高等分析化學課程教學探索與實踐

柯從玉 孫嫵娟 鄭莉 張群正

(西安石油大學化學化工學院 陜西西安 710065)

高等分析化學是一門研究和應用尖端分離分析方法和技術的課程，該課程近年來在很多高校的化學專業高年級學生和研究生階段得到廣泛開設。當然，其內容區別于大學一年級開設的分析化學[1-2]和二年級開設的儀器分析[3]，目的是使學生掌握用于成分及組成分析、結構分析、表面形態分析、物質物化性質測定的大型分析儀器的基本理論，訓練學生正確掌握現代大型儀器分析實驗的基本操作技術，能獨立進行實驗，具有分析問題和解決問題的科研能力，能夠了解分析化學的前沿和發展方向。然而，在開設這門課程的過程中也發現了一些問題，比如高等分析化學課程的定位、教材建設以及如何改善教學方法等。首先，在教學過程中，沒有合適的教材可供選用，目前只有李建平編寫的《高等分析化學》(2007年出版)，但這本書的內容還是相對比較滯后，很多現代儀器分析方法沒有介紹到，而且很多內容和分析化學及儀器分析教材的內容重復，只能作為參考書目使用。實際上，很多學校在開展這門課程時，都是從近代儀器分析教材和一些最新文獻中整理出一些內容而編寫講義進行教學，這在很大程度上給這門課程的開設和學生的學習帶來不便。其次，在教學過程中，由于這門課程缺少相應的實驗課，而且介紹的很多內容都是比較新的儀器分析方法，儀器結構和分析原理相對復雜，這給教師的教和學生的學都帶來很大的困難，結果導致教師覺得難教，學生覺得沒興趣學。筆者近年來主要承擔分析化學及高等分析化學的教學工作，現就高等分析化學教學過程中存在的一些問題談幾點體會。

1 高等分析化學課程的定位

分析化學的發展經歷了3次巨大變革，從20世紀初的經典化學分析，到20世紀60年代的儀器分析，而今，隨著計算機、網絡技術、激光、生物技術、納米技術、光導纖維、功能材料、等離子體、化學計量學等新技術、新材料和新方法的快速發展，更進一步推進了分析化學的發展。分析化學已經發展到分析科學階段，成長為一門建立在化學、物理學、數學、計算機科學、精密儀器制造科學等學科之上的綜合性邊緣科學。從發展趨勢來看有以下特點：

(1) 高靈敏度(原子級、分子級水平)，高選擇性，快速、 自動、簡便、經濟,分析儀器自動化、數字化和計算機化并向智能化、信息化縱深發展。

(2) 微型化、特征化、傳感化、仿生化，以及化學計量學的發展。

(3) 各類方法的聯用技術是分析化學發展的另一熱點，特別是分離與檢測方法的聯用。

(4) 運用先進的科學技術發展新的分析原理并建立有效而實用的原位、在體、實時、在線和高靈敏度、高選擇性的新型動態分析檢測和無損分析。

由此不難看出，現在的分析化學實質上是現代儀器分析的時代，因此，高等分析化學也可以稱之為現代儀器分析。它是建立在傳統的化學分析和儀器分析基礎之上的一門學科，代表了分析化學發展的前沿和方向，是化學化工專業學生必須掌握的現代分析技術。它對于學生的知識、能力和綜合素質的培養與提高起著非常重要的作用，可作為化學專業高年級本科生或研究生的選修課程。

根據分析化學發展的趨勢，課程設計的思路應從不斷提高測定方法靈敏度到加強儀器的聯用和計算機化、密切與生命科學及材料科學相聯系出發，并引進化學傳感器和化學計量學這樣的新分支學科，以便從不同側面反映出現代分析化學發展的方向。教學重點應放在各種新分析方法的原理和結合實際進行應用上。通過該課程的學習，使學生能夠根據分析對象的要求結合學到的各種儀器分析方法的特點、應用范圍，選擇適當的分析法，具備分析、解決實際問題的能力，從而為其以后的工作、科研及進一步的學習做必要的鋪墊。顯然，高等分析化學課程對于化學化工和一些工科類專業人才的培養具有重要的意義。

2 高等分析化學教材建設

為了適應高等分析化學課程開展的需要,首先必須要有相配套的教材。雖然分析化學和儀器分析的教材很多,但目前市場上還沒有一本好的高等分析化學教材,因此,高等分析化學教材建設勢在必行。

當今分析化學知識在多個前沿領域不斷蓬勃發展，尤其是分析儀器的發展和更新更是日新月異。因此，雖然一本教材不可能包括所有的儀器分析新方法和新技術，但在內容選取上應既兼顧知識的全面性，又具有代表性。高等分析化學教材必須能夠緊扣分析化學發展的前沿，介紹分析化學中的新原理、新技術和新儀器，包括化學計量學、傳感器過程控制、自動化分析、專家系統、生物技術和生物過程以及分析化學微型化帶來的微電子學、集微光學和微工程學等。由于這門課程是在分析化學和儀器分析基礎上開展的，故在內容選取上盡量不要與這兩門課程重復。儀器分析法包括光分析、電化學分析、色譜分析、質譜分析、熱分析及分析儀器聯用技術6大類，而每一類分析技術里面又包括很多分析方法。由于受學時安排和學生接受能力的限制，大部分高校的儀器分析課程內容都是選取一些最基本和常用的分析方法進行講授，而一些原理和儀器較復雜的新方法卻往往沒有涉及到，比如光分析中的核磁共振波譜、X射線熒光，電化學分析中的化學修飾電極、超微電極等，色譜分析中的二維液相色譜及超高壓液相色譜技術；熱分析及分析儀器聯用技術在儀器分析課程中也較少涉及到。可這些內容才是現代分析科學的前沿技術，也是目前高通量、高選擇性分析手段的代表。因此，可以把這些內容放在高等分析化學的教材里，使之成為學生所學知識的延續。另外，教材的對象并不僅限于從事分析化學的專業人員，生命科學、環境科學、海洋科學、臨床醫學、食品科學以及地理地質等諸多學科的研究和發展都離不開分析化學原理和技術的進步與發展。

根據高等分析化學的定位，結合我校專業設置的特點及分析化學和儀器分析課程的內容，我校開展的高等分析化學課程內容及學時安排如表1所示。本課程的內容安排基本包括了分析化學發展的新方法和新技術以及最新的一些新儀器，能夠充分體現高等分析化學課程的特色。

3 如何教好高等分析化學課程

根據高等分析化學課程的特點,大部分高校只開設了理論課,而且由于所介紹的內容一般較新,很多技術原理和儀器結構都相對比較復雜,教學內容涉及的知識點繁多、零碎，章節之間的聯系與區別難以有機地結合起來形成一個完整的課程體系,導致教師對課堂教學的尺度難以把握,不易激起學生的學習興趣。對學生來說，由于缺乏實踐環節，很多知識點僅憑教師的講解很難使他們有直觀的認識，對很多分析原理的認識也很模糊，從而使基礎較差的學生跟不上教學進程，產生消極情緒，教學效果不佳。根據這幾年的教學經驗，本人認為可從以下幾方面著手來提高這門課的教學效果。

表1 高等分析化學課程的章節內容及學時安排

(1) 教師應提高自身業務水平。

教師作為教學的組織者和知識的傳授者，要講好高等分析化學課程，必須要表達清晰、知識淵博，尤其要掌握分析化學領域的前沿動向，只有這樣才能在課堂上揮灑自如，才能將深奧的理論知識講得深入淺出，生動形象，才能更好地激發學生學習的欲望，達到事半功倍的效果。如果教師對講授的內容只是簡單地了解而不是系統地掌握，那么教學效果自然不佳。所以教師應該不斷提升自己的業務水平，吃透教材內容，而且要多看文獻和參考書，不斷完善自己的知識結構，在教學中不斷提高自己，為搞好教學打下堅實的基礎。由于教材內容永遠跟不上分析化學發展的步伐，因此，在教學過程中既要尊重教材但又不能拘泥于教材，教師要能夠聯系實際，將最新的儀器分析發展動態介紹給學生。

(2) 調動學生學習的積極性。

在教學方法上，應注意發揮學生的主體作用，充分調動學生的積極性。在課程的講授、作業、習題等教學環節上采用以教師課堂講授為主，結合討論課和自學指導課等幾種不同類型，這樣既可節省一定量的課時，緩解教學內容多與計劃學時少的矛盾，又可以培養學生自主學習和查閱文獻的能力。

高等分析化學也是一門實踐性非常強的課程，如果單靠教師在課堂上講授很難起到很好的作用。在教學過程中，應根據教學內容給學生布置作業，選取一些與生活息息相關的實際問題讓學生根據所學知識來設計分析方案，比如在講到液相色譜-質譜聯用時，聯系目前市場上存在的瘦肉精問題，讓學生通過課后查閱相關資料，并根據所學知識設計檢測方案，然后在下節課開始時留出一部分時間進行討論交流，并將學生的表現計入平時考核成績。這種方式既可以提高學生分析問題、解決問題的能力，又可以調動學生學習的積極性，加深對課堂講授內容的理解。

(3) 注意不同分析原理和方法的對比。

講授好這門課的關鍵是讓學生了解這些新分析方法的特點、基本原理、儀器的基本構造及主要部件的作用、方法的應用范圍，并掌握常見型號儀器的操作規程及使用方法。高等分析化學課程中的許多知識點都具有一定的關聯性，因此教師在教學過程中應注意內容之間的相互聯系與融合。比如超高壓液相色譜，其分析速度、分辨率和靈敏度都遠遠高于傳統的高效液相色譜技術，其原因是什么？如果我們對這兩種分析方法的原理及儀器結構進行對比，結果就一目了然了。總之，在教學過程中要善于對不同分析方法的原理及分析儀器結構的異同點、優缺點進行對比，這樣有助于加深學生對所學知識的理解和鞏固。

(4) 充分利用現代教育技術手段提高學生的學習興趣。

隨著教學體制及教學改革的不斷深入，只靠傳統的教學模式已不能適應教育發展的需要。多媒體的使用改變了傳統的教學模式，使抽象的理論以直觀的形象展現在學生面前，大大提高了教學效果。同時，采用現代教育技術，能擴大課堂傳授的信息量，靈活多樣的教學手段也能增加學生的學習興趣。

由于這門課程涉及到很多新原理、新儀器，在沒有實踐課的條件下，一方面教師很難通過板書的形式把教學內容講清楚，另一方面學生也沒興趣聽，而多媒體技術剛好能彌補這個缺憾。多媒體技術聲、文、圖、像并茂，有效克服了傳統教學單調乏味的不足，有助于提高學生理解能力，提高學習效率。教師可借助于網絡平臺，下載或制作一些和課堂內容相關的圖片、動畫等，再結合教學內容制作高質量的多媒體課件進行授課，比如在講電子能譜時，由于原理比較復雜，學生很難掌握。如果按以下形式講授：X射線光電子產生→X射線光電子對待測原子內層電子的激發→形成空穴→較外層電子躍遷到這個空穴→將能量傳遞給較外層的另一個電子并使其發射→形成電子能譜(圖1),并將整個過程用動畫的形式表現出來，就非常形象，而且很容易理解。

圖1 Auger電子產生的原理

實踐證明，這種圖片+動畫+講授的教學模式深受學生的歡迎。另外，通過多媒體課件、計算機模擬輔助軟件和多媒體教學軟件等，可以模擬和演示實驗過程，幫助學生直觀理解抽象理論；同時還可以方便地處理和分析真實的實驗數據和圖譜，培養學生研究性和創新性意識。

4 結束語

高等分析化學作為一門新興的課程越來越得到廣泛開展，然而從教材建設、內容選取、開設對象以及教學方法上都有很多地方值得探討。為了使學生更好地掌握這門課程，要求教師必須更新教育觀念，改進教學方法和教學思路，提高教學質量。

參 考 文 獻

[1] 李克安.分析化學教程.北京：北京大學出版社，2006

[2] 武漢大學.分析化學(上冊).北京：高等教育出版社，2006

[3] 全國高等農業院校教材指導委員會.現代儀器分析.北京：中國農業大學出版社，2010