儀器分析實驗課程改進與實踐

馬祥英，陳其鋒，許海棠

(廣西民族大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，南寧 530006)

儀器分析是理工類院校及相關(guān)學(xué)科本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而儀器分析實驗是儀器分析課程中非常重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要包括電化學(xué)分析法、光譜分析法、色譜分析法、質(zhì)譜分析法和熱分析法等。目的是讓學(xué)生在實驗過程中，了解儀器的結(jié)構(gòu)、熟悉各種儀器的基本操作、掌握各種儀器的工作原理、理解課堂上所學(xué)到的理論知識，從而起到理論聯(lián)系實際的作用［1－2］。

高等學(xué)校的儀器分析實驗教學(xué)，不論是教學(xué)思想和教學(xué)內(nèi)容，還是管理水平和實驗手段都應(yīng)該適應(yīng)21 世紀人才培養(yǎng)的需要，即讓學(xué)生具備較強的動手能力。鼓勵學(xué)生以創(chuàng)新的態(tài)度對待每一種儀器，培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才［3－4］。

在原有的儀器分析實驗基礎(chǔ)上，從儀器分析實驗課程的基本問題及在教學(xué)中存在的問題著手，對現(xiàn)有的儀器分析實驗課程進行改進，提高儀器分析實驗課程的教學(xué)效果，加強素質(zhì)教育，推動創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

1 儀器分析實驗課程存在的問題

在儀器分析實驗教學(xué)中，我們除了要求學(xué)生掌握實驗基礎(chǔ)知識、基本操作技能、儀器分析的基本原理以及實驗數(shù)據(jù)處理方法外，還注重對學(xué)生進行綜合研究能力的訓(xùn)練，以提高實驗教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生以后的畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的儀器分析實驗課程一般存在著以下7 個問題:

1.1 實驗課和理論課不同步

儀器分析實驗所用儀器比較昂貴，且同類儀器比較少，不可能像其他基礎(chǔ)實驗?zāi)菢樱蝗艘唤M進行實驗，也不可能同一名老師同時上幾個實驗。因此儀器分析實驗通常采用循環(huán)模式進行，即幾名老師分別帶不同的實驗，這樣就存在著問題:同一個實驗時間段，不同學(xué)生所用的實驗儀器不同，實驗內(nèi)容不同，有的實驗內(nèi)容比理論課超前。特別是前幾周，大多數(shù)實驗都比理論課超前，對做這些實驗的學(xué)生來說，沒有理論基礎(chǔ)，做起來比較費勁。

1.2 儀器設(shè)備資源短缺

儀器分析實驗所用同類儀器的臺數(shù)較少，而且實驗安排學(xué)時數(shù)偏少。有些儀器操作復(fù)雜，學(xué)生既無獨立操作的可能性，又無重復(fù)實驗的機會，學(xué)生自主動手能力培養(yǎng)的問題難以解決。在實驗過程中學(xué)生一般8 ～10 人一組，每人動手的機會不多，且有依賴感，因此大多數(shù)學(xué)生都是走馬觀花，很難達到預(yù)期的教學(xué)效果。

1.3 課前預(yù)習工作不充分

儀器分析實驗課要求學(xué)生在上實驗課之前，進行全面的預(yù)習。從實驗的原理、步驟、試劑及儀器操作方法，到實驗數(shù)據(jù)的處理，每一個環(huán)節(jié)都要全面的了解，這樣學(xué)生才能對所學(xué)理論知識進行鞏固和提高。但在實際的實驗課程中，由于實驗儀器均為精密及貴重儀器，很多學(xué)生之前對這些儀器不但沒有見過，有的甚至沒有聽說過。即使進行了實驗教材的預(yù)習，但對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、原理及操作方法的儀器仍是無從下手。

1.4 教學(xué)模式單一

實驗課上，教師擔心學(xué)生在實際操作過程中碰到較多的疑難問題，盡可能把實驗過程講得詳細，同時受儀器數(shù)量及課時限制，實驗多個環(huán)節(jié)必須由教師提前做好準備，學(xué)生只能被動地去聽課。在學(xué)生可操作的實驗中，也是多人一組，易造成每組個別動手能力較強的學(xué)生主動操作，多數(shù)學(xué)生未具體實施操作過程。結(jié)果是學(xué)生在實驗過程中缺少思考、提問、討論，這樣會抑制學(xué)生的思維積極性，最終使學(xué)生對實驗不感興趣。

1.5 對實驗課程不重視

長期以來儀器分析實驗課程為理論課的輔助課程，學(xué)生對其重視程度不夠，學(xué)生有時處于一種應(yīng)付狀態(tài)。由于實驗內(nèi)容基本都已得到驗證，學(xué)生在機械的實踐實驗步驟過程中，依賴性強，缺乏主導(dǎo)性、綜合性和設(shè)計性。

1.6 實驗教材與科技發(fā)展脫節(jié)且通用性不強

儀器分析實驗教材選用是否合適，尤為重要。教材的出版要比新技術(shù)和新儀器的出現(xiàn)延遲，教材內(nèi)容相對滯后，不太適應(yīng)現(xiàn)代分析化學(xué)的要求。目前出版的儀器分析實驗教材大多數(shù)內(nèi)容是按舊儀器的工作狀態(tài)編寫的，與現(xiàn)代新儀器的全自動化操作相差甚遠。此外，由于不同院校擁有的儀器設(shè)備的廠家、型號參差不齊，實驗條件自然也就有所不同，其操作差別也是很大的。即使有個別儀器分析實驗教材的內(nèi)容較新，但儀器不同也同樣不能使用，因此沒有通用的實驗教材。

1.7 實驗報告中存在問題無法及時認識和改正

一般情況下，儀器分析實驗都是第一次做實驗，第二次實驗時交第一次實驗的實驗報告，教師批改完后第三次實驗時發(fā)下去，這樣學(xué)生看到老師的批改至少已經(jīng)是兩周以后了。實驗報告的相關(guān)信息反饋給學(xué)生滯后，導(dǎo)致學(xué)生在下次實驗中犯同樣的錯誤?；蛘咭驗閷嶒炈褂玫膬x器不一樣，上課內(nèi)容不一樣，實驗報告上所反饋的問題并不一定適合后面的實驗。有些學(xué)生直接把實驗報告放在一邊，或者沒有細看實驗報告中反饋的信息。

2 儀器分析實驗課程改進與實踐

2.1 實驗前預(yù)習與現(xiàn)場預(yù)習相結(jié)合

實驗前進行預(yù)習，可以使學(xué)生在老師講解實驗時做到心中有數(shù)，了解實驗的全過程，對所用的儀器有一個基本的了解。為了提高實驗預(yù)習質(zhì)量，可以采取實驗前預(yù)習與現(xiàn)場預(yù)習相結(jié)合的方法?？梢宰寣W(xué)生在實驗前到實驗室面對著儀器，近距離接觸儀器設(shè)備，就實驗的具體內(nèi)容進行預(yù)習。這樣學(xué)生就能對儀器的原理構(gòu)造及操作步驟有直觀認識，建立了感性認識，做起實驗才會得心應(yīng)手。

2.2 儀器分析實驗教學(xué)內(nèi)容改革

傳統(tǒng)的儀器分析實驗所設(shè)立的實驗項目基本為驗證性實驗，理論上雖然比較成熟，但實驗內(nèi)容和實際應(yīng)用實驗的例子比較陳舊，與現(xiàn)代實際應(yīng)用脫節(jié)，不能體現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，不能達到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。我們根據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備及現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展，適當減少一些陳舊的實驗，減少驗證型實驗，適當增加新技術(shù)新方法的實驗內(nèi)容，增加一些綜合型實驗、設(shè)計型實驗、研究型實驗以及創(chuàng)新型實驗內(nèi)容。強調(diào)應(yīng)用性和體驗性，盡量結(jié)合實際，選擇應(yīng)用性強、試樣易獲得、與人們生活緊密聯(lián)系的實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習積極性和解決實驗的能力。如石墨爐原子吸收分光光度法測定人指甲中銅的含量、高效液相色譜法測定奶粉中三聚氰胺的含量、氣相色譜法測定白酒中乙酸乙酯的含量;化妝品中鉛的測定、中草藥提取液有效成分的測定、水樣中砷和汞等重金屬的測定、蔬菜中有機磷農(nóng)藥的測定等。學(xué)生可按自己的興趣選擇實驗課題，查閱文獻資料，咨詢老師，設(shè)計出一套完整的實驗方案，其中包括樣品采集、樣品處理、儀器設(shè)備、實驗報告等。這樣可以使學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力、科研能力大大提高，分析問題和解決問題的能力得到鍛煉，增強了學(xué)生文獻資料閱讀總結(jié)的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計和工作打好堅實的基礎(chǔ)。

2.3 合理安排實驗教程，運用現(xiàn)代教育技術(shù)先進的教學(xué)手段

可以采取先易后難、先簡后繁的程序，讓學(xué)生對實驗逐步適應(yīng)和提高。從基礎(chǔ)實驗、開放實驗到研究型實驗，逐步深入，使學(xué)生不斷積累新知識、運用新知識，由質(zhì)變達到量變，成為真正的實用型、創(chuàng)新型人才。另外，安排實驗教程時，注意理論課與實驗課同步進行，這樣有利于學(xué)生對實驗內(nèi)容的接受，得到學(xué)生的認可，也有利于老師實驗教學(xué)的順利進行。

在正式做實驗前，可以進行1 ～2 節(jié)的多媒體教學(xué)課，運用現(xiàn)代教育技術(shù)先進的教學(xué)手段。如CAI 輔助教學(xué)、多媒體教學(xué)等，以圖像、動畫、聲音等形式，或者把學(xué)生以往沒有接觸過的各種大型分析儀器的結(jié)構(gòu)及實驗操作過程完整拍攝下來，以錄像的形式通過屏幕展示給學(xué)生。更加直觀、更加生動地展現(xiàn)了實驗儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儀器原理和儀器操作，充分刺激學(xué)生的感官，使學(xué)生對儀器的結(jié)構(gòu)和使用有所了解，得到初步的感性認識。這樣的教學(xué)手段能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，同時改變原來單調(diào)、枯燥的實驗課，使教學(xué)形式和實驗內(nèi)容豐富多彩。學(xué)生不僅愿意動手操作，而且實驗技能得到很大提高。

2.4 改變教學(xué)模式

可以采用“以問題為先導(dǎo)”的教學(xué)模式，實驗教師設(shè)計相應(yīng)的問題，逐一提出，學(xué)生討論式的回答。然后教師總結(jié)，糾正錯誤，肯定準確的。最后進行操作示范。通過提問→討論→總結(jié)→示范的教學(xué)模式可以一步步地引導(dǎo)學(xué)生對原理、儀器構(gòu)造、操作步驟等每一個過程有更深刻的理解和認識。學(xué)生開動腦筋，進行熱烈的討論，將課本上所學(xué)的理論知識和實驗緊密聯(lián)系起來，進一步提高了分析問題和解決問題的能力。

2.5 開放實驗教學(xué)

動手機會少是學(xué)生基本操作技能比較差的主要原因。通過開放實驗教學(xué)，在課外時間有計劃地開放實驗室，為學(xué)生開展創(chuàng)新型實驗提供堅實的基礎(chǔ)，為畢業(yè)論文設(shè)計做好準備。允許學(xué)生在課余時間在老師的帶領(lǐng)下進入實驗室，在老師指導(dǎo)下進行部分儀器的操作。允許學(xué)生在完成基本實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上自選實驗，實驗項目可以由教師提供，也可以是學(xué)生通過查資料獲得。并安排實驗教師輪流值守，隨堂進行指導(dǎo)，這樣就可以充分發(fā)揮學(xué)生自己的創(chuàng)新設(shè)計能力，得到更好的收獲。

2.6 改革考核體系，培養(yǎng)學(xué)生科研意識

在實驗教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的科研意識十分必要，會影響學(xué)生以后的科研能力及其興趣。傳統(tǒng)的實驗報告僅僅要求學(xué)生對實驗結(jié)果進行簡單歸納、分析，有必要改革考核體系?？梢酝ㄟ^全方位考查學(xué)生的實驗情況，逐項打分，直接給出平時實驗成績。包括上實驗課前的預(yù)習報告、實驗操作現(xiàn)象觀察、實驗操作、儀器的使用、實驗課課堂提問、課后總結(jié)實驗報告等。也可以要求學(xué)生按科研小論文的形式完成實驗報告，格式包括標題、摘要、關(guān)鍵詞、正文(前言、資料、方法、結(jié)果、討論、參考文獻)等，評價實驗報告時要從格式、內(nèi)容、實驗結(jié)果、歸納分析等去審查，結(jié)果要求如實反映實驗結(jié)果。得不到預(yù)期結(jié)果的不可隨意改動實驗數(shù)據(jù)，討論時應(yīng)分析實驗失敗的原因。這樣學(xué)生不僅會掌握論文書寫格式，而且能知道科學(xué)研究必須以科學(xué)實驗為依據(jù)，要有嚴謹、求實、客觀的態(tài)度。

2.7 選用合適的實驗教材

可以在原有的儀器分析實驗教材基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合已有儀器設(shè)備的實際情況以及一些熱點問題，組織教師編寫出一套新的儀器分析實驗較教材或講義。這樣可以運用已有的儀器設(shè)備有針對性地學(xué)習儀器分析實驗課程。但隨著新方法、新儀器的引入，必須要在再版教材或講義中加以補充更新，以便相互吻合，更好地提高實驗教學(xué)效果。

3 結(jié)束語

儀器分析實驗的過程，不僅是對原有的基礎(chǔ)理論知識學(xué)習加以檢驗、鞏固和提高的過程，同時也是理論聯(lián)系實際的過程。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的需求，對高等院校儀器分析實驗課程的要求會越來越高。儀器分析實驗課程的改進與實踐，不僅培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)理論基礎(chǔ)和實驗技能的提高，而且培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。只有在教學(xué)實踐中不斷積累經(jīng)驗，大膽創(chuàng)新，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，提高教學(xué)質(zhì)量，才能達到教學(xué)改革的目的。這是一個長期的工作，需要不斷地探索教學(xué)的方法和方式。

［1］徐曉安，張文華. 儀器分析實驗教學(xué)改革初探［J］. 江西化工，2009(4):46－47.

［2］吳育廉，柯行. 淺談儀器分析實驗教學(xué)的改革［J］. 教學(xué)儀器與實驗，2007(5):23－25.

［3］石瑩瑩. 儀器分析實驗教學(xué)改革的探索［J］. 廣西輕工業(yè)，2009(11):19－20.

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