現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考與實(shí)踐

饒桂維，梅 瑜

(浙江樹人大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310015)

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長(zhǎng)，對(duì)教育的投入也水漲船高。尤其是高等教育進(jìn)入大眾化階段，對(duì)人才培養(yǎng)和科研水平的高要求，促使從各級(jí)政府到高校層面都加大投入，最明顯的就是各高校的大型儀器設(shè)備數(shù)量劇增。

浙江樹人大學(xué)作為改革開放以來我國(guó)最早成立的全日制民辦普通高校之一，在中國(guó)民辦本科院校競(jìng)爭(zhēng)力排行榜中連續(xù)多年榮獲第一。生物與環(huán)境工程學(xué)院是一個(gè)以多學(xué)科交叉發(fā)展為特色的工科學(xué)院，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科被評(píng)為浙江省“省級(jí)一流學(xué)科(B)”。學(xué)院擁有完備的實(shí)驗(yàn)科研教學(xué)設(shè)施，化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心是浙江省“十二五”化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，此外有全國(guó)高校第一家獲得全國(guó)分析檢測(cè)人員能力培訓(xùn)委員會(huì)(NTC)培訓(xùn)和考核資質(zhì)認(rèn)定的浙江樹人大學(xué)分析測(cè)試國(guó)家培訓(xùn)中心，還是浙江省科技廳唯一設(shè)立的浙江省大型科學(xué)儀器設(shè)備協(xié)作共用平臺(tái)分析測(cè)試技術(shù)培訓(xùn)基地。目前擁有兩幢合計(jì)近萬平米的實(shí)驗(yàn)教學(xué)用房，擁有液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、等離子發(fā)射光譜-質(zhì)譜聯(lián)用、離子色譜和紅外光譜等近百套大型精密儀器設(shè)備，資產(chǎn)近4000多萬元。

現(xiàn)代儀器分析是化學(xué)類專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，通過使用復(fù)雜特殊的儀器設(shè)備，測(cè)定物質(zhì)的一些物理及物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)及變化來獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)及含量等信息的分析方法[1]。生物與環(huán)境工程學(xué)院從2010年起，在應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、生物工程、食品工程、環(huán)境工程和食品質(zhì)量與安全六個(gè)本科專業(yè)都開設(shè)了現(xiàn)代儀器分析技術(shù)及實(shí)驗(yàn)課，其中理論課程40～45課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程40課時(shí)。本學(xué)院的現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)是在無機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。本課程的教學(xué)目的和任務(wù)是鞏固和加深現(xiàn)代儀器分析方法基本原理的理解；掌握儀器分析實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和技能；學(xué)會(huì)正確地使用分析儀器；合理地選擇實(shí)驗(yàn)條件；正確處理數(shù)據(jù)和表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求是的科學(xué)態(tài)度、勇于科技創(chuàng)新和獨(dú)立工作的能力，為培養(yǎng)適應(yīng)二十一世紀(jì)需要的高級(jí)應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)課程綜合了化學(xué)、物理和電子技術(shù)等方面知識(shí)，在實(shí)際授課中，要求學(xué)生了解儀器的原理和構(gòu)造，掌握儀器的基本操作步驟，還要完成盲樣的測(cè)定，計(jì)算出正確的結(jié)果。從課程要求可以看出本實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生綜合能力要求較高，同時(shí)因本課程采用的是大型精密儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因分析儀器價(jià)格昂貴、更新?lián)Q代快等諸多原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)室儀器數(shù)量及配置不能充分滿足實(shí)際教學(xué)需要。筆者自2010年起就承擔(dān)了全學(xué)院的現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，積累了一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)心得體會(huì)，現(xiàn)總結(jié)如下，期與廣大實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)同行交流探討。

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)有所為有所不為

現(xiàn)代儀器分析的理論教學(xué)包含有電分析化學(xué)、光譜、色譜、波譜及質(zhì)譜等五大模塊。若是依據(jù)這五個(gè)模塊以及本學(xué)院配置的大型儀器開設(shè)全方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，涉及到的儀器有離子選擇性電極、原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光分光光度計(jì)、紅外光譜儀、電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、紫外可見光分光光度計(jì)、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀以及電感耦合等離子發(fā)射光譜儀等11種儀器。

在2010-2013年期間，筆者亦是參考國(guó)內(nèi)眾多院校做法，盡可能開設(shè)多種儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，見表1[2-4]。在表1的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，共涉及了8種儀器設(shè)備，其中原子吸收分光光度計(jì)、電感耦合等離子發(fā)射光譜儀和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀數(shù)量都只有一臺(tái)，而學(xué)院配置的現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)教師只有三名。經(jīng)過兩個(gè)學(xué)年的教學(xué)實(shí)施，發(fā)現(xiàn)很多問題：學(xué)生方面，8種儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)課，感覺走馬觀花，尤其是數(shù)量少的儀器，因課時(shí)少的原因，無法讓學(xué)生深入操作，類似演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在課程結(jié)束后，往往哪樣儀器都沒學(xué)會(huì)；對(duì)于教師來說，要開出電分析化學(xué)、光譜、色譜、波譜等四個(gè)技術(shù)模塊10個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)三名教師的理論、實(shí)驗(yàn)操作及技術(shù)要求極高，但學(xué)校層面則對(duì)儀器的維護(hù)保養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的耗時(shí)不計(jì)入課時(shí)，并且本校還無碩士點(diǎn)，上述工作皆須教師親歷親為，辛苦一學(xué)期下來，課時(shí)工作量就那一點(diǎn)，付出與回報(bào)反差太大，極大的打擊了大家的工作積極性。

表1 早期的現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)授課計(jì)劃表

為此，授課小組在調(diào)研學(xué)生就業(yè)崗位需求，以及結(jié)合本院購(gòu)置的儀器數(shù)量情況進(jìn)行討論后，決定在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)上有所為，有所不為。具體就是實(shí)驗(yàn)開設(shè)以數(shù)量較多的氣相色譜儀和液相色譜儀項(xiàng)目為主，以原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光分光光度計(jì)、紅外光譜及等離子發(fā)射光譜為輔的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。從2013年起，編制了以色譜、光譜為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，見表2。

表2 以色譜光譜為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)授課計(jì)劃表

該次修訂，主要去除了比較簡(jiǎn)單的電分析化學(xué)、紫外光譜等，對(duì)于可操作性不強(qiáng)的氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用也停開了。經(jīng)過一學(xué)年下來，學(xué)生教師兩方面的反響較好，但問題還是集中在儀器臺(tái)數(shù)較少的光譜類實(shí)驗(yàn)，尤其是原子吸收、原子熒光及電感耦合等離子發(fā)射光譜等光譜類，實(shí)驗(yàn)的前處理繁瑣，但儀器的操作比較快捷，教學(xué)性不強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)成就感低。但教師的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量巨大，又因?qū)嶒?yàn)對(duì)玻璃儀器試劑要求高、氣體消耗大而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本比較高。為此，我們又進(jìn)行了改進(jìn)，將該類光譜類實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行了調(diào)整，得到了表3的實(shí)驗(yàn)授課計(jì)劃表。該調(diào)整是建立在擁有6臺(tái)氣相色譜儀(島津GC2014)和7臺(tái)高效液相色譜儀(依利特P230Ⅱ)的基礎(chǔ)上，班級(jí)實(shí)驗(yàn)采用多批制，確保2～3人一臺(tái)儀器操作，而授課實(shí)驗(yàn)教師也固定為兩名，分別負(fù)責(zé)氣相色譜模塊和液相色譜模塊。經(jīng)過實(shí)際教學(xué)檢驗(yàn)，各方面反應(yīng)良好。

表3 以色譜強(qiáng)化為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)授課計(jì)劃表

2 測(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)能力

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，為了減輕現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的壓力，絕大多數(shù)教師會(huì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告。但對(duì)于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來說該法弊大于利：絕大多數(shù)學(xué)生的預(yù)習(xí)流于形式，部分認(rèn)真的學(xué)生因預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的緣故，反而疏忽了教師在講授環(huán)節(jié)的講解；此外，預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)也增加了教師與學(xué)生的工作和學(xué)習(xí)量。故在本人的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，從2012年起取消了預(yù)習(xí)，通過在實(shí)驗(yàn)課上讓學(xué)生編成小組，分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)，來吸引提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，讓學(xué)生當(dāng)場(chǎng)學(xué)習(xí)儀器的知識(shí)，并馬上應(yīng)用操作，有助于培養(yǎng)他們的現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)能力。比如在學(xué)習(xí)高效液相色譜第一次實(shí)驗(yàn)課程“HPLC歸一化法測(cè)定苯系物”時(shí)，就讓學(xué)生分好小組，推選組長(zhǎng)，分配任務(wù)：小組掌握儀器的開機(jī)，組員一學(xué)會(huì)排除氣泡，組員二學(xué)會(huì)設(shè)置參數(shù)，組員三學(xué)會(huì)進(jìn)樣針的挑選，組員四學(xué)會(huì)樣品的進(jìn)樣。通過任務(wù)分解，責(zé)任到人，讓學(xué)生有責(zé)任使命感，人人都有完成任務(wù)的成就感。

經(jīng)過多年的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)對(duì)于本校本學(xué)院這樣的高考第二批次錄取的生源的院系，學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)能力還是不錯(cuò)的，雖然在理論知識(shí)的掌握上，比高批次的學(xué)生欠缺，但學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作、快速接受新知識(shí)以及方法引申應(yīng)用表現(xiàn)尚可。

3 及時(shí)更新優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

人都是“喜新厭舊”的，尤其是目前教學(xué)對(duì)象是95后的潮人們！如何將他們吸引關(guān)注到比較傳統(tǒng)枯燥的分析儀器操作上，是一個(gè)比較大的考驗(yàn)。為調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，除了在第一次實(shí)驗(yàn)課講授時(shí)積極說明本實(shí)驗(yàn)課程是大學(xué)里最具價(jià)值的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)課程外，最重要的是緊跟社會(huì)熱點(diǎn)。比如，2011-2012年期間，結(jié)合杭州自來水污染事件，講解了如何進(jìn)行水樣的苯及苯胺類化合物測(cè)定“HPLC歸一化法測(cè)定苯系物”；在2013-2016年，針對(duì)食品安全事件，修訂推出了“食品中山梨酸、苯甲酸和糖精鈉的高效液相色譜測(cè)定”；而近兩年，考慮到學(xué)生中女生占的比例比較多，對(duì)化妝品產(chǎn)品的品質(zhì)安全比較關(guān)注，又替換開設(shè)了“化妝品中BHA、BHT的高效液相色譜測(cè)定”。一方面，讓學(xué)生覺得本實(shí)驗(yàn)課程永遠(yuǎn)年輕，另一方面也為教師講解增加了新鮮感。

4 結(jié)論

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為科技發(fā)展的代表，現(xiàn)代分析儀器也更新?lián)Q代頻頻，而新的分析方法、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也層出不窮。如何讓本實(shí)驗(yàn)課程順應(yīng)社會(huì)需求，貼近日常生活，尤為迫切！此外作為一所應(yīng)用型試點(diǎn)建設(shè)院校，我校的定位為教學(xué)服務(wù)型大學(xué)[5]。這樣的定位也需要我們積極開展實(shí)驗(yàn)課程的改革，本文即是我們近年來以現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行的應(yīng)用型課程建設(shè)的摸索的心得。在踐行應(yīng)用型本科大學(xué)的理念、方法和方式的路上沒有終點(diǎn)，繼續(xù)完善現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的每個(gè)環(huán)節(jié)，努力建設(shè)高水平的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)課程任重道遠(yuǎn)。