《儀器分析技術》課程的教學改革

王文昌，王 昕，劉 莉

(常州大學分析測試中心，江蘇 常州 213164)

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《儀器分析技術》課程的教學改革

王文昌，王 昕，劉 莉

(常州大學分析測試中心，江蘇 常州 213164)

儀器分析技術是化學專業中非常重要的基礎課程，是一門理論與實驗相結合的學科。隨著現代儀器的廣泛應用和迅速發展，根據《儀器分析技術》原理抽象，內容廣泛的特點，我們將理論與實驗融會貫通，加大實驗課比例。并且探討了教學內容、方法和考核體系等方面存在的問題并加以改進，有利于激發學生的興趣，提高學生的參與性和動手能力，培養學生的創造力和綜合素質。

儀器分析技術；實驗教學；改革探討

儀器分析技術是化學學科的一個重要分支，它是以物質的物理和物理化學性質為基礎建立起來的一種分析方法。采用比較復雜或特殊的儀器設備，通過測量物質的某些物理或物理化學性質為基礎，來獲取物質的化學組成、化學結構及成分含量的一種方法[1-3]。儀器分析在實驗檢測中的地位越來越重要，樣品結構和組成的鑒定都需要依靠儀器的測量，具有快速、靈敏和準確的特點，廣泛地應用在材料化學、化學化工、藥物分析和食品安全等中。儀器分析得到了大力的普及和推廣，已經覆蓋了從實驗室到工廠產品質量檢驗科，為了更好地滿足現代社會的不斷進步發展，儀器也在不斷地更新換代，社會對所需人才的要求也越來越高[4]。為了讓學生更好的了解儀器的發展、原理和用途，適應社會的發展，本文試圖從教學內容、教學方法及考核體系等方面探討儀器分析技術課程的改革。

1 與時俱進，介紹儀器分析的發展

儀器分析技術是常州大學國際教育交流學院、材料學院和化學化工學院本科生的必修課。它是化學家鑒定化合物組成和結構的重要手段，是一門隨科學發展而不斷更新的學科。今天，隨著科技的進步，對儀器提出了更高更新的要求，儀器的進步，也促進了科技的發展。隨著計算機技術的發展，現代儀器的準確度和靈敏度都得到了很大的提高，能夠檢測更為復雜的化合物，而且儀器自動化程度也增加了，操作更為方便快速。例如，檢測化合物結構最基本常用的核磁共振儀，十幾年前，做樣需手動勻場，這使得測試時間較長，并且需要由專業老師負責管理測試，效率低下。現在，常州大學已有3臺核磁共振儀，分別是Bruker 300 MHz、400 MHz和500 MHz核磁。操作自動化，不需手動勻場，并且有了自動進樣器，只需把樣品用氘代試劑配好，調好程序，選定正確的氘代試劑、掃描次數，就可以一次性測24個樣品，晚上也可以自動做樣，節省了大量的時間和人力成本，大大提高了測試效率和靈敏度，峰的裂分更為清楚，能夠更為準確地鑒別復雜化合物。為了解決復雜體系難以分離和測定的問題，以光譜、色譜和質譜為基礎的各種儀器連用、接口和拓展，是當今儀器發展的重點和趨勢。此外，我們也給學生介紹儀器的發展歷程和世界上最新最先進的儀器，開拓學生的視野，讓學生更為深入地了解每種儀器的發展史和用途，適應社會的不斷發展。

2 調整教學內容，加大儀器分析技術實驗課的比重

儀器分析技術涉及的內容廣泛，儀器繁多，每種儀器的檢測原理比較抽象，傳統的教學方法一般都是理論課為主，大型儀器都比較昂貴，一般都是上百萬的儀器，通常以前很少讓本科生進行實驗，很多學生學完了，連儀器的樣子都沒見過，更別說動手操作了。這造成教學內容晦澀，學生難以理解。常州大學中愛班的培養目標是旨在鍛煉學生的動手能力，提高學生發現問題和解決問題的能力。有些學生是在常大學習3年，最后一年在國外繼續深造。儀器分析的特點是儀器操作短時間內難以掌握，我們面向中愛制藥班開設的儀器分析課程，分上下兩個學期，共有90個學時，原先的課程安排是上學期都是理論知識的學習，下學期是實驗課。現在我們是以理論和實驗并重的方式，先給學生上2節理論課，讓學生對儀器的發展、原理和用途有初步的認識了解。余下的課程帶領學生到測試中心大型儀器室，讓學生參觀并了解儀器，老師主要以演示實驗為主，介紹儀器的構造、基本操作、用途、分析軟件的使用。在最后一次課程中，準備待測樣品，學生4人一組，在老師的指導下自己上機動手操作。有了充足的課時做基礎，儀器的原理，操作方法和應用，也能講解的更加清楚透徹。在日常生活中，儀器分析也起著非常重要的作用，特別是食品安全方面，如蔬菜瓜果的農藥殘留，食品添加劑等。根據中愛制藥班班級特色和實際需要，我們重點介紹藥物的分離提純和檢測方法，主要開設X-射線單晶衍射，X-射線粉末衍射、氣-質連用、核磁共振、場發射掃描電鏡、透射電鏡、高效液相色譜、高分辨質譜這8個最相關的儀器。國外高校儀器基本上都是開放的，需學生自己動手操作，很少有專人負責測試樣品，老師是儀器的管理者，是對儀器進行例行維護和儀器故障問題時解決問題的，而不是儀器的操作者。這樣經過實踐，我們培養的國教院的學生不管是到國外或留在國內繼續深造，還是進入工作單位，都能夠自信、快速地投入到學習和工作中。

3 打破傳統，專人專項對學生介紹儀器

傳統的儀器分析技術課程，由一個老師負責講解這8個儀器原理和應用。我們打破傳統，與其讓一個老師教授自己不擅長的課，還不如讓分析測試中心各個負責儀器的老師合作，聯合授課。儀器分析技術這門課程分為6個老師負責，每種儀器都由測試中心的每位專職老師向學生介紹自己管理的儀器。這種方式，每位專職老師對自己管理的儀器有著充分的認識了解，經驗豐富，充分了解每臺儀器的安全問題、基本構造、檢測原理、樣品的規格和使用范圍，以及軟件分析處理數據。老師們運用多媒體技術，通過圖片或影片的方式，結合儀器運用過程中有趣的小事列，將難以理解的基本原理和構造生動活潑地傳遞給學生，能夠更加全面地向學生講解、演示實驗，也極大地調動了學生的積極性，有利于學生創造思維的培養。例如X-射線單晶衍射儀，顧名思義，就是產生的X射線照射到晶體上，所產生的衍射圖。X射線，是一種波長很短的電磁波，醫生通常用它來透視人體，而物理學家用它來分析晶體的結構。當X射線穿過晶體之后，會形成衍射圖樣一種特定的明暗交替的圖形。不同的晶體產生不同的衍射圖。我們學校測試中心的單晶衍射儀，是由高壓產生的電子束轟擊陽極靶產生X射線，照射在被測單晶樣品上，得到衍射點的方向和強弱[5]。然后再把這些圖結合起來，通過軟件分析轉化，就能得到化合物的空間立體結構和鍵長鍵角。這樣一個宏觀的肉眼觀察到的單晶，轉化成了微觀的化合物的結構。這在藥物學、醫學、分子生物學、礦物學和材料科學等方面有廣泛的應用。20世紀50年代，沃森和克里克利用DNA分子的單晶，通過X-射線衍射分析的圖像，結合化學規律，推算出DNA分子呈雙螺旋結構，開啟了分子生物學時代，使遺傳的研究深入到分子層次，“生命之謎”被打開，人們清楚地了解遺傳信息的構成和傳遞的途徑。沃森和克里克于1962年得到了諾貝爾醫學生理學獎。此外，一種新藥的上市，必須要確定該藥物的結構，如果是手性藥物，則要確定并分離該藥物的構型，如左旋或右旋體，培養晶體并得到該化合物的單晶衍射圖，結合高分辨質譜和X-射線粉末衍射，是獲得該藥物構型最直接的手段。課堂上，我們準備了幾瓶含有不同金屬的配合物晶體，同一配體所含金屬不同，顯現的顏色也各不相同。我們安排學生4人一組，先讓學生在顯微鏡下觀察認識什么是好的單晶，挑選出一個表面光滑大小合適的單晶，在老師的指導下，自己動手正確地把晶體粘貼到銅棒上，然后上機測試掃錨，收集數據。

4 建立多元化考核體系

目前，一般實驗課的考核是以學生的實驗預習、操作水平和課后實驗報告三部分結合給出最后實驗成績。我們儀器與分析技術是一門實踐性很強的課程，不僅僅是針對每一個實驗儀器，而是對這些儀器的充分認識了解，綜合運用。在考核體系中除了有操作水平和實驗報告外，還增加了學生方案設計及分析的能力，指導學生自主學習，而不是簡單地重復已知實驗。一個未知化合物的結構，通常需要幾種儀器結合起來才能確定，僅靠單一儀器不能確定。在最后的實驗考核中，我們給出一個未知化合物，知道它的初始反應物，請判斷該化合物的化學結構。這需要學生針對一個實際問題，通過查閱文獻，結合自己的知識，設計一個合理的分析方法。一般情況下，一個未知化合物的結構的確定，需要紅外、高分辨質譜和核磁H譜，C譜這四大譜圖。首先通過參考該未知化合物的紅外譜圖和初始反應無，得到其官能團，然后用高分辨質譜得到該未知物的分子量，與核磁共振H譜，C譜結合起來，就能得到化合物的準確結構。在整個過程中，學生是實驗活動的主體，充分調動了學生學習的積極性、主觀能動性和調研相關參考文獻的能力。

5 結 語

《儀器與分析技術》是一門內容豐富、實踐性強、更新發展快的課程，教學改革是一項長期而艱巨的任務。這需要我們老師不斷地擴充知識，了解適應時代變化的分析手段和分析要求，堅持教學與科研相結合，使儀器分析技術達到良好的效果。我們堅持以教育創新精神深化教學改革，培養更多有獨立學習能力和解決問題的學生，讓學生成為更好的自己，更好地適應社會不斷發展、滿足社會需求。

[1] 王秀萍,王憲恩.儀器分析技術 [M]. 化學工業出版社, 2003:3-6

[2] 黃一石.儀器分析.2版 [M].北京：化學工業出版社,2008:58-62.

[3] 張培敏，陳恒武，郭偉強,等.儀器分析實驗教學初探[J].大學化學,2007, 22(2): 10-12.

[4] 何洋，劉意，黃慶芳.儀器分析實驗教學改革初探[J].廣東化工,2009,36(4): 204-205.

[5] 陳小明. 單晶結構分析原理與時間.2版[M].北京:科學出版社,2007:32-38.

Exploration on Teaching Reform of Instrumental Analysis Technology Course

WANGWen-chang,WANGXin,LIULi

(Testing and Analysis Center, Changzhou University, Jiangsu Changzhou 213164, China)

Instrumental Analysis Technology is an important basic course in Chemistry, which is a combination of theoretical and experimental subjects. With the wide application and rapid development of modern instruments development, theory and experiment was integrated, the proportion of experimental course according to abstract theory and extensive content was increased. Teaching content, method and check system was discussed, this reform will stimulate students’ interest, improve students’ practical ability and cultivate students’ creativity and comprehensive quality.

Instrumental Analysis Technology; experimental teaching; reform discussion

江蘇省材料表面科學與技術重點實驗室開放課題(項目編號：KFBM20150004)。

王文昌(1982-)，男，碩士，講師，從事制藥與分析化學的教學和研究。

O6-31

A

1001-9677(2016)022-0183-02