儀器分析實驗教學改革探索與實踐*

胡萬群 張漢昌

(中國科學技術大學化學實驗教學中心 安徽合肥 230026)

儀器分析實驗是化學及應用化學等專業的必修基礎課程之一。在長期的教學實踐中，我們越來越感到在教學內容的設置上，傳統的以著重基礎知識訓練為教學目標的實驗內容越來越不能滿足學生的探索求知欲望和培養學生綜合創新能力的需求。本課程的教學目標已不再是僅僅通過實驗學習加深對儀器分析方法原理的理解和鞏固課堂教學的效果，更重要的是要通過實驗課程學習，了解先進的分析技術，培養學生實事求是的科學作風，提高其獨立從事科學研究以及提出和解決問題的能力[1]。圍繞這一目標，我們對儀器分析實驗的教學內容設置、教學方式與方法等進行了探索和實踐。

1 教學目標與方法

在原有教學內容的基礎上，通過調整實驗學時安排，在保留必要的經典實驗內容的同時，新增開放、設計性實驗的學時和教學內容。將儀器分析實驗的基礎課教學分為基本實驗和開放、設計性實驗兩個階段進行。

基本實驗階段重在對學生進行儀器分析的基礎知識傳授和基本實驗技能的訓練。要求學生以實驗為載體，掌握分析方法的原理，了解儀器的工作原理與結構，初步學會儀器的操作技能，掌握定性、定量分析的基本方法，為開放、設計性實驗階段打好基礎。

基本實驗階段主要采用在教師指導下學生獨立實驗的教學模式，重在培養學生的動手能力和觀察能力。

開放、設計性實驗階段的教學旨在培養學生綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力和培養學生的創新意識。學生以2～4人為一組，根據興趣自主選題或由教師命題供學生選擇，然后查閱文獻設計實驗方案，師生共同討論修改方案，最后分批實施實驗方案。

本階段采用以學生為主體的研討式教學方法，學生不再是照方抓藥式的被動學習，而是從解決問題的興趣出發，積極主動地學習。他們通過查閱資料，設計并實施方案，寫課程論文，鍛煉了在科學實驗中發現問題、解決問題的能力，以及在撰寫論文和答辯過程中的綜合歸納能力、科技寫作能力和語言表達能力。這種研討式的教學方式有助于培養他們的創新意識，激發創新熱情，提高從事科研活動的能力和解決實際問題的能力。

2 教學內容設置

基本實驗階段的教學內容包括光(波)譜分析、電化學分析、色譜分析及熱分析中的若干經典實驗，兩人一組，逐個輪換。如光譜分析實驗：ICP-AES法測定茶葉中的礦物質和微量元素，芳香類化合物的紫外與熒光光譜比較分析，X射線衍射物相分析；電化學分析實驗：氟離子選擇電極測定湖水中的氟離子含量，恒流源的制作與庫侖滴定分析等；色譜分析實驗：氣-質聯用法推測有機反應副反應機理；熱分析實驗：CaC2O4·H2O的差熱分析和熱重分析等。

開放、設計性實驗階段的教學內容由教師命題和學生自主設計兩種形式組成。引導學生自主設計的實驗內容首選近期基礎研究中涉及儀器分析方法相對較為全面(至少3種以上)的課題作為實驗教學題目；同時，選擇與生活實際密切相關的一些物質，作為儀器分析實驗教學中研究分析的對象。如教師命題科研轉化的實驗題目：1，4-二氫吡啶衍生物的無溶劑合成研究及核磁、紅外分析,電磁感應加熱-原子熒光光譜法測定生物樣品中的無機汞和有機汞，PbS納米方塊的合成及XRD表征,聚苯胺類導電聚合物的制備及降解過程的紫外可見光譜-電化學研究等；學生自主設計的實驗題目：秸稈中纖維素的實驗處理和紅外光譜表征，氣-質聯用法測定實驗室周邊土壤、水樣中的污染物，原子發射法測定口服液中的鈣、鐵、鋅含量，紫外可見分光光度法測定番茄中維生素C含量，奶粉中三聚氰胺的液相色譜分離分析等。

3 學生成績評定

實驗成績的考核既要注意課程要求的全面性，又要注意各種儀器分析方法的特殊性，更要注意對實驗過程中學生綜合實踐能力的考核。本課程的總成績由基礎實驗階段和開放、設計實驗階段兩部分的實驗成績組成。基礎實驗階段成績占總分的80%，開放、設計性實驗階段成績占總分的20%。實驗成績評定包括以下內容：實驗操作訓練，實驗結果的準確度與精密度，實驗原理和實驗基本知識的理解，實驗報告的書寫與實驗結果的討論，開放、設計性實驗情況等。具體評分標準為：預習報告、實驗報告25%，實驗操作及技能45%，原始記錄25%，紀律與衛生5%。評分重在學生實驗過程中實驗操作技能的培養、實驗原始數據記錄和實驗結果的總結。在開放、設計性實驗階段，由學生自主設計的實驗題目，其實驗結果的 “成敗”不作為實驗成績考核的主要依據，目的是讓學生得以放開手腳，充分發揮想象力和自主創新性。

4 教學實踐效果和學生感言

儀器分析實驗課程是我校化學專業及應用化學專業大三本科生的必修課程。該課程在培養學生的動手能力、解決實際問題的能力方面起到了很好的示范作用，修過該課程的本科生無論是參加大學生暑期大研計劃還是參加課題組的科研工作，都能夠比較得心應手地使用所學的儀器分析方法解決科研工作中遇到的問題。此外，在我校教務處最近3年的學生課程調查問卷結果中，該課程均為“優”，這在一定程度上反映了該課程的教學效果良好，受到了學生的歡迎。如一位學生曾這樣說，“儀器分析實驗記錄了我的很多第一次——第一次為了書寫一份實驗報告查閱了3本以上的專業書籍；第一次知道原來書本上的東西可以離生活如此近；第一次切身體會到化學是現代生活的重要基礎。”

5 實驗教師隊伍建設

高素質的實驗教學隊伍是高質量的實驗教學的保證。實驗教學質量的高低取決于教師對實驗教學目的和意義的認識，取決于教師的能力、經驗、積極性和責任心[2]。好的實驗教師不僅要教會學生規范操作，還要教會學生善于觀察和發現問題，啟迪學生的思維，激發學生的創新潛能，培養學生勇于探索、善于創新的優良品質。因此，實驗教師隊伍的建設對實驗教學質量的提高起著不容忽視的作用。

5.1 專職和兼職相結合的教學團隊

本課程組教師由專職和兼職兩部分人員組成。專職人員都具有比較長期的教學經歷，對本學科的基礎理論和實驗技能都有深入的理解和掌握，教學效果良好。兼職人員主要是各相關學科的專家、教授，負責本學科的學術指導、把握本學科的發展方向和規劃等。

5.2 青年教師的培養

重視青年教師的培養有利于建設良好的教學團隊，以推動教學內容、方法的改革和研究，促進教學研討和教學經驗交流。

通過以老帶新的培養模式，對剛參加實驗教學的年輕教員進行課前培訓，對教學方法與教學方式等加以引導，促進教師間的合作交流與傳、幫、帶[3]。召開教學研討會，針對年輕教員提出的學生實驗過程中出現的典型教學案例，采取積極措施，促進實驗教學過程的高標準、嚴要求。

支持年輕教師參加由教育部及有關部門舉辦的各類實驗教學交流會，并定期請兼職教授做學術報告，以全面提升教師隊伍的綜合實力，并在實驗教學中給學生更多啟發和引導，以培養學生的綜合實踐創新能力。

6 多媒體技術的利用及網絡教學環境

采用多媒體方式對各種儀器分析方法的原理、儀器結構及工作原理進行介紹。將教學中的難點和實驗中的關鍵技術通過動畫分解開來，配合超鏈接等網絡技術重點講解，既直觀、易懂，又能提高學生的學習興趣。再加上實驗過程中提問式、討論式、啟發式的教學，有效地提高了教學質量。

開設了方便學生學習的網絡教學課堂，將課程中各實驗的教學課件及實驗教學影片等，放在化學實驗教學中心的網站上，以方便學生預習與復習。各種儀器的簡要介紹以及操作注意事項等也都放在網上供學生隨時查閱。

建立了師生互動的網絡教學論壇，通過這種方式，提供學生與教師交流的平臺。學生對實驗中的問題和建議可以通過論壇發表，這樣也可起到對教學監督和提高教學質量的作用。論壇中的每個主題都有專門的教師負責管理和解答問題。

7 體會與設想

儀器設備要跟上時代發展。隨著科技的進步，新儀器、新方法不斷出現，要使學生能夠及時了解新方法和新技術，就必須不斷增加與新儀器、新技術相適應的教學內容,而如果沒有相應的設備是做不到這些的。

實驗內容要不斷更新。尤其要與實際生活和科研相結合，把一些科研成果轉化為實驗內容，或讓學生用儀器方法解決有關科研和實際生活中的一些問題。除一些基本實驗、設計性實驗和一般的綜合實驗外，可開設一些比較大的綜合性實驗。如對一個比較復雜的實驗項目或樣品，要求進行定性、定量分析，表面和結構分析等，通過聯合使用多種儀器方法解決問題，使學生得到較為全面的儀器方法訓練。

高素質的教學隊伍建設不容忽視。一方面要求教師專業知識雄厚、教學經驗豐富，更重要的是要有高度的責任感，注重實驗教學過程中的嚴把關、高要求、重啟發，兼顧對學生基本技能和創新能力的雙重培養。真正使實驗教學的過程不僅僅是理論與實踐的簡單驗證過程，而且還是在鍛煉實踐動手能力的同時，能充分發揮個人聰明才智進行思想創造與實踐的過程。

實驗室要開放。除實驗課以外，允許學生根據自己的興趣和需要，與教師預約后進入實驗室使用專用教學儀器做實驗或進行科學研究，讓學生在實踐中學習。我們儀器分析實驗室的儀器設備采用的是以實驗教學為主、專人負責的管理模式；學生的上機時間由實驗完成的情況決定。開放、設計性實驗階段的教學至今已實施6年多，教學效果較好。

參 考 文 獻

[1] 陳培榕，李景虹，鄧勃.現代儀器分析實驗與技術.第2版.北京：清華大學出版社，2005

[2] 張樹永，張劍榮，陳六平.大學化學，2009，24(4)：25

[3] 陳六平， 童葉翔，瞿俊雄，等.大學化學，2010，25(2)：15