計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

張 青，郭淑文，劉 帥，張瑞萍

（內(nèi)蒙古河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系，內(nèi)蒙古臨河 015000）

“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程一直是食品藥品、生物技術(shù)、藥物分析等相關(guān)專業(yè)的一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)必修課，是該類專業(yè)畢業(yè)生從事檢驗(yàn)分析工作必須掌握的專業(yè)技能。該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校人才培養(yǎng)計(jì)劃中課程的重要組成部分，其教學(xué)目標(biāo)通過儀器分析實(shí)驗(yàn)鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)；訓(xùn)練學(xué)生對(duì)各類型儀器操作的基本實(shí)驗(yàn)技能；培養(yǎng)學(xué)生分析、處理和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力；同時(shí)突出該實(shí)驗(yàn)課程在食品專業(yè)中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的綜合知識(shí)能力和創(chuàng)新能力[1]。

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的快速發(fā)展，越來越多的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件涌現(xiàn)出來，如Origin，Excel，響應(yīng)面等軟件，使其在數(shù)據(jù)處理分析方面具有更加高效而準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)軟件處理“儀器分析”實(shí)驗(yàn)所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，會(huì)得到更加快捷、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還可提高學(xué)習(xí)效率，減少實(shí)驗(yàn)誤差。因此，將計(jì)算機(jī)處理軟件應(yīng)用于該實(shí)驗(yàn)課程很重要，結(jié)合課程的教學(xué)特點(diǎn)和學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中穿插計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)內(nèi)容的講授，培養(yǎng)學(xué)生的全能型能力，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和興趣，進(jìn)而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1 “儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

“儀器分析”實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)用性特別強(qiáng)的實(shí)踐課程，隨著時(shí)代發(fā)展各種儀器不斷更新?lián)Q代，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容推陳出新，該課程在教學(xué)中存在的現(xiàn)狀為：①“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程中最突出的特點(diǎn)是班級(jí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生多、課時(shí)安排少、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，而配套教學(xué)儀器設(shè)備少（尤其是大型精密儀器配備更少），其結(jié)果是實(shí)際教學(xué)中很難保證每名學(xué)生都能獨(dú)立操作，影響學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)技能操作的熟練性。②學(xué)生從課本上獲得一些大型精密儀器的理論認(rèn)識(shí)，再加上課前預(yù)習(xí)不充分，因此對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)、操作方法等只限于表面認(rèn)知，導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)操作及儀器使用原理知識(shí)點(diǎn)的掌握薄弱。③因考核學(xué)生“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課成績(jī)，主要是看實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，導(dǎo)致有的學(xué)生重視數(shù)據(jù)多余過程，違背了教學(xué)目的；因?qū)W生計(jì)算機(jī)知識(shí)只掌握基礎(chǔ)內(nèi)容，多數(shù)學(xué)生不具備計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及數(shù)據(jù)分析缺乏經(jīng)驗(yàn)，感覺數(shù)據(jù)分析難度大，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

Origin是由美國(guó)Lab公司推出的用于數(shù)據(jù)處理、分析和繪圖的軟件，該軟件因其操作界面簡(jiǎn)單、容易上手、操作靈活快速、使用便捷而被食品、化學(xué)等領(lǐng)域公認(rèn)為使用最廣泛和功能最強(qiáng)大的科技繪圖軟件，該軟件在儀器分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用具有重要的作用[2-4]。

Origin軟件在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用主要包括2個(gè)部分：圖表的繪制和標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[5]。①利用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表的繪制，不需要復(fù)雜的編程，只要將實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)輸入后選擇點(diǎn)擊相應(yīng)的菜單命令，點(diǎn)擊相應(yīng)的工具按鈕即可繪制出相關(guān)圖形，其主要可用于光譜圖、色譜圖和電化學(xué)曲線，如紫外-可見吸收曲線、熒光激發(fā)光譜和發(fā)射光譜、紅外吸收光譜、氣相色譜圖和高效液相色譜圖等。②利用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，該課程常采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)未知試樣溶液質(zhì)量濃度進(jìn)行定量分析，標(biāo)準(zhǔn)曲線法是以測(cè)定信號(hào)響應(yīng)值為縱坐標(biāo)與被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)的線性關(guān)系原理進(jìn)行的繪制，目前儀器分析實(shí)驗(yàn)中學(xué)生對(duì)光學(xué)、色譜學(xué)、電化學(xué)分析中有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

新時(shí)代的大學(xué)生已具備一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力,教師將儀器分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Origin軟件處理，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)、示范操作，由學(xué)生自己運(yùn)用Origin處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅可獲得準(zhǔn)確度高、美觀的數(shù)據(jù)處理結(jié)果和圖形，還可提高學(xué)生的作圖能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能和學(xué)習(xí)的積極性，這一過程對(duì)學(xué)生的綜合處理能力和綜合素質(zhì)有較大的提高。有學(xué)者報(bào)道了利用Origin軟件在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[6]，從而大大提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

Excel是微軟公司推出的快速、便捷的辦公軟件之一，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于食品、化工、管理等需要收集數(shù)據(jù)的編輯、整理、統(tǒng)計(jì)分析、圖表繪制工作等眾多領(lǐng)域。“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程中所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以利用Excel軟件來處理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行表格的制作或圖的繪制等。

隨著儀器的發(fā)展，如原子吸收光譜儀（AAS）、原子熒光光譜儀（AFS）、紫外-可見分光光度計(jì)等光學(xué)類儀器是實(shí)驗(yàn)室常見的分析檢測(cè)儀器（對(duì)尚未配備計(jì)算機(jī)的分析儀器），而這類型儀器的大部分使用目的是通過標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定未知濃度的樣品的含量，然后通過標(biāo)準(zhǔn)曲線所得公式計(jì)算出檢測(cè)樣品的最終結(jié)果。Excel軟件功能強(qiáng)大在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用較為全面，多數(shù)學(xué)生已經(jīng)在計(jì)算機(jī)課程中學(xué)習(xí)過Excel的基本操作，用它來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比較容易掌握[7]。利用Excel軟件功能處理大量的數(shù)據(jù)和圖形，建立回歸方程、繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，還可實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化[8]。

響應(yīng)面法也稱響應(yīng)曲面法，是統(tǒng)計(jì)方法和數(shù)學(xué)方法的結(jié)合，一種綜合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模的優(yōu)化方法，可采用多元二次回歸方程對(duì)受多個(gè)變量影響的問題進(jìn)行建模和分析，優(yōu)化各試驗(yàn)因素相應(yīng)水平的響應(yīng)值。國(guó)內(nèi)外學(xué)者們和研究人員對(duì)響應(yīng)面法用響應(yīng)值進(jìn)行建模和分析進(jìn)行了大量研究，文獻(xiàn)中報(bào)道響應(yīng)面法廣泛應(yīng)用于食品、化工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，因響應(yīng)面法的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中。

響應(yīng)面法在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用，主要包括課程試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型優(yōu)化和驗(yàn)證等過程[9]。將響應(yīng)面法應(yīng)用于“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程中不僅需要指導(dǎo)教師對(duì)該軟件具有熟練的操作技能，還必須結(jié)合學(xué)科發(fā)展前沿提出新的實(shí)驗(yàn)選題，指導(dǎo)學(xué)生分析和解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的新問題，以創(chuàng)新思維影響和培養(yǎng)學(xué)生，這也是一種加強(qiáng)教學(xué)科研相結(jié)合，促進(jìn)教師隊(duì)伍整體素質(zhì)提高的新途徑[10]。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來，學(xué)院不斷深化開展計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用于“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革。將Origin，Excel，響應(yīng)面軟件等計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、表格的制作、圖的繪制等會(huì)變得快速、準(zhǔn)確、方便。很多教師在教學(xué)中推廣計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)軟件來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，不僅解決了實(shí)驗(yàn)課程中數(shù)據(jù)難處理的問題，還可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)和今后工作生產(chǎn)實(shí)踐打下良好的理論基礎(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)改革的目的。因此，對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的教學(xué)應(yīng)用于“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課程勢(shì)在必行。