《現代儀器分析》課程教學改革的探索與實踐

　　摘 要： 隨著電子計算機的發明和發展，現代儀器分析進入了以計算機應用為主要標志的儀器分析化學信息時代。《現代儀器分析》課程的教學伴隨科技的進步經歷著一步步的變革，從傳統教學方式過渡到多媒體技術現代化教學方式，克服了傳統教學不夠直觀、枯燥的缺點。而今，隨著網絡的普及滲透，海量的信息進入我們的視野，及時增加儀器分析課程教學容量和信息量，進行課程教學方式的改革創新是時代的必然。
　　關鍵詞： 儀器分析 計算機 多媒體技術 網絡技術
　　
　　20世紀最重要的科技進步是電子計算機的發明和發展。計算機技術的發展滲透到了社會各個領域。從文字處理到圖形設計，從存儲數據到各類專業軟件的開發應用，計算機極大地方便了我們的工作和學習，所以，20世紀出現的計算機技術是近代科技進步的耀眼一頁。現代儀器分析吸收了當代科學技術的最新成就，進入了以計算機應用為主要標志的儀器分析化學信息時代［１］。21世紀是信息科學的時代，互聯網絡將世界聯結為一體，通過互聯網我們可以獲得世界各地的最新科技、人文信息。《現代儀器分析》課程是一門實踐性、技術性很強的綜合性課程，與計算機技術及網絡技術的結合使之發生了巨大變革，從而在食品檢測、生命科學、環境保護、生物資源利用、農副產品檢驗等領域獲得越來越廣泛的應用。近幾年來，儀器分析手段不斷更新，儀器性能持續提高，儀器的推陳出新等信息伴隨網絡為人們熟悉。因此，在教學中利用多媒體技術，激發學生的積極性，加深對內容的理解，進一步熟悉多種儀器的基本結構原理、分析方法的多樣性、儀器類型的推陳出新，對拓寬學生視野，提高科學素質和科技創新能力非常有效。
　　一、《現代儀器分析》課程傳統教學方式中存在的問題
　　《現代儀器分析》課程是大多數農、林、水高校及許多綜合性大學，如清華大學、北京大學、浙江大學等學校資源、環境、食品等專業的必修課程。這一課程的特點是實踐性和技術性很強，涉及到許多光學、電學、量子力學、物理化學、高等數學、化學等基礎學科的知識，伴隨著大量物理現象，物質微觀作用等內容，綜合性也很強［２］。
　　在多媒體技術大量應用于教育領域之前，《現代儀器分析》的教學方式是教師嚴格按照教學大綱要求和教材內容，在封閉式課堂里進行理論課的教學，講述儀器結構、工作原理、儀器方法適用的范圍、樣品預處理方法、進行操作時需要注意的問題等，黑板板書文字及相關公式的推導計算，布置作業，學生抄寫知識點，完成作業，復習背誦應對考試。這種教學方式的缺陷在于知識的傳輸是被動式的，對一些原理方法只能靠抽象的想象來理解，如色譜柱中物質分離的原理、全譜直讀等離子體發射光譜儀工作原理、交流電弧放電原理等。大多復雜內容沒有辦法在黑板上用手繪出，枯燥地講述、憑空地想象扼殺了學生學習的積極性。在實踐課程中，為了能讓學生更好地理解儀器分析的基本原理和儀器結構，以及培養學生的儀器操作能力，學校需要提供大量這類精密儀器，如氣相色譜儀、液相色譜儀、原子吸收分光光度計、質譜儀等，這是絕大多數院校辦不到的，所以有限數量的儀器不能滿足所有學生親自動手的要求。另外，這類儀器價格一般較高，使用需要配套設施和專業的管理人員在使用前進行調校和設定操作條件，比如，高效液相色譜儀在使用前要有專業的管理人員進行色譜柱的清潔，根據方法需要在相應軟件中設定流動相比例、流速、溫度等，學生要做的只是用進樣器進樣，大多數學生連進樣的機會都沒有，只能遠觀老師演示，直接影響了教學的效果。
　　二、多媒體技術和網絡資源在《現代儀器分析》課程教學中的作用
　　在教育領域，多媒體信息技術在教學過程中獲得了普遍應用，信息技術與學科課程的整合，實現了教學內容的形象化、多樣化和視覺化。在《現代儀器分析》課程中，將分子的振動方式、單活塞往復泵的結構和工作原理、電噴霧電離原理、全譜直讀等離子體發射光譜儀工作原理、交流電弧放電原理等內容制作成Flash動畫，直觀展示在學生面前；利用計算機模擬儀器分析試驗，可以節省試劑，避免環境污染；利用計算機進行數據處理等內容做成多媒體課件，通過穿插播放講解，具有很強的視覺和聽覺沖擊效果，顛覆了傳統教學刻板抽象模式，激發學生的學習興趣，克服了不能親手操作的遺憾。
　　制作多媒體課件前教師需要針對開設這門課程專業的特點對教學內容進行精心選擇，比如，我院食品科學與工程專業領域中進行食品營養物質及有害物質檢測方面，用到電化學分析方法很少，所以，在教學內容中刪除這一部分；確定教學內容之后，要結合學科特點恰當利用多媒體的圖、文、聲特性［３］，將要講述的每一章儀器分析方法的重點做成Powerpoint電子幻燈片及三維動畫，把需要的其他視頻材料儲存到相應目錄下，隨時調用播放，這樣可以極大地降低教師的工作強度，把精力用于講解學習思路和學習方法，有助于培養能力型高素質的人才。
　　網絡技術是計算機技術發展過程中的一個里程碑。網絡技術將分立的計算機終端聯系起來，實現了信息資源共享，相關網站的建立為及時傳遞最新的儀器研發動向信息提供了平臺，為科研教學工作者之間交流分析方法提供了極大的方便，使在線分析成為了現實。例如，2006年，陸輝山在論文中構建了水果的近紅外在線檢測系統，并開發了在線檢測的軟件系統。近紅外光譜儀為微型光纖光譜儀，CCD檢測器，2048個像素，波長范圍為345—1100nm，信噪比為250∶1，光源為鹵鎢燈，環形布置。他們利用此系統對砂糖橘等水果的糖度和酸度進行了初步的在線檢測研究。由于我國經濟飛速發展，只有這種方便、快捷、準確、大批量分析產品的方法才能適應現代分析要求，降低各級監測、檢測機構的工作強度，提高工作效率。相應的，將網絡資源滲透到平時的教學中，可以使大學生潛移默化地接受儀器分析的新理論、新方法，了解國內外相關新儀器，等等。滲透的方式包括：首先，在第一次理論課程中即給學生介紹這樣一些相關網站的網址，例如，http://bbs.instrument.com.cn/、http://www.FXYQW.com/、http://www.sepu.net/等都是與課程學習相關的非常好的網站，建議大家在今后的學習工作中經常瀏覽關注。然后，在講述到具體的分析方法時，例如，發射光譜分析從早期的以火焰或者電弧火花等為激發源的儀器到現在以ICP等為激發源的儀器，雖然這些儀器的工作原理類似，都是通過某種手段使基態原子激發成為激發態，然后激發態原子回到基態時產生特征發射光譜，從而實現元素的定性、定量分析，但是，實驗室里這類儀器外觀不盡相同，型號多種多樣，既有古老的仍然在使用的，或者報廢的，又有最新投入使用的。所以，要使學生迅速掌握一個初看陌生的儀器，除了原理學習扎實，還需要掌握這類儀器的類型、特點、了解相關型號等，這時，網絡資源就發揮了異乎尋常的作用，在網絡論壇里，關于各類各種型號儀器的圖片比比皆是，關于儀器使用過程中涉及到的具體技術問題討論非常多，關于儀器的常見故障的出現和避免，以及排除方法等都有具體技術人員的參與討論，還有大量廠家發布的最新儀器信息，都極大地豐富了我們的知識庫，開拓了視野，從中既得到了點的知識，又得到了面的知識，點面結合，從而可以更好地掌握這門課程。所以，網絡資源作為課程教學的輔助資源，隨著網絡技術的日益發展，其在教學中將具有越來越重要的地位，網絡課堂將進一步深化多媒體技術在教育領域中的應用。
　　
　　參考文獻：
　　［1］劉約權主編.現代儀器分析［M］.北京：高等教育出版社，2001.4，（第二版）.
　　［2］吳纓.儀器分析課程多媒體教學的實踐與探索［J］.合肥學院學報，2006，16，（1）：84-85.
　　［3］何克抗.多媒體課件及網絡課程在教學中的運用［J］.中國大學教學，2007，（5）：74-81.
　　［4］孫通，徐惠榮，應義斌.近紅外光譜分析技術在農產品/食品品質在線無損檢測中的應用研究進展［J］.光譜學與光譜分析，2009，29，（1）：122-126.