儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

姚新轉(zhuǎn) 董旋 彭磊 呂立堂

[摘 要] 儀器分析實(shí)驗(yàn)是農(nóng)學(xué)類、生物類、藥學(xué)等專業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重要構(gòu)成部分，其教學(xué)目的是使學(xué)生了解分析儀器的工作原理、實(shí)驗(yàn)方法、操作技術(shù)，掌握實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等技能，從中獲得的操作、分析技能可以在茶葉生理生化的檢測(cè)和土壤檢測(cè)中得到應(yīng)用。該課程在開(kāi)設(shè)過(guò)程中通常面臨教學(xué)課程枯燥難懂、儀器設(shè)備配置數(shù)量短缺（大型設(shè)備）及操作時(shí)間不夠等問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生難以熟練掌握相關(guān)操作技能。針對(duì)上述問(wèn)題，從優(yōu)化教學(xué)方法、完善實(shí)驗(yàn)考核體系、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍建設(shè)方面提出建議，以期提高該門實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

[關(guān)鍵詞] 儀器分析實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2019年度貴州省科學(xué)技術(shù)廳貴州省優(yōu)秀青年科技人才項(xiàng)目“白化、黃化、紫化茶樹品種茶葉品質(zhì)提升關(guān)鍵技術(shù)研究”（黔科合平臺(tái)人才〔2019〕5651）

[作者簡(jiǎn)介] 姚新轉(zhuǎn)（1989—），女，安徽臨泉人，碩士，貴州大學(xué)茶學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要從事儀器分析課程教學(xué)和茶生物學(xué)研究;呂立堂（1978—），男，山東萊蕪人，博士（通信作者），貴州大學(xué)茶學(xué)院教授，主要從事茶樹資源創(chuàng)新與利用研究。

[中圖分類號(hào)] G420? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）38-0067-04? ?[收稿日期] 2021-03-08

儀器分析是分析化學(xué)學(xué)科的主要組成部分，是一門實(shí)踐性、技術(shù)性強(qiáng)的綜合性課程，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域密切相關(guān)，被譽(yù)為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“參謀”、科學(xué)技術(shù)研究的“眼睛”、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的“尖兵”。通常采用特殊和復(fù)雜的儀器設(shè)備，根據(jù)參數(shù)的變化來(lái)判定物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和含量，在不同學(xué)科應(yīng)用非常廣泛[1]，是一門由多個(gè)學(xué)科彼此交叉、滲透發(fā)展形成的綜合學(xué)科[2]。貴州大學(xué)的二級(jí)院系如生命科學(xué)學(xué)院、茶學(xué)院、藥學(xué)院、農(nóng)學(xué)院等均已開(kāi)設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)、藥物檢測(cè)分析實(shí)驗(yàn)等課程，理論結(jié)合實(shí)踐，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

隨著貴州茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，茶葉人才的缺口逐漸顯現(xiàn)，茶葉基礎(chǔ)科研隊(duì)伍、產(chǎn)品研發(fā)隊(duì)伍、質(zhì)量管理的專家團(tuán)隊(duì)和企業(yè)管理者隊(duì)伍與茶葉大省的發(fā)展需求存在較大差距，因此茶產(chǎn)業(yè)相關(guān)方面人才短缺，急需一批具有豐富理論知識(shí)和一定動(dòng)手能力的新一代大學(xué)生。貴州大學(xué)茶學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)，要求學(xué)生能夠利用現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合現(xiàn)有儀器選擇合理實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)茶葉以及類茶中的有效成分、農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)和分析。儀器分析理論課程內(nèi)容復(fù)雜，學(xué)生理解困難[3]。實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)不僅可以讓學(xué)生更好地理解書本知識(shí)，還可以讓學(xué)生掌握相關(guān)儀器的操作流程、注意事項(xiàng)、使用后的維護(hù)等，促使其熟練地將所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作相互結(jié)合以加深理解，從而培養(yǎng)他們提出問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。熟練掌握儀器分析操作和分析數(shù)據(jù)能力將為學(xué)生后期專業(yè)課程如茶有效成分色譜和質(zhì)譜分析、茶葉質(zhì)量分析與控制的學(xué)習(xí)和未來(lái)工作奠定良好基礎(chǔ)。本文主要分析現(xiàn)階段儀器分析教學(xué)中存在的基本問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出相應(yīng)的改革措施，以提高本科教學(xué)水平，促進(jìn)學(xué)科建設(shè)。

一、實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

儀器分析課程涉及的交叉學(xué)科較多，有些學(xué)科原理抽象難懂，實(shí)驗(yàn)儀器更新?lián)Q代快速，實(shí)驗(yàn)技術(shù)革新快，學(xué)生學(xué)習(xí)困難[4]，也沒(méi)有根據(jù)本科生的知識(shí)層次做相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，在學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，側(cè)重對(duì)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的要求，而忽略了對(duì)儀器操作熟練技能，以及綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)要求，特別像色譜技術(shù)、光譜技術(shù)等主流分析技術(shù)教學(xué)還相對(duì)比較淺顯，對(duì)學(xué)生今后的就業(yè)、繼續(xù)深造或科學(xué)研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠[3]。總之，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重阻礙學(xué)生動(dòng)手能力、想象力和創(chuàng)造力的發(fā)揮，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，成為培養(yǎng)綜合性人才的障礙。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在主要問(wèn)題的分析

1.大型儀器設(shè)備短缺。本科院校普遍存在大型分析儀器配置不全的問(wèn)題[5]，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中人手一套儀器操作的目標(biāo)。同時(shí)，由于上課專業(yè)、班級(jí)多，即便采用分組（12～15人）方式教學(xué)，但由于課程時(shí)間有限，也無(wú)法讓每位學(xué)生系統(tǒng)地操作儀器，因此很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。例如，我院該門實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)采用上述分組，2018級(jí)本科生總共60人，每班3人，2節(jié)課90分鐘（15人一組，每班2組，45分鐘）循環(huán)的方式進(jìn)行，很明顯存在部分學(xué)生儀器操作時(shí)間不夠的問(wèn)題，甚至部分學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理，不參與實(shí)驗(yàn)。

2.學(xué)生實(shí)際操作困難。儀器分析一般是大二開(kāi)設(shè)的課程，在這之前學(xué)生很難接觸相關(guān)的儀器設(shè)備，更別說(shuō)操作了。大型分析儀器較為昂貴、精密，通常使用前進(jìn)行培訓(xùn)指導(dǎo)，需要嚴(yán)格按照規(guī)程操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到維護(hù)保養(yǎng)、延長(zhǎng)使用壽命的目的。

學(xué)生首次接觸大型分析儀器時(shí)，由于不熟悉其構(gòu)造、原理和操作流程，通常需要指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)講解儀器的構(gòu)造、原理和操作流程并示范。而講解這些步驟會(huì)大量占用學(xué)生的操作練習(xí)時(shí)間[5，6]，學(xué)生只知其然不知其所以然，不利于教學(xué)目的的達(dá)成和學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高。同時(shí)，雖然會(huì)提前進(jìn)行儀器分析理論課程學(xué)習(xí)，但不結(jié)合儀器講解，其原理抽象難懂，學(xué)習(xí)較為枯燥乏味。此外，分析儀器價(jià)格昂貴，靈敏度高，學(xué)生擔(dān)心自己不規(guī)范操作或操作失誤造成設(shè)備損害，增加維修費(fèi)用，從而不愿動(dòng)手操作，既降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)的效果，又挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.部分實(shí)驗(yàn)前期時(shí)間長(zhǎng)。很多大型分析儀器前期需要將樣品進(jìn)行預(yù)先處理，如檢測(cè)茶葉中鉛元素含量時(shí)須將樣品烘干，打成粉末，過(guò)80目篩子，將樣品中加入王水，放入消解爐消解5～6小時(shí)再進(jìn)行后續(xù)操作;預(yù)先配制鉛元素貯備液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后配制成不同濃度的鉛元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。因此，儀器操作前，樣品處理占用了大量的課程教學(xué)時(shí)間。此外，部分儀器對(duì)試劑溶液質(zhì)量要求很高，現(xiàn)配現(xiàn)用，不能提前配制。例如，利用高效液相色譜儀檢測(cè)茶葉中的茶氨酸含量，其流動(dòng)相0.1%的磷酸溶液需要即時(shí)配制，首先將1mL優(yōu)級(jí)純磷酸定容至1L，隨后通過(guò)水系濾膜抽濾除去溶液中存在的顆粒雜質(zhì)，最后超聲處理30分鐘。這些過(guò)程共計(jì)需要約60分鐘，占用了大量的課程教學(xué)時(shí)間，導(dǎo)致學(xué)生操作儀器的時(shí)間縮短，無(wú)法熟練掌握儀器的操作流程。