程圖向?qū)W生展示關(guān)鍵知識點(diǎn)和步驟，提高課程生動性，學(xué)生可以反復(fù)觀看并熟悉相關(guān)內(nèi)容。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課中減少教師講解內(nèi)容，采用問題與討論的形式檢查學(xué)生預(yù)習(xí)效果，讓學(xué)生在進(jìn)行操作步驟前就對實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問題有較深入的理解和認(rèn)識。具體做法：針對分組人數(shù)情況，設(shè)計(jì)若干問題，內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)測定原理、標(biāo)準(zhǔn)曲線法與標(biāo)準(zhǔn)加入法、精密度與準(zhǔn)確度衡量、玻璃器皿洗滌與溶液配制、實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的主要途徑與控制要求、儀器構(gòu)造、燃?xì)馀c助燃?xì)夤┙o、注意事項(xiàng)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等多個方面，確保每名學(xué)生有1個以上的問題需要回答，并提前通知學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的檢查形式，讓學(xué)生有所準(zhǔn)備；檢測預(yù)習(xí)情況時(shí)，教師組織提問并依據(jù)學(xué)生的回答評分，同時(shí)圍繞問題引導(dǎo)大家思考和討論，教師再適當(dāng)融入精講，達(dá)到厘清問題、提高理解度并形成學(xué)生自己的見解的目的。實(shí)踐表明，采用以上舉措可使學(xué)生充分重視預(yù)習(xí)，夯實(shí)預(yù)習(xí)成效，尤其通過討論提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解與認(rèn)識，做到帶著自己的想法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的效果。

二、細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量控制要求

高質(zhì)量的“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課中，學(xué)生應(yīng)做到操作規(guī)范、控制好實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量、達(dá)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性要求，有利于培養(yǎng)學(xué)生高水平的專業(yè)素質(zhì)。為此，需要進(jìn)一步突出實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟的作用，對實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性提出具體要求。在火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)中，筆者設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括鈣標(biāo)準(zhǔn)貯備液、標(biāo)準(zhǔn)使用液和系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制，水樣的采取，標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法，儀器的操作過程，回收實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)等，力求涵蓋樣品處理、分析和數(shù)據(jù)處理過程的各個方面，同時(shí)針對這些方面提出關(guān)鍵問題，細(xì)化操作要求，提高實(shí)驗(yàn)過程的完成質(zhì)量。例如，鈣標(biāo)準(zhǔn)貯備液應(yīng)該如何配制？為什么要配制“大濃度”？配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，為何還要配制標(biāo)準(zhǔn)使用液？并提出配制操作的規(guī)范性要求。水樣的采取，為了達(dá)到取樣的代表性要求，應(yīng)該怎么做？理解儀器的構(gòu)造原理和操作參數(shù)優(yōu)化的影響，如何優(yōu)化操作參數(shù)？標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法各有何特點(diǎn)，適用范圍有何不同？提出實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)用的關(guān)鍵步驟和具體要求。精密度和準(zhǔn)確度如何衡量？為什么要做回收實(shí)驗(yàn)？如何提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性？細(xì)化具體要求。

實(shí)驗(yàn)過程中，以關(guān)鍵問題為引導(dǎo)，緊扣實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟和細(xì)節(jié)，細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量控制要求，讓學(xué)生在各種要求中感受儀器分析實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，了解實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量的重要性，自覺按照規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在細(xì)化的要求中錘煉實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，在規(guī)范的氛圍中感受實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)素質(zhì)。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)組織形式，使學(xué)生獲得有效鍛煉

儀器分析實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備往往價(jià)格較高，設(shè)備臺套數(shù)較少［3］，而每小組學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生動手的機(jī)會有限，形式幾近于演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏應(yīng)有的鍛煉。對此，在火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)中，盡管只有一臺儀器，但筆者對實(shí)驗(yàn)組織形式進(jìn)行了創(chuàng)新，使每名學(xué)生均獲得了有效的鍛煉。具體的做法：合理分組，使每組人數(shù)不超過8～9人，實(shí)驗(yàn)時(shí)對組內(nèi)人員進(jìn)行適當(dāng)分工，并開展協(xié)同合作。對重復(fù)性的配制溶液操作，每名學(xué)生各領(lǐng)一種濃度的溶液進(jìn)行配制，水樣采集和配制也各自完成，上機(jī)測定時(shí)，參數(shù)的設(shè)置由師生共同討論完成，輪到某個濃度或樣品測定時(shí)，由相應(yīng)負(fù)責(zé)的學(xué)生上機(jī)操作，親自完成和測定自己配制的溶液，同時(shí)同組人員的所有數(shù)據(jù)又組成了某種測定方法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法）的整套數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)可以共享。實(shí)驗(yàn)過程既有師生的討論，個人的參與，又有合作環(huán)節(jié)。這種組織形式有效地解決了儀器臺套數(shù)少，難于滿足多名學(xué)生同時(shí)進(jìn)行操作的問題，使學(xué)生能獲得實(shí)際操作的感受和鍛煉，同時(shí)又通過同組同學(xué)的合作，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

與此同時(shí)，為了增加學(xué)生操作鍛煉的機(jī)會，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還探索了半開放實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。即除了上課時(shí)間外，為充分發(fā)揮儀器的教學(xué)作用，各組學(xué)生還可以與實(shí)驗(yàn)室管理人員預(yù)約時(shí)間，在課外應(yīng)用該儀器重復(fù)開展實(shí)驗(yàn)，或在教師的指導(dǎo)下應(yīng)用該儀器開展相關(guān)的研究性實(shí)驗(yàn)，以提高對該儀器原理、構(gòu)造及應(yīng)用的認(rèn)知程度。通過這些課外實(shí)驗(yàn)活動，可有效緩解儀器臺套數(shù)不足的矛盾，使學(xué)生獲得應(yīng)有的鍛煉。

實(shí)驗(yàn)儀器更新不及時(shí)，儀器設(shè)備先進(jìn)性不足的問題，各高校均有存在。在實(shí)際教學(xué)中，筆者通過制作新型號設(shè)備及其應(yīng)用的微視頻，供學(xué)生觀看，并對新型設(shè)備與實(shí)際操作設(shè)備的關(guān)鍵不同之處提出相關(guān)的思考題，讓學(xué)生帶著問題對照觀看，總結(jié)新型儀器設(shè)備的先進(jìn)性。通過組織這些教學(xué)活動，可有效克服儀器設(shè)備陳舊、不能及時(shí)更新的矛盾，有利于學(xué)生未來走上工作崗位快速適應(yīng)更先進(jìn)的儀器設(shè)備。

四、提出高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理要求，讓學(xué)生充分練習(xí)數(shù)據(jù)處理方法

作為高素質(zhì)的專業(yè)人才，做好實(shí)驗(yàn)過程的質(zhì)量控制，是獲得可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，與此同時(shí)，還需要具備對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)處理的能力，掌握科學(xué)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理與評價(jià)方法。在火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)中，筆者對學(xué)生提出了高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理要求，包括可疑數(shù)據(jù)的處理，標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、評價(jià)與應(yīng)用，測定數(shù)據(jù)的精密度計(jì)算與評價(jià)，回收實(shí)驗(yàn)的回收率計(jì)算與評價(jià)，樣品的測定結(jié)果表達(dá)等。首先，平行測定數(shù)據(jù)的離群值，要掌握可疑數(shù)據(jù)的處理方法，科學(xué)判斷是否能舍去離群值，避免數(shù)據(jù)取舍的隨意性。其次，標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，線性相關(guān)系數(shù)要符合定量分析的要求，評價(jià)測量信號與含量之間線性關(guān)系的優(yōu)劣。再次，精密度要達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求，需要做3～5組樣品的平行測定，確保有3組以上的樣品測定數(shù)據(jù)符合可疑數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理標(biāo)準(zhǔn)而不被舍去，這樣獲得的精密度數(shù)據(jù)方能達(dá)到合格的要求。再次，由于樣品的待測定值通常是未知的，而且往往缺乏標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，通常要求學(xué)生設(shè)計(jì)回收實(shí)驗(yàn)來測定回收率，以評價(jià)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，需要給學(xué)生提出明確的要求，要達(dá)到合格的回收率才算完成實(shí)驗(yàn)。最后，樣品的測定結(jié)果的表達(dá)必須符合規(guī)范性的要求，測定結(jié)果表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn)且正確。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提出高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理要求，通過讓學(xué)生充分練習(xí)數(shù)據(jù)處理方法，全面掌握科學(xué)的數(shù)據(jù)處理和評價(jià)方法，對于學(xué)生將來走上工作崗位，適應(yīng)分析測試工作的要求十分關(guān)鍵。因此，在“儀器分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中，有必要對學(xué)生強(qiáng)調(diào)高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理要求，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)全面的數(shù)據(jù)處理與評價(jià)能力，夯實(shí)其專業(yè)素質(zhì)。

五、創(chuàng)新考核方法

實(shí)驗(yàn)課考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，對提高實(shí)驗(yàn)課質(zhì)量發(fā)揮綱舉目張的指導(dǎo)作用。如何全面、合理地評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績，直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和態(tài)度也有重要的導(dǎo)向作用。以往“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中，常采用“平時(shí)實(shí)驗(yàn)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的考核方法，“平時(shí)實(shí)驗(yàn)”大多根據(jù)考勤及平時(shí)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)進(jìn)行評分，沒有形成固定的考核標(biāo)準(zhǔn)，而“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”并非現(xiàn)場完成，其好壞難以準(zhǔn)確判定學(xué)生實(shí)驗(yàn)的完成質(zhì)量。因此，以往實(shí)驗(yàn)考核方法不夠科學(xué)合理，無法準(zhǔn)確反映學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果。對此，筆者對考核方法進(jìn)行了創(chuàng)新，采取“考勤（占7.5%）+預(yù)習(xí)報(bào)告（占7.5%）+平時(shí)實(shí)驗(yàn)（占30%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占40%）+筆試考核（占15%）”的考核方法，增加了考核模塊，使“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程考核的采分點(diǎn)更全面，能夠反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)際完成質(zhì)量。對“平時(shí)實(shí)驗(yàn)”的判分增加了臨場考核環(huán)節(jié)。在火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)中，筆者設(shè)計(jì)了多個臨場給分環(huán)節(jié)，以做實(shí)“平時(shí)實(shí)驗(yàn)”的考核。具體的環(huán)節(jié)，包括檢查學(xué)生預(yù)習(xí)效果的回答問題環(huán)節(jié)、配制溶液的操作環(huán)節(jié)、控制誤差環(huán)節(jié)、儀器測定環(huán)節(jié)等，使“平時(shí)實(shí)驗(yàn)”判分，能夠較準(zhǔn)確地反映學(xué)生的臨場實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，從而引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成規(guī)范操作、控制好實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量和獲取可靠實(shí)驗(yàn)結(jié)果的專業(yè)素質(zhì)。筆試考核主要對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室安全、數(shù)據(jù)處理和儀器分析方法原理、儀器構(gòu)造、分析方法的應(yīng)用等相關(guān)知識進(jìn)行筆試考核。通過實(shí)驗(yàn)考核方法的創(chuàng)新，有效引導(dǎo)學(xué)生，除了撰寫好預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，還要注重預(yù)習(xí)效果，重視實(shí)驗(yàn)過程的完成質(zhì)量，重視實(shí)驗(yàn)室安全，并做到理論與實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，融會貫通，以達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)課程整體質(zhì)量和效果的作用。

結(jié)語

綜上所述，筆者以火焰原子吸收分光光度法測定水中鈣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，以著力培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)為切入點(diǎn)，對儀器分析實(shí)驗(yàn)“儀器分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)進(jìn)行了一些有益的改革與探索。注重提高學(xué)生預(yù)習(xí)效果，使學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理與方法、把握儀器構(gòu)造和明確實(shí)驗(yàn)步驟等基礎(chǔ)上，帶著自己的想法去做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮主觀能動性。細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程質(zhì)量控制要求，以關(guān)鍵問題為引導(dǎo)，緊扣實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟和細(xì)節(jié)，讓學(xué)生在細(xì)化的要求中錘煉實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，在規(guī)范的氛圍中感受實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，培養(yǎng)扎實(shí)的專業(yè)素質(zhì)。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)組織形式，有效克服實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)較少，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生動手的機(jī)會有限的不足，突破實(shí)驗(yàn)儀器更新不及時(shí)和設(shè)備先進(jìn)性不足的局限，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量不打折扣。提出高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理要求，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)全面的數(shù)據(jù)處理與評價(jià)能力，更好適應(yīng)將來的專業(yè)工作需要。創(chuàng)新考核方法，做實(shí)“平時(shí)實(shí)驗(yàn)”考核，增加筆試考核，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)室安全、數(shù)據(jù)處理和儀器分析方法原理、儀器構(gòu)造、分析方法的應(yīng)用等相關(guān)知識加深理解，做到理論與實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，融會貫通。通過實(shí)驗(yàn)課的改革與探索，不斷提高“儀器分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。