應用化學專業儀器分析課程改革與實踐

李學琴 魏 玲

(1，2.昌吉學院化學與應用化學系 新疆 昌吉 831100)

《儀器分析(含實驗)》課程是化學類本科生的主干基礎課程，在自然科學研究領域中提供物質的靜態和動態關鍵信息。儀器分析匯集了化學、物理學、儀表電子學、數學和計算機科學等學科的最新成就，已由單純提供分析測試數據上升到從原始的分析測試數據或現場分析測試信號中最大限度地獲取有價值的信息。隨著科學技術的迅速發展，社會對儀器分析方法寄予越來越大的期望，并提出越來越高的要求。儀器分析方法包括的范圍很廣,限于教學時數,在取舍內容時,如何考慮應用化學專業所具有的一些特點,選取與專業聯系最密切的內容進行教學,通過儀器分析的學習，使學生能基本掌握主要儀器分析方法和原理，并初步具有應用這些方法解決相應問題的能力，是值得認真探討的。

一、儀器分析課程的現狀及不足

1.教學內容的滯后，與應用化學、化工專業培養服務地方經濟發展的培養目標相脫節

隨著科學技術的進步和市場需求的提高，儀器分析方法發展日新月異，新儀器新技術不斷出現。在教學中往往出現的問題是教材內容與實際應用脫節，教學效果不佳。

新疆大型石油化工、煤炭、精細化工等企業多數擁有較為先進的大型精密儀器。大多學生從學校走上工作崗位以后，不能很快適應新的環境和開拓創新的局面，即學生上崗后不能迅速頂崗，需要較長的適應過程。傳統的儀器分析內容只對吸光光度法、原子吸收、電位分析、氣相色譜分析等內容進行初步介紹。而對20世紀80年代以后迅速崛起的各種智能化、信息化分析儀器和波譜分析技術、聯機技術等觸及很少，甚至對現在廣泛應用的高效液相色譜只作簡介。然而后者正是現代儀器分析的發展方向，所以必須進行加強和完善。

目前儀器分析實驗教學實施過程中，也存在著一些問題：(1)主要集中在驗證性實驗和規范化操作，缺乏科學的思維訓練和創造性激勵；在實驗員和實驗老師的準備下，造成實驗的原理一閃而過(包括儀器的構造和工作原理)，儀器操作過程更是匆匆完成(部分只做演示實驗)，學生在實驗中完全缺乏主動性，使學生能力得不到培養和提高。(2)隨著現代科技的發展和產業對分析儀器要求的提高，分析儀器正在向著高科技性、操作個人化、智能化發展，從而使它的價格越來越昂貴。如紅外光譜儀、高效液相色譜儀、質譜儀、X射線衍射儀等，每臺均為幾萬、幾十萬甚至幾百萬元。而且每次實驗的耗材也要幾十到幾百元不等。(3)由于學校辦學規模不斷擴大，學生人數不斷增加，原有儀器設備不足，儀器數量已不能滿足教學需要。許多大型儀器設備只有一臺，而且實驗過程中學生往往只能觀摩，根本無法保證學生獨立操作。

2.教學技術較為單一

根據儀器分析課程涉及多學科、信息量大的特點，本門課程的基本理論部分采用傳統板書教學的方式，涉及儀器的構造、工作原理、實驗操作方法部分，學生學起來很抽象、難以理解。

3.新到大型精密儀器需要做好投入儀器分析教學的各項服務工作

隨著新建本科院校的發展，大型儀器設備陸續到位，其中元素分析儀、紅外光譜儀、氣相色譜儀、原子吸收光譜儀、等離子體原子發射光譜儀、分子熒光光譜儀、電化學工作站等儀器分析實驗教學設備，由于受到條件的限制，教師對新到高檔儀器接觸和使用的機會比較少，從而缺乏實踐經驗。為了使這批設備能夠更好的為教學服務，提高大型設備的利用率。新到大型精密儀器需要做好相關指導老師的培訓、補充和完善儀器展圖、儀器操作說明、實驗內容調整及方案的編寫。

為適應社會的發展，提高學生就業時的競爭力，完善學生的知識結構，提升學生的綜合素質,結合儀器分析發展的趨勢、逐步到位的大型精密儀器更好的服務教學、應用化學和化工人才培養的目標、儀器分析課程存在問題來看，不斷適應新形勢的要求，進一步提高教學質量，已成為儀器分析課程教學改革的重要課題。

二、改革措施及實施效果

(一)教學內容的優化和調整

1.結合應化和化工專業特點調整教學內容

儀器分析飛速發展，新方法、新儀器層出不窮，應用日益廣泛，要講授給學生的知識內容確實很多，但貪大求全，一味灌輸大量知識，效果并不佳，所以合理安排教學內容是非常重要的。結合專業實際，合理安排教學內容，突出實用性和科學性，把教學內容改革放在“兩個銜接”和“兩個結合”上，即與國家標準相銜接，與科研內容相銜接；與專業教育相結合，與就業市場相結合。(1)講授內容比重重新合理分布。講授內容圍繞應用需要，考慮儀器分析發展的現狀和專業就業特點，針對不同專業需要選擇相應內容作重點講授。(2)精心選擇設計銜接點知識內容，精心制作多媒體課件。例如，國家標準的儀器分析方法不僅方法成熟、應用廣泛，而且在一些事關百姓也影響國際的社會熱點事件中角色位置舉足輕重，比如蘇丹紅事件、松花江污染事件、SK一Ⅱ化妝品事件、奶粉的三聚氰胺事件等這些內容與專業教育和就業市場緊密聯系，學生學習動力加強。另一方面，利用教師科研項目、本科生創新實踐項目、綜合性實驗、設計性實驗、開放性實驗項目，使學生看得見、摸得著，學習興趣濃厚。

2.突出內容的普及性和實用性[1]

儀器分析發展到今天，內容已十分豐富，如何合理安排教材內容是很值得探討的問題。既要使教材內容與國際先進教材逐步接軌，又必須考慮到我國分析化學的現狀。目前光譜分析、色譜及分離技術、電化學分析已成為主要三種分析手段，由此針對國內現狀，較系統地、準確地講授這3大部分內容對學生走向工作崗位及適應我國分析工作現狀會有很大的幫助。如液相色譜及分離技術是儀器分析中發展最快、應用最廣的領域之一。對于這一部分內容應加強。紫外可見光譜分析內容較成熟，儀器相對易得，屬于普及型儀器分析方法。

3.突出內容應具有前沿性和新穎性

以計算機為代表的高新技術迅速發展，使高靈敏度、高選擇性、高速化、高自動化、智能化的儀器分析代表著整個分析化學的發展方向；尤其近年來，由于電子技術的迅速發展和廣泛應用，涌現出許多新的分析儀器和分析方法。應用這些新儀器新方法，能使測試的靈敏度、精密度大大提高，并擴展了儀器分析的應用范圍。因此，要更好地培養學生的創造能力，跟上時代的步伐，在教學中必須在傳統的光分析、電分析、氣相色譜分析的基礎上注意反映近代科學技術的新成就，保持教學內容的先進性，使之具備與時代相應的科學水平。

為此，在教學中我們著重解決的教學內容問題有：(1)在明確教學指導思想和教學目的的基礎上，制定了新的教學大綱，并保持一定的靈活性和寬松度，為教師及時更新教學內容和教材內容留下余地，提供方便；(2)教師應該準確把握課程的基本思想，及時更新教學內容，反映先進、前沿的儀器分析的新方法和新技術。把知識傳授的重點放在生產、科研和學術活動中應用最廣、普及率最高、實用性最強的紫外可見分光光度分析法、紅外光譜分析法、原子吸分光光度法、原子發射光譜分析法、電位分析法、氣相色譜法、高效液相色譜法、核磁共振等常用儀器分析方法上。同時兼顧學科發展前沿，不斷跟蹤科研與教研新成果。

(二)教學方法與教學手段的突破和更新

儀器分析要突破傳統的教學模式，緊緊圍繞人才培養這一根本，從教學方法與教學手段上凸顯實用性與科學性。

1 .在知識傳授上突出重點，突破難點

儀器分析的課程教學要緊緊圍繞儀器分析的基本原理、基本分析技術、儀器的基本結構和基本應用這條主線重點介紹學科的新理論、新方法、新技術和新成果，而對一些冗長的公式推演作出準確而恰到好處的簡化處理，匯入一些頗具指導意義的應用實例，同時講清難點和疑點。力求做到簡明實用，重點突出，詳略適當，深人淺出。例如，在光度分析法中要牢固掌握吸收定律及影響因素，正確地選擇測量條件進行定量或定性分析；電位分析法的難點是離子選擇性電極的響應機理，正確選擇電極進行分析；色譜法在實際應用中的難點是固定相及相應操作條件的選擇。在教學內容組織方式上要特別注意不同儀器分析方法、不同章節之問的相互聯系及區別，理論聯系實際，把課程教學與生產、科研的實踐活動結合起來，把基礎理論和前沿知識結合起來。

2.突出實驗的先進性和實用性

目前，實驗教學的方式采用的是“三定式”的實驗教學，即在實驗手段上采用規定好的實驗路線和步驟，使用規定的儀器并在規定時間內完成實驗，采用這種教學，學生沒有選擇余地，思維力和創造能力得不到發揮。為了讓學生在“三式”的模式下按時完成實驗任務，教師就得詳細講解實驗，用教師講解代替學生預習實驗，這對學生創新能力的培養和綜合素質的提高十分不利。為此，我們進行了開放實驗室、提高大型儀器使用率、調整實驗課教學方式等系列改革。

開放實驗有三種選題方式：(1)公選題，是老師為學生提供的實驗課題。此類提供實驗方法的課題，主要是吸引大量的學生進入實驗室，在加強基礎訓練的同時，通過實驗培養學生的學習興趣。(2)自選題，自選題是學生帶著自己感興趣的課題進入實驗室，通過查閱大量的文獻和資料，結合所學的知識論證課題的可行性，然后設計實驗方案，經過審核合格，教師和工作人員盡最大努力配合學生完成其研究課題。這種實驗給學生提供了施展才能和創造能力的空間，激發了學生實驗的主動性積極性及參與性。(3)科研課題，此類課題多為教師的科研項目。例如，蔬菜中農藥殘留的測定方法研究，由于科研項目研究的都是本學科最前沿的問題，這會激發學生的學習熱情、挑戰困難的勇氣和創新精神。同時，在教師的指導下獨立解決問題，可以培養、鍛煉他們獨立工作的能力。總之，以學生為主體，教師加以啟發、指導、管理的開放式實驗教學模式，是對傳統的實驗教學思想的探索和改進。

3.采用啟發式、討論式教學方法和現代教學手段。

在儀器分析課堂教學中，內容與時間的矛盾尤為突出，采取傳統的課堂教學方法既不能完成教學任務，也無法達到應有的教學效果。因而，在儀器分析教學中必須打破“一言堂”，“滿堂灌”的傳統教學模式，采用啟發式、討論式教學方法，通過課堂講授演示、提問、討論和課外講座等多種形式啟發和引導學生抓住重點，突破難點，明辨疑點，把教師的主導作用和學生的主體作用有機結合起來。

在儀器分析的教學中借助計算機多媒體技術可以降低學習難度，突破教學難點，加深學生對知識點的掌握，展示語言難以描述的內容，使抽象的內容具體化，復雜的內容簡單化。由于一些分析方法的原理比較抽象、儀器結構比較復雜，借助多媒體技術可將抽象的變化過程以形象直觀的圖片或動畫進行演示，從而給學生留下深刻的印象。在教學過程中除了可以運用Powerpoint、Flash等比較大眾化的圖形處理軟件外，教師可以通過借助一些專業化學軟件如Guassian03、Chemoffice、Chenwindow等構建和演示分子的三維立體結構模型，讓學生對研究對象產生直觀形象的了解，從而既加強了對學生空間思維、形象思維的培養，又可使課堂變得生動有趣[2]。

4.課堂教學與課外自學結合。由于儀器分析課程內容多，知識面廣，學科跨度大，因而，在有限的教學時間內，教師只能著重講授內容中的重點和難點，而對大量的有關知識只能依靠學生的課外自學來完成。因此，在課堂教學的基礎上，必須充分調動學生的學習積極性，明確提出課外學習的任務和要求，認真進行課外輔導和答疑，定期進行自學檢查和考核，培養學生的自學能力，把課堂教學與課外自學結合起來。

(三)加強大型精密儀器服務實驗教學的措施和力度

為了使大型精密儀器設備能夠更好的為儀器分析實驗教學服務，提高大型設備的利用率，可以采取以下具體措施：

1.實驗指導教師隊伍的建設及培訓

儀器分析實驗教學的質量如何，關鍵是指導教師。安排經驗豐富、業務精湛的骨干教師承擔儀器分程的教學和建設。按一定比例配備輔導教師和實驗準備人員。對這些教師進行培訓，培訓的方式有： 儀器安裝調試人員對指導教師的培訓；指導教師分批外出培訓。為最大限度發揮大型儀器的功能提供保障。

2.實驗教學內容建設

實驗教學內容要具有先進性和實用性，既要及時反映應化和化工專業領域的最新科研新成果，又要密切聯系生產、教學和科研的實際需要。

儀器分析教研組首先根據現有儀器和專業特點調整實驗內容，在原有實驗的基礎上增加了專業特點和實用性更強的的實驗項目，如：分子熒光法測定谷物中的核黃素，原子吸收法測定工業污水中Cd2+、Pb2+，電感耦合等離子體原子發射光譜法對合金中鉻、銅、錳、鎳、鈦等元素的定性和定量分析，氣相色譜法測定蔬菜中的農藥殘留，單掃描示波極譜法測定工業污水中的鉛和鎘。并編寫了相應的實驗方案。

三、小結

儀器分析課教學改革的實踐證明通過調整教學內容，優化教學方式，提高大型儀器的使用率，增開開放實驗，突出了學生的個性發展，加強了學生學習的主動性和積極性，培養了學生創新意識和創新能力，真正做到優生優培、因材施教。近幾年，從應用化學專業學生在石油化工分析、產品檢驗等方面就業情況來看，就業的人數在逐年增加，而且大多數學生畢業后，經過簡單培訓就可以快速適應崗位需要，這也充分反映出根據專業特點和社會需求進行儀器分析課教學改革的良好實踐效果。

教學改革是一項系統工程，還需要不懈的努力，我們雖然對儀器分析課程改革進行了初步的探索和實踐，并已初見成效。但還有很多問題有待于解決，如開放實驗內容的拓寬，新的設計實驗題目的開發等等。只要我們積極探索、銳意改革，儀器分析課程就會受到更多學生的歡迎，教學質量就會得到進一步的提高。

參考文獻：

[1] 于俊生,鄭修文,張劍榮,方惠群,史堅.關于儀器分析課程教學的思考[J].大學化學,2002,17(4)：13—15.

[2] 趙麗嬌,鐘儒剛,甄巖.現代儀器分析教學中科技創新意識的培養[J].理工高教研究,2008,27(5):143-145.