儀器分析綜合運(yùn)用及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
——淺談儀器分析實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

王霆 張鋒 陳立鋼 周曉光

(東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)化工系 黑龍江哈爾濱 150040)

分析化學(xué)可分為化學(xué)分析和儀器分析兩部分。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，儀器分析已對(duì)物質(zhì)成分、含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等方面的研究起著主要甚至是決定性的作用，已融入環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、食品科學(xué)等諸多領(lǐng)域中[1]。因此，對(duì)儀器分析理論課和實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行教學(xué)探索，以期符合不同學(xué)科的要求，一直是當(dāng)前教學(xué)改革的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[2-4]。但在已有的報(bào)道中，將整個(gè)儀器分析實(shí)踐教學(xué)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行系列規(guī)劃，構(gòu)建成課程體系的探索卻不多見。本文從我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)(化工專業(yè))儀器分析實(shí)踐多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，淺談儀器分析實(shí)踐體系的構(gòu)建。

我校化工專業(yè)儀器分析實(shí)踐教學(xué)體系是由本科生第5學(xué)期的儀器分析實(shí)驗(yàn)課、第6學(xué)期的儀器分析課程設(shè)計(jì)及第7學(xué)期的工業(yè)與環(huán)境分析實(shí)習(xí)3門課程構(gòu)建的。其中儀器分析實(shí)驗(yàn)課為必修課，儀器分析課程設(shè)計(jì)和工業(yè)與環(huán)境分析實(shí)習(xí)兩門課程為工業(yè)與環(huán)境分析培養(yǎng)方向的限選課。整個(gè)實(shí)踐體系是在分析教研室全體7名教師的努力中，得到不斷探索和完善的；并得益于理學(xué)院分析測試中心在設(shè)備和人員上的全力支持，以及3屆共計(jì)84名學(xué)生(05級(jí)25人、06級(jí)28人，07級(jí)31人)的共同參與。需要特別提及的是84名學(xué)生，他們大多是在分析化學(xué)和儀器分析課程中取得了較高的成績，對(duì)分析化學(xué)有著濃厚的興趣，并自愿參與到這一新構(gòu)建的教學(xué)體系中來的。目前，這一系列教學(xué)工作已初步形成了具有特色的實(shí)踐教學(xué)新體系，基本上達(dá)到了我們預(yù)期的優(yōu)生優(yōu)培，因材施教的目的。

1 重視基礎(chǔ)培養(yǎng)——儀器分析實(shí)驗(yàn)課

儀器分析實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和動(dòng)手能力尤為重要，在我們構(gòu)建的實(shí)踐教學(xué)體系中屬于基礎(chǔ)的一環(huán)。“厚基礎(chǔ)、重技能”始終是我們在這一環(huán)節(jié)遵循的理念。

學(xué)生在這一階段的首要任務(wù)是熟用儀器。要想讓學(xué)生熟用儀器，就要在學(xué)生對(duì)儀器的感性認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)主動(dòng)性上下功夫。我們在這一環(huán)節(jié)重點(diǎn)抓了以下幾個(gè)階段：(1) 理論課堂教學(xué)。充分利用CAI課件、儀器圖片等手段，配以詳細(xì)的講解，使學(xué)生對(duì)于即將使用的儀器有所了解。(2) 實(shí)驗(yàn)課前強(qiáng)化預(yù)習(xí)。要求學(xué)生結(jié)合理論教學(xué)，不僅要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法有所了解，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及到的儀器結(jié)構(gòu)、分析條件選擇等理論問題進(jìn)行預(yù)習(xí)。(3) 實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)。教師在實(shí)驗(yàn)課中的指導(dǎo)主要分為3個(gè)單元:① 課前儀器結(jié)構(gòu)實(shí)物介紹，主要是利用一些報(bào)廢的相關(guān)儀器進(jìn)行拆解演示；② 課間標(biāo)準(zhǔn)操作演示及隨堂指導(dǎo)；③ 課后計(jì)分提問，提問問題包括實(shí)驗(yàn)原理、儀器結(jié)構(gòu)、分析條件調(diào)節(jié)對(duì)檢測結(jié)果的影響及儀器操作注意事項(xiàng)等，目的是檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況及實(shí)驗(yàn)操作認(rèn)真程度。(4) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改。指導(dǎo)教師應(yīng)認(rèn)真評(píng)閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并根據(jù)整體實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)給出學(xué)生該次實(shí)驗(yàn)的最終成績。

以上幾個(gè)階段的要求是我們教學(xué)小組平時(shí)儀器分析實(shí)驗(yàn)課主抓的重點(diǎn)，在經(jīng)過3年的具體操作后，可明顯感覺到學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課的熱情有所提高，操作儀器的熟練程度相應(yīng)增強(qiáng)，后續(xù)任課教師也對(duì)學(xué)生的儀器操作水平給予了較高評(píng)價(jià)。

2 強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力——儀器分析課程設(shè)計(jì)

研究性學(xué)習(xí)是一種積極的學(xué)習(xí)過程，是仿照科學(xué)研究的過程來學(xué)習(xí)科學(xué)的內(nèi)容，從而在掌握科學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，體驗(yàn)、理解和應(yīng)用科學(xué)研究方法，提高科研能力，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維尤其重要。為了加強(qiáng)這一教學(xué)環(huán)節(jié)，單獨(dú)設(shè)立了10學(xué)時(shí)的儀器分析課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，并將這一實(shí)踐環(huán)節(jié)作為選擇工業(yè)與環(huán)境分析方向?qū)W生的限選內(nèi)容。

儀器分析課程設(shè)計(jì)主要以我院現(xiàn)有分析儀器為基礎(chǔ)，綜合多門相關(guān)課程，設(shè)計(jì)出包括發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的一整套實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生以設(shè)計(jì)小組的形式參與這一方案的執(zhí)行，在小組中(每組6～8人)確定每個(gè)人在設(shè)計(jì)中的責(zé)任，包括：方案總控負(fù)責(zé)人、文獻(xiàn)查詢負(fù)責(zé)人、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人等。每位學(xué)生根據(jù)自己的興趣和意愿選擇承擔(dān)某一部分工作。各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的工作由小組成員合作完成。

該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)著重培養(yǎng)的是學(xué)生的綜合分析能力、查閱文獻(xiàn)能力以及文獻(xiàn)撰寫能力，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。例如在學(xué)生設(shè)計(jì)的松花江(哈爾濱段)水質(zhì)檢測實(shí)驗(yàn)方案中，將整個(gè)方案分成了江水采樣、運(yùn)輸及保存，主要物理指標(biāo)監(jiān)測，主要化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測3個(gè)部分，不但利用了原子吸收分光光度計(jì)、離子色譜儀、微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀、原子熒光分光光度計(jì)、電化學(xué)工作站、氣相色譜儀、液相色譜儀等在儀器分析實(shí)驗(yàn)中所學(xué)習(xí)過的儀器，還綜合了分析化學(xué)的容量分析法、重量分析法，以及BOD測定儀、COD測定儀、濁度計(jì)等專業(yè)課教學(xué)儀器。對(duì)測試不同指標(biāo)所采用的儀器，水樣的保存方法，采樣如何分工，江面怎樣布點(diǎn)等都進(jìn)行了具體說明。對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)方案，教師組在進(jìn)行充分論證后，鼓勵(lì)學(xué)生在下一學(xué)期的教學(xué)實(shí)習(xí)中完成。

3 實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)——工業(yè)與環(huán)境分析實(shí)習(xí)

儀器分析課程對(duì)動(dòng)手能力的要求很高，尤其是貼合生產(chǎn)和科研實(shí)際的實(shí)驗(yàn)更是如此。為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，設(shè)置了儀器分析實(shí)踐教學(xué)體系的最后一環(huán)，即工業(yè)與環(huán)境分析實(shí)習(xí)，分別在兩個(gè)實(shí)習(xí)基地來完成。

一是校外實(shí)習(xí)基地。近幾年，隨著學(xué)校和學(xué)院在人力、財(cái)力等方面對(duì)校外實(shí)習(xí)基地的投入，本專業(yè)先后與黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院、哈爾濱市環(huán)境檢測站、葵花藥業(yè)等具有較高水平的科研院所、企事業(yè)單位簽訂了實(shí)習(xí)協(xié)議，使之成為我校化工專業(yè)工業(yè)與環(huán)境分析方向?qū)W生的主要實(shí)習(xí)基地，從而保證了學(xué)生在高水平校外實(shí)習(xí)基地的實(shí)習(xí)時(shí)間和質(zhì)量，彌補(bǔ)了校內(nèi)理論學(xué)習(xí)的不足。

二是校內(nèi)實(shí)習(xí)基地。校內(nèi)基地是以學(xué)生在儀器分析課程設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。教師組經(jīng)論證并修改后，選擇3～5組學(xué)生的設(shè)計(jì)方案發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生可以利用在儀器分析實(shí)驗(yàn)室指定的4周全天候開放的時(shí)間內(nèi)，完成至少1個(gè)設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及參閱相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)所分析任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)評(píng)價(jià)，匯總實(shí)驗(yàn)報(bào)告。校內(nèi)實(shí)習(xí)從2006年籌備到2007年正式開始實(shí)施，幾年來共有84名學(xué)生參加,完成了黃菠蘿果實(shí)、核桃楸等天然林產(chǎn)物質(zhì)活性功能成分提取及測定、食品分析、水質(zhì)樣品分析等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)近20項(xiàng)(表1)。這一部分實(shí)習(xí)往往可得到學(xué)生的積極參與，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)和指導(dǎo)教師溝通的情況；除此之外，少數(shù)分析方案還具備了相當(dāng)程度的創(chuàng)新性，并有教師利用相關(guān)成果與學(xué)生共同撰寫學(xué)術(shù)論文。雖然實(shí)踐教學(xué)中的部分實(shí)驗(yàn)往往由于硬件原因或是實(shí)際經(jīng)費(fèi)不夠而不能順利完成，但不管從教師方面，還是學(xué)生方面都覺的收獲頗多。

表1 2007～2009年儀器分析課程設(shè)計(jì)題目匯總

4 存在的問題

我們構(gòu)建的實(shí)踐教學(xué)體系得到了理學(xué)院和化學(xué)化工系的大力支持，以及學(xué)院分析測試中心實(shí)驗(yàn)教師的積極參與，并準(zhǔn)備推廣到化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)兩個(gè)專業(yè)。但是，教學(xué)體系目前還處于建設(shè)的起步階段，從3屆學(xué)生的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)或繼續(xù)建設(shè)的問題，在此提出，以供相關(guān)同行一起探討。(1) 學(xué)生設(shè)計(jì)所需藥品具有品種多、用量少、價(jià)格貴的特點(diǎn)。藥品的管理和經(jīng)費(fèi)的來源一直是困擾我們的首要難題。其中管理問題現(xiàn)已安排專任實(shí)驗(yàn)教師予以解決，但經(jīng)費(fèi)目前還是依靠少量的實(shí)習(xí)費(fèi)或教師的課題費(fèi)。也正是由于經(jīng)費(fèi)有限，使得有些學(xué)生設(shè)計(jì)的很好的方案不得不舍棄。所以,多方籌措更多的專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)是我們的努力目標(biāo)。(2) 儀器等硬件設(shè)備限制。設(shè)計(jì)方案的實(shí)行，主要依托于我院的分析測試中心，但該中心的儀器在品種和數(shù)量上距離我們的要求還有一定差距。這一點(diǎn)已引起了院系領(lǐng)導(dǎo)的重視，有些設(shè)備已經(jīng)申報(bào)并獲批。(3) 教師隊(duì)伍建設(shè)。目前共有教研室教師7名，實(shí)驗(yàn)教師5名，基本可以滿足目前的實(shí)踐教學(xué)。但隨著日后計(jì)劃推廣到化學(xué)或應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，教師隊(duì)伍的建設(shè)問題是需要重新考量的。

綜上所述，應(yīng)合理對(duì)儀器分析實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行多元構(gòu)建，使各個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)由淺入深，前后銜接，相互促進(jìn)，互為補(bǔ)充，緊密配合并貫穿教學(xué)的全過程。這樣做不但能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,真正做到優(yōu)生優(yōu)培，因材施教，而且能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，突出個(gè)性發(fā)展，促進(jìn)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)化學(xué)人才脫穎而出，為國家培養(yǎng)和造就具有開拓精神、適應(yīng)性強(qiáng)的化學(xué)研究型人才。因此，這一課題是值得探索和研究的。

[1] 汪爾康.分析化學(xué)新進(jìn)展.北京:科學(xué)出版社,2002

[2] 王琦,張思銳.大學(xué)化學(xué),2006,21(2):22

[3] 陳浩,李慶,李勝清,等.大學(xué)化學(xué),2006,21(3):20

[4] 王安亭,孫雪萍.大學(xué)化學(xué),2008,21(5):20