儀器分析實驗教學改革的探索與實踐

姚新轉 董旋 彭磊 呂立堂

[摘 要] 儀器分析實驗是農學類、生物類、藥學等專業(yè)大學實驗課程的重要構成部分，其教學目的是使學生了解分析儀器的工作原理、實驗方法、操作技術，掌握實驗操作、實驗現(xiàn)象的觀察、實驗數(shù)據(jù)的處理和實驗結果的分析等技能，從中獲得的操作、分析技能可以在茶葉生理生化的檢測和土壤檢測中得到應用。該課程在開設過程中通常面臨教學課程枯燥難懂、儀器設備配置數(shù)量短缺（大型設備）及操作時間不夠等問題，導致學生難以熟練掌握相關操作技能。針對上述問題，從優(yōu)化教學方法、完善實驗考核體系、加強實驗隊伍建設方面提出建議，以期提高該門實驗課程的教學效果，提升學生的學習自主性。

[關鍵詞] 儀器分析實驗;教學方法;教學改革

[基金項目] 2019年度貴州省科學技術廳貴州省優(yōu)秀青年科技人才項目“白化、黃化、紫化茶樹品種茶葉品質提升關鍵技術研究”（黔科合平臺人才〔2019〕5651）

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

[中圖分類號] G420? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）38-0067-04? ?[收稿日期] 2021-03-08

儀器分析是分析化學學科的主要組成部分，是一門實踐性、技術性強的綜合性課程，與國民經(jīng)濟的各個領域密切相關，被譽為工農業(yè)生產的“參謀”、科學技術研究的“眼睛”、國民經(jīng)濟的“尖兵”。通常采用特殊和復雜的儀器設備，根據(jù)參數(shù)的變化來判定物質的化學組成、結構和含量，在不同學科應用非常廣泛[1]，是一門由多個學科彼此交叉、滲透發(fā)展形成的綜合學科[2]。貴州大學的二級院系如生命科學學院、茶學院、藥學院、農學院等均已開設儀器分析實驗、藥物檢測分析實驗等課程，理論結合實踐，進一步培養(yǎng)學生的動手能力。

隨著貴州茶產業(yè)發(fā)展壯大，茶葉人才的缺口逐漸顯現(xiàn)，茶葉基礎科研隊伍、產品研發(fā)隊伍、質量管理的專家團隊和企業(yè)管理者隊伍與茶葉大省的發(fā)展需求存在較大差距，因此茶產業(yè)相關方面人才短缺，急需一批具有豐富理論知識和一定動手能力的新一代大學生。貴州大學茶學院人才培養(yǎng)目標，要求學生能夠利用現(xiàn)代技術結合現(xiàn)有儀器選擇合理實驗方案，對茶葉以及類茶中的有效成分、農藥殘留進行檢測和分析。儀器分析理論課程內容復雜，學生理解困難[3]。實驗課程的學習不僅可以讓學生更好地理解書本知識，還可以讓學生掌握相關儀器的操作流程、注意事項、使用后的維護等，促使其熟練地將所學理論知識和實驗操作相互結合以加深理解，從而培養(yǎng)他們提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。熟練掌握儀器分析操作和分析數(shù)據(jù)能力將為學生后期專業(yè)課程如茶有效成分色譜和質譜分析、茶葉質量分析與控制的學習和未來工作奠定良好基礎。本文主要分析現(xiàn)階段儀器分析教學中存在的基本問題，并針對這些問題提出相應的改革措施，以提高本科教學水平，促進學科建設。

一、實驗課程教學存在的問題

（一）實驗教學存在的問題

儀器分析課程涉及的交叉學科較多，有些學科原理抽象難懂，實驗儀器更新?lián)Q代快速，實驗技術革新快，學生學習困難[4]，也沒有根據(jù)本科生的知識層次做相應的優(yōu)化調整，很難激發(fā)學生的學習興趣。同時，在學生學習時，側重對實驗室結果的要求，而忽略了對儀器操作熟練技能，以及綜合性、設計性和創(chuàng)新性的實驗要求，特別像色譜技術、光譜技術等主流分析技術教學還相對比較淺顯，對學生今后的就業(yè)、繼續(xù)深造或科學研究還遠遠不夠[3]?？傊瑐鹘y(tǒng)的實驗教學嚴重阻礙學生動手能力、想象力和創(chuàng)造力的發(fā)揮，難以激發(fā)學生的學習興趣，成為培養(yǎng)綜合性人才的障礙。

（二）實驗教學存在主要問題的分析

1.大型儀器設備短缺。本科院校普遍存在大型分析儀器配置不全的問題[5]，難以實現(xiàn)實驗教學過程中人手一套儀器操作的目標。同時，由于上課專業(yè)、班級多，即便采用分組（12～15人）方式教學，但由于課程時間有限，也無法讓每位學生系統(tǒng)地操作儀器，因此很難達到預期的教學效果。例如，我院該門實驗課程的開設采用上述分組，2018級本科生總共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)的方式進行，很明顯存在部分學生儀器操作時間不夠的問題，甚至部分學生產生厭煩心理，不參與實驗。

2.學生實際操作困難。儀器分析一般是大二開設的課程，在這之前學生很難接觸相關的儀器設備，更別說操作了。大型分析儀器較為昂貴、精密，通常使用前進行培訓指導，需要嚴格按照規(guī)程操作進行實驗，以達到維護保養(yǎng)、延長使用壽命的目的。

學生首次接觸大型分析儀器時，由于不熟悉其構造、原理和操作流程，通常需要指導教師現(xiàn)場講解儀器的構造、原理和操作流程并示范。而講解這些步驟會大量占用學生的操作練習時間[5，6]，學生只知其然不知其所以然，不利于教學目的的達成和學習質量的提高。同時，雖然會提前進行儀器分析理論課程學習，但不結合儀器講解，其原理抽象難懂，學習較為枯燥乏味。此外，分析儀器價格昂貴，靈敏度高，學生擔心自己不規(guī)范操作或操作失誤造成設備損害，增加維修費用，從而不愿動手操作，既降低了學生的學習的效果，又挫傷了學生的學習積極性。

3.部分實驗前期時間長。很多大型分析儀器前期需要將樣品進行預先處理，如檢測茶葉中鉛元素含量時須將樣品烘干，打成粉末，過80目篩子，將樣品中加入王水，放入消解爐消解5～6小時再進行后續(xù)操作;預先配制鉛元素貯備液制作標準曲線，隨后配制成不同濃度的鉛元素標準溶液，繪制標準曲線。因此，儀器操作前，樣品處理占用了大量的課程教學時間。此外，部分儀器對試劑溶液質量要求很高，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茶葉中的茶氨酸含量，其流動相0.1%的磷酸溶液需要即時配制，首先將1mL優(yōu)級純磷酸定容至1L，隨后通過水系濾膜抽濾除去溶液中存在的顆粒雜質，最后超聲處理30分鐘。這些過程共計需要約60分鐘，占用了大量的課程教學時間，導致學生操作儀器的時間縮短，無法熟練掌握儀器的操作流程。