環境儀器分析及實驗課程建設與實踐

吳玲玲　陳玲　郭美婷　趙麗芳　陳皓　袁園

摘要 環境儀器分析是面向環境類專業研究生開設的一門實踐性較強的專業學位課。針對環境類專業學生的特點，依托學院自身發展的優勢，從師資隊伍多元化、教學模式多樣化、理論和實踐教學相結合以及多元化的考核體系上探索出一套適合環境類專業研究生的教學方法，起到了較好的教學效果。

關鍵詞 環境儀器分析；課程建設；課程實踐

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（b）-0000-00

Construction and Practice of Environmental Instrument Analysis and Experiment Curriculum

Lingling WU， Ling CHEN， Lifang ZHAO， Hao CHEN， Yuan YUAN

（College of Environmental science and engineering， Tongji University， Shanghai 200092）

Abstract Environmental instrumental analysis is one of basic courses for graduates whose major are environmental science and engineering in Tongji University. According to the features of environmental graduates and the advantages of self-development of our college， a series of experiences in the teaching were introduced in this paper， including rational structure of the teaching staff， diversification of teaching methods and teaching models， combination of theory and practice teaching， as well as diversified evaluation system， and so on.

keywords Environmental instrumental analysis； Curriculum construction； Curriculum practice

隨著工業化進程的加快，環境污染已經由點源污染轉向面源污染，由單一的環境介質轉移到大氣、水體、土壤以及生物體等多介質，發生了不少震驚世界的污染事件，如舉世聞名的“八大公害”事件。20世紀80～90年代，又發生了一些突發性的嚴重公害事件，如印度博帕爾農藥事件和前蘇聯切爾諾貝利核電站泄漏事件等[1]。這些事件無疑給人類的生產生活帶來了巨大影響。隱藏在這些事件背后的環境問題直接或間接的與化學物質有關。究竟哪些是污染物質、有毒物質？這些物質從何而來？其進入環境之后會發生什么變化？可靠的儀器分析技術能為上述系列問題的正確解答提供依據，也能為環境標準的制定和科學研究、環境管理提供技術支持。

1. 課程開設的必要性

在現代分析化學和分析儀器及其功能不斷完善、高靈敏度的新型分析儀器不斷涌現的今天，伴隨著全球環境問題、污染事件頻發，大型分析儀器在污染源解析、污染擴散途徑追蹤、污染與健康關系以及在環境污染治理效率評價、工藝技術路線改進等多領域發揮著越來越重要的作用，先進高效的化學、生物分析手段已成為環境分析科學的重要工具。這些技術手段涵蓋了微量和痕量污染物的識別、污染物形態、價態、結構分析（表面和微區）分析。因此，培養具備先進儀器分析能力是環境教育領域人才培養的重要環節。

同濟大學環境科學與工程學院承擔著國家、省部級重點科研攻關項目，作為科研一線主力群體的研究生都將在導師的指導下，獨立完成某個研究方向上的論文實驗研究。為了使學生能夠順利開展論文研究并提升論文質量，掌握分析方法的基本原理和應用技能十分重要，這也是在研究生學習階段開設環境儀器分析課程的重要原因。

2. 課程建設的特點

“環境儀器分析”是同濟大學環境類專業研究生專業學位課程，始于1999年。伴隨著環境科學研究的需求，經過十多年課程內容和形式的與時俱進，2011年成為同濟大學首批研究生精品課程。本課程重點介紹如何運用現代儀器分析和樣品預處理的理論與技術來鑒別和測定環境介質中化學物質的種類、含量、結構和狀態。通過本課程的學習，可以使學生依據待測環境樣品中各組分的物理、化學性質的不同，選擇合適的儀器分析方法進行目標物的分離與富集，建立起準確的“定性”及“定量”的概念，并掌握與此相關的基本理論、測定原理及實驗技術，為后繼的論文科研和質量提升打好基礎。另一方面，研究生在學習本課程后，可以增強對近代儀器分析的發展趨勢以及新方法、新技術的理解，掌握環境分析方法和技術的研發技能。

（1） 組建教學團隊，豐富教學資源

該課程教學團隊有教師7人，其中教授3人，副教授等年青教師4人，其中實驗教師2人。教師學歷、年齡及學緣結構合理、教學任務分工明確，理論教學與實驗教學人員配備合理，為理論教學和實驗教學的順利開展奠定了堅實的基礎。各位任課教師的研究領域各具特色，兼顧環境領域多學科融合，因此在教學中能夠突出重點。

污染控制與資源化研究國家重點實驗室擁有各種光譜類、色譜類和生物類大型儀器，如GC/MS、HPLC/MS、ICP/MS和實時熒光定量PCR等，并且擁有網絡平臺，可以為學生提供相關課件以及實驗室儀器的操作、維護及實驗講解錄像。實驗教學課程由骨干教師承擔，開設有光譜實驗、色譜實驗和生物實驗，可以滿足教學需求。由研究生可依據今后論文研究方向選擇實驗內容，共享國家重點實驗室的各類分析儀器的豐富資源，實現了學有所用，學有專用。該課程深受學生歡迎，成為論文實驗研究的“預備”課，學生們受益匪淺。

（2） 理論應用相結合

依托同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室的豐富資源，該課程的教學按理論授課和實踐相結合的方式進行，更注重分析儀器的基本原理、操作使用要點以及在環境科學研究、環境監測等領域的應用價值。

在學習掌握了相關儀器分析理論后，學生有機會面對分析儀器，訓練操作技能，旨在培養學生掌握儀器基本操作技術和基本實驗技能。通過實踐課程的開展，讓同學親身體驗各種分析儀器的功能，以理論指導實踐，彰顯理論的重要性。動手實踐，也能充分調動學生學習基礎專業知識的積極性，讓學生更有目的地進行理論學習[2-3]。這樣的教學方法，不但減少了學生在學習基礎知識時的盲目感，也大大提高了學習的主動性，對學生的動手能力也是很好的培養。

（3） 尊重自主，注重實效

鑒于學生興趣點的不同以及論文研究的需要，該實驗課程分光譜、色譜和生物分析技術三個模塊供學生自主選擇。這在一定程度下，實現了小班教學，使得每個學生都能接觸操作自己迫切需要使用的儀器。另一方面，尊重學生自主性，有利于學生的學習興趣培養。在大方向區分的基礎上，又進行了小組模式，使得每位同學參與到其中，并且可以互相討論，共享不同途徑捕獲的信息。

通過本課程的學習，使研究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，初步具備根據分析對象選擇合適的分析方法及理解相應問題的能力，從而順利開展科學研究。據研究生反饋，該課程強化了學生的理論基礎知識，提高了學生自主分析設計實驗的能力，并且減少了研究生論文研究中實驗方面的問題。

（4） 撰寫教材重實用

隨著計算機技術的飛速發展，分析儀器的面貌日新月異，儀器的更新周期越來越短，但是目前教材內容的更新遠遠落后于新型儀器的更新速度[4]。為了把最先進的內容和教學科研的需求和特色相結合，我們在自編實驗講義的基礎上，撰寫并于2008年由科學出版社出版了《現代環境分析技術》，并于2013年6月更新出版了《現代環境分析技術》（第2版）。環境分析涉及的分析儀器種類多，面對的環境樣品也十分繁多和復雜。因此，該教材根據我國環境領域的實際需求和應用現狀，重點圍繞環境領域應用范圍廣、理論與技術相對成熟的方法，具體包括四個方面的內容：① 環境樣品分析中常用大型分析儀器的基本原理及其應用；② 環境樣品預處理技術的基本原理及其應用，如高效富集、分離方法等；③ 多種儀器和方法的聯合技術；④ 環境分析技術的發展，包括新理論、新方法和連續自動化技術等。教材編寫過程中注重先進方法的理論性與應用性相結合，科學性、適用性強，更貼近學生的實際需求。

（5） 學習考核多方位

考核是對教師的教學效果和學生的學習效果的檢驗， 而考核方式也起著引導學生改變學習方式的作用，科學的考核方式會推動學生的學習向最佳方向發展[5]。本課程的期終考核成績由平時參與和期末考試兩部分組成。平常參與通過學生課堂表現（隨堂考試、課堂提問）或實驗情況（實驗操作、實驗數據處理等）等各方面綜合評定。針對目前大學課程知識容量大，容易出現滿堂灌，老師又很難及時、準確了解每一個學生對當堂課所授知識點的掌握情況的現狀，我們在隨堂考試中引入了同濟大學自主研發的“智能交互反饋系統”。該系統可以在課堂上即時了解學生對知識點掌握程度，以減輕學生在學期末的考試壓力。期末考試包括基礎理論知識考試和實驗部分考試?；A理論知識考試旨在考查學生對儀器分析基礎理論知識的掌握情況；實驗部分考試重在考查學生掌握儀器操作的能力。這種多元化的考評體系， 更加注重評價學生主動參與的過程、善于思考的能力，可以科學合理、全面公正地反映學生課程學習的真實水平。

3. 結語

針對環境類專業研究生開設的“環境儀器分析”課程，為碩士研究生論文質量的提升打下了堅實的基礎。“師資隊伍多元化，教學模式多樣化”是課程教學質量提升的根本保證，充分挖掘和利用高校大型儀器實驗平臺，為教學服務，是不斷提高教學質量的重要舉措。

參考文獻

[1] 陳玲， 郜洪文. 現代環境分析技術（第2版）[M]， 科學出版社，2013

[2] 白雁， 潘瑾， 李永強， 張威. 研究生現代分析儀器課程教學改革的探索[J]. 實驗技術與管理. 2011， 28 （9）： 22-24

[3] 張 嫻， 袁 園， 孫雅潔， 施鼎方， 徐竟成. 利用光譜類儀器開設重金屬檢測實驗[J]. 實驗室科學，2012， 15（2）： 166-168

[4] 吳秀紅， 蔣伏廣， 顧蘭云， 王京平. 儀器分析課程教學改革探索[J]. 高等理科教育. 2011， 6： 156-158

[5] 陳蘭化. 淺談儀器分析實驗教學[J]. 淮北煤炭師范學院學報（自然科學版）. 2009， 30（4）： 88-90

一定保留：

基金項目：同濟大學教學改革研究與建設項目（2013）“多樣化環境科學創新能力培養的改革與實踐”。

作者簡介：吳玲玲（1977-），女，河北衡水人，講師，研究方向環境毒理學。