直觀性原則在儀器分析教學中的應用*

肖新峰 劉曉東 唐堯基

(山東科技大學化學與環境工程學院 山東青島 266510)

儀器分析課程是化學類專業(包括化學、應用化學、化學工程、材料化學、礦物加工)和環境類專業(包括環境科學、環境工程)的基礎主干課程。儀器分析法在自然科學領域的研究和應用中占有極其重要的地位。通過儀器分析課程的教學，可以使學生對儀器分析這一領域有較全面的了解，基本掌握儀器分析的各類方法。由于儀器分析課程內容的特點，在其教學過程中開展直觀性教學具有非常重要的意義。

1 直觀性教學原則的含義和認識論基礎

直觀性原則是指在教學中，教師要利用直觀手段，通過引導學生開展多種形式的直觀性認知，豐富學生的感性認識，發展學生的觀察力和形象思維，并為形成正確而深刻的理性認識奠定基礎。

古今中外的教育家都對直觀性教學原則作過精辟的闡述。中世紀捷克杰出的教育家夸美紐斯在其著作《大教學論》中指出，“應該盡可能地把事物本身或代替它的圖像放在面前，讓學生去看看、摸摸、聽聽、聞聞。”并率先提出了教學中的直觀性原則。后來俄國教育家烏申斯基對這個原則進一步作了深刻的論證，指出：“邏輯不是別的東西，而是自然界的事物和現象的聯系在我們頭腦中的反映”。近、現代教學實踐的發展證明，直觀性原則在教學中正處于越來越重要的地位[1]。

直觀性教學原則反映了學生的認知規律，即通過感性、形象而具體知識的學習，提高學生對課程學習的興趣和積極性，減少學習抽象概念的困難；通過展示事物的內部結構、相互關系和發展過程，幫助學生形成科學的概念，從而更好地深化認識和運用知識。直觀教學之所以必要，是由于學生對教材的理解總是要以對事物的感知為基礎。學生由于缺乏直接經驗，在學習知識的過程中往往容易犯抽象、空洞、形式主義的毛病；又由于學生的思維，具有沿著由經驗思維占優勢向理論思維占優勢發展的趨勢[2]。所以，教學要適應和促進這個發展過程。在教學過程中貫徹直觀性原則，有助于解決名詞概念脫離事物、抽象概括脫離具體形象、理解脫離感知等矛盾。鮮明生動的形象，容易喚起學生的注意，激發學習興趣和熱情，促進知識的理解和遷移；有助于發展學生的觀察能力、形象思維能力，以及形成辯證唯物主義觀點。

教學的認識過程有其特殊性，它不是以嘗試性直接認識方式為主，而是以書本為知識載體的間接認識方式為主，即以間接經驗為主。這種間接性認識方式的優點，可以使學生在有限的時間之內以最經濟的方式掌握一定范圍內的知識，并且形成相應的技能、能力、智力、體力、品德和人格。其最大的局限性則表現為由于感性經驗的不足而常常影響掌握理論知識的速度、進程和質量。對于這種間接性認識方式本身所具有的不足，可以通過直觀性教學進行彌補。

目前，高等學校的專業課程教學非常注重課程內容的科學性、理論性和邏輯性，而往往忽視了教學過程中最基本的直觀性原則。這種局面直接造成學生未形成通過直觀性方法學習和理解課程理論內容的習慣。高校教學的課程設計必須考慮直觀性原則，在多媒體教育高度發展的今天，直觀性教學是理性認識轉化為感性認識的重要手段。

2 直觀性原則是儀器分析課程教學的客觀需求

儀器分析是一門綜合性實驗科學，其特殊性尤其適合直觀性教學。

2.1 形象直觀的引導

儀器分析課程所介紹的分析儀器涉及的學科和領域很廣。不同類別的儀器從基本原理、結構特點、應用范圍到操作使用技術，都有非常大的差別，所涉及的內容往往涵蓋多個學科領域，任課教師由于種種條件的限制，不可能對所有的儀器方法都精通。另外，隨著近年來科技的發展，儀器制造技術得到了極大的提高，計算技術在儀器方法中得到了普遍的應用，各種新理論、新技術不斷地用于精密分析儀器之中，先進的分析儀器不斷出現。這種狀況大大增加了儀器分析理論與技術的復雜性，因此可以說，多學科交叉性是儀器分析課程在教學上的最大難點[3-4]。

對此，教師可以充分利用直觀性教學的手段，把儀器分析多學科交叉、知識面廣、技術手段多樣的特點形象地展示給學生，使學生在感知認識的基礎上，體會分析儀器是怎樣把多種知識集成和應用到一起的；另一方面，也可以通過儀器分析的手段，把分析測試技術應用到多種科學領域。

2.2 通過直觀教學化繁為簡

現代分析儀器尤其是現代大型精密分析儀器結構復雜，即便是同一種儀器，由于生產廠家不同，其內部結構也不盡相同。再加上電子技術和計算機技術的應用，很多儀器實現了小型化，多種復雜的功能都可以集成在很小的線路板或集成塊上。而儀器的操作使用則變得更加簡單[4]。這些在一定程度上加大了學生對分析原理理解的難度，導致一些學生在實際操作使用儀器時感到無所適從。在儀器分析課程教學中，應當充分考慮這方面的因素，多開展直觀性教學，把理論講解和現場實物觀察有機地結合起來，使學生在直觀認識的基礎上，理解分析過程的原理和分析理論。如目前廣泛使用的北京普析通用的原子吸收分光光度計，該儀器只有一個電源開關鍵，儀器的所有操作全部通過工作站進行反控。僅從外觀學生并不能看到儀器內部的復雜結構和基本的工作流程。在教學中，可以分為幾個模塊(銳線光源—原子化器—單色器—光電轉換裝置(數據工作站))幫助學生理解，把復雜的內容理出條理；再通過讓學生對儀器各個部分進行實際觀察，消除對復雜儀器的神秘感。在實際操作時，只要按照工作站的操作流程，合理選擇儀器參數就可以輕松使用了。但如果弄不清儀器的原理和內部結構，對工作站的使用就不可能清楚、明了，因此，原理模型直觀和實物直觀簡化了學習過程。

2.3 采用虛擬手段進行形象模擬

分析儀器尤其是現代大型精密分析儀器大多價格昂貴、耗材量大且運行成本高。大型精密分析儀器在一定程度上體現了一所綜合性大學的辦學基礎、科研基礎和發展潛力，也關系到學校在專業領域中的影響力。目前，大型分析儀器已逐漸應用于本科生的教學和學生實驗，但運行成本仍然是重要的制約因素。

解決運行成本高和大型儀器數量少等問題的有效手段是采用虛擬實驗手段，對相應儀器結構原理和儀器分析實驗進行模擬演示。這種形象直觀的手段可以幫助學生更好地理解相應內容。

2.4 在儀器分析課程中強調實踐性是直觀性教學的有效延伸

儀器分析課程教學的最終目的是使學生學會使用現代分析儀器，能夠利用分析儀器為科學研究和生產生活服務。因此，在該課程教學中必須強調實踐。只有通過實際應用與操作，才能真正理解儀器的基本原理，才算學好了這一門知識。

在學生進行儀器分析實驗的過程中，通過引導學生對儀器實物的觀察，對儀器內部結構的了解，熟悉儀器的性能，進而掌握儀器的分析原理。學生只有對儀器熟悉了，才能消除陌生感，再輔以具體的操作，就可以相對容易地掌握分析儀器的使用。

2.5 直觀介紹分析儀器的動態發展

在現有的教科書中，較常用的一本是朱明華編寫的《儀器分析》[5]，該教材雖經3次修訂，但仍不能及時反映分析手段的最新發展和應用情況，這就要求任課教師盡可能了解各種儀器及其應用領域的發展動態，在教學中不拘泥于現有教材，注意更新和補充新的內容。在教學過程中，通過直觀性的引導，可以使學生掌握每一類型分析儀器的原理和結構，通過形象或實物直觀弄清楚新型儀器的實現方法、技術創新和分析原理。這樣就可以更好地開拓學生的視野，啟發學生的思維，提高他們的學習興趣和學習積極性[6]。

3 直觀性原則在儀器分析教學中的應用

在儀器分析教學中貫徹直觀性原則，依賴的是各種直觀教學形式。直觀教學是指使學生獲得感性知識所采用的教學方式，其形式主要有實物直觀、模像直觀、語言直觀、多媒體直觀等。

3.1 實物直觀

實物直觀是以實際的事物本身作為直觀對象進行的直觀活動。通過實物直觀，學生能加深對知識的感知。心理學研究表明，實物直觀是領會科學知識的起點，是學生由不知到知的開端，是知識掌握的首要環節。

在儀器分析課程教學中，讓學生實際觀察分析儀器，尤其是觀察了解儀器的內部結構、儀器各部件的設計特點、安裝方式、連接工藝等，是學生掌握儀器分析內容的有效手段。

比如在氣相色譜的學習中，讓學生實際觀察填充柱和毛細管柱、熱導池檢測器和氫火焰離子化檢測器、燃氣鋼瓶和載氣鋼瓶、自動進樣閥和進樣針，學生就可以容易地理解它們的功能和區別，并產生深刻的認識，這樣會比單純課堂講授的效果好得多。

3.2 模像直觀

模像直觀是運用各種手段對實物的模擬，包括圖片、圖表、模型、幻燈、錄音、錄像、電影、電視等。在儀器分析課程教學中，實物直觀雖然具有真實有效的特點，但往往受到實際條件的限制而無法使用；如大型精密儀器，不可能全面拆卸來讓學生進行觀察。模像直觀則能有效地彌補實物直觀的缺憾，借助某些技術手段對儀器的部件、結構、流程、原理等進行模擬表達，以達到直觀的效果。在教學中，使用儀器圖片、結構框圖、模擬流程、虛擬實驗室等模像直觀手段，對儀器分析教學很有幫助。比如在色譜知識的教學中，通過過程模擬解析不同組分在色譜柱上的分離過程，學生可以形象地把儀器色譜柱上這種看不到的分離過程直觀地進行感知，使學習過程形象生動，印象深刻。

3.3 語言直觀

語言直觀是教師運用自己的語言，借助學生已有的知識經驗進行比喻描述，引起學生的感性認識，達到直觀的效果。與前兩種直觀相比，語言直觀可以最大限度地擺脫時間、空間、物質條件的限制，是最為便利和最為經濟的。語言直觀的運用效果主要取決于教師本人的素養。在儀器分析教學中，可以精心設計教學語言，對儀器的形態、結構、原理、分析流程等進行形象直觀的描述，這將有助于學生的學習。如原子吸收分光光度計的燃燒器，可以讓學生聯想家庭常用的燃氣灶；對于原子吸收模型、紫外吸收模型、紅外吸收模型等，可以結合物質結構原理進行直觀性描述。

3.4 多媒體直觀

多媒體教學已經成為儀器分析教學中廣泛使用的手段。通過教學設計，合理選擇和運用現代教學媒體，并與傳統教學手段有機組合，共同參與教學全過程，以多種媒體信息將儀器分析的復雜內容傳遞給學生，形成合理的教學結構，可以達到最優化的教學效果。如使用多媒體動畫演示儀器的使用方法，播放儀器結構、試驗過程的教學視頻，使用網絡虛擬實驗室進行網上虛擬儀器分析實驗等。這些方法可以達到提高學生學習注意力、增強學習興趣、易于理解教學內容的目的。

綜上所述，在儀器分析教學中運用直觀性原則既符合一般性教學規律和認知規律，又符合儀器分析課程的特點。在儀器分析教學過程中，應當不斷探索直觀性教學的原則和方法，使學生在輕松、直觀的教學氛圍中學到儀器分析的原理和精髓，只有深入這一教學領域，不斷進行教學實踐，才能真正體驗到這一原則的理論價值。

參 考 文 獻

[1] 李秉德.教學論.北京:人民教育出版社,1991

[2] 史炳星.學科教育,1998,9:42

[3] 汪爾康.21世紀的分析化學.北京:科學出版社,1999

[4] 汪爾康.分析化學新進展.太原:山西科學技術出版社,1997

[5] 朱明華.儀器分析.北京:高等教育出版社,2008

[6] 孫悅.中國醫藥導報,2008,5(1):89