環(huán)境專業(yè)《現(xiàn)代儀器分析與測試》課堂與實驗的教學改革與探索

王春英+谷傳濤+陳明

摘要：《現(xiàn)代儀器分析與測試》是環(huán)境、化工類研究生課程的必修課。在課程的教學及實驗過程中，往往存在理論與實踐脫節(jié)、學生動手能力不強等問題。以環(huán)境科學與工程專業(yè)研究生為對象，開展該課程的課堂與實驗教學改革，為學生順利開展研究課題打牢基礎。

關鍵詞：現(xiàn)代儀器分析與測試；實驗模式；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0144-02

著名實驗物理學家，諾貝爾獎獲得者丁肇中曾說：“實驗是自然科學的基礎，理論如果沒有實驗的證明，是沒有意義的。”[1]中國科學院院士馮端也認識到實驗室的重要性，再強調也不為過[2]。環(huán)境、化工類研究生在開展課題研究時離不開實驗室及實驗操作，且會涉及到電化學、色譜學、光譜學以及材料表征等各方面儀器設備的使用。因此，《現(xiàn)代儀器分析與測試》課程便顯得尤其重要，這門課程在很多高校被列為環(huán)境、化工類研究生的必修課。通過該課程的學習，學生應該熟練使用基礎常見儀器，了解和掌握高精尖儀器原理和用途，學會如何有效選擇使用相關儀器，為其圓滿完成畢業(yè)論文和將來繼續(xù)參加科學研究奠定良好的實驗基礎。通過近幾年對該課程的講授以及實驗指導，筆者在課堂教學以及實驗教學方面做了一些改革和探索。

一、課堂教學改革探索

師傅領進門，修行在個人。有人說，這是師傅不想負責任的借口，那他只是理解了后半句。授課老師要著眼于前半句“師傅領進門”，關鍵的問題是怎么領進門？經(jīng)過幾年的授課，探索經(jīng)驗如下。

1.結合學生研究方向備課、講解。現(xiàn)代分析測試儀器種類繁多，如果所有儀器都作具體講解，只是泛而廣。在上課之前可以先了解選課學生導師的研究方向或者學生自己的研究意向。不同的研究方向，所使用的儀器類型不同，需根據(jù)選課學生的研究方向，針對性地進行授課。所以課程要以學生現(xiàn)狀和學生興趣為基礎，重點不能一成不變，這就要求任課教師每年都要調整課件。例如當選課學生以研究環(huán)境材料為主時，教師在課堂授課時應詳細講授材料的表征分析及儀器使用；而當選課學生的研究方向主要為污染物的分析監(jiān)測時，教師則應以電化學、光譜學、色譜學等的儀器原理與使用為主要講授內容。

2.課堂講授充分使用多媒體。有些人習慣板書，以為把重點內容羅列到黑板上即可加深學生印象，這對本科生教學尚可。但對研究生來說，他們已經(jīng)具備一定的基礎知識，要學習的是方法，是大量內容的輸入，而不是單一的知識點。PPT的使用可以提供更大的知識量。此外，現(xiàn)在很多儀器供貨商會提供儀器的動畫效果。教師在課堂講授的時候，完全可以拿來使用，而且動畫效果更能吸引學生注意力，增加趣味性。在新購儀器安裝培訓時，讓感興趣的學生一起參加，一般的培訓需要一兩天的時間，可以讓學生掌握更多細節(jié)內容，充分接觸儀器。例如2014級環(huán)境工程專業(yè)研究生楊濤參加完工程師培訓的原子吸收分光光度計以及原子熒光分光光度計后便可直接上手操作。

3.該課程建議采用多個老師授課模式。有些高精密的儀器（如GC-MS、TEM）需要專門的老師負責，且他們對儀器原理、性能以及使用更清楚，講解起來也更到位，學生聽起來便會更輕松。這樣也能更有效的利用學院學校平臺共享機制。

4.請參加工作且與儀器維護和銷售的相關同行作講座。對于現(xiàn)代儀器的學習，不僅僅是讓學生學會對儀器的使用，也可以激發(fā)其對某種儀器的興趣。有個老教授曾說他的一個學生畢業(yè)后從事分析儀器的研發(fā)銷售工作，一直做得有聲有色。因此，課堂教學的時候可以邀請做儀器研發(fā)和銷售的同行給學生作講座，讓學生多方位地了解儀器。筆者曾邀請過安捷倫的工程師陳鵬為學生作講座：“色譜學在儀器分析與測試中的應用”。該工程師在作講座時詳細介紹了液相色譜發(fā)展歷程（從前蘇聯(lián)的柱色譜→高效液相色譜→超高效液相色譜）以及他們公司在液相色譜方面與各個單位合作開展的相關研究。很多學生聽得津津有味，意猶未盡。

二、實驗教學改革探索

實驗教學的目的就是讓學生從對儀器了解、認識、理解的階段進入實際操作、應用階段。單一的演示操作以及流水線式的實驗操作只會使部分非常認真的學生在實驗完成后有所收獲。有些學生不喜歡動手，別人實驗，他在觀看，實驗報告也是抄別人數(shù)據(jù)應付了事。這些問題導致很多學生“學過就忘”，當在科研及工作中再次使用時，又要“重頭學起”。為了提升學生的積極性，使學生能夠全面掌握所學知識，實驗教學應具有趣味性且有據(jù)可依。學生做完相關操作后應能夠融會貫通，活學活用。

1.儀器分析中電化學儀器屬于比較簡單且容易操作和上手的儀器，對于這種通用的小型儀器，為達到活學活用的目的，可以設置一些驗證性的實驗。比如現(xiàn)在市售的很多飲料標簽中都會給出具體的pH值范圍（比如農夫山泉：25℃，pH值7.3±0.5），有的廠商甚至在廣告語中標榜自己飲料的pH范圍。根據(jù)此現(xiàn)象，在使用pH計或者自動電位滴定儀的實驗過程中，可以讓學生去測試各種飲料的pH值。增加學生積極性的同時，提升了學生對儀器的操作和使用效率。

2.環(huán)境科學與工程專業(yè)研究生學習《儀器分析與測試》的主要目的是要掌握對環(huán)境中各類污染物的分析監(jiān)測，比如水楊酸是阿司匹林及很多止痛藥里的主要成分，這些藥片如果進入環(huán)境，可能對水土造成一定的污染。在光譜類儀器紅外分光光度計的實驗教學中，便可讓學生收羅身邊所使用的含有水楊酸的藥品，通過紅外分光光度計對其成分或者結構進行分析。

3.在實驗教學過程中，還要做到有據(jù)可依。曾聽一個老師講述所遇到過的比較可笑的事：有個外專業(yè)學生到環(huán)境這邊（不理解）使用儀器，老師問他方法哪兒來的，參考了什么標準？學生一問三不知，最后說“百度知道的”。很多儀器以及測試方法都有其適用性；很多污染物的測試也具有國家標準或者環(huán)境標準，比如對于地表水中各陰離子的測試，國家環(huán)保局便出臺相應測試標準：“中華人民共和國國家環(huán)境保護標準HJ 84-2016：水質無機陰離子（F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO32-、SO42-）的測定離子色譜法）”。該標準中給出了具體的測試流程和步驟。實驗過程中應讓學生嚴格按照標準程序進行操作。

4.俗話說，授人以魚不如授人以漁。實驗教學同樣如此。在實驗教學過程中，與其給出具體的實驗操作步驟，不如讓學生自己設計實驗。老師只提供實驗要求與目的，實驗過程包括預處理以及結果分析，且要求全部由研究生自己來完成，例如學生在學習總有機碳分析儀時，便自主地抽取了贛州章江和貢江的水樣，根據(jù)國家環(huán)境標準HJ 501-2009“水質總有機碳的測定燃燒氧化非分散紅外吸收法”進行測試。

三、課堂與實驗相結合

筆者在教學的工程中，提出并踐行“課堂與實驗室互換”的教學模式：利用課堂空間大，易于展示的特點，將易挪動、小型的儀器設備搬進課堂進行講解和演示操作，即“將實驗室搬進課堂”；對于大型的、自動化程度較高的儀器設備的講解和操作演示則在實驗室現(xiàn)場進行，即“將課堂搬進實驗室”。該模式收到非常好的效果。

白雁等也曾提出在多媒體輔助教學的過程中，利用計算機的模擬功能，實現(xiàn)“實驗室”進課堂。每個學生可通過模擬的實驗室課件進入“虛擬實驗室”，反復地在仿真軟件上進行儀器操作，這樣不僅可以形象地理解儀器分析的基本原理，而且能自己親身進行仿真操作[3]。

參考文獻：

[1]丁肇中.我所經(jīng)歷的物理實驗[J].實驗室研究與探索，2015，34（3）：1-3.

[2]馮端.實驗室的重要性，再強調也不過分[J].實驗室研究與探索，2012，（10）：1-2.

[3]白雁，潘瑾，李永強，張威.研究生現(xiàn)代儀器分析課程教學改革的探索[J].實驗室技術與管理，2011，28（9）：22-24.

Reform and Investigation on the Class and Experiment of Graduate's Course："Modern Instrumental Analysis and Testing"

WANG Chun-ying1，GU Chuan-tao2，CHEN Ming1

（1.School of Resources and Environmental Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi 341000，China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen，F(xiàn)ujian 361005，China ）

Abstract："Modern Instrumental Analysis and Testing" is the compulsory course for graduate students majoring in environment and chemical engineering.During the class and experiment of the course，there always exist various of problems，such as the disconnection between theory and practice，weaker operating ability，and so on.For building the good basis of postgraduate's thesis research majoring in environmental science and engineering，the reform and investigation of "modern instrumental analysis and testing" was taken out.

Key words："Modern Instrumental Analysis and Testing"；experimental mode；teaching reform