儀器分析實驗課程改革的幾點建議*

張騰騰，顧晶晶，張小倩，馬 偉，王孟虎，沈 悅

(亳州學院，安徽 亳州 236800)

儀器分析是化學學科的一個重要分支，通常是采用特殊和復雜的儀器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的某些參數(shù)(物理或物化性質(zhì)的參數(shù))以及根據(jù)參數(shù)的變化來判定物質(zhì)的化學組成、結(jié)構(gòu)和含量的一種分析方法[1]。它是由電化學、光以及自動控制，計算機等多個學科彼此交叉、滲透發(fā)展形成的一門綜合學科[2]。

亳州學院坐落在具有全國“四大藥都”之首之稱的城市——安徽亳州(首批國家中醫(yī)藥健康旅游示范區(qū))，其二級院系中藥學院在藥學、中藥學、制藥工程、和藥物分析等專業(yè)中均已開設(shè)儀器分析實驗或藥物檢測分析實驗課程。以中藥學專業(yè)為例，人才培養(yǎng)方案中要求學生能夠利用現(xiàn)代分析儀器及技術(shù)選擇合理試驗方法，對中藥材中有效成分或有害成分進行鑒定、檢測和分析。

對于“地方性、應用型、特色化”的地方本科院校亳州學院來說，儀器分析課程的教學環(huán)節(jié)重點需要突出原理、技能的領(lǐng)悟。儀器分析理論課程復雜又抽象，而實驗課程的學習不僅可以讓學生更好的理解理論知識，還可以讓學生掌握相關(guān)分析儀器的構(gòu)造和操作流程，促使其熟練地將所學理論知識指導實際操作，培養(yǎng)他們從實踐操作中提高自己分析和解決問題的能力。再者，熟練掌握儀器分析實驗課程將為學生后期專業(yè)課程如藥物波譜分析，中藥質(zhì)量分析與控制等的學習奠定良好基礎(chǔ)。本文主要敘述了現(xiàn)階段儀器分析實驗教學中存在的問題并針對這些問題提出了幾點切實可行的建議，以期提高地方本科教學水平和促進學科建設(shè)，更好的適應地方、服務地方。

1 實驗教學中存在的問題

1.1 教學模式單一，學生重視程度不夠

儀器分析實驗課程教學流程化嚴重，教學方式過于單一。一般采用傳統(tǒng)的教學方式“預習報告——教師講解演示——實驗操作——實驗結(jié)果——結(jié)果討論——完成實驗報告”的方式進行教學，這樣的實驗教學模式很難讓學生由感性認識上升到理性思考，如此長期下去不僅難以激發(fā)學生的興趣，甚至會限制學生的思維方式。

實驗前，大部分學生往往只是照本宣科抄一下預習報告中的內(nèi)容，存在被動完成任務，簡單做完思考題，缺乏深入思考。教學時間有限，教師不能浪費寶貴時間逐一檢查學生的預習效果，監(jiān)督方法單一。在實驗中，學生也僅僅是按照教師的示范機械地重復一遍，沒有獨立完成，對于操作中遇到的問題也僅滿足于解決即可，并不去深思問題產(chǎn)生的原因、對結(jié)果會產(chǎn)生的影響及該如何避免此類問題的產(chǎn)生。另外，實驗空間、學時數(shù)、儀器數(shù)量、學生人數(shù)等因素的限制，導致學生存在著樣品處理不規(guī)范，實驗操作不遵守儀器操作規(guī)程，不及時記錄實驗數(shù)據(jù)、擅自更改實驗數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。實驗后，學生通常僅僅滿足于實驗報告中結(jié)果計算部分的書寫，針對可疑的實驗數(shù)據(jù)或結(jié)果沒有敏銳性，不進行認真的反思和總結(jié)。實驗報告的書寫存在抄襲現(xiàn)象，有的時候整組結(jié)果均犯同樣的錯誤。

1.2 大型儀器設(shè)備配置短缺，難以人均一套

地方本科院校存在大型分析儀器配置短缺的問題，決定了實驗過程中不可能讓學生們?nèi)耸忠惶變x器操作，同時由于上課專業(yè)(班級)多，即使采用大循環(huán)的方式[3-4]，分組(8～10人)教學，每位學生系統(tǒng)地操作儀器的時間依然很少，達不到熟練掌握的程度，很難達到預期的教學效果，難以提高學生實驗動手操作的積極性。例如，我院該門實驗課程的開設(shè)已采用上述分組循環(huán)的方式進行，但依然無法避免有些學生(理解力稍弱)練習時間不夠的問題。

1.3 儀器封閉，難以看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)

分析儀器購買后，一般由工程師安裝調(diào)試完成，針對核心部位，一般無法拆開再組裝給學生展示，常言道“百聞不如一見”，從而導致學生無法真正從實物的構(gòu)造上理解和掌握儀器的原理及過程，這顯然不利于學生更好的理解抽象的理論知識。如：氣相色譜實驗中，樣品的氣化是在氣化室中進行的，那么氣化室的構(gòu)造是怎樣的？如何瞬間使樣品氣化？如果把氣化室的構(gòu)造展示給學生，則會促使學生更好的理解樣品氣化的原理。

1.4 學生首次接觸，難以直接上手操作

在上該門課程之前，學生幾乎未接觸過相關(guān)的儀器設(shè)備，導致他們動手操作基礎(chǔ)薄弱。對于大型分析儀器來說，通常會配備一套標準操作規(guī)程，實驗中嚴格按照規(guī)程操作有利于儀器的維護保養(yǎng)、延長使用壽命。由于學生首次接觸這種大型分析儀器，不了解構(gòu)造、原理和操作流程，難以直接上手操作，需老師現(xiàn)場講解儀器的構(gòu)造，原理和操作流程并示范，無疑縮短了學生們操作練習的時間。另外，由于分析儀器價格昂貴，學生也唯恐自己在不熟悉的情況下操作損壞設(shè)備，從而不愿意主動操作，降低了學習的積極性。

1.5 樣品前處理時間長，壓縮了練習時間

大多數(shù)儀器分析實驗需要對藥材或藥品進行預處理，比如檢測金銀花中鉛元素的含量時，根據(jù)處理方法的不同需要先往樣品中加入硝酸或硝酸-高氯酸，并浸泡過夜；或者對樣品灰化5～6 h再進行后續(xù)操作。同時，需要先配制鉛元素貯備液，然后配制成不同濃度的鉛元素標準溶液供制備標準曲線用。一系列的樣品前處理操作無疑壓縮了練習時間。另外，有些儀器本身對試劑溶液要求高，需要增加操作步驟，比如利用高效液相色譜儀檢測某一中藥材中有效成分含量時，會涉及到流動相的配制，如配制1 L 0.1%的磷酸溶液作為流動相使用，其操作步驟為：用1 mL的吸量管移取1 mL優(yōu)級純磷酸，置于1 L容量瓶中，定容，搖勻。然后選擇水系濾膜進行抽濾以除去溶液中存在的顆粒雜質(zhì)，最后超聲處理10～15 min，才可以拿至色譜室作為流動相使用。這些過程占用了大量的時間，縮短了學生們操作儀器的時間，導致其無法熟悉儀器的原理及操作流程。

2 實驗課程改革建議

2.1 優(yōu)化教學方法與手段

針對儀器分析實驗課程教學方式存在的問題，可以考慮在傳統(tǒng)教學的基礎(chǔ)上結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和在線教學平臺如學習通和雨課堂等進行優(yōu)化。比如，課前教師先完善ppt，針對主要知識點錄制小視頻并上傳至在線教學平臺讓學生自主學習并寫出預習報告。實驗中，檢查預習報告，就關(guān)鍵問題組織學生討論，如高效液相色譜儀操作時，為什么要對流動相排氣泡，促進學生從“怎么做”到“為什么這么做”的提升。另外，在操作時，小組內(nèi)的學生可以相互錄制操作視頻，制作微課，以備課后回放學習。實驗后，及時讓學生們對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行分析，存在疑惑的地方互相交流學習。這樣不僅可以讓學生自由安排學習時間，有效激發(fā)其學習動機和自主學習的積極性，也有利于教師教學水平和技能的提高。另外，在學期末實驗實訓周教師指導學生設(shè)計綜合探究實驗，學生先以小組為單位按照教師的要求選好要檢測的中藥材及分析測試方法，在選擇的時候要求每組選擇的品種各不相同。選定之后，各組員之間分工協(xié)作初步確定實驗方案。實驗方案待教師審核后，由小組成員依次處理樣品，操作分析儀器，處理數(shù)據(jù)及撰寫實驗報告，完成相關(guān)的討論等等。在具體的實驗操作中，學生往往會碰到實驗教學環(huán)節(jié)中未出現(xiàn)的情況和困難，想解決這些難題，他們就需要咨詢教師結(jié)合查閱文獻、書籍探討實驗條件、完成此次實驗，通過這種訓練將有效地鍛煉學生的能力。這樣的探究性實驗能夠更好的培養(yǎng)學生的邏輯思維能力及主動探究的能力，有助于學生的全面發(fā)展。

2.2 加強虛擬仿真軟件的使用

虛擬仿真教學是通過把信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和仿真技術(shù)等融合，在計算機系統(tǒng)上建立的一套具有模擬操作性與真實分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)進行教學[5]。在具體實驗課開展中可以這樣實施：某次課未輪到的小組可以利用虛擬仿真軟件進行預操作，這不僅解決了因分析儀器臺數(shù)少導致操作時間短的問題，而且可以讓學生直觀看到相關(guān)儀器的構(gòu)造，使抽象的理論內(nèi)容具體化。學生在仿真軟件上可以模擬現(xiàn)實中的實驗操作，先模擬再實踐，可以克服學生的心理恐懼，放手大膽操作而不用擔心損壞儀器。另外，通過仿真軟件的操作可以規(guī)范學生的實際操作過程，強化實驗技能，從而掌握不同儀器的使用方法及中藥材分析檢測過程。虛擬仿真技術(shù)可在一定程度上提高儀器分析實驗課程的教學效果[6]。

2.3 構(gòu)建開放實驗平臺

目前，對于很多地方性高校來說，大型分析儀器的使用率并不高，只有儀器分析實驗課程開設(shè)的學期使用率才相對較高，這無疑浪費了資源。在儀器分析課程改革中，可以嘗試定期開放實驗平臺，實施開放式實驗教學，允許學生利用自己空余時間進入實驗室學習和訓練，并且鼓勵學生作為一員參與到教師們的科研項目中，培養(yǎng)學生科研的興趣。對學生來講，可以增加實踐練習的機會；對學校來講，可以充分發(fā)揮儀器設(shè)備的價值，提高儀器設(shè)備的利用率和使用效益，提高學校人才培養(yǎng)水平，提升學校的社會認可度。

2.4 完善實驗考核體系

儀器分析課程實踐性較強，常規(guī)筆試考核方式無法全面反映出學生的學習情況、實驗操作技能的掌握情況以及教師教學效果好壞情況。建議在儀器分析實驗課程考核時加強對實驗操作部分的評價，并增強其所占比例：可以把平時綜合型的實驗拆分成若干個小知識點的項目作為考題，隨機讓學生抽選并獨立自主的進行整個實驗過程的操作，包括樣品的前處理，溶液試劑的配制，分析儀器的基本操作，譜圖數(shù)據(jù)處理，有效成分含量的計算等。建立如上的考核體系既能提高實驗課程的教學質(zhì)量，又能使學生學習主動性增強，檢驗學習效果。

2.5 加強實驗教師隊伍建設(shè)

改變教學模式、方法和獲得優(yōu)質(zhì)教學資源，都需要教學團隊當中每一位教師付出大量的時間和精力。教師的業(yè)務水平對提高教學質(zhì)量起著主導作用，是上好儀器分析實驗課的保障。如何才能建設(shè)一支綜合素質(zhì)高，專業(yè)能力強的實驗教學隊伍？一方面，建議高校配備具有一定綜合科研能力和專業(yè)背景的儀器分析實驗教師在一線教學，同時要求博士、副教授和教授等高學歷高水平(擁有較強科學研究能力)的教師也參與實驗教學的指導工作，使學生了解自己所在的科研領(lǐng)域中的學科前沿知識，激發(fā)學生對科研的濃厚興趣。另外一方面可以利用校企合作的優(yōu)勢，引入企業(yè)實踐經(jīng)驗豐富的老師進入實驗教學過程，做到將理論知識與實踐操作相結(jié)合，提高教師的整體教學水平。

3 結(jié) 語

儀器分析實驗是一門實踐性很強的課程，采用仿真軟件等線上教學平臺技術(shù)手段不僅可使抽象的理論知識淺顯化，又可解決實際操作中臺套數(shù)不足等導致的問題；構(gòu)建開放教學平臺可以提高學生的動手能力并鍛煉他們設(shè)計和實施的能力；完善實驗考核體系可以全面客觀評價學生們的學習過程、起到督促的作用；加強實驗教學隊伍建設(shè)是上好該門課程的保障。總之，在地方高校現(xiàn)有的實驗環(huán)境下，如何最大程度的讓學生熟練掌握相關(guān)分析方法的原理、儀器的構(gòu)造、并熟悉整個實驗操作流程是需要每一位儀器分析實驗課教師深思的問題。