儀器分析實驗教學改革實踐*

李愛峰 孫愛玲 柳仁民

(聊城大學化學化工學院 山東聊城 252059)

儀器分析實驗是儀器分析課程的重要實踐教學環節，是學生了解各種儀器的結構、熟悉各種儀器的操作方法、掌握各種儀器的原理、理解課堂上所學理論知識的重要途徑，對于培養學生的實踐能力、創新能力和學以致用的能力可以起重要的作用[1]。

為適應時代和科技發展的需要、提高大學生的綜合素質、培養全面發展的優秀人才，同時也為了充分發揮儀器分析實驗的作用，我們在完成基本教學任務的同時，按照創新型人才培養模式[2]，全面地推進儀器分析實驗教學方法改革，以激發學生的學習熱情和興趣，調動他們學習的積極性和創造性，提高分析解決問題的能力。

1 目前儀器分析實驗教學方法存在的問題[3]

(1) 為了保護大型的貴重分析儀器不受損害，實驗指導教師一般不向學生展示其內部結構，這樣會使學生做完實驗后對儀器的內部結構及工作原理還是不太清楚，并且學生對每種儀器一般只有一次學習機會，缺乏鞏固練習的機會。

(2) 為了保護大型的貴重分析儀器不受損害以及受實驗學時數的限制，學生只能按照實驗指導教師預先優化好的實驗條件進行實驗，在實驗過程中不允許出錯。這樣會使學生對于實驗條件的選擇沒有充分的認識，難以從錯誤和失敗中總結經驗教訓。這將使他們在走上實際工作崗位后，不會獨立地建立實驗方法，缺乏發現問題、分析問題、解決問題的能力。

(3) 由于儀器分析實驗課采取循環式安排，有些實驗安排在相應的理論講授之前，造成學生預習實驗的效果不好，而且在實驗課上指導教師需要花一定時間講解相關的理論內容，這樣就會縮短學生的實驗操作時間，不利于提高學生的實踐能力。

(4) 傳統的教學方式通常是教師就實驗講實驗，而不是教學生應用同一儀器做不同實驗的方法，也沒有對不同的方法和儀器進行橫向比較。

(5) 實驗成績考核方案過于強調分析測定結果的準確度、精密度及實驗報告的書寫情況，往往造成個別學生抄襲實驗報告，隨意篡改甚至編造實驗數據的現象。

2 改革儀器分析實驗教學方法

(1) 運用啟發研討式的互動教學。

傳統實驗課的教學方法是：實驗前由教師講授實驗目的、原理、儀器、實驗步驟和注意事項，學生只需“照方抓藥”做實驗即可，這種教學模式使學生處于被動狀態，不利于培養學生的創造力。為了使學生在實驗教學中變被動為主動，我們采用啟發討論式的互動教學方法。例如，用高效液相色譜測定飲料中咖啡因的含量時，教材都會注明在286nm下進行定量測定。在啟發研討式的互動教學中，我們引導學生去思考為什么選擇286nm為檢測波長，如何選擇定量分析的檢測波長，然后讓學生使用紫外分光光度計對咖啡因對照品的波長進行掃描，以確定最佳檢測波長。這樣做可以讓學生施展自己的能力，強化學生自身的實驗感受、激發學生的創新熱情[4]。

(2) 注重理論聯系實際。

長期以來，學生普遍存在重理論輕實驗的思想，對于理論課講授的方法、原理等掌握較好，但沒有與實驗課聯系起來。如果教師在講解實驗時只是“照本宣科”，那么，學生就很少會思考為什么要這樣做。這樣不利于培養學生的創新思維[5]。針對這種情況，我們首先從思想上對學生進行教育，端正其學習態度；其次，注意將理論課與實驗課有機結合起來，引導學生通過實驗課來消化理論課上所學的知識，用理論來指導實驗。例如，關于用庫侖滴定測定As(Ⅲ)的含量，教材都會強調在配制KI電解液時要加入NaHCO3，至于NaHCO3的作用卻往往介紹得不詳細，我們可以藉此引導學生去思考NaHCO3溶液的pH約是多少，為什么實驗要求介質為弱堿性，如果介質為酸性或強堿性會給分析結果帶來什么影響，滴定分析對于滴定反應的完全程度有什么要求，庫侖滴定的前提條件是什么，As(Ⅲ)的還原能力與介質的pH有什么關系，為什么介質的pH決定著該反應的方向等一系列問題。這些問題的答案都可以在理論課中找到，從而可在實驗過程中加深學生對于理論知識的理解和鞏固，同時也能體現理論對于實驗的指導意義。這樣能使學生在今后的學習中更注意理論聯系實際。

(3) 借助網絡教學平臺強化實驗預習環節。

如果學生做實驗之前能夠充分預習，帶著問題來實驗室，那么實驗教學就有可能取得更理想的效果。因此，實驗預習效果直接影響到實驗課的教學質量。儀器分析實驗基本上都采用循環式安排，經常會出現理論與實驗不同步的情況。如果指導教師在實驗課上講解過多與實驗相關的理論知識，就會縮短學生動手操作的時間，不利于提高他們的動手能力[6]。因此，如何幫助學生對實驗進行預習是擺在實驗指導教師面前的一個大問題。我們把購買或自己制作的一些虛擬實驗室、多媒體課件、教學錄像、儀器操作規程等發布到儀器分析實驗課程網站上，使學生能夠方便地在實驗前了解實驗內容、相關基本理論以及儀器的構造和操作過程，并對預習效果進行自我測試。這樣能使學生做實驗時心中有數，從而能在實驗過程中發揮主觀能動性，提高發現、分析和解決問題的能力。

(4) 注重計算機在數據處理中的應用。

隨著計算機技術的快速發展與廣泛應用，分析儀器向著軟件化、自動化、集成化、智能化的方向發展。分析儀器的功能越來越強大，分析軟件在整個分析系統中發揮著越來越重要的作用[7]。學生很容易從實驗中獲得所需的譜圖和完整的數據，但是很多學生對于后續數據處理工作的掌握和認識程度還遠遠不夠。我們不僅要求學生規范地記錄實驗數據，而且要求學生會用代數法和圖解法處理實驗數據。例如，在直接電位法測定水中氟的含量時，我們要求學生用標準曲線法和單次標準加入法對同一個樣品進行測定，不僅要對標準曲線法和公式計算的結果進行比較，還要對兩種定量分析方法的優缺點、適用范圍等進行分析比較，這樣學生就能根據實際樣品的情況選擇合適的定量分析方法。在電位滴定法測定混合溶液中的I-、Br-含量時，不僅要求學生將代數法計算的結果與滴定曲線、一次微分曲線、二次微分曲線上獲得的結果進行比較，還要指出手工繪制的曲線具有很大的隨意性，往往會導致分析結果不準確。我們還利用學生普遍愛鉆研電腦的特點，鼓勵學生借助Excel軟件或Origin圖像處理軟件進行數據處理。在色譜分析實驗中，我們還教會學生先從儀器的操作軟件獲得數據文件，然后用Origin圖像處理軟件繪制色譜圖，這樣可以激發學生的學習熱情，并提高他們的科研素質。

(5) 開設虛擬實驗。

虛擬實驗教學是實驗教學的一個重要發展方向。與傳統實驗相比，虛擬實驗不但可以彌補教學條件的不足、極大地降低實驗成本，還可以避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。因此，將虛擬實驗應用到實驗教學中，不僅能完善真實實驗、豐富實驗項目及內容，還有助于培養學生的創新能力[8]。在虛擬實驗中，學生可以大膽模擬實驗過程，而不必擔心損壞儀器；可以作各種嘗試，甚至錯誤的實驗操作，以了解錯誤產生的原因及造成的危害。例如學生在模擬液相色譜分析過程時會發現，如果改變流動相的組成、流速、檢測波長和洗脫模式，色譜峰的保留時間、峰型、峰面積及分離效果會發生較大的變化。通過此虛擬實驗，學生既能加深對色譜理論的理解，又能學會如何進行實驗條件的優化。這樣，在以后的真實實驗中，學生就可以結合虛擬實驗的摸索，進行實驗條件的選擇。

(6) 對不同的方法和儀器進行橫向比較。

例如，在學生做完光學分析法、電化學分析法、色譜分析法實驗后，可以布置一個設計實驗題目，如“果蔬中維生素C含量的測定”，要求學生查閱資料，盡可能設計多種實驗方案。學生經過查閱資料發現，維生素C分子內有共軛雙鍵，在紫外光區有吸收，可以用紫外分光光度法進行測定；維生素C具有還原性，可以被I2氧化后用庫侖滴定法進行測定；還可以用高效液相色譜法將維生素C與其他組分分離后再測定。這樣，對同一種物質的測定就有了幾種原理各不相同的方法，充分體現了儀器分析方法的多樣性。

(7) 發揮廢舊儀器的作用。

在儀器分析實驗中會用到大型貴重分析儀器，但大多數儀器的核心部件是從外面觀察不到的。為了避免灰塵進入或儀器精度受損，實驗指導教師一般不向學生展示其內部結構，這樣會使學生對儀器的內部結構及工作原理缺乏感性認識，做完實驗后往往還是不甚清楚[9]。針對這一問題，我們充分發揮廢舊儀器的作用，騰出專門的實驗室用于展示儀器的組成和結構。在這里，學生不僅可以近距離觀察到每一個部件的構造，而且可以動手操作，不用擔心損害儀器。

(8) 完善實驗考核方案。

為了調動學生的主觀能動性，正確評價他們的理論水平及實驗技能，我們在實驗成績評定時以“重在過程，不惟結果”為指導思想，實行多元化考評制度，不斷完善實驗考核方案[10]。我們對實驗過程進行合理分解，將對學生的考評體現在預習情況、實驗操作、學習態度、實驗作風、實驗結果、實驗數據處理、實驗結果分析與討論等各個小過程中，每一部分分別賦予不同的分值。實踐證明，由于多元化的考評體系更加注重學生參與實驗的過程，更能合理、全面公正地反映學生的真實水平，因而學生的積極性被很好地調動起來，有益于養成嚴謹細致、認真踏實、實事求是的科學態度和作風。

3 結語

教學改革是一項長期的任務，只要教師認真鉆研，針對儀器分析實驗本身特點并結合學生實際情況，在教學實踐中不斷積累和總結經驗，通過不斷創新給實驗教學增添活力，就能使儀器分析實驗課程的教學質量進一步提高，培養出滿足社會需要的創新型人才。

[1] 徐曉安,張文華.江西化工,2009(4):46

[2] 田曉溪,趙維梅.科教文匯,2009(4):46

[3] 張國平,訾言勤.淮北煤炭師范學院學報(自然科學版),2010,31(2):84

[4] 陳旭,雍克嵐.實驗室研究與探索,2009,28(4):118

[5] 張桂文.甘肅科技,2009,25(19):163

[6] 朱文彩,許青.山東教育學院學報,2010(3):87

[7] 石瑩瑩.廣西輕工業,2009(11):19

[8] 王巖.內江科技,2010(8):182

[9] 周云,張連慶,林金明.大學化學,2010,25(6):48

[10] 余邦良,楊柳,艾朝輝,等.海南醫學,2010,21(8):119