原子吸收實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

許 立

(淮南師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 淮南 232038)

原子吸收實(shí)驗(yàn)是《儀器分析實(shí)驗(yàn)》中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也是我院各專業(yè)(化學(xué)、材料、化工藝、高分子)必做的儀器分析實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對(duì)原子吸收原理、儀器結(jié)構(gòu)及應(yīng)用的理解與掌握，學(xué)會(huì)正確使用原子吸收光譜儀器，合理選擇實(shí)驗(yàn)條件[1]，提高動(dòng)手能力及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作的意識(shí)。然而，傳統(tǒng)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式?jīng)]有充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的作用與目的。筆者總結(jié)多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)我院現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，參考近年來(lái)其他同行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成果[2-6]，對(duì)原子吸收實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行了改革和實(shí)踐，取得了較好的效果。

1 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在的問(wèn)題

以往的原子吸收實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，存在三個(gè)比較突出的問(wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)不到位，個(gè)別學(xué)生甚至不預(yù)習(xí)，極大影響實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不注重對(duì)實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的培養(yǎng)，學(xué)生參與的熱情不高，大部分學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只觀看不動(dòng)手，操作能力沒(méi)有得到應(yīng)有的訓(xùn)練和提升，團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)不充分。(3)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定不全面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫占比偏高，也影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。針對(duì)上述問(wèn)題，從改變預(yù)習(xí)方式、注重操作細(xì)節(jié)、完善考核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原子吸收實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改革與實(shí)踐。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐的內(nèi)容

2.1 將預(yù)習(xí)內(nèi)容問(wèn)題化，提高預(yù)習(xí)效果

實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本原理、儀器結(jié)構(gòu)和操作流程有比較清晰的了解。但由于原子吸收實(shí)驗(yàn)中涉及到的理論知識(shí)點(diǎn)多而復(fù)雜，儀器操作流程步驟繁瑣，學(xué)生僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行預(yù)習(xí)難度較大。為此，教師精心設(shè)計(jì)了近30個(gè)預(yù)習(xí)問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)前一周發(fā)給學(xué)生，其中的部分問(wèn)題如：(1)何為原子化？常用的方法有哪幾種？分別有何優(yōu)缺點(diǎn)？(2)原子吸收光譜儀主要由哪幾個(gè)部件組成？分別有何作用？(3)空心陰極燈的結(jié)構(gòu)，它為什么能發(fā)射出待測(cè)元素的特征譜線？(4)如何選擇最佳的儀器工作條件？從分析線、狹縫寬度、燈電流、火焰(燃?xì)饬髁?、燃燒器高度等分別說(shuō)明。若實(shí)驗(yàn)條件發(fā)生改變，對(duì)結(jié)果有何影響？(5)標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法有何不同？分別適合分析什么的樣品？(6)采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法時(shí)，一般需要配制幾種標(biāo)準(zhǔn)溶液？為什么？(7)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液需要選擇哪幾種儀器？如何操作才能使溶液充分混合均勻？(8)為什么稀釋后的標(biāo)準(zhǔn)溶液只能放置較短的時(shí)間，而儲(chǔ)備液則可以放置較長(zhǎng)的時(shí)間？(9)影響譜線變寬的主要因素有哪兩種？采取哪些措施可降低其影響？(10)從實(shí)驗(yàn)安全上考慮，在操作時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？為什么？ 絕大部分的預(yù)習(xí)問(wèn)題，學(xué)生可借助于實(shí)驗(yàn)講義、理論教材及上網(wǎng)找到明確的答案。將預(yù)習(xí)內(nèi)容問(wèn)題化后，學(xué)生的預(yù)習(xí)就有了清晰的目標(biāo)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為保證預(yù)習(xí)的質(zhì)量，在講解實(shí)驗(yàn)之前，教師必須向每個(gè)學(xué)生隨機(jī)提問(wèn)，學(xué)生的回答情況作為評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)的依據(jù)之一。

2.2 通過(guò)操作細(xì)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神

在原子吸收實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及測(cè)量是重要的一環(huán)，關(guān)系到能否獲得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性相關(guān)系數(shù)，直觀判斷學(xué)生在這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作細(xì)節(jié)是否規(guī)范和仔細(xì)。

由于儀器分析實(shí)驗(yàn)配套的儀器設(shè)備少，每個(gè)學(xué)生上機(jī)操作的時(shí)間有限，儀器分析實(shí)驗(yàn)必須以小組為單位來(lái)完成，這就要求學(xué)生一定要重視組內(nèi)的分工協(xié)作。在原子吸收實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生一般被分成2～3個(gè)小組，每組3～4人。為激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，增強(qiáng)責(zé)任感，教師要求每個(gè)學(xué)生分別負(fù)責(zé)配制1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，之后全體組員共同測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。在這一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，常出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象：(1)同組內(nèi)所有成員在測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線時(shí)，均出現(xiàn)某兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定值相同的情況，說(shuō)明某個(gè)學(xué)生在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，沒(méi)有按照分工進(jìn)行取樣；(2)測(cè)量同一種標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度時(shí)，不同學(xué)生測(cè)量出來(lái)的結(jié)果有的大有的小，差別十分明顯，反映出這種標(biāo)準(zhǔn)溶液中不同位置處的濃度是不一致的，說(shuō)明負(fù)責(zé)配制該溶液的學(xué)生沒(méi)有將稀釋后的溶液充分混合均勻；(3)組內(nèi)其他學(xué)生測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線正常，某個(gè)學(xué)生有兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定值卻相同，說(shuō)明同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液該生測(cè)定了兩次；(4)學(xué)生將毛細(xì)管放入標(biāo)樣中時(shí)，還沒(méi)有等到吸光度平穩(wěn)就按鍵采集數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測(cè)定值偏小；(5)前一個(gè)標(biāo)樣數(shù)據(jù)采集完后，中間沒(méi)有將毛細(xì)管放入純水中清洗，就直接進(jìn)入下一個(gè)標(biāo)樣的數(shù)據(jù)采集，造成標(biāo)樣之間相互污染；出現(xiàn)任何一種都將對(duì)線性相關(guān)系數(shù)有不同程度的影響。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析出上述每個(gè)操作細(xì)節(jié)不規(guī)范、不仔細(xì)所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)結(jié)果，并明確提出要求，將根據(jù)線性相關(guān)系數(shù)的高低和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，定量判定組內(nèi)每名組員的操作細(xì)節(jié)是否規(guī)范和仔細(xì)，比較各小組分工協(xié)作的水平，并以此評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)。這一做法不僅使學(xué)生的操作能力得到有效訓(xùn)練和提升，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2.3 完善考核標(biāo)準(zhǔn)

長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)歷表明，考核標(biāo)準(zhǔn)具有鮮明的指向性和引領(lǐng)性，完善的考核標(biāo)準(zhǔn)可以更有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，尤其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中體現(xiàn)的更為突出。根據(jù)原子吸收實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，提出“重在過(guò)程，兼顧結(jié)果”考核原則，對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)做了相應(yīng)的調(diào)整。適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作的分值，不過(guò)分強(qiáng)調(diào)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，適當(dāng)降低實(shí)驗(yàn)報(bào)告的得分占比，調(diào)整后的考核標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)(20分)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程(50分)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30分)。預(yù)習(xí)成績(jī)由預(yù)習(xí)報(bào)告和回答問(wèn)題兩項(xiàng)組成，教師必須向每個(gè)學(xué)生隨機(jī)提問(wèn)，以保證預(yù)習(xí)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括實(shí)驗(yàn)操作、測(cè)量結(jié)果和實(shí)驗(yàn)討論，實(shí)驗(yàn)操作重點(diǎn)考核學(xué)生操作細(xì)節(jié)的規(guī)范性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作水平；測(cè)量結(jié)果由兩個(gè)數(shù)據(jù)綜合評(píng)定，一是標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性相關(guān)系數(shù)，二是測(cè)定濃度與教師測(cè)量結(jié)果的吻合程度；實(shí)驗(yàn)討論則根據(jù)學(xué)生參與的主動(dòng)性和正確性評(píng)分。實(shí)驗(yàn)報(bào)告從完整性、規(guī)范性、正確性、獨(dú)立性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。考核標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整后，學(xué)生對(duì)原子吸收實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情大幅提高。

3 結(jié)語(yǔ)

改革后的原子吸收實(shí)驗(yàn)表明，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主體作用得到了比較充分的發(fā)揮，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)都有明顯提高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，需要教師不斷的進(jìn)行實(shí)踐。