儀器分析課堂與實驗教學改革初探

摘 要:針對《儀器分析》課程特點及其教學現狀，結合我校學生石油天然氣特色的專業特點，從教學內容、教學方式、實驗教學三個方面提出了儀器分析課堂與實驗教學改革的新途徑，以適應我校培養具有創新精神和創新能力的應用型和應用研究型高級專業人才的目標，幾年來取得良好效果。

關鍵詞:儀器分析專業特點實驗教學教學改革

中圖分類號:G642.0文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0152-02

1 引言

《儀器分析》課程作為分析化學學科的一個重要分支，是許多理工科專業，特別是化學化工專業的重要技術基礎課程之一，它建立在化學分析的基礎上，并且隨著社會生產及科學技術的進步而不斷成熟和發展，具有多學科交叉性、發展性和前沿性的特點，是一門綜合性很強的課程[1]。課程所涉及的分析方法種類繁多，每種分析方法往往又自成體系，具有各自的基本理論、工作原理、儀器及操作方法，且各章節的關聯性不強，使教師感覺難講、學生感覺難學。此外，《儀器分析》中的實驗教學也因受到儀器臺套數少、設備陳舊、課時有限、學生人數多等問題的制約，影響了學生將理論與實踐相結合。針對以上問題，結合我校學生石油天然氣特色的專業特點，在理論和實驗教學過程中，從《儀器分析》教學內容的選擇、教學方式的改善、實驗教學質量的提高三個方面出發，探討了儀器分析課程教學改革的新途徑。

2 結合學生專業特點，合理選擇教學內容

我校是新中國創建的以石油天然氣為特色的第二所石油本科院校，是一所中央與地方共建、以四川省人民政府管理為主的教學研究型大學。《儀器分析》課程是我校化學化工學院化學工程與工藝、應用化學、化學、環境工程專業必修基礎課。在2008年之前，我院以上專業《儀器分析》課程的教學大綱均為同一大綱，教學課時40學時(含實驗20學時)，該大綱忽略了不同學科、專業培養目標及專業特點的差異，導致各專業教學重點、難點相同，從而無法更好地滿足學生和用人單位對人才培養的要求。為此，我院儀器分析教研組結合我院學生專業特點、現有儀器條件、基于各專業的培養目標和用人單位對我院學生分析技術的需求，精心選擇符合我院專業特色的教材，重新制定新教學大綱。在大綱制定過程中，我們力求特色鮮明、重點突出、詳略得當、精益求精。例如:考慮到我院應用化學專業學生畢業后大多從事油田化學處理劑開發和研究及有機高分子產品的合成，在教學內容上增加了紅外光譜、質譜及核磁共振章節，削減了電化學部分，對部分實驗教學內容進行了修改和更換。在課程學時數上也相應地進行了修改，從40學時增加到了56學時(含實驗20學時);考慮到我院化學工程與工藝專業學生畢業后主要從事石油化工和天然氣加工方面的工作，在保證學時數不變的前提條件下、削減了分子熒光分析法等部分內容，增強了氣相色譜和高效液相色譜教學內容。而針對化學專業學生，由于畢業后主要從事油氣品分析工作，適當增加了教學課時數(理論教學60學時，實驗28學時)，在教學內容上除了介紹常用的幾種儀器分析法外，同時重點介紹了色譜分析法，并且增加了波譜分析的理論知識和部分實驗，此外，還增加了電化學教學內容。環境工程專業的學生畢業后主要從事油田水污染控制及有毒有害氣體治理，對其重點介紹可見-紫外吸光光度法、原子吸收光譜法、氣相色譜法，扼要介紹發射光譜分析法及高校液相色譜法。總之，我們根據學生專業特點和側重點，在滿足大綱的基本要求下重點介紹了對學生起最大幫助的章節，其余部分則供學生自學，在學生掌握基礎知識和基本技能的基礎上，同時也提高了學生自主學習和解決問題的能力。

3 改善課堂教學方式，提高教學質量

3.1 聯系實際，注重課堂引入，激發學生學習興趣

由于儀器分析課程不同于傳統學科課程，對大三的學生來說是一門陌生、抽象的課程，因此，在課堂教學中，我們列舉了一些與生活息息相關的事例，使學生易于理解，激發了他們的學習熱情。例如在講緒論中儀器分析的重要性及實用性時，我們不但從工作實例出發強調儀器分析在油氣田方面的重要性，還將假酒、瘦肉精、蘇丹紅、三聚氰胺奶粉的檢測與儀器分析聯系起來，這樣以生活中的熱點問題為切入點，吸引了學生的注意力，也提高了他們學習該課程的興趣。

3.2 合理運用多媒體輔助教學，提高教學效率

《儀器分析》課程所涉及到的儀器結構復雜，儀器工作原理抽象，內容多、學時少，使傳統的板書教學方式受到很大限制。為解決這一問題，我們教研組規定教師應適當采用多媒體來輔助課堂教學。多媒體教學作為一種現代教學手段，具有聲、形、景、動、靜多種表達形式，能多層次、多維度、大容量地展現教學內容，具有很好的誘導性和易接受性等特點，可極大地豐富課堂教學的方式和結構，使教學內容更加生動形象[2]。例如，在講授《氣相色譜分析的基本原理》這一節內容時，由于教材上只是用文字敘述到“色譜分離的基本原理是:“試樣中各組分在色譜兩相(流動相和固定相)間具有不同的分配系數，當兩相做相對運動時，各組分在兩相間反復多次分配，最后彼此分離”。這對剛接觸色譜的學生來說該原理非常抽象、難以理解。為此，我們教研組利用課余時間制作了一系列flash動畫，通過動畫模擬出混合組分在色譜柱中的分離過程，直觀地展現給學生，并在播放動畫的同時我們再配合講解，由此增強了教學的生動性和趣味性，學生學習起來更有興趣也容易理解和掌握，我們在教學的過程中也更得心應手。此外，在講解儀器結構的時候，我們還將儀器結構示意圖、實景圖及工作過程以照片或影片的形式播放出來，并配合適當的板書進行講解，節省了大量時間，讓學生在愉快、輕松的環境中獲得了知識，也使他們對儀器構造和基本原理有了更加深刻的認識和理解，從而有效地提高了課堂教學效率與質量，也使長期困擾我們儀器分析教學的一些過于抽象、死板單調的知識點和教學難點迎刃而解。

4 重視實驗教學，培養創新型人才

《儀器分析》是一門實踐性和技術性很強的課程。儀器分析實驗的任務是使學生掌握儀器分析的基本理論、基本實驗操作技能及其在分析檢測方面的應用。學生畢業后能否盡快適應新的工作崗位并獨立開展分析測試工作，在很大程度上取決于在大學期間從儀器分析實驗中學到的方法和技能。因此，在重視儀器分析課堂教學的同時更應重視實驗教學。我院儀器分析教研組近年來從以下幾個方面對儀器分析實驗教學進行了改革，取得了良好的教學效果。

4.1 精選實驗內容，注重能力培養

實驗教學內容的選擇是儀器分析實驗教學改革中最重要的一個環節，在實驗教學內容的選擇上，我們注重培養學生基本能力，結合學生專業方向和體現我校石油天然氣行業的教育背景，認真貫徹我院“以本科學生為主體，以基礎實驗為本位，以石油天然氣為特色，以創新能力培養為目標”這一實驗教學理念[3]，改進實驗項目，開設了一些學生比較感興趣的、與其專業方向緊密結合的實驗。并在優化驗證性實驗的基礎上，加強綜合性、設計性實驗，突出應用性實驗。近年來我院開設的儀器分析實驗項目均有較強的實用性:如化工專業開設的有:油田地層水中微量鐵的測定(驗證型)、“油田廢水中微量酚的測定(設計型)、原子吸收分光光度法對自來水中鎂的測定(驗證型)、廢水中油的測定-紫外吸光光度法(設計型)、氣相色譜法對石油裂解氣C1-C3的分析(驗證型)、氣相色譜法對乙醇中甲醇含量的測定(設計型)等實驗。由于以上這些實驗均與學生的專業或生活密切相關，激發了學生做實驗的興趣和求知欲，并且我們選擇了近一半的實驗作為設計型實驗，改變了學生以往“照方抓藥”的實驗模式。讓學生在實驗的過程中去思考問題、分析問題和解決問題，在學生經歷多次嘗試最終嘗到成功的喜悅的同時，也充分調動了他們學習的積極性和主動性，發揮了學生的創造力，提高了學生的動手能力和創新思維能力。

4.2 強化實驗預習，熟練實驗內容

實驗之前的預習是學生做好實驗、教師講好實驗、學校開好實驗的前提條件。尤其對儀器分析實驗來說，實驗中使用的幾乎都是大精設備，價格昂貴，操作需要認真、謹慎，因此做好預習工作顯得尤為重要。我院儀器分析教研組要求任課教師在開出實驗前必須首先帶頭做好預備實驗，并做好預備實驗記錄，提出整改意見，在經過整改、完善并保證該實驗能順利開出后，任課教師需提前一周將實驗題目告之學生，讓學生有充足的時間預習，并寫好預習報告。正式實驗時，教師采取檢查學生的預習報告和隨機提問的方式檢查學生的預習情況，沒有預習實驗者不能進行該次實驗。并通過網絡課堂的方式，將儀器的基本原理、部件結構及功能、操作方法、注意事項等內容制作成教學錄像發布到我院實驗中心網站上，供學生預習和復習，由此不但使學生在實驗操作時更加熟練，增大了實驗成功的可能性，也提高學生成就感和學習的主動性。另一方面還加深了學生對理論知識的理解和掌握。

4.3 優化實驗分組，人人參與實驗

由于儀器分析實驗所涉及的儀器價格較昂貴，很多高校經費有限，因此儀器臺套數少、學生人數多一直是很多高校儀器分析實驗教學最突出的問題。為此，我院一方面充分整合學院現有設備資源，并適時調度課題組老師大精設備積極配合我院實驗教學、保證儀器資源利用最大化;另一方面也積極爭取學校、地方和國家財政的支持，通過中地共建項目、國家級實驗教學示范中心建設項目等途徑，我院近年來購買了一大批大精儀器，如紅外光譜儀、高校液相色譜儀、氣相色譜-質譜聯用儀、x射線衍射儀等，大大改善了我院儀器分析硬件條件。如今我院實驗中心擁有氣相色譜儀、原子吸收分光光度計各10臺，可保證2人一臺儀器，每20人次進行循環實驗;可見分光光度計30臺、可保證每人一臺，每30人次進行循環實驗;紅外光譜儀5臺，每臺2人，每10人次進行循環實驗;高效液相色譜儀、氣相色譜-質譜聯用儀臺套數較少，由老師進行現場示范操作和講解，學生5人一組進行實驗。較高質量地保證了每個學生都有機會接觸到儀器，親手進行實驗操作，改變了以往學生對大精儀器“可遠觀而不可觸摸”的尷尬局面，在提高大精設備的使用率的同時也提高了學生的動手能力，讓學生在真實的實驗情景中去領悟和進步。

4.4 增設開放性實驗，培養創新能力

為將我院學生培養為有創新精神和創新能力的應用型和應用研究型高級專業人才。我院實驗中心要求全院教師、尤其是中青年教師根據自己的科研項目每人開設1-2個開放性課題，面向我院大三學生。儀器分析教研組緊緊圍繞大精儀器功能開發及其在現代前沿科學中的應用選題，開設了一批課外開放性實驗項目，廣受學生的歡迎，每年實驗項目都出現供不應求的現象。在開放性實驗時，學生3～4人組成一個項目小組，小組成員相互分工、通力協作，收集資料、聯系實際，設計方案，最后老師把關，完成實驗。由此拓寬了學生的視野和思路，培養了學生調查研究和科研創新的能力，也在一定程度上培養了學生的團隊協作精神，為以后的工作奠定了良好的基礎。

5 結語

結合我校學生石油天然氣專業特點，對《儀器分析》課堂與實驗教學內容進行了精選，在教學方式上注重課堂引入，合理運用多媒體和網絡輔助教學。同時，精心設置實驗項目、強化課前預習、優化實驗分組、開設開放性實驗等措施對儀器分析實驗教學進行了改革，收到了良好的實踐效果，一定程度上提高了學生主動分析問題和解決問題的能力，規范了學生的實驗操作技能、拓寬了學生的視野、初步培養了學生的科學思維及創新能力，增強了其團隊精神，提高了學生的就業競爭力，深受用人單位好評。學生對《儀器分析》教學的滿意度也逐步提高，《儀器分析》課程連續3年滿意度在98%以上，名列全校前茅，儀器分析教學改革初見成效。

參考文獻

[1] 陳集，朱鵬飛.儀器分析教程[M].北京:化學工業出版社，2010.

[2] 蔡河山，黎曉霞，易芬云.環境工程專業儀器分析教學改革探討[J].廣東化工，2010(4).

[3] 黃志宇等.面向工業需求構建油氣化學化工實驗教學新體系[J].實驗室研究與探索，2009(3).