高校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置現(xiàn)況調(diào)查與分析

[摘要]儀器分析實(shí)驗(yàn)是儀器分析課程實(shí)踐教育的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要學(xué)科，本文采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查和部分高校實(shí)地調(diào)研的方法，對(duì)全國(guó)30所985重點(diǎn)高校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)情況進(jìn)行調(diào)查，分別從實(shí)驗(yàn)設(shè)備及教材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法及策略和實(shí)驗(yàn)考核體系等方面分析討論了該學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，以期能為一般普通高校提供參考和借鑒。

[關(guān)鍵詞]儀器分析實(shí)驗(yàn)；課程設(shè)置；調(diào)查；分析

[中圖分類號(hào)]G642.423 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005－4634(2012)02－0085－03

0 引言

儀器分析課程涉及內(nèi)容廣泛，較為抽象，難于理解，是化學(xué)類學(xué)科中難度較大的一門學(xué)科。而儀器分析實(shí)驗(yàn)是儀器分析課程中非常重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解各種分析方法所依據(jù)的原理、技術(shù)特點(diǎn)及操作要領(lǐng)，學(xué)會(huì)一些常規(guī)分析儀器的使用方法，掌握運(yùn)用儀器對(duì)實(shí)際物質(zhì)進(jìn)行分析分離的基本思路。通過(guò)本門實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握所用儀器的結(jié)構(gòu)和各主要部件的基本功能，理解和掌握相關(guān)儀器的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、方法，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立操作該類儀器進(jìn)行科學(xué)研究的能力，培養(yǎng)學(xué)生使用分析儀器正確地獲取精密實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理得出有價(jià)值信息的能力，在獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過(guò)程中也培養(yǎng)了良好的科學(xué)作風(fēng)和獨(dú)立從事科學(xué)實(shí)踐的能力，是學(xué)生未來(lái)走向社會(huì)獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐的預(yù)演。

隨著我國(guó)高等教育體制改革不斷深入，培養(yǎng)高素質(zhì)、高質(zhì)量的專業(yè)人才成為新世紀(jì)對(duì)大學(xué)生提出的更高要求。面臨時(shí)代挑戰(zhàn)，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置更要著眼于提高當(dāng)代大學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)全面發(fā)展的優(yōu)秀人才。因此高校都在積極全面地推進(jìn)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，不斷調(diào)整儀器分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置，最有效的培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的應(yīng)用型人才。本文采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查和部分高校實(shí)地調(diào)研的方法，對(duì)全國(guó)30所985重點(diǎn)高校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)情況進(jìn)行調(diào)查，探討儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展趨勢(shì)，以期能為一般普通高校提供借鑒。

1 儀器分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置情況調(diào)查

儀器分析實(shí)驗(yàn)，是在學(xué)生學(xué)習(xí)掌握儀器分析課程的基本原理之后，將儀器分析理論與操作應(yīng)用技能融合在一起的一門獨(dú)立開設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括光譜分析法、電分析化學(xué)方法、分離方法等方面的儀器分析實(shí)驗(yàn)，下面分別對(duì)各部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置狀況進(jìn)行調(diào)查分析。

1.1 光譜分析方法實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置情況

光譜分析法是基于檢測(cè)能量(電磁輻射)作用于待測(cè)物質(zhì)后產(chǎn)生的輻射信號(hào)或所引起變化的分析方法，也就是利用特征光譜研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)或測(cè)定化學(xué)成分的方法，包括紅外、熒光、紫外分光光度法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、核磁共振波譜法、質(zhì)譜法等。隨著光學(xué)分析儀器的不斷發(fā)展，在應(yīng)用方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用，因此光譜分析法在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有較大比例。在所調(diào)查的重點(diǎn)高校中，光譜分析法實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置基本都在4個(gè)以上(見(jiàn)表1)，而且紫外分光光度法、熒光分光光度法、原子吸收光譜法、紅外分光光度法都是必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。比如廈門大學(xué)、山東大學(xué)、四川大學(xué)等院校分別對(duì)紫外分光光度法開設(shè)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，中山大學(xué)對(duì)原子吸收光譜法開設(shè)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)中還要求學(xué)生掌握最佳條件的選擇方法等。而中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在分別開設(shè)了紫外、熒光分光光度法的同時(shí)，還增加了綜合性實(shí)驗(yàn)如《芳香類化合物的紫外與熒光光譜比較分析》，對(duì)兩種分析方法進(jìn)行分析比較，使學(xué)生得到更深入和全面的鍛煉。在紅外光譜分析法實(shí)驗(yàn)中，山東大學(xué)、武漢大學(xué)、廈門大學(xué)、上海交通大學(xué)等院校分別對(duì)液體和固體樣品進(jìn)行了紅外光譜測(cè)試實(shí)驗(yàn)，拓寬了學(xué)生視野。光譜分析法中核磁共振波譜法和質(zhì)譜法，因受到儀器操作復(fù)雜和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，開設(shè)的學(xué)校較少，只占到所調(diào)查985重點(diǎn)高校的五分之一。

1.2 電分析化學(xué)方法實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置情況

電分析化學(xué)是分析化學(xué)的一個(gè)重要分支，它是根據(jù)溶液或其它介質(zhì)中物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)及其變化規(guī)律來(lái)進(jìn)行分析的一種方法，它把測(cè)定的對(duì)象構(gòu)成一個(gè)化學(xué)電池的組成部分，通過(guò)測(cè)量電池的某些物理量，如電位、電流、電導(dǎo)或電量等，求得物質(zhì)的含量或測(cè)定物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)不同的測(cè)量方法可以分為電導(dǎo)分析法、電位分析法、電解分析法、庫(kù)侖分析法、極譜法和伏安法。電化學(xué)方法因其分析速度快、靈敏度高、測(cè)量范圍寬，而且儀器設(shè)備較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，儀器的調(diào)試和操作都較簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，所以高校對(duì)電化學(xué)設(shè)備的配置較為齊全，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本上在電導(dǎo)分析法、電位分析法、電解分析法、庫(kù)侖分析法、極譜法和伏安法中選擇三種進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)(見(jiàn)表2)。

1.3 分離方法實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置情況

化學(xué)分離是指試樣在進(jìn)行測(cè)定(或檢出)以前，常常需要使待測(cè)(或檢出)物質(zhì)與干擾物質(zhì)彼此分離。在儀器分析理論教學(xué)中主要學(xué)習(xí)了色譜分離技術(shù)，利用欲分離的各組分在體系中兩相的分配有差異(即分配系數(shù)或吸附等溫線不同)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些組分隨著移動(dòng)，可反復(fù)進(jìn)行多次的分配，組分的分配系數(shù)雖然只有微小差異，但在移動(dòng)速度上卻有頗大的差別，于是這些組分得到分離。色譜法兩相中，一個(gè)相是固定不動(dòng)的，稱為固定相；另一相是移動(dòng)著的，稱為流動(dòng)相。根據(jù)流動(dòng)相和固定相的不同，分為氣相色譜法和液相色譜法。該法通常處理量較少，故很適合于作微量組分的分析分離。通過(guò)對(duì)30所985重點(diǎn)院校調(diào)查(見(jiàn)表3)，可以看出這些院校均對(duì)氣相色譜法和液相色譜法開設(shè)了實(shí)驗(yàn)，而且山東大學(xué)、廈門大學(xué)等對(duì)氣相色譜法開設(shè)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中有8所高校還開設(shè)了綜合性實(shí)驗(yàn)，比如氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用法或液相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用法，占所調(diào)查高校比例的26，7％。但高校中開設(shè)毛細(xì)管氣相色譜實(shí)驗(yàn)的并不多，僅僅包括北京大學(xué)、山東大學(xué)、武漢大學(xué)在內(nèi)的3所高校，只占所調(diào)查高校比例的10％。因受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備等條件的限制，其它的分離方法如毛細(xì)管電泳、毛細(xì)管電色譜法、超臨界流體色譜法和超臨界流體萃取法等在所調(diào)查高校中基本沒(méi)有開設(shè)。

1.4 其它分析技術(shù)的開設(shè)情況

其它的一些分析技術(shù)比如熱重法、差熱分析、差示掃描量熱法、流動(dòng)注射分析法、X－射線衍射分析法等，在所調(diào)查的全國(guó)30所985重點(diǎn)高校中，開設(shè)這些實(shí)驗(yàn)課程的寥寥無(wú)幾，僅僅發(fā)現(xiàn)四川大學(xué)和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)開設(shè)了《C_aC₂O₄·H₂O的差熱分析和熱重分析》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，廈門大學(xué)開設(shè)了X－射線衍射分析法定性分析實(shí)驗(yàn)，其中包括等軸晶系試樣單胞常數(shù)、晶面指數(shù)、點(diǎn)陣類型的測(cè)定等。

2 調(diào)查結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)教材

隨著國(guó)家科教興國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)高等教育事業(yè)得到了迅速發(fā)展，各高校為了提高辦學(xué)水平和增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，購(gòu)置了很多大型儀器設(shè)備，極大地改善了高校的辦學(xué)條件，為從事高水平的科學(xué)研究及培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才創(chuàng)造了有利條件。于是先進(jìn)的分析儀器逐漸取代了老儀器，并隨著計(jì)算機(jī)軟件突飛猛進(jìn)的發(fā)展及其在儀器分析中的廣泛應(yīng)用，使得儀器的性能大幅度提高，也因此建立了表征測(cè)量的新方法、新技術(shù)，并開拓了新領(lǐng)域，于是現(xiàn)有的儀器分析教材內(nèi)容落后于新儀器發(fā)展的現(xiàn)象更為顯著。一方面要求高校管理者要與時(shí)俱進(jìn)，開闊視野，勇于創(chuàng)新，加大發(fā)展步伐，及時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)儀器中的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)；另一方面也要及時(shí)更新儀器分析教材內(nèi)容，使得儀器更新發(fā)展和教材內(nèi)容趨于同步。同時(shí)也因儀器分析實(shí)驗(yàn)教材通用性不強(qiáng)，不同院校擁有的儀器設(shè)備的種類、型號(hào)和數(shù)量參差不齊，因此開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)、實(shí)驗(yàn)要求也不盡相同，在借鑒其他高校成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，更重要的是能夠探索出一種適合本校具體情況、易于實(shí)施、具有可操作性的方案，從而更有效的培養(yǎng)出高素質(zhì)、高質(zhì)量的專業(yè)人才。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

研究型和應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)在高校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程中的主導(dǎo)地位日益顯現(xiàn)。傳統(tǒng)的儀器分析實(shí)驗(yàn)所設(shè)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)方法成熟，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，與現(xiàn)實(shí)生活和實(shí)際生產(chǎn)關(guān)系不大，這些內(nèi)容已不能適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的要求。而且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，缺少培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。當(dāng)中所涉及的大型貴重儀器實(shí)驗(yàn)，或是演示實(shí)驗(yàn)，或是學(xué)生短時(shí)間操作，不能適應(yīng)科技發(fā)展的需要，不能達(dá)到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。在所調(diào)查的985重點(diǎn)高校中，可以顯著的看到這方面的改進(jìn)和提高，研究型和應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)比例明顯加大，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程趨于完整合理，有別于傳統(tǒng)的使用現(xiàn)有的藥品試劑。比如在分離方法實(shí)驗(yàn)中，四川大學(xué)、北京師范大學(xué)、中山大學(xué)等開設(shè)的APC藥片中各組分(阿司匹林、咖啡因和非那西丁)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，就增加了一些實(shí)際樣品(藥品)的前處理過(guò)程，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性和科學(xué)性得以提升。但也存在不足的地方，比如還可以緊密結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中所遇到的一些熱點(diǎn)問(wèn)題，如奶粉中三聚氰胺的檢測(cè)，蔬菜中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)及中草藥成分的測(cè)定等實(shí)用性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到儀器分析在現(xiàn)實(shí)生活中的地位和作用，意識(shí)到某些分析方法的作用和重要性，從而激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。同時(shí)使得儀器分析實(shí)驗(yàn)更加貼近社會(huì)和生活，更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，最有效的培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的研究型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)策略

注重構(gòu)建學(xué)生從事科研工作的基本思想和方法。在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師既需要把理論課上講述的有關(guān)儀器分析方法的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)，又需要把實(shí)驗(yàn)中所要應(yīng)用的儀器操作的基本技能教授給學(xué)生，同時(shí)也通過(guò)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維和創(chuàng)造能力，塑造和發(fā)展學(xué)生的科研思想和方法，真正做到授之以漁，為學(xué)生今后在從事教學(xué)、科研、分析檢測(cè)等工作方面奠定一定的基礎(chǔ)。

2.4 實(shí)驗(yàn)考核體系

建立起多層次多元化的考核體系。考核是檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要手段，科學(xué)、合理的考核方式對(duì)于全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性具有重要意義。怎樣消除高分低能現(xiàn)象一直是教育工作者努力的方向，針對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)復(fù)雜、難于理解的特點(diǎn)，更要把培養(yǎng)能力作為目標(biāo)，注重整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并不是只看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是將考核工作貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，包括學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論、實(shí)驗(yàn)態(tài)度等方面進(jìn)行全面的考核評(píng)價(jià)。這樣，學(xué)生的積極性會(huì)被很好地調(diào)動(dòng)起來(lái)，認(rèn)真學(xué)習(xí)和完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在綜合能力方面得到了普遍的提高，減少了高分低能的現(xiàn)象，從實(shí)際效果來(lái)看，極大的促進(jìn)了具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的脫穎而出。

3 結(jié)束語(yǔ)

儀器分析是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，而儀器分析實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要學(xué)科，要緊緊圍繞培養(yǎng)研究型、應(yīng)用型及創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，切實(shí)發(fā)揮該課程最大功效，這將是一個(gè)長(zhǎng)期而又艱巨的探索過(guò)程。