《儀器分析》課程的興趣培養和課程改革

　　摘 要： 以服務地方經濟為出發點，培養各類創新型、應用型人才是地方高校的主要培養目標。結合地方高校和學生的特點，本文提出《儀器分析》課程培養學生興趣的一些方法和教改方面的一些措施，以培養創新性強、應用性強的“雙強”人才。
　　關鍵詞： 《儀器分析》課程 興趣培養 課程改革
　　
　　儀器分析大多采用現代分離和表征技術，其方法具有簡便、快速、靈敏、準確、選擇性高、易實現自動化等優點，在動植物、土壤、肥料、農藥、食品工程、農林生態、環境保護、品種選育、資源開發及利用、衛生檢驗等方面發揮著重大作用。近年來，儀器分析已成為現代實驗化學的重要支柱。目前，我國絕大多數的大專院校都為化學、環境、食品、藥學、生物等專業的學生開設儀器分析理論及實驗課程。然而，分析儀器價格昂貴、操作費用高、培訓時間長、設備維護難等主客觀條件的限制，大大影響了教學質量的提高，導致學生在遇到實際問題時無從下手。為培養學生的實踐應用能力和創新意識，為向地方社會輸送創新性強和應用性強的“雙強”人才，我們有必要對儀器分析及其實驗教學內容進行改革。
　　1.《儀器分析》課程現狀
　　《儀器分析》課程具有以下特點：（1）儀器分析抽象，涉及的知識面廣，難于理解，學生難以記憶和掌握，進而對該門課不感興趣。（2）儀器分析課所用的儀器通常價格昂貴，大多數高校配備數量有限，造成學生在課堂上實踐機會比較少。（3）儀器發展、更新速度快，常常造成理論和實際應用相脫節。（4）由于實驗課時有限，且儀器價格昂貴，儀器分析實驗主要為演示性實驗，由教師獨立完成，學生僅是觀摩和寫實驗報告，或在教師詳細介紹了實驗內容、儀器結構和使用方法后，在將實驗藥品、器材全部準備好的情況下由學生進行實驗，學生很少有發揮主觀能動性的空間。因此，提高學生的學習興趣，從而提高學習主動性和積極性，是教學改革的關鍵。
　　此外，部分學校為節約開支，將實驗分組減少，每組學生人數偏多。大部分同學只是走馬觀花，對整個實驗過程不甚理解，更談不上掌握。學生完全缺乏主動性，能力得不到培養和提高。理論課抽象枯燥，實驗課被動單一，嚴重影響了教學質量，違背了高校人才培養理念，難以為社會輸送合格的應用性人才。因此應改革現行教學方法，使學習內容由枯燥乏味變生動有趣，使學習方式變被動學習為主動學習。
　　2.注重學習興趣的培養
　　2.1介紹儀器發展歷史背景
　　如何培養學生的學習興趣成為儀器分析教學改革的關注點之一［１］—［２］。分析學習對象是硬生生、冷冰冰的儀器，如教師能在教學過程中加入一些人文知識、儀器發展歷程或歷史背景的內容，恰當地穿插一些科學史料，讓學生暢游在儀器分析的時間長廊里，沿著分析儀器發展的足跡去認識其發展的迫切性和必要性，必將會激起學生學習儀器分析的興趣和熱情。比如在講氣相色譜或液相色譜時，可以從1906年俄國植物學家茨維特以碳酸鈣粉末分離葉綠素的實驗開始，從最早的液固色譜講到液液色譜，再講到氣相色譜，以至后來所發展的超臨界流體色譜、毛細管色譜、毛細管電泳等，將整個色譜的發展過程向學生進行簡要的介紹；在講述原子吸收光譜時，向學生介紹1955年澳大利亞科學家Walsh和荷蘭科學家Alkemade發明第一臺原子吸收光譜的情景。向學生介紹諾貝爾獎設立至今，眾多科學家得獎都離不開先進儀器的應用，甚至許多物理學家、化學家、醫學家直接因為發明儀器而獲獎。學生在聽完這些故事后會精神振奮，興致倍增。
　　2.2利用多媒體課件
　　儀器分析課程內容抽象枯燥，難以記憶和理解，如果教師僅僅用“粉筆+黑板”的模式向學生傳授知識，則往往難以激發學生的學習興趣，達不到良好的教學效果。多媒體具有聲、形、景、動、靜結合等多樣的表現形式，信息量大、有良好的誘發性和易接受性［３］。如將儀器的結構和原理以Flash動畫的形式呈現在學生面前，借助多媒體的多樣性、交互性、集成性，就會激發學生的學習興趣，如能把儀器的整個工作過程演示出來，則可以增加學生的理解和記憶，學習效果會更佳，學生通過簡單的電腦操作就能在數分鐘內完成模擬實驗。計算機能力強的教師或教學組可以自行編寫相關儀器演示的多媒體動畫，或從網站下載儀器分析教程相關動畫。教師也可錄制有關儀器的標準操作方法的錄像供學生觀看，以便學生做好上機前的準備工作。同時，由于儀器分析課時有限，而學習內容相對較多，故多媒體的運用還可為教師節省板書時間，使授課的信息量加大，知識容量擴大，提高教學質量和教學效率。
　　2.3與現實生活相聯系
　　讓學生認識到所學知識的重要性，必須與生活緊密聯系起來。在向學生講授某大型儀器時，可以先向學生發問：應該用哪些儀器開展這種分析？比如在講授原子發射或原子吸收光譜前，問學生如何知道河流里面的重金屬是否超標；在講授氣相色譜前，問學生如何知道河水中有機物的種類及其含量，不同品牌和香型的白酒其成分和含量的差異，蔬菜和水果的農藥殘留如何測定；在講授高效液相色譜前，詢問學生用什么方法可以檢測出紅心鴨蛋里的蘇丹紅，以及嬰幼兒配方奶粉或其他乳制品中三聚氰胺的含量。這些與食品安全或生活實際關系緊密的話題很容易引起學生的興趣，使他們感受到儀器分析這門課的重要性，明白儀器分析在人們生產生活中的重要地位，從而認真踏實地學習。在這種情況下，教師可進一步要求學生在學習相關理論知識的基礎上，查閱相關文獻，學習使用儀器。最好能夠安排對實際樣品的檢測實驗，達到學以致用，讓學生經過艱苦的勞動后體會成功的快樂，增加學習信心和動力，激勵他們去學好這門課程。
　　2.4開設專題講座
　　結合學生專業特點，可聘請有關專家或由任課老師向學生開設一些專題講座，其內容可以是涉及某一儀器分析領域專題的最新發展和研究動態等，也可以是利用儀器分析原理去解決一些生產生活中的實際問題，從而激發學生的求知欲，拓寬學生的視野。比如，可向環境工程專業學生開設“室內空氣污染的檢測分析”、“河流底泥中重金屬形態的測定分析”等專題講座。由于講座內容既有深度廣度，又能結合學生實際，因此能收到較好的教學效果。
　　2.5充分利用網絡資源
　　當今世界是知識大爆炸的信息時代，網絡資源的普及為信息的獲取和知識的飛速傳遞提供了不可替代的平臺。針對大學生喜愛在網絡上學習和休閑的特點，可建立學生學習知識的公共平臺，將一些儀器標準操作和應用實例的視頻放到平臺上共享。儀器分析任課老師還可分學科專業開辟不同的QQ群，將一些有關儀器分析方面的知識、相關科學家生活趣聞、相關儀器最新發展動態等都可以放到群里共享。這些信息的搜集和資料的上傳不限于教師，學生也可以自己在網上搜集素材上傳，在知識學習和共享的同時，培養和增加對課程學習的興趣，任課老師也可以從平臺上獲取一些他所不知的知識點，從而形成教學相長的良好氛圍。
　　2.6組織參觀學習和聽取學術報告
　　學院領導和任課老師不定期地組織帶領不同專業的學生參觀本市研發或主要使用分析儀器進行檢測的企事業單位，如組織環境工程專業學生參觀污水處理廠、水文監測站、環保局等單位。這樣一方面可拓展學生視野，彌補學校儀器設備不全面無法實踐的問題，另一方面實驗檢測與生產實踐相結合，可為學生將來的工作或科研打下基礎。另外，利用學?；蛑苓叺貐^舉辦大型儀器展示會的機會，組織學生參觀，開闊視野，緊跟儀器發展前沿。
　　請有關專家或知名儀器廠商到校作學術報告，介紹學科發展前沿知識、生產實踐對科研儀器的要求，以及儀器發展的最新動向等也是不錯的選擇。
　　
　　3.課程改革措施
　　3.1運用比較和總結教學法
　　由于儀器分析課程內容眾多，涉及知識面廣，包括色譜分析（氣相色譜、液相色譜）、電化學分析（電位分析、伏安分析、庫侖分析）、光譜分析（紫外、紅外、分子發光、激光拉曼、核磁共振波譜、原子發射光譜、原子吸收光譜），以及質譜分析等內容，因此在學習中應注意運用比較和總結教學法，以比較為出發點，將原理、條件選擇和應用等一并講授。如將氣相色譜與液相色譜比較、原子吸收與原子發射相比較。注意及時總結歸納各類儀器分析方法的共性和個性特點，抓住學習主線和核心內容，使學習內容層次清楚、融會貫通，以達到事半功倍的效果。教師應向學生介紹各類儀器、分析方法的原理及應用的差異與聯系，盡可能避免孤立地介紹各種分析方法和分析儀器，及時對章節、課程進行總結，使學生對課程內容的知識結構及其之間的聯系更加清楚，深化知識的學習與理解，提高和培養學生的綜合分析能力和歸納能力。
　　3.2課堂教學與演示實驗緊密結合
　　儀器分析課程理論知識較為抽象，而地方高校的學生普遍基礎薄弱、底子不好，對理論性強的知識易產生畏難心理。高校課程安排通常每次是兩個課時，如能在第一節課時進行理論知識傳授后，隨堂或下一節課時即帶領學生進入儀器實驗室進行演示性實驗教學，則效果會好很多，能使學生在理性認識的基礎上增加許多感性認識。例如，在課堂上向學生講授了高效液相色譜（HPLC）背景知識、分離原理、儀器構造等后，立即帶領學生進入HPLC實驗場地，對照儀器實物進行觀摩教學，向學生重點介紹儀器的工作原理，對照儀器講述儀器各部分模塊的功能特點，并講述儀器的應用領域和典型的應用實例，如可分析奶制品中的三聚氰胺，從而引起學生的學習興趣。然后，任課老師再從頭到尾做一次演示性操作，在儀器各部分運行的同時，再次講解各部分構造及其功能，使學生能夠獲得更多的感性認識，印象也會更加深刻，如可以請經驗豐富的儀器操作人員按標準程序進行演示操作，并制作成光盤資料后放至該課程網絡共享資料空間，供學生反復觀看學習，在加深理解的同時也降低了學生操作儀器不當的風險。
　　3.3專業側重式教學
　　由于儀器分析課程內容涵蓋面廣，儀器種類較多，而理論課往往只有30—40個學時，如將所有內容向學生講授既不現實又無必要，學生的學習效果也不會好。地方高校主要為地方培養應用型人才，因此應根據不同專業的學科特點，充分考慮相關企業的實際需求，向學生選擇性地講授某種儀器的理論知識，并開設一些代表性地實驗內容。如環境工程專業的學生，主要培養的是城市和城鎮水、氣、聲、固體廢物、給排水工程等污染防治和控制規劃專業人才［４］，應重點向其講授高效液相色譜、氣相色譜、原子吸收光譜等相關儀器的分析技術及方法應用。同時，削減與環境工程專業學生在實際工作中應用甚少的相關儀器分析理論，如伏安分析法、紫外、紅外、分子發光、激光拉曼、核磁共振波譜、質譜分析等，與環境工程專業貼合度不高，應以學生自學為主。
　　3.4建立綜合實驗體系
　　以往的實驗教學方式采用的是“三定式”，即在實驗手段上采用規定好的實驗線路和步驟，使用規定的儀器并在規定時間內完成實驗。采用這種教學方式，學生只是機械單調地重復實驗過程，其思維能力和創造能力均受到局限，不利于學生創新能力的培養和綜合素質的提高。此外，理論教學與實踐教學相脫節也是儀器分析課程的一個主要問題。如教師在原理部分通常會花上5—6個學時才能講透徹，而真正的應用實例部分只有1學時甚至不到1學時。因此，應在課余時間向高年級學生實行開放實驗室制度，對一些價格昂貴的儀器，規定學生必須在觀看標準操作視頻后或由有經驗的學長帶領下進行實驗，以避免發生誤操作。
　　地方高校可以將課程實驗、開放性設計實驗、課外科技活動實驗、畢業論文設計實驗有機地結合在一起，逐層遞進，這樣有利于提高學生綜合利用所學知識分析問題、解決問題的能力，是培養學生實踐動手能力的有效途徑，同時拓寬了學生的知識面，提高了學生的綜合素質，培養了學生的創新能力［５］。在實際從事課外科技活動或畢業設計的過程中，教師應因材施教，根據每個學生的實際情況，為其量身選定難度適宜的并具有一定水平的課題，認真指導學生利用相關儀器設備完成實驗。如實驗設計難度太大，在實施過程中常會讓學生產生挫折感，以致產生厭煩心理，從而失去發現問題和解決問題的興趣。
　　通過專業側重式教學和綜合實驗體系的構建，學生主動汲取知識的能力將得到提高。后進生在先進生的帶動下，也能逐步加入到開放性設計實驗、課外科技活動實驗、畢業論文設計實驗中來。學生通過自己的實踐，將書本上“死理論”變成“活應用”。這使學生能夠觸類旁通，點面結合、溫故知新，充分體現學生在學習中的主體地位和教師的主導作用，充分調動學生學習的積極性、主動性，可以在較短的時間內提高學生學習和應用知識的能力，以及創新能力。
　　4.結語
　　儀器分析是一門實踐性很強的課程，地方高校應針對學生能力基礎和專業特點，充分培養和調動學生的學習興趣，重視儀器分析的實踐應用，加大開放性設計實驗、課外科技活動實驗、畢業論文設計實驗的比重，使學生既具備扎實的理論基礎和較強的儀器操作技能，又具有較強創新意識及創業能力，進一步增強學生就業和發展的競爭力，初步實現培養應用型人才的目標，為地方經濟建設作出貢獻。
　　
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