高?！秲x器分析》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新的探索

于阿娟

(鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450001)

儀器分析實(shí)驗(yàn)是利用復(fù)雜精密的儀器，根據(jù)物質(zhì)的聲、光、電、磁、熱等物化特性，對(duì)物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，從而完成定性、定量和形態(tài)分析，相較于傳統(tǒng)的分析方法，儀器分析更加高效便捷智能，代表了分析化學(xué)的發(fā)展方向。儀器分析實(shí)驗(yàn)不僅要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論，還要求較強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐能力，由于儀器分析課程復(fù)雜性和跨學(xué)科特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式效果不理想[1]。通過分析儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出改革創(chuàng)新措施。

1 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新性實(shí)效性不足

使用教材更新較慢，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多年沒有變化，儀器分析理論授課和實(shí)驗(yàn)課程不同步，部分理論課程內(nèi)容枯燥晦澀，且沒有安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)分析方法的社會(huì)應(yīng)用和發(fā)展方向講授較少，學(xué)生只知其然，不知其所以然。儀器分析理論教學(xué)主要側(cè)重實(shí)驗(yàn)原理講解，課程覆蓋面廣但深度不夠，沒有根據(jù)本科生的知識(shí)層次做相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)教學(xué)最終目標(biāo)是提升學(xué)生的動(dòng)手能力，為國家和社會(huì)培養(yǎng)實(shí)用型和創(chuàng)新型人才[2]，色譜、光譜等主流分析技術(shù)教學(xué)還比較淺顯，對(duì)學(xué)生今后的就業(yè)、繼續(xù)深造或科學(xué)研究積累不夠，高校在實(shí)驗(yàn)課程安排方面還應(yīng)優(yōu)化完善。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法程序化形式化突出

通常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程是學(xué)生課前預(yù)習(xí)講義，教師課上講解實(shí)驗(yàn)原理、方法等，并有教師操作示范，學(xué)生則根據(jù)教師安排的實(shí)驗(yàn)步驟，做驗(yàn)證性試驗(yàn)，這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式重結(jié)果，輕過程，沒有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和論證優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法環(huán)節(jié)，學(xué)生的興趣沒有被激發(fā)出來。由于學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)儀器知識(shí)的積累，且實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行學(xué)生分組輪流操作的教學(xué)模式，相比于傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，儀器分析沒有給予學(xué)生循序漸進(jìn)的適應(yīng)提高過程。這種教學(xué)模式重程序形式，組織方式比較傳統(tǒng)，忽視了學(xué)生的主體性和主動(dòng)性，沒有充分利用互聯(lián)網(wǎng)+和手機(jī)APP等資源，目標(biāo)化管理和個(gè)性化教學(xué)的平衡點(diǎn)沒有找準(zhǔn)。

1.3 考核評(píng)價(jià)形式靈活性導(dǎo)向性不強(qiáng)

儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究潛質(zhì)，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的習(xí)慣，突出操作能力、獲取信息能力、總結(jié)分析能力、解決問題能力的考察。但目前固化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式僅注重對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核評(píng)價(jià)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是其實(shí)驗(yàn)成績的主要印證。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)階段和研究生培養(yǎng)初期，學(xué)生不善于檢索文獻(xiàn)、不會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)處理能力不足等問題，都與本科階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)有關(guān)，還有學(xué)生不遵守實(shí)驗(yàn)室管理制度，釀成安全事故?？己耸侵笓]棒和風(fēng)向標(biāo)，考核應(yīng)當(dāng)促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握、實(shí)驗(yàn)室制度的執(zhí)行、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的提升，建立良好的教學(xué)秩序，不能僅僅滿足于教學(xué)任務(wù)，應(yīng)避免傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)對(duì)學(xué)生求知?jiǎng)?chuàng)新能力的掣肘。

2 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

2.1 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

建立理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究相結(jié)合的教學(xué)模式，改革和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。一是調(diào)整儀器分析實(shí)驗(yàn)部分的課時(shí)安排，做到理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步，理論教學(xué)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)打基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)理論教學(xué)的鞏固和深化[3]。豐富教學(xué)內(nèi)容，改變目前儀器分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊和表征手段缺乏前沿性的局面，緊跟時(shí)代的腳步。例如，作為化學(xué)專業(yè)主要的教學(xué)科目，儀器分析教材內(nèi)容滯后，缺乏科研必備的先進(jìn)表征儀器類別，使學(xué)生在以后的科研訓(xùn)練中基礎(chǔ)薄弱。雙束掃描電鏡(SEM)、場(chǎng)發(fā)射透射電鏡(TEM)及X-射線粉末衍射(XRD)等前沿的表征技術(shù)在儀器分析實(shí)驗(yàn)教材中沒有提及，還有高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、拉曼光譜等科研儀器也并沒有補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，而一些落后且在實(shí)際科研中落后且淘汰的表征儀器卻依然在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中。提升學(xué)生對(duì)常用的做圖數(shù)據(jù)軟件如Chemdraw、Origin、Excel等的應(yīng)用能力，為今后畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和研究生階段打下基礎(chǔ)。二是更新和增加儀器設(shè)備，增加有深度的選修實(shí)驗(yàn)課程和開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如地表水重金屬離子測(cè)定，肉禽蛋米中特定農(nóng)殘物的測(cè)定，引導(dǎo)學(xué)生分組承擔(dān)開放性實(shí)驗(yàn)課目，自行查閱文獻(xiàn)和擬定實(shí)驗(yàn)方案，教師給予及時(shí)指導(dǎo)，待教師審核確定實(shí)驗(yàn)方案后，統(tǒng)一組織學(xué)生實(shí)施。三是組織分析技術(shù)的歷史沿革和現(xiàn)代前沿分析技術(shù)的授課，講解儀器分析技術(shù)在科研和社會(huì)生產(chǎn)中的作用，使學(xué)生了解儀器分析的發(fā)展趨勢(shì)和方向，也可以邀請(qǐng)儀器設(shè)備商作專題報(bào)告，提升學(xué)生的格局和眼界。例如，在液相色譜分析法中，引入本課題組最近發(fā)表在《talanta》上的科技論文“Controlled fabrication of core-shell silica@chiral metal-organic framework for significant improvement chromatographic separation of enantiomer”，通過具體的科研成果向?qū)W生介紹高效液相色譜法固定相的發(fā)展趨勢(shì)，補(bǔ)充講解前沿儀器分析表征手段，如雙束掃描電鏡(SEM)、場(chǎng)發(fā)射透射電鏡(TEM)及X-射線粉末衍射(XRD)的應(yīng)用，讓學(xué)生們了解色譜法的發(fā)展方向，儀器分析在科研工作中的巨大作用及存在的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，把實(shí)驗(yàn)室搬到課堂，提升學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)和科研熱情。四是增加儀器的使用維護(hù)教學(xué)。使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)儀器一般故障的排除，常規(guī)保養(yǎng)維護(hù)方法，通過對(duì)儀器部分元件的拆解及安裝，現(xiàn)場(chǎng)講解其工作原理和日常保養(yǎng)，提升學(xué)生分析和解決問題的能力。五是培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)室文化，將實(shí)驗(yàn)室管理制度作為重要內(nèi)容列入教學(xué)計(jì)劃，做好火、水、油、電、氣的管理，防止安全事故和意外傷害。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中添加安全內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)試劑和大型儀器的安全意識(shí)，為學(xué)生今后開展的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和進(jìn)一步的研究生深造奠定基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

科學(xué)有效的教學(xué)方法，應(yīng)當(dāng)立足培養(yǎng)創(chuàng)新型人才需要，抓住學(xué)生普遍性的性格特點(diǎn)，采取相應(yīng)的方法策略。一是借力互聯(lián)網(wǎng)+，推廣交互式教學(xué)手機(jī)APP[4]。開展本科精品課程創(chuàng)建活動(dòng)，建立齊全完備的儀器分析多媒體教學(xué)資源，由教師制作授課PPT、AR納入數(shù)據(jù)庫，由學(xué)生掃描二維碼注冊(cè)登錄，使學(xué)生能夠隨時(shí)訪問學(xué)習(xí)，加深課堂印象，提升學(xué)習(xí)效果。學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以由學(xué)生手機(jī)拍照上傳手機(jī)APP，能夠有效提升效率，減輕教師和學(xué)生的負(fù)擔(dān)。二是實(shí)行啟發(fā)式教學(xué)方法。以液相色譜為例，每種物質(zhì)都有其特定的出峰時(shí)間，這是液相色譜的定性基礎(chǔ)。當(dāng)一種混合的實(shí)際樣品進(jìn)樣后，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)色譜峰，如何對(duì)這些色譜峰進(jìn)行定性，可讓學(xué)生思考每種色譜峰代表的物質(zhì)及判斷依據(jù)；當(dāng)色譜峰的出峰時(shí)間出現(xiàn)不對(duì)應(yīng)，或者稍有出入時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生排查原因并適當(dāng)提醒，進(jìn)行色譜峰的正確歸屬，提高學(xué)生思考問題和解決問題的能力。另外，引導(dǎo)學(xué)生思考色譜的定量原理及保留機(jī)理，對(duì)常用的三種色譜定量方法進(jìn)行講解，課后啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行資料查閱，加深對(duì)色譜分離機(jī)理的理解。對(duì)實(shí)驗(yàn)科目實(shí)行目標(biāo)管理，教師負(fù)責(zé)擬定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和提出問題，由學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，制訂實(shí)驗(yàn)方案，分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論，提升學(xué)生探索意識(shí)和創(chuàng)新能力。三是實(shí)行開放式實(shí)驗(yàn)課程。把實(shí)驗(yàn)學(xué)科競(jìng)賽納入教學(xué)計(jì)劃，鼓勵(lì)學(xué)生參加導(dǎo)師研究項(xiàng)目，在有組織的情況下，對(duì)學(xué)生開放部分儀器[5]。參照本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式，將大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中安排1～2個(gè)開放式課題。四是組織社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。組織學(xué)生參觀食品加工廠的實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)檢測(cè)環(huán)節(jié)或?qū)I(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的工作，加深學(xué)生對(duì)儀器分析社會(huì)應(yīng)用價(jià)值的直觀印象，提升教學(xué)效果。

2.3 完善考核評(píng)價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)集考試成績和名次于一張?jiān)嚲?，這種橫向考核評(píng)價(jià)機(jī)制忽視了學(xué)生的縱向潛能，分?jǐn)?shù)被異化為衡量能力的唯一標(biāo)準(zhǔn)，這不符合教育發(fā)展規(guī)律，科學(xué)的考核評(píng)價(jià)機(jī)制應(yīng)兼容學(xué)生的普遍差異性。高校要建立創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)考核評(píng)定機(jī)制，改革以實(shí)驗(yàn)程序和分?jǐn)?shù)為主的考核評(píng)價(jià)模式，實(shí)行實(shí)驗(yàn)程序、試驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能并重的考核評(píng)價(jià)方式，突出對(duì)學(xué)生科研潛質(zhì)和創(chuàng)新能力的發(fā)掘，按照專業(yè)理論30%、普通實(shí)驗(yàn)30%、開放性實(shí)驗(yàn)20%、儀器相關(guān)10%、社會(huì)實(shí)踐10%的權(quán)重打分，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行綜合性考核評(píng)價(jià)。也可以根據(jù)學(xué)生最后的綜合得分，實(shí)行優(yōu)秀、良好、及格的等級(jí)評(píng)分制。實(shí)驗(yàn)考核應(yīng)注重學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)，完善考核評(píng)價(jià)的杠桿作用，引導(dǎo)教學(xué)指導(dǎo)思想由注重專業(yè)知識(shí)的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅刂腔酆湍芰Φ呐囵B(yǎng)。

3 結(jié) 語

高校要主動(dòng)適應(yīng)國家發(fā)展大局，通過建設(shè)優(yōu)質(zhì)學(xué)科平臺(tái)促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，使得辦學(xué)宗旨從教學(xué)型為主向科研為主、科研教學(xué)并重方向發(fā)展?；瘜W(xué)是一門實(shí)踐科學(xué)，儀器分析更是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐創(chuàng)造能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要求高校和教師團(tuán)隊(duì)順應(yīng)形勢(shì)，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，充分借助科技手段，努力克服傳統(tǒng)教學(xué)模式對(duì)科研創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的不適應(yīng)，加強(qiáng)特色學(xué)科建設(shè)，通過學(xué)科建設(shè)的示范和引領(lǐng)作用，推動(dòng)普通高等教育的全面轉(zhuǎn)型升級(jí)。