儀器分析教學改革探索與研究

徐 鵬

北京林業大學 北京 100083

儀器分析教學改革探索與研究

徐 鵬

北京林業大學 北京 100083

儀器分析課是北京林業大學理學院面向生物學院、環境學院、材料學院的相關專業開設的專業課程。本文從課程體系的優化、教學內容選擇、教學方法的改革、實驗教學以及考核方式等方面探討了本校儀器分析課程改革的具體措施。

儀器分析；教學改革；教學方法

儀器分析是指采用比較復雜或特殊的儀器設備，通過測量物質的某些物理或物理化學性質的參數及其變化來獲取物質的化學組成、成分含量及化學結構等信息的方法。儀器分析在物理學、光學、電子學、計算機等科學發展的基礎之上發展起來，多學科交叉性是儀器分析的一個特點。儀器分析常使用大型儀器完成分析任務，要求使用者除具有深厚的理論基礎外，還需要具有很強的動手能力，處理好實驗課程與理論課程的關系是本課程教學中需要考慮的一個重要問題。此外，儀器分析的發展是一個動態發展的過程，當前儀器分析的新理論、新技術不斷涌現，這就要求教師對其授課內容要時時更新。為了更好地完成我校儀器分析課程的教學任務，筆者針對本課程的教學特點進行了教學改革。

1 明確教學目的

我校儀器分析課程教學大綱規定：“儀器分析課程的主要任務是使學生在掌握分析儀器的基本原理和基本操作，了解分析方法在實際中的應用，初步具有能根據分析的目的選擇適宜的分析方法的能力”。儀器分析對于我校學生而言主要是一種獲得數據的有效手段，是其今后學習、科研以及工作的重要工具。使學生掌握分析儀器的基礎理論，熟悉分析儀器的實際操作是我校開設本課程的主要目的。

2 優化課程體系，精心選擇教學內容

2.1 根據不同專業的實際需求優化課程體系

精心篩選教學內容同時進行必要的修改和更新是儀器分析教學中的一項重要的內容。我校的儀器分析課程主要面向生物學院、環境學院、材料學院的相關專業開設。教師應該根據不同學院人才培養目標的不同，對教材進行合理取舍，選出在相關專業科研工作中應用廣、實用性強的分析方法講解。我校儀器分析課程可以講授的教學內容有光譜法、色譜法、質譜法和電化學分析法4個部分。為加強教學的針對性，同時應開設本課程的學院要求，化學系對本課程的課程體系進行了優化，并已寫入教學大綱中。教學大綱規定，光譜法和色譜法為共同講授的內容；質譜法僅對生物學院學生講授；電化學分析法僅對環境和材料學院學生講授。

2.2 選擇適宜的教科書

一本好教材對儀器分析課程的成敗至關重要。目前市場上有關儀器分析的教科書種類繁多,但側重各有不同。生物、環境和材料學院的學生專業相差較大,為其選擇一本適宜教科書比較困難。加之大學生的課業負擔較重,同時推薦多本教科書也不可行。筆者在授課中選擇了趙士鐸先生編寫的《儀器分析簡明教程》,此書專門針對農林類院校的大學本科生編寫,內容簡潔清晰。對于補充講解的內容,筆者都在課件上都進行了明確的標注,將其作為教科書的補充。

2.3 精心選擇教學內容

要在有限的教學課時內取得更好的教學效果，教師就要對所講內容作精心的設計。儀器分析課程重點講解分析方法的基本原理、分析儀器和實際應用，教師應當針對上述3個教學重點準備教學內容。本課程教學難點主要來源于基本原理和分析儀器的講解，原因有2點：(1)本課程內容交織著數學、物理、生物、電子技術和化學等學科基礎知識，學生由于此類學科的基礎薄弱，常缺乏學習興趣；(2)課程涉及的儀器大多有復雜的電子線路，也會使學生望而生畏。教師可以選擇幾本經典教材（如：朱明華主編的《儀器分析》等）中基本原理和分析儀器的介紹內容，選擇其中最簡明的描述作為授課內容，力爭用最清晰、簡潔的語言說明較復雜的科學問題，這樣學生接受起來就容易多了。儀器分析的另一個特點是新理論、新技術層出不窮，而教材的更新往往遠落后于儀器的發展，這就要求教師把相關新內容及時引入教學中。以原子吸收光譜法為例，目前高端原子吸收光譜儀的分光系統可以從連續光源中分離出寬度小于10-3nm的原子吸收線，但是這部分內容在很多教科書中仍沿用了老教材中原子吸收光譜儀不能使用普通的連續光源的講解方法，這已和原子吸收光譜儀的發展不符，所以教師在介紹這類內容時需要選擇近期出版、增加了最新分析技術和方法的教材用于分析儀器進行介紹。此外，作為儀器分析課程教師，應該經常查閱有關儀器分析的專業文獻，參加分析儀器公司舉辦的培訓班，通過多種途徑了解分析儀器的最新進展，并把分析儀器的最新成果引入課堂。

3 重視課堂教學

課堂是教師傳授知識和學生學習的主要場所,課堂教學質量直接影響著學生能力的培養。教師應該重視課堂教學工作、改進教學方法、發掘課堂教學的內在美、做到講課的藝術性。筆者結合自己近些年的教學經驗,提出幾點提高課堂教學效果的方法,供同行參考。

3.1 激發學生的學習興趣

激發學生對儀器分析課程的興趣是提高課堂教學效果的第一步。筆者在教學實踐過程中常采用3種方式：(1)收集相關背景資料。通過查找相關背景資料，力爭使有關內容的發現、發展生動地再現在學生腦海中，引發學生的興趣；(2)把所講授的儀器分析方法與相關專業的科研工作緊密聯系。這樣可以清楚的指明儀器分析在學生所學專業中所處的重要地位。如：在給環境學院的學生講解色譜法應用時，可以講述飲用水中消毒副產物的色譜分析方法，并指出消毒副產物的分析在環境化學中意義，這樣做會使學生進一步認識到儀器分析在其所學專業的地位和作用；(3)充分發揮多媒體的作用。多媒體的應用可以將文本、圖形、圖像、聲音、動畫有機地融合起來，給學生以立體形象思維。例如色譜法講解過程中，如果選用Flash動畫的形式表示用裝有碳酸鈣的色譜柱分離4種植物色素的過程, 將抽象的描述轉化成直觀、生動的動畫，就能吸引學生的注意力，達到很好的教學效果。

3.2 采用靈活多樣的授課方式

單一的平鋪直敘的授課方式很難將知識講解的清晰透徹,也會使教學效果大打折扣。教師應該根據儀器分析課程的特點,根據授課內容選擇不同的授課方式。

本課程涉及許多大型分析儀器，將學生帶到實驗室面對大型分析儀器講解，教學效果雖好，但并不切合實際。為提高教學效果，教師平時可以收集一些簡單的儀器部件，隨堂展示給學生。這些儀器部件包括：(1)實驗室中常見且不易損壞的部件（如：電位分析中的pH玻璃電極）；(2)從儀器上更換下來的受損部件，(如：光譜儀上替換下來的光電倍增管等)。上述部件均可拿到課堂上，對幫助學生形象生動地了解儀器結構和工作原理十分必要。

盡管高等學校的辦學條件越來越好,但是沒有哪所高校會為儀器分析課程準備所有的分析儀器。為拓展學生的知識面,教師可以網上下載儀器的結構圖、操作規范和保養方法的動畫或者錄像,這樣做會使教學效果更加形象直觀,同時有助于學生對教學重難點的把握。

3.3 通過對比強調分析方法的特點

儀器分析課程的培養目的之一是使學生具有根據分析任務能選擇出合適分析方法的能力。本課程講解的分析方法都具有獨立的理論基礎、實驗技術和應用特點，不同分析方法間即存在區別也存在聯系，講解時如不加以區分必然會給學生造成模糊的認識，應用對比法可以收到很好的教學效果。所謂的對比法就是在講課過程中經常將各種儀器分析方法方法在不同層面仔細加以比較，這樣做既可以使學生加深對分析方法特點的理解，明確清楚不同分析方法的適用范圍，增強他們的實際應用能力。如紫外可見光譜法和紅外光譜法同樣作為分子光譜法，學習過程中會使學生感到難于區分。教師應在講課過程中不斷地將2種方法的原理、儀器和應用范圍作對比，通過比較各種分析方法的區別與聯系，加強了學生對2種分析方法的掌握和理解。

3.4 通過形象的比喻解釋抽象的科學現象

儀器分析講解課程中需要介紹教較多的專業術語和科學原理，學生接受和理解比較困難。如果教師通過形象的比喻來介紹，以淺顯的道理來描述，教學效果就不同了。如在色譜法中介紹色譜峰為什么呈正態分布峰時，筆者將其比喻成萬名大學生長跑比賽的結果統計，在所有的參賽選手中跑的特別快和特別慢的人都很少，大多數選手的到達時間會在平均時間前后，如果以長跑結果以到達的時間為橫坐標，以到達的人數為縱坐標，那統計結果一定是一個以平均值為中心的正態分布峰。色譜峰表明的是大量分子在色譜中運動時間的統計學結果，與萬人長跑比賽結果的統計是類似的，色譜峰自然也就是正態分布峰了。

3.5 適當利用提問式教學法

提問式教學法是教師提出的問題，學生自學，然后教師再進行評述性講解。該法能激發學生學習的主動性，并能使其利用已有的知識快速有效地獲取新的知識。如在色譜法講解過程中，教師會講解保留值定性的原理，即當操作條件一定時，物質的保留值是一個定值。接著教師可以假定有一個乙酸、丙酸、丁酸的混合物，讓學生討論如何對其進行定性分析，最后通過教師的歸納總結得出結論。這樣能很好地把教師的主導作用置于引導和教會學生學習的基礎上，以問題為杠桿啟動學生自學和探索的積極主動性，把學法和教法融為一體。

4 重視儀器分析實驗

實驗教學是儀器分析教學的一個重要環節，儀器分析課程強調實際操作，只有實際應用和操作，才會真正領會儀器的基本原理和使用方法。我校理學院化學系近幾年引進了傅里葉變換紅外光譜儀、石墨爐原子吸收光譜儀、液相色譜和氣相色譜等多臺先進的進口大型儀器設備，在設計實驗課時，筆者盡可能將上述儀器設備納入實驗內容，使學生更直觀的了解現代分析儀器的結構，體驗其使用方法，為今后科研工作打下堅實的基礎。

5 建立合理的考試制度

筆者認為本課程考試應該采用理論和實驗相結合的模式。儀器分析的理論課考試應該以注重基礎知識的測試為主，同時輔以少量實驗設計方面的試題（如；要求學生設計臨二氮菲法測定鐵的實驗步驟等），用以考查學生分析問題解決問題能力。

實驗課考試則可采用更靈活的考核辦法。教師可以提前一周告知學生考試的內容（如：要求學生用氣象色譜法分離6～7種有機物的混合物，每名學生的混合物種類不同），隨后要求學生自行查文獻，設計實驗，考試時學生按照設計好的步驟實施實驗。這樣既考查了學生的分析儀器的基本操作，又鍛煉了學生分析問題解決問題的能力。

儀器分析課程理論較新、實踐性較強，在教學活動中需要充分考慮其教學內容特點，轉變教學觀念，找出適當的教學方法才能順利實現教學目的。筆者在儀器分析課程教學過程中，通過上述教學方法的探索和改革，取得了較好的教學效果。

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An exploration in teaching reform of the course of instrumental analysis

Xu Peng
Beijing forestry university, Beijing, 100083, China

Based on the investigation of the development and application of the in strumental analysis, an approach of reformon the content and method of teaching about the instrumental analysis is proposed. This paper conducts a series of analyses on the following aspects:adjusting teaching mode, updating teaching content and curricular system, constructing teachingmaterials and facilities. The aim of the teaching reform is to improve the teaching quality.

instrumental analysis; teaching contents; teaching method

2010-12-13

徐鵬，博士，講師。