儀器分析課程教學方法的創新與實踐

趙東宇

摘 要：儀器分析課程是我校化學、應化、環境工程等專業學生的基礎課程，也是許多學科進行科學研究不可缺少的關鍵手段，在教學、科研、生產和生活實踐中具有重要作用。傳統的儀器分析授課具有理論性強、枯燥抽象、學生不易接受等缺點。文章介紹了通過更新教學內容、改進授課方式、將課堂教學與實際應用相結合等措施，對儀器分析課程進行教學改革的情況，為提高大學儀器分析課程教學質量提供幫助。

關鍵詞：儀器分析；教學內容；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）04-0064-02

Abstract： Instrumental analysis course is not only a basic course for the chemistry， applied chemistry and environmental engineering students of our university， it is also an indispensable key means for the scientific study of many disciplines. Accordingly， instrumental analysis course has great influence in education， scientific research， production as well life practice. Conventional teaching of instrumental analysis course has many shortcomings such as strong theoretical knowledge， less interest and not easy to accept for the students. In this paper， the teaching reform situation of the course was introduced by means of updating teaching contents， improving teaching ways and incorporation of classroom teaching and the practical applications. This paper will be helpful for improving the quality of teaching of instrumental analysis course in university.

Keywords： instrumental analysis； teaching contents； teaching reform

一、儀器分析課程教學中存在的問題

儀器分析是研究運用現代科學理論和實驗技術分離、識別與測定物質的組成、種類、成分與含量及其化學形態的科學， 是分析化學的重要組成部分[1]。同時隨著儀器的普及， 這門學科在科研和生產實踐中的應用也越來越普遍[2-4]。《儀器分析》課程是一門理論和技術含量很高的應用性學科，是我校化學、環境工程、應化等專業學生的一門重要的基礎課程，其主要教學內容包括光學分析法、電化學分析法、色譜分析法及近代分析技術等。該課程體系匯集了多學科的最新理論知識和最新研究成果， 理論深、教學內容涉及面廣， 實踐性強、更新快、難度大， 需要結合專門的儀器分析實驗進行教學。因此，對儀器分析課程的教學進行改革，不僅滿足學生對儀器分析基本理論及新知識、技術的學習要求，使未來的工作更加得心應手，更將有利于學生從事研究生階段的科學，相應的教學改革已勢在必行。

目前，儀器分析教學中存在的主要問題是[5，6]：（1）理論知識較為枯燥，學生覺得抽象、不好理解。由于儀器分析包涵了了物理學、光學、電子學、物理化學、計算機科學等眾多學科的知識， 內容非常廣泛，有些還涉及量子化學等艱深的理論知識，學生要在短時間內真正掌握很困難；（2）教材的針對性不強，有些地方內容陳舊，跟不上分析儀器的快速更新換代，學生的學習興趣難以激發出來；（3）儀器分析課程涉及的分析方法眾多，容易混淆。如光譜分析法和色譜分析法、氣相色譜法和液相色譜法等，這些方法名稱只一字之差，但原理和儀器完全不同，“差之毫厘謬以千里”學生不易分清；（4）課程的邏輯性不強。各種儀器分析方法的原理和操作方式內在聯系不明顯，知識點較散，不易抓住重點，難以記憶；（5）實驗教學與課堂教學不同步。所以課堂講到儀器組成結構及工作原理這部分內容時只能紙上談兵， 學生覺得枯燥。并且隨著新的分析技術和新儀器的不斷出現，需要對課程內容隨時進行更新。總之，儀器分析是學生學習過程中普遍感到較難掌握的一門課程。因此，針對以上特點，我們在保證儀器分析主干教學內容基本完整的情況下，在教學大綱的調整、教學內容的講授、課堂教學與實際應用相聯系及考核體系的多元化等諸多方面進行改革探索，獲得了較好的教學效果。通過此次教學改革，提高了學生學習興趣和動力，加深對儀器分析課程的理解，解決教學中存在的問題。

二、對現有問題的改革措施

（一）更新教學內容

目前的儀器分析教材主要涉及的內容有光學分析法、色譜分析法、電化學分析法、質譜法等。我們根據化學與環境學院的學科特點，在現有的教學內容基礎上，增加了很多新儀器的和新的分析技術的介紹，使學生充分了解分析儀器的最新研究成果和和發展趨勢。例如，紅外光譜是一種用途廣泛的分子光譜，在有機物的分析和鑒定中有著極為重要的應用。傳統紅外光譜分析中非常關鍵的一步是樣品的制備。我們在教學中除了學生向講述了紅外光譜法的基本原理、儀器構造和制樣方法-KBr壓片法以外，還向學生介紹了最新的顯微紅外光譜技術。這種先進的紅外光譜技術不僅檢測靈敏度比傳統的紅外光譜法高，最重要的是制樣簡單，免去了傳統方法用KBr壓片制備樣品的麻煩。我們在授課前錄制了用顯微紅外光譜儀對樣品進行測試的錄像，當在課堂教學中放映時，學生們看到利用這種新技術可以對樣品直接測試，表現出了極大的興趣，收到了很好的課堂效果。此外我們利用學院的儀器資源，還為學生錄制講授了最新型的紫外可見分光光度計的使用，使他們了解了這種傳統的分析儀器所使用的新技術。此外在講授傳統的氣相色譜、高效液相色譜等章節時，向學生介紹了目前流行的氣相色譜-質譜連用及液相色譜-質譜聯用技術，使學生對日新月異的新分析儀器有了了解和認識，提高了學生的學習興趣，拓寬了知識面。

除了增加新儀器和新技術的介紹外，我們在很多章節的概述部分精心安插了儀器發展史的介紹，這些儀器分析方法背后的故事，激勵了學生在儀器方面的志趣，激發了學習積極性。例如在講述質譜法一章時，給學生介紹了質譜儀的發明者阿斯頓發明質譜儀的歷史。阿斯頓是英國物理學家，長期從事同位素和質譜的研究。他首次制成了聚焦性能較高的質譜儀，肯定了同位素的普遍存在，并因此榮獲了1922年的諾貝爾化學獎。當學生聽到阿斯頓為了證明同位素的存在，數度攻關，最終設計出一個包括有離子源、分析器和收集器三個部分的可以分析同位素并測量其質量及豐度的新儀器-質譜，并最終揭示了同位素的奧秘時，都對這種科學探索精神非常感動，亦表現出對儀器科學發展史的濃厚興趣。通過上述的課程內容的革新，精煉了課程內容，使學生接受到“廣而精”的儀器分析基礎理論教育，受到廣大學生的歡迎和好評。

（二）豐富教學方式， 結合多種授課手段提高教學質量

由于儀器分析課程枯燥內容多，我們在教學中采用了多種授課手段。講授法，問答法，探究法和演示法結合運用，取得了很好的教學效果。除了課上的正常講授，我們每節課都抽出一定時間，用于同學生的問答，加深了對所學知識的理解和記憶。演示法也是我們常用的一種授課手段。例如上文提到的對于新型儀器，我們專門請研究人員演示如何操作，并把操作視頻和講解錄下來，給學生以非常直觀的印象。

（三）將所學課程與實際應用相結合

儀器分析是門應用性很強的學科，廣泛應用在生活和生產當中。無論是在藥物分析、食品檢驗、大氣檢測還是石油化工、體育檢測中都離不開分析儀器。為了讓學生對于分析儀器的用途有深刻認識，我們在授課之外，指導化學、應化、環境工程三個專業的學生各完成1項與分析儀器有關的課題的調研報告。通過調研核磁共振譜在疾病檢測中的應用，學生了解到核磁共振作為當前臨床疾病診斷中的一種常用手段，目前已經在諸多的疾病診斷中得到了較好的應用。通過核磁共振成像所獲得的圖片能夠通過直觀了解到機體內部的病理變化，為腦部疾病及腫瘤等很多疾病的診斷提供有力的依據。而對食品安全檢測的調研發現，儀器分析在食品安全中所起的作用更是巨大，涉及氣相色譜、液相色譜、質譜等很多儀器分析方法。在食品安全檢測中，很多樣品可采用氣相色譜儀進行定性及定量分析，如蛋白質、氨基酸、核酸、糖類、脂肪酸、農藥殘留等。而高效液相色譜法應用于食品安全檢測領域，可以對食品中各類營養成分及含量進行分離和測定，另外還可以對食品中殘留的一些有害的微量物質及在食品腐敗過程中產生的各種毒素進行分析。在調研中學生還了解到近年來面世的很多新型專用的高效液相色譜儀，如氨基酸分析儀、糖份分析儀等，在檢測食品中的營養成分及污染物等方面得以充分應用。而質譜技術在食品安全檢測中發揮著越來越大的作用，其主要通過氣相色譜-質譜聯用，高效液相色譜-質譜聯用，超臨界流體色譜-電感耦合等離子-質譜聯用等來實現。環境保護是現代社會普遍關心的問題。我們對環境工程的專業學生提出的色譜分析在環境監測中的應用的課題，引起學生的研究興趣。在調研中學生發現，環境監測化學的發展極大地依賴于儀器分析技術的進步。氣相和液相色譜作為經典的分離技術和分析方法，以其強大的分離效能、快速靈敏的檢測能力和準確有效的測定結果，在各種常規污染物監測分析，包括監測水質中的污染物、監測土壤中的殘留農藥、監測空氣中的有毒氣體等等方面取得了巨大的成功。通過對這些與日常生活密切相關的分析儀器的使用調研，學生認識到先進的儀器分析方法在醫學、環保及食品領域的重要地位和發揮的巨大作用，大大加深了對儀器分析課程的理解和認識，提升了學習興趣。

（四）改革考試方式

儀器分析是一門實用性很強的課程，需要對儀器原理的理解，不適宜死記硬背。多元化考核體系的建立，可以全面考查學生對知識的掌握和運用能力，增強學生的創新和實踐能力。我們通過改革考試方式，建立了多元化的考核體系。將考勤、平時作業、課程發言、參加教學活動、小型項目、課程論文、報告、設計或方案，閉卷或開卷考試等表現，作為綜合考核成績。取得了良好的效果，達到了提升教學質量的目的。

三、結束語

我們通過更新授課內容、豐富教學方式，將課堂理論與實際相聯系及完善考核方式等多種手段結合運用，對儀器分析課程進行了改革嘗試。經過這些改革措施，學生的學習興趣得到提升，對于學習儀器分析不再是紙上談兵的感覺，對于課程的積極性大為提高，收到了顯著效果。但是儀器分析課程的教學改革是一項長期的任務，所面臨的問題也不是一次教學改革所能全部解決的，在今后的教學中還需要不斷探索。

參考文獻

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[3]宋健，史曉敏.科技資訊[J].2011（9）：196.

[4]王霆，張鋒，李 ，等.基于不同專業背景的儀器分析教學改革初探[J].化學教育，2014，35（2）：41-43.

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